-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frontspoiler-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Trägerbauteil, ein am Trägerbauteil zwischen einer weiter eingezogenen Stellung und einer weiter ausgefahrenen Stellung verstellbar angeordnetes Strömungsleitbauteil, eine die Bewegung zwischen den beiden Stellungen führende Führungsformation und einen mit dem Strömungsleitbauteil mittels eines Kopplungsbauteils gekoppelten Bewegungsantrieb.
-
Eine gattungsgemäße Frontspoiler-Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 100 190 A1 bekannt. Frontspoiler-Anordnungen dienen in der Regel dazu, durch Ausfahren oder Einziehen des Strömungsleitbauteils relativ zum Fahrzeugkörper den Luftwiderstand des die Frontspoiler-Anordnung tragenden Kraftfahrzeugs zu verbessern. In der Regel sind die Strömungsleitbauteile vor den Vorderrädern angeordnet, sodass sie die Luftströmung zu den Vorderrädern hin für den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs vorteilhaft beeinflussen können.
-
In der weiter eingezogenen Stellung befindet sich das Strömungsleitbauteil weniger stark einem das fahrende Fahrzeug umströmenden Luftstrom ausgesetzt als in der weiter ausgefahrenen Stellung. Es ragt üblicherweise in der weiter eingezogenen Stellung weniger stark vom übrigen Fahrzeugkörper hervor als in der weiter ausgefahrenen Stellung.
-
Ein Problem dieser Frontspoiler-Anordnungen ist, dass das Strömungsleitbauteil in der weiter ausgefahrenen Stellung einem Kollisionsrisiko mit im Straßenverkehr üblicherweise zu erwartenden Hindernissen ausgesetzt ist, wie etwa Bordsteine, Unrat, Eisbrocken oder auch Kleintiere. Hierfür wurden in der Vergangenheit bereits Lösungen vorgeschlagen.
-
Eine bekannte Lösung besteht darin, das Strömungsleitbauteil erst ab einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit aus der weiter eingezogenen Stellung in die weiter ausgefahrene Stellung zu bewegen, da oberhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit von etwa 60 km/h damit zu rechnen ist, dass das Fahrzeug auf einer ebenen und hindernisarmen Straße fährt, sei es innerorts auf einer gut ausgebauten Verbindungsstraße oder sei es außerorts auf einer Landstraße oder Autobahn. Damit kann die Kollision mit rangiertypischen Hindernissen, wie Bordsteinkanten und dergleichen, vermieden werden. Diese Lösung ist weit verbreitet, da das Strömungsleitbauteil bei niedrigen Fahr- und somit Anströmgeschwindigkeiten kaum Wirkung entfaltet und es somit im niedrigen Geschwindigkeitsbereich verzichtbar ist.
-
Weiter ist es bekannt, Strömungsleitbauteile aus elastischem oder sogar elastomerem Material auszubilden, sodass sie im Falle einer Kollision mit einem Gegenstand während einer Fahrt durch Verformung den impulsartig auftretenden und damit in der Spitze sehr hohen Kollisionskräften nachgeben können. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei höheren Geschwindigkeiten bereits ohne Kollision die auftretenden Stauströmungslasten auf das Strömungsbauteil aufgrund von Fahrtwind zu einer Verformung der Strömungsleitbauteile und damit zu einer Beeinträchtigung ihrer strömungsleitenden Funktion führen können.
-
Weiter ist es bekannt, pneumatische Bewegungsantriebe zu verwenden und mit dem Strömungsleitbauteil zu koppeln, sodass im Falle eines auf das ausgefahrene Strömungsleitbauteil auftreffenden Gegenstands das Strömungsleitbauteil unter Kompression des Gases im pneumatischen Antrieb in gewissen Grenzen eine Ausweich- bzw. Rückzugsbewegung ausführen kann. Das Ziel einer Nachgiebigkeit im Bewegungsantrieb der Frontspoiler-Anordnung ist jedoch widerstreitend mit dem Ziel, das Strömungsleitbauteil auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten sicher in der weiter ausgefahrenen Stellung zu halten. Deshalb sind der Ausweichbewegung des Strömungsbauteils gemäß dieser Lösung enge Grenzen gesetzt.
-
Weiter ist es bekannt, zwischen dem Bewegungsantrieb und dem Strömungsleitbauteil im Kraft- oder Drehmomentübertragungsweg eine Rutschkupplung anzuordnen, die bei Auftreffen von Hindernissen auf das ausgefahrene Strömungsleitbauteil durchrutscht und so eine Ausweichbewegung des Strömungsleitbauteils hin zur weiter eingezogenen Stellung ermöglicht. Eine solche aufwendige Kupplung ist beispielsweise aus der
DE 199 53 484 A1 bekannt. Diese Kupplungen benötigen üblicherweise erheblichen Bauraum sowohl in axialer Richtung um eine rotatorische Ausgangswelle des Bewegungsantriebs als auch radial hierzu.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine eingangs genannte Frontspoiler-Anordnung derart weiterzubilden, dass sie ohne erhebliche Bauraumforderung das Strömungsleitbauteil in der weiter ausgefahrenen Stellung selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten sicher vor den Folgen einer unerwünschten Kollision mit einem Gegenstand schützen kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Frontspoiler-Anordnung, bei welcher das Kopplungsbauteil und wenigstens eine Komponente aus Bewegungsantrieb und Strömungsleitbauteil durch eine Verbindungsanordnung miteinander gekoppelt sind, welche eine überwindbare Rastformation aufweist, die zwei mögliche Relativbetriebsstellungen zwischen der Komponente und dem Kopplungsbauteil voneinander trennt, nämlich eine Normalbetriebsstellung und eine Notbetriebsstellung, wobei eine Einzugsbewegung des Strömungsleitbauteils in Richtung von der weiter ausgefahrenen Stellung weg über eine eingezogene Endstellung hinaus mechanisch verhindert ist.
-
Erfindungsgemäß können das Kopplungsbauteil und die wenigstens eine Komponente aus Bewegungsantrieb und Strömungsleitbauteil in der Verbindungsanordnung zwei unterschiedliche Relativbetriebsstellungen einnehmen, nämlich eine Normalbetriebsstellung, welche eingenommen ist, wenn das Strömungsleitbauteil bestimmungsgemäß zwischen der weiter eingezogenen und der weiter ausgefahrenen Betriebsstellung verstellbar ist, und einer Notbetriebsstellung, welche eingenommen ist, nachdem das Strömungsbauteil eine ausreichend große Kollisionslast erfahren hat, welche eine Ausweichbewegung bewirkt hat.
-
Die beiden Relativbetriebsstellungen sind lediglich durch eine überwindbare Rastvorrichtung voneinander getrennt, wobei die zur Überwindung der Rastvorrichtung notwendige Überwindungskraft als Kraftschwelle konstruktiv durch entsprechende Ausbildung der überwindbaren Rastformation einstellbar ist. Somit kann einfach und vorteilhaft durch entsprechende Ausgestaltung der Rastformation abhängig von der jeweiligen Gestalt des Strömungsleitbauteils eine Überwindungskraftschwelle realisiert sein, die bei den zu erwartenden Staudrucklasten selbst bei Höchstgeschwindigkeit nicht erreicht wird, bei darüber hinausgehenden Lasten jedoch eine Überwindung der Rastformation auslöst.
-
Dem Fachmann stehen dabei mehrere Parameter zur Beeinflussung der Rastformation und ihrer Überwindungskraftschwelle zur Verfügung: Er kann beispielsweise ein Material mit entsprechend niedrigem Elastizitätsmodul wählen, das bereits bei verhältnismäßig niedrigen Kräften verformbar ist, oder/und er kann eine Rastformationsgestalt so wählen, dass die zu ihrer Überwindung notwendige Verformung geringer oder größer ist oder/und er kann das die Rastformation tragende und sich verformende Bauteil so ausgestalten, dass die zur Verformung des die Rastformation tragenden Bauteilabschnitts notwendigen Verformungskräfte in einem gewünschten Bereich liegen. All dies wird dem Durchschnittsfachmann kraft seiner Fachkenntnisse keine Schwierigkeiten bereiten.
-
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt nicht nur in der einfachen und präzisen Bestimmbarkeit der Überwindungskraftschwelle, mit welcher die Normalbetriebsstellung verlassen und in die Notbetriebsstellung gewechselt wird, sondern liegt weiterhin darin, dass zur Realisierung der vorliegenden Frontspoiler-Anordnung kaum mehr Bauraum benötigt wird, als wenn die Frontspoiler-Anordnung ohne Rastformation ausgebildet würde. Es sind auch keine relativ zueinander beweglichen und daher relativ zueinander beweglich zu lagernden Bauteile anzuordnen, wie dies bei Verwendung einer Rutschkupplung der Fall ist.
-
Tatsächlich sind in einem einfachen und daher bevorzugten Fall der Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Frontspoiler-Anordnung nicht mehr Bauteile notwendig, als wenn keine Überlastsicherung des Strömungsleitbauteils vorhanden wäre. Aus diesem Grunde umfasst eine bevorzugte Frontspoiler-Anordnung genau ein einstückiges Kopplungsbauteil zwischen Bewegungsantrieb und Strömungsleitbauteil, um diese Komponenten bewegungsübertragend miteinander zu verbinden.
-
Durch die mechanische Verhinderung einer Einzugsbewegung des Strömungsleitbauteils in Richtung von der weiter ausgefahrenen Stellung weg über eine eingezogene Endstellung hinaus kann wegen der überwindbar ausgestalteten Rastformation die Normalbetriebsstellung zwischen Komponente und Kopplungsbauteil ausgehend von einer einmal erreichten Notbetriebsstellung in sehr einfacher Weise wieder dadurch erreicht werden, dass das Strömungsbauteil in die eingezogene Endstellung bewegt und der Bewegungsantrieb in dem in die Endstellung führenden Antriebssinn weiterbetrieben wird. Dann kann der Bewegungsantrieb eine zur Überwindung der Rastformation für einen Übergang von der Notbetriebsstellung in die Normalbetriebsstellung notwendige Übergangskraft bereitstellen, sodass die Rastformation nun in entgegengesetzter Richtung wie bei der zuvor erfolgten Überlast erneut überwunden wird und wieder die Normalbetriebsstellung erreicht wird.
-
Die Komponente kann dabei der Bewegungsantrieb oder das Strömungsleitbauteil oder auch beides sein, wobei es üblicherweise ausreicht, eine Komponente, also Bewegungsantrieb oder Strömungsleitbauteil, mittels der die Rastformation aufweisenden Verbindungsanordnung mit dem Kopplungsbauteil zu koppeln.
-
Bevorzugt ist die Rastformation am Kopplungsbauteil ausgebildet und angeordnet, welches weiter bevorzugt als Kopplungsstange zwischen Bewegungsantrieb und Strömungsleitbauteil angeordnet ist.
-
Um zu ermöglichen, dass nach Auftreten einer Überlast, also in der Regel nach einer Kollision des Strömungsbauteils während einer Fahrt, ausreichend Ausweichweg zur Verfügung steht, um die Überlast zu begrenzen oder/und dem Kollisionsgegenstand auszuweichen, ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein eine Relativbewegung zwischen der Komponente und dem Kopplungsbauteil zulassendes Bewegungsspiel in der Notbetriebsstellung größer ist als in der Normalbetriebsstellung. Bevorzugt ist das Bewegungsspiel zwischen Kopplungsbauteil und Komponente in der Normalbetriebsstellung null, also sind Komponente und Kopplungsbauteil in der Normalbetriebsstellung bevorzugt spielfrei miteinander gekoppelt. Das Bewegungsspiel zwischen Komponente und Kopplungsbauteil in der Notbetriebsstellung ist bevorzugt ein Bewegungsspiel in Übergangsrichtung von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung, da gerade die durch eine Kollision bewirkte Überlast in Richtung dieses Übergangs wirkt und somit ein Bewegungsspiel in dieser Richtung besonders zum Abbau und zur Begrenzung der Überlast dienen kann.
-
Die Übergangsrichtung von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung ist dabei üblicherweise nicht mit der Aufprallrichtung identisch, mit welcher ein Gegenstand auf das weiter ausgefahrene Strömungsleitbauteil auftrifft. Die Übergangsrichtung wird bestimmt durch die Konstruktion der Frontspoiler-Anordnung und dabei insbesondere durch die Führungsformation. Dadurch nämlich, dass sich das Strömungsleitbauteil relativ zum Trägerbauteil nur in der Weise bewegen kann, wie es die Führungsformation gestattet, kann auch die Übergangsrichtung bzw. die Übergangsbewegung nur eine durch die Führungsformation gestattete Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsbahn sein, wenn die Komponente das Strömungsleitbauteil ist, oder zumindest eine durch die Führungsformation veränderte Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsbahn sein, wenn die Komponente der Bewegungsantrieb ist.
-
Grundsätzlich kann sich das Strömungsleitbauteil rein translatorisch, kombiniert translatorisch und rotatorisch oder rein rotatorisch zwischen der weiter eingezogenen und der weiter ausgefahrenen Stellung bewegen. Bevorzugt ist aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit und Montage eine rein rotatorische Beweglichkeit des Strömungsleitbauteils, definiert durch die Führungsformation, zwischen seinen Betriebsstellungen. In diesem Falle findet dann, wenn die Komponente das Strömungsleitbauteil ist, eine Übergangsbewegung von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung längs einer Kreisbahn statt, sodass die Übergangsrichtung als Tangente zur Kreisbahn definiert ist. Dabei kann sich die Übergangsrichtung abhängig vom jeweiligen Verweilort der Komponente relativ zum Kopplungsbauteil bis zum vollständigen Vollzug des Übergangs von einer Betriebsstellung in die andere wegen der Krümmung der Übergangsbahn ändern. Ähnliches gilt auch für eine kombiniert translatorische und rotatorische Bewegung des Strömungsleitbauteils relativ zum Trägerbauteil aufgrund des dann enthaltenen rotatorischen Bewegungsanteils.
-
Da die Verbindungsanordnung der Kraft oder/und Drehmoment sowie Bewegung übertragenden Verbindung zwischen der Komponente und dem Kopplungsbauteil dient, weist die Verbindungsanordnung bevorzugt einen unmittelbar mit der Komponente verbundenen komponentenseitigen Abschnitt und einen unmittelbar mit dem Kopplungsbauteil verbundenen kopplungsbauteilseitigen Abschnitt auf. Einer der Abschnitte aus komponentenseitigem und kopplungsbauteilseitigem Abschnitt definiert dabei einen Eingriffsbereich. Der jeweils andere Abschnitt aus komponentenseitigem und kopplungsbauteilseitigem Abschnitt definiert einen Eingriffsabschnitt. Der Eingriffsabschnitt greift zur Kopplung von Komponente und Kopplungsbauteil in den Eingriffsbereich ein. Um eine möglichst sichere und auch eine hohe Kraft und ein hohes Drehmoment übertragende Kopplung zwischen Komponente und Kopplungsbauteil herstellen zu können, greift der Eingriffsabschnitt bevorzugt durchsetzend in den Eingriffsbereich ein. Der Eingriffsabschnitt kann beispielsweise durch einen Zapfen gebildet sein.
-
Der Eingriffsbereich ist dabei bevorzugt ein von dem jeweiligen ihn definierenden Abschnitt umgebener Bereich, der allerdings nicht vollständig geschlossen umgeben sein muss.
-
Die Rastformation kann dann eine Verengung des Eingriffsbereichs bilden und ist angeordnet zwischen einem Normalbetrieb-Teilbereich des Eingriffsbereichs, in welchen der Eingriffsabschnitt in der Normalbetriebsstellung eingreift, und einem Notbetrieb-Teilbereich des Eingriffsbereichs, in welchen der Eingriffsabschnitt in der Notbetriebsstellung eingreift.
-
Die Rastformation trennt somit in dieser bevorzugten Ausführungsform die genannten Teilbereiche des Eingriffsbereichs körperlich voneinander, wobei der Notbetrieb-Teilbereich zur Sicherstellung des oben genannten Bewegungsspiels in Richtung eines Übergangs des Eingriffsabschnitts vom Normalbetrieb-Teilbereich in den Notbetrieb-Teilbereich länger ausgebildet sein kann als der Normalbetrieb-Teilbereich, sodass sich der Eingriffsabschnitt in dem Notbetrieb-Teilbereich in Richtung oder wenigstens mit einer Komponente in Richtung des genannten Übergangs relativ zum Eingriffsbereich bewegen kann.
-
Die zur Überwindung der Rastformation notwendige Überwindungskraft kann dann auch durch das Ausmaß der Verengung eingestellt werden.
-
Grundsätzlich kann gewünscht sein, dass für den Übergang von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung eine andere Überwindungskraft notwendig ist als für den entgegengesetzten Übergang von der Notbetriebsstellung in die Normalbetriebsstellung. In der Regel ist gewünscht, dass die für den Übergang zurück zur Normalbetriebsstellung notwendige Überwindungskraft gering ist, um sie durch den Bewegungsantrieb problemlos bereitstellen zu können, während die Übergangskraft von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung von der Gestalt des Strömungsleitbauteils und von den zu erwartenden Fahrleistungen des die Frontspoiler-Anordnung tragenden Fahrzeugs abhängig ist. Daher ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung die für einen Übergang von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung notwendige Überwindungskraft größer als die für den Übergang in die entgegengesetzte Richtung notwendige Überwindungskraft.
-
Konstruktiv kann diese richtungsabhängig betragsmäßig unterschiedlich hohe Überwindungskraft dadurch realisiert sein, dass die Verengung von entgegengesetzten Seiten in Richtung eines Übergangs von einem Teilbereich in den jeweils anderen Teilbereich unterschiedlich steil ansteigt.
-
Zur Erleichterung der Montage der erfindungsgemäßen Frontspoiler-Anordnung, aber auch zur gezielten Einstellung einer gewünschten Überwindungskraft wenigstens für einen Übergang von der Normalbetriebsstellung in die Notbetriebsstellung kann vorgesehen sein, dass der Eingriffsbereich durch zwei einander orthogonal zu einer Richtung eines Übergangs von einer Betriebsstellung in die jeweils andere Betriebsstellung gegenüberliegende Schenkel begrenzt ist, welche einenends miteinander verbunden sind und andernends zwischen sich einen Einführspalt zur Einführung des Eingriffsabschnitts in den Eingriffsbereich bilden. Durch den Einführspalt an einem Ende der Schenkel und die Verbindung der Schenkel miteinander am anderen Ende der Schenkel kann der Einführspalt unter elastischer Verformung der Schenkel vergrößert oder verkleinert werden, wobei die zur Verformung der Schenkel notwendige Kraft abhängig ist von der Schenkellänge, vom Schenkelquerschnitt und vom Schenkelmaterial.
-
Zur Erleichterung der Montage kann vorgesehen sein, dass der Einführspalt an jenem Längsende des Eingriffsbereichs ausgebildet ist, das näher am Normalbetrieb-Teilbereich des Eingriffsbereichs gelegen ist. Somit kann der Eingriffsabschnitt durch den Einführspalt hindurch in den Eingriffsbereich unmittelbar in den Normalbetrieb-Teilbereich eingeführt werden. In dem häufig auftretenden Fall, dass das den Einführspalt aufweisende Längsende des Eingriffsbereichs auch ein Längsende des Kopplungsbauteils ist, steht mit der bevorzugten Anordnung des Normalbetrieb-Teilbereichs näher am Einführspalt ein großer Längenbereich des Kopplungsbauteils zur Ausbildung des Notbetrieb-Teilbereichs und des damit verbundenen Bewegungsspiels zur Verfügung. Somit kann durch einen in Längsrichtung des Kopplungsbauteils lang ausgeführten Notbetriebs-Teilbereich ein langer Ausweichweg der Komponente im Falle einer unerwünschten Kollision bereitgestellt werden, was ein sicheres Aus- oder Zurückweichen des Strömungsbauteils selbst bei großen kollidierenden Hindernissen ermöglicht. Besonders dann, wenn das Kopplungsbauteil als Kopplungsstange ausgebildet ist, kann eine vorteilhaft große Länge des Notbetrieb-Teilbereichs erreicht werden.
-
Zusätzlich zu einer formschlüssigen Anordnung des Eingriffsabschnitts im Eingriffsbereich kann der Eingriffsabschnitt auch kraftbeaufschlagt im Eingriffsbereich gehalten sein, insbesondere in dessen Normalbetrieb-Teilbereich gehalten sein. Hierzu kann bei der oben genannten Ausbildung des Eingriffsbereichs durch zwei ihn begrenzende Schenkel die Material- und Bauteilelastizität des den Einführbereich definierenden Bauteilabschnitts zur Ausübung einer Klemmkraft auf den Eingriffsabschnitt genutzt werden. Somit werden zur Ausübung einer Klemmkraft auf den Eingriffsabschnitt keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Konstruktiv kann daher vorgesehen sein, dass die Spaltweite des Einführspalts dann größer ist, wenn der Eingriffsabschnitt in den Normalbetrieb-Teilbereich eingreift, als wenn der Eingriffsabschnitt nicht in den Eingriffsabschnitt eingreift. Somit wird der Einführspalt und somit auch die lichte Weite des Eingriffsbereichs wenigstens im Normalbetrieb-Teilbereich durch Einführen des Eingriffsabschnitts in den Eingriffsbereich gegen die elastische Kraft der Schenkel vergrößert.
-
Grundsätzlich kann der Eingriffsbereich durch den komponentenseitigen oder den kopplungsbauteilseitigen Abschnitt definiert sein. Bevorzugt ist der Eingriffsbereich durch den kopplungsbauteilseitigen Abschnitt definiert, sodass der Eingriffsabschnitt an der Komponente, also am Strömungsleitbauteil oder am Bewegungsantrieb, klein und kompakt ausgebildet sein kann, etwa als Kopplungszapfen, bevorzugt als sich zwischen zwei mit Abstand voneinander vorgesehenen Lagerstellen erstreckender Kopplungszapfen. Im besonders bevorzugten Fall eines lediglich einteiligen Kopplungsbauteils ist der Eingriffsbereich durch das Kopplungsbauteil selbst definiert.
-
Weiterhin kann grundsätzlich die den Eingriffsabschnitt tragende Komponente entweder das Strömungsleitbauteil oder der Bewegungsantrieb sein. Zur Sicherstellung einer definierten Kraftübertragung zwischen dem Bewegungsantrieb und dem Kopplungsbauteil ist die den Eingriffsabschnitt aufweisende Komponente bevorzugt das Strömungsleitbauteil. Somit kann das Kopplungsbauteil formschlüssig spielfrei mit dem Bewegungsantrieb zur Kraft- oder/und Drehmomentübertragung gekoppelt sein.
-
Um Beschädigungen an der Frontspoiler-Anordnung durch den herkömmlichen Betrieb zu vermeiden oder/und um eine unerwünschte Funktionsuntüchtigkeit der Anordnung zu verhindern, etwa weil der Bewegungsantrieb den Eingriffsabschnitt beim Zurückstellen aus dem Notbetrieb-Teilbereich in den Normalbetrieb-Teilbereich über den Einführspalt hinaus außer Eingriff mit dem Eingriffsbereich gebracht hat, kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Bewegungsantrieb ein zwischen zwei Totpunkten bewegliches Ausgabeglied umfasst, welches mit dem Kopplungsbauteil bewegungsübertragend gekoppelt ist, wobei sich das Ausgabeglied dann, wenn sich das Strömungsleitbauteil in seiner weiter ausgefahrenen Stellung befindet, in einem seiner Totpunkte befindet. Dies ist vorteilhaft für die Kraftrückwirkung einer Kollision des Strömungsleitbauteils mit einem Gegenstand auf den Bewegungsantrieb.
-
In einer weniger bevorzugten Ausführungsform können die Totpunkte durch Endstellungen einer linear verschieblichen Kolbenstange eines pneumatischen oder hydraulischen Bewegungsantriebs, etwa in Form einer Kolben-Zylinder-Anordnung, realisiert sein. Bevorzugt ist aus Gründen einer geringen Bauraumbeanspruchung der Bewegungsantrieb ein rotatorischer Antrieb und umfasst eine Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen als das Ausgabeglied. Der Kurbelzapfen erstreckt sich, wie für Kurbelwellen üblich, bevorzugt parallel zur Drehachse der Kurbelwelle, jedoch mit radialem Abstand von dieser.
-
Bevorzugt bilden die Kurbelwelle des Bewegungsantriebs, die Führungsformation, das Kopplungsbauteil und das Strömungsleitbauteil ein Viergelenkgetriebe, bei welchem das Strömungsleitbauteil nur schwenkbeweglich zwischen seinen beiden Stellungen: weiter eingezogene Stellung und weiter ausgefahrene Stellung, verstellbar ist.
-
Bevorzugt ist die weiter eingezogene Endstellung des Strömungsleitbauteils, in welcher eine Rückstellung des Eingriffs zwischen Eingriffsabschnitt und Eingriffsbereich in die Normalbetriebsstellung automatisiert durch simple Betätigung des Bewegungsantriebs erfolgen kann, mit der weiter eingezogenen Betriebsstellung identisch. Dies muss jedoch nicht so sein.
-
Konstruktiv kann vorgesehen sein, dass die Einzugsbewegung über die eingezogene Endstellung hinaus durch einen trägerbauteilfesten mechanischen Anschlag realisiert ist, an welchem ein Gegenanschlag des Kopplungsbauteils oder des Strömungsleitbauteils in der eingezogenen Endstellung des Strömungsleitbauteils nur in einer der Einzugsrichtung entgegengesetzten Ausfahrrichtung zur weiter ausgefahrenen Stellung hin abhebbar anliegt.
-
Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeugkörper und einer Frontspoiler-Anordnung, wie sie oben vorgestellt und weitergebildet ist. Der Kraftfahrzeugkörper bildet dann das Trägerbauteil, an welchem das Strömungsbauteil relativ beweglich aufgenommen ist.
-
Weiter betrifft die vorliegende Anmeldung die Verwendung eines wie oben bevorzugt beschriebenen Kopplungsbauteils als Kopplungsbauteil zwischen einem Bewegungsantrieb, insbesondere rotatorischem Bewegungsantrieb, und einem zwischen zwei Betriebsstellungen verstellbaren, insbesondere nur schwenkbeweglich verstellbaren Strömungsleitbauteil.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
-
1 eine grobschematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Frontspoiler-Anordnung mit dem Strömungsleitbauteil in der weiter eingezogenen Stellung, die gleichzeitig eine weiter eingezogene Endstellung ist,
-
2 die grobschematische Querschnittansicht von 1 mit dem Strömungsleitbauteil in der weiter ausgefahrenen Stellung,
-
3 die grobschematische Querschnittsansicht von 2 nach einer Kollision des Strömungsleitbauteils mit einem Gegenstand,
-
4 die grobschematische Querschnittsansicht von 3 während einer Bewegung des Bewegungsantriebs zurück in eine Stellung, die der weiter eingezogenen Endstellung entspricht und
-
5 der Vorgang von 4, wobei der Bewegungsantrieb noch weiter an seine Betriebsstellung angenähert ist, welche der weiter eingezogenen Betriebsstellung des Strömungsleitbauteils entspricht und dieser zugeordnet ist.
-
In 1 ist eine lediglich grobschematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Frontspoiler-Anordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein Trägerbauteil 12, beispielsweise ein Teil einer Fahrzeugkarosserie oder eines Fahrzeugrahmens, ein Strömungsleitbauteil 14 und einen Bewegungsantrieb 16 in beispielhafter Form eines Elektromotors.
-
Das Trägerbauteil 12 bildet einen ortsfesten Bezugspunkt. An ihm ist ein Drehlager 18 über eine Halterung 20 abgestützt. Das Drehlager 18 bildet eine Führungsformation, an welcher das Strömungsleitbauteil 14 um eine zur Zeichenebene von 1 orthogonale Schwenkachse S schwenkbar angelegt ist.
-
Fest mit dem Trägerbauteil 12 über die Halterung 20 verbunden ist ein Anschlagsbauteil 22 mit einer Anschlagsfläche 24, an welcher eine Gegenanschlagsfläche 26 eines fest mit dem Strömungsleitbauteil 14 verbundenen Gegenanschlagsbauteils 28 in der in 1 gezeigten weiter eingezogenen Betriebsstellung des Strömungsleitbauteils 14 anliegt. Die in 1 gezeigte Stellung des Strömungsleitbauteils 14 relativ zum Trägerbauteil 12 ist somit auch eine weiter eingezogene Endstellung, die in Einzugsrichtung nicht überschritten werden kann.
-
Der Bewegungsantrieb 16 in Form eines Elektromotors ist ebenfalls fest mit dem Trägerbauteil 12 verbunden. Der Bewegungsantrieb 16 umfasst eine lediglich strichliniert angedeutete, weil hinter dem Kopplungsbauteil 30 gelegene, Kurbelwelle 32, welche um eine ebenfalls zur Zeichenebene von 1 orthogonale Kurbelwellenachse K drehbar ist.
-
Die Kurbelwelle 32 weist an einer Kröpfung einen Kurbelzapfen 34 auf, welcher sich ebenfalls parallel zur Zeichenebene von 1 erstreckt, jedoch mit Abstand von der Kurbelwellenachse K angeordnet ist.
-
Der Mittelpunkt des Zapfens 34 läuft bei Rotation der Kurbelwelle 32 längs eines strichliniert angedeuteten Kreises 36 um die Kurbelwellenachse K um.
-
Der Bewegungsantrieb 16 ist üblicherweise über eine Leitung 38 mit einer Steuervorrichtung 40, etwa einem Mikrocomputer oder einem integrierten Schaltkreis, signalübertragungsmäßig verbunden, sodass der Bewegungsantrieb 16 durch die Steuervorrichtung 40 zum Betrieb ansteuerbar ist.
-
Kraft, Drehmoment und Bewegung des Bewegungsantriebs 16 wird mittels eines als Pleuelstange oder Kopplungsstange ausgebildeten Kopplungsbauteils 30 zum Strömungsleitbauteil 14 übertragen.
-
Hierzu weist das Strömungsleitbauteil 14 einen Lagerzapfen 42 auf, welcher zwischen zwei zur gemeinsamen Bewegung mit dem Strömungsleitbauteil 14 verbundenen Lagerwangen 44 (in 1 bis 5 ist nur die hinter der Zeichenebene liegende Lagerwange 44 dargestellt) am Strömungsleitbauteil 14 gehaltert ist.
-
Der Lagerzapfen 42 des Strömungsleitbauteils 14 erstreckt sich ebenfalls orthogonal zur Zeichenebene von 1. Beim Schwenken des Strömungsleitbauteils 14 relativ zum Trägerbauteil 12 um die Schwenkachse S bewegt sich der Mittelpunkt des Lagerzapfens 42 auf dem strichliniert gezeigten Kreis 46, wobei bauartbedingt nur ein Sektor des Kreises 46 tatsächlich vom Lagerzapfen 42 überstrichen wird.
-
Das Kopplungsbauteil 30 ist an seinem einen Längsende 48 formschlüssig mit dem Kurbelzapfen 34 der Kurbelwelle 32 relativ zu diesem drehbar gekoppelt. Diese Kopplung ist bevorzugt spielfrei.
-
An seinem entgegengesetzten Längsende 50 definiert das Kopplungsbauteil 30 einen Eingriffsbereich 52, in welchen der Lagerzapfen 42 als Eingriffsabschnitt durchsetzend eingreift.
-
Der Eingriffsbereich 42 ist in Richtung orthogonal zur Längsrichtung des Kopplungsbauteils 30 und orthogonal zur Längsrichtung des Kurbelzapfens 34 begrenzt von zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln 54 und 56, welche an ihren näher beim Längsende 48 des Kopplungsbauteils 30 gelegenen Längsenden miteinander verbunden sind und welche an ihren dem Längsende 50 des Kopplungsbauteils 30 näher gelegenen Längsenden einen Einführspalt 58 zwischen sich aufweisen.
-
Die Schenkel 54 und 56 können daher aufgrund ihrer Material- und Bauteilelastizität um ihr Verbindungslängsende unter Veränderung der Spaltweite des Einführspalts 58 aufeinander zu und voneinander weg federn, wobei der Einführspalt 58 dann, wenn der Eingriffsbereich 52 frei von dem Lagerzapfen 42 ist, bevorzugt eine kleinere Spaltweite aufweist als wenn der Lagerzapfen 42 sich wenigstens in seiner in 1 gezeigten Normalbetriebsstellung in einem Normalbetrieb-Teilbereich 60 des Eingriffsbereichs 52 befindet.
-
Der Eingriffsbereich 52 weist eine Rastformation 62 in Form einer lokalen Verengung auf, welche den Normalbetrieb-Teilbereich 60, in welchem sich der Lagerzapfen 42 in den 1 und 2 befindet, von einem Notbetrieb-Teilbereich 64 des Eingriffsbereichs 52 trennt.
-
Die Rastformation 62 ist aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Verengung sowie der Elastizität der Schenkel 54 und 56 des Kopplungsbauteils 30 überwindbar, wobei die zu ihrer Überwindung beim Übergang von der in den 1 und 2 dargestellten Normalbetriebsstellung in die in den 3 bis 5 dargestellte Notbetriebsstellung notwendige Kraft durch die Abmessung der Verengung und die konstruktive Ausgestaltung der Rastformation 62 sowie durch die Elastizität der Schenkel 54 und 56 bei einer Verformung aufeinander zu und voneinander weg bestimmt und durch Veränderung dieser Parameter einstellbar ist.
-
In 2 ist die Frontspoiler-Anordnung 10 von 1 bei gleicher Perspektive mit in eine weiter ausgefahrene Stellung verstelltem Strömungsleitbauteil 14 dargestellt. Hierzu hat die Kurbelwelle 32 bezogen auf die Stellung von 1 eine halbe Umdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn zurückgelegt. Die in 2 dargestellte weiter ausgefahrene Stellung des Strömungsleitbauteils 14 stellt somit ebenfalls eine Endstellung des Strömungsleitbauteils 14 dar. Eine Anströmung durch Fahrtwind erfolgt längs des Pfeils F. Das dargestellte Trägerbauteil 12 kann beispielsweise Teil eines Fahrzeugunterbodens sein.
-
Abweichend von der Darstellung in 2 ist es noch weiter bevorzugt, wenn das Kopplungsbauteil 30 dann, wenn sich das Strömungsleitbauteil 14 in der weiter ausgefahrenen Stellung befindet, derart eine gestreckte Stellung zur Kurbel der Kurbelwelle 32 einnimmt, dass die Kurbelwellenachse K, die hierzu parallele Längsmittelachse des Kurbelzapfens 34 und die hierzu ebenfalls parallele Längsmittelachse des Lagerzapfens 42 in einer gemeinsamen Ebene liegen. In diesem Falle kann ein auf das Strömungsleitbauteil 14 aus Richtung des Pfeils F auftreffender Gegenstand kein Drehmoment auf die Kurbelwelle 32 übertragen.
-
Die grobschematische Darstellung von 3 zeigt bei ansonsten unveränderter Stellung der übrigen Bestandteile der erfindungsgemäßen Frontspoiler-Anordnung 10 eine Anordnung des Lagerzapfens 42 im Notbetrieb-Teilbereich 46 des Eingriffsbereichs 52 und damit in der Notbetriebsstellung. Dies ist die Folge einer auf das Strömungsleitbauteil 14 aus Richtung des Pfeils F einwirkenden Überlast, etwa durch Kollision mit einem Gegenstand, welche eine Verstellung des Strömungsleitbauteils 14 in 3 im Uhrzeigersinn bewirkt.
-
Der Aufprall eines Gegenstandes bei der Kollision mit dem Strömungsleitbauteil war in seiner Kraftwirkung so stark, dass die durch die Rastformation 62 bestimmte Überwindungskraft unter Aufweitung der Rastformation 62 durch Verformung der Schenkel 54 und 56 voneinander weg erreicht und überstiegen wurde, sodass der Lagerzapfen 42 nun den Notbetrieb-Teilbereich 64 des Eingriffsbereichs 52 durchsetzt.
-
Der Notbetrieb-Teilbereich 64 ist längs der Längsrichtung des Kopplungsbauteils 30 länger ausgebildet als der Normalbetrieb-Teilbereich 60, welcher den Lagerzapfen 42 dann, wenn dieser ihn durchsetzt, formschlüssig und klemmend hält. In der in 3 gezeigten Stellung wirken auf den Lagerzapfen 42 lediglich geringfügige Reibungskräfte zwischen den Schenkeln 54 und 56 einerseits und dem Lagerzapfen 42 andererseits. Ansonsten kann sich der Lagerzapfen 42 in dem Notbetrieb-Teilbereich 64 frei bewegen. Schwerkraftgetrieben wird der Lagerzapfen 42 jedoch ohne sonstigen äußeren Einflüssen stets zum Längsende 50 des Kopplungsbauteils 30 wandern.
-
Wie in 3 weiter zu erkennen ist, ist die Rastformation 62 derart ausgebildet, dass die auf Seiten des Notbetrieb-Teilbereichs 64 zum Normalbetrieb-Teilbereich 60 hin ansteigende Flanke 66 weniger steil ausgebildet ist als die vom Normalbetrieb-Teilbereich 60 in Richtung zum Notbetrieb-Teilbereich 64 hin ansteigende Flanke 68. Dadurch kann erreicht werden, dass die Überwindungskraft, die für einen Übergang des Lagerzapfens 42 von dem Normalbetrieb-Teilbereich 60 zum Notbetrieb-Teilbereich 64 größer ist als in der entgegengesetzten Richtung. Dies ist hilfreich, wenn – wie nachfolgend anhand der 4 und 5 erläutert – der Lagerzapfen 42 wieder in die Normalbetriebsstellung, also den Normalbetrieb-Teilbereich 60 des Eingriffsbereichs 52 durchsetzend, allein durch den Bewegungsantrieb 16 zurückgestellt werden soll. Hierzu wird die Kurbelwelle 32 bei Betrachtung der 1 bis 5 im Uhrzeigersinn zurück in die in 1 gezeigte Stellung verbracht.
-
Eine Zwischenstellung hiervon ist in 4 erreicht, wobei schwerkraftgetrieben der Lagerzapfen 42 an den weniger steilen Flanken 66 auf der dem Notbetrieb-Teilbereich 64 zugewandten Seite der Rastformation 62 anliegt.
-
In 5 ist die Anlagesituation des Lagerzapfens 42 an den Flanken 66 der Rastformation 62 die gleiche wie in 4, allerdings wurde die Kurbelwelle 32 so weit im Uhrzeigersinn gedreht, dass die Gegenanlagefläche 26 wieder an der Anlagefläche 24 anliegt. Somit hat das Strömungsleitbauteil 14 wieder seine weiter eingezogene Endstellung erreicht, in der sie auch in 1 gezeigt ist. In der in 5 gezeigten Situation ist die Bewegung der Kurbelwelle 32 im Uhrzeigersinn noch nicht beendet. Durch Fortsetzung der Drehbewegung der Kurbelwelle 32 im Uhrzeigersinn wird mit dem Kurbelzapfen 34 das Kopplungsbauteil 30 weiter verlagert. Da das Strömungsleitbauteil 14 seine weiter eingezogene Endstellung bereits erreicht hat und dort aufgrund des beschriebenen mechanischen Anschlags festgelegt ist, erfolgt eine Relativbewegung zwischen Kopplungsbauteil und Lagerzapfen 42, in deren Verlauf die Schenkel 54 und 56 unter Überwindung der Rastformation 62 elastisch voneinander weg verformt werden und dann aufgrund ihrer elastischen Spannung wieder zuschnappen, sobald der Lagerzapfen 42 im Normalbetrieb-Teilbereich 60 des Eingriffsbereichs 52 aufgenommen ist. Dann ist die in 1 gezeigte Stellung erneut erreicht und die Eingriffssituation zwischen Kopplungsbauteil 30 und Strömungsleitbauteil 14 ist die Normalbetriebsstellung.
-
Wie in den 1 bis 5 eindrucksvoll erkennbar ist, benötigt der hier vorgestellte Mechanismus zur überlastsicheren Verstellung eines Strömungsleitbauteils der erfindungsgemäßen Frontspoiler-Anordnung 10 kaum mehr Bauraum als wenn der Bewegungsantrieb 16 durch eine gewöhnliche Kopplungsstange ohne Rastformation 62 formschlüssig und spielfrei mit dem Lagerzapfen 42 des Strömungsleitbauteils 14 verbunden wäre.
-
Dennoch kann mit der vorgeschlagenen Gestaltung eine hochwirksame Überlastsicherung des Strömungsleitbauteils 14 bereitgestellt werden, ohne dass eine nach einem Kollisionsfall eingetretene Notbetriebssituation (siehe 3 bis 5) durch besondere Maßnahmen wieder behoben werden müsste. Der gewöhnliche Betrieb des Bewegungsantriebs reicht aus, um die Normalbetriebsstellung wieder herzustellen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014100190 A1 [0002]
- DE 19953484 A1 [0008]
