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Die Erfindung betrifft eine Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Luftmassen-Steuerungs-Einrichtungen werden für unterschiedlichste Zwecke und Bereiche eingesetzt, vor allem für Fahrzeuge und dabei wiederum für Kraftfahrzeuge.
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Bekanntermaßen müssen herkömmliche Kraftfahrzeuge insbesondere unter Verwendung von Verbrennungsmotoren entsprechend gekühlt werden. Von daher sind die Fahrzeuge in der Regel frontseitig mit zumindest einer Luftmassen-Regeleinheit ausgestattet, die zumindest einen Kühlergrill umfasst, über Luft in Form von Fahrtwind in das Innere der Kraftfahrzeugkarosserie (Kühlerhaube) einströmen kann. Letztlich dient dieser Luftmassestrom zum Kühlen eines Verbrennungsmotors und/oder zumindest eines Wärmetauschers, der zur Kühlung eines Verbrennungsmotors verwendet wird.
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Derartige Luftkühl-Einrichtungen werden aber auch bei mit Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen und bei Hybrid-Fahrzeugen benötigt. In all diesen Fällen wird ein entsprechendes Grillgitter verwendet, durch das die Luftmassen, insbesondere während der Fahrt des Fahrzeuges, einströmen können, d.h. bei zunehmend höherer Fahrgeschwindigkeit mit zunehmend höherer Einströmgeschwindigkeit. In der Regel hinter dem Lüftergrill und vor einem Wärmetauscher oder vor der Verbrennungsmaschine ist dann noch ein Lüfter oder Lüfterrad angeordnet, worüber der Luftstrom noch weiter beschleunigt werden kann. Insbesondere bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten oder bei Stillstand des Fahrzeuges kann durch den Lüfter entsprechende Kühlluft über das Kühlgitter angesaugt und an die nachfolgenden Komponenten zur Kühlung abgegeben werden.
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Um hier insbesondere auch temperaturabhängig (Sommer/Winter Betrieb) eine Anpassung der Kühlleistung zu bewirken, ist zwischen dem Grillgitter und dem Wärmetauscher oder dem zu kühlenden Motorblock oder dergleichen auch noch ein Luftmassen-Steuer-Klappenmodul angeordnet, das über parallel zueinander verlaufende Verschwenkachsen zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung verstellt werden kann. In Verschließstellung liegen üblicherweise die Seitenbegrenzungskanten der Luftmassen-Steuerklappen aneinander, so dass keine weitere Luft hindurch strömen kann. Demgegenüber können diese in eine weitere Extremstellung verschwenkt werden, in der die Lüfterklappen in ihre maximale Öffnungsrichtung verschwenkt sind, um einen maximalen Luftstrom zu Kühlung hindurch zu lassen.
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Ein derartiger grundsätzlich bekannter Aufbau kann, wie erwähnt, nicht nur zur Kühlung entsprechender Kühleinheiten bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, sondern auch bei Hybrid-Fahrzeugen (bei denen zudem die Batterie gekühlt werden muss), wie aber bei reinen elektrobetriebenen Fahrzeugen, die Leistungsbatterien benötigen, beispielsweise Lithium-Batterien. Hier muss sichergestellt werden, dass sich diese Batterien im Betrieb des Fahrzeuges nicht über einen Bereich von 32°C bis maximal 35°C erwärmen, da dann diese Batterien unter Umständen dauerhaft zerstört werden können.
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Entsprechende Luftmassen-Steuerungs-Einrichtungen, wie sie vor allem wie vorstehend erläutert für Fahrzeuge in Betracht kommen, sind in unterschiedlichsten Varianten bisher ausgebildet worden.
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Entsprechende Luftmassen-Steuerklappen bzw. Luftmassen-Steuermodule sind beispielsweise auch aus der
EP 0 308 601 A1 bekannt geworden. Hier werden ganz spezifisch ausgebildete dem Öffnen und dem Verschließen dienende Lüfterklappen vorgeschlagen, die neben einem stationären Teil ein variabel verschiebbares Teil umfassen, so dass die einzelne Lüfterklappe im Querschnitt quasi V-förmig ausgebildet ist. In Schließstellung sind die beiden Schenkel der im Querschnitt V-förmig gestalteten Lamellen unter Einschluss eines großen Winkels ausgefahren. In Öffnungsstellung werden die beiden Schenkel der im Querschnitt V-förmig geformten Lüfterklappen aufeinander zu verfahren, so dass die beiden Schenkel der Lüfterklappen nur noch einen kleinsten Winkel zueinander einschließen. Dadurch wird ein Bereich seitlich der doppelwandigen Lüfterklappe zur Durchströmung frei gegeben.
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Der gesamte konstruktive Aufwand dieser Anordnung ist aber beachtlich.
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Eine Jalousie zur Regulierung eines Gasstromes ist beispielsweise auch aus der
DE 200 03 208 U1 bekannt geworden. Hier ist beschrieben, wie über eine Antriebseinheit mit einer Kraftübertragungseinrichtung (Gewinde) mehrere parallel zueinander verlaufende und im Querschnitt mandelförmig geformte Lüfterklappen zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung verstellt werden können. Die verstellbaren Lüfterklappen sind als Hohlprofil ausgebildet und über einen Falz miteinander verbunden und geschlossen. Durch diverse Teile der in das Hohlprofil der Lüfterklappen vorstehenden Stege soll eine gewisse Versteifung der Lüfterklappen realisiert werden. An den gegenüberliegenden üblicherweise in Breitenrichtung eines Fahrzeuges verlaufenden Kanten der Lüfterklappen oder Lüfterlamellen sind noch weitere vorstehende Anschlagsleisten gebildet, wobei eine derartige Anschlagsleiste einer Lüfterklappe mit einer benachbarten Anschlagsleiste einer nächsten Lüfterklappe in Schließstellung aneinander schlägt und damit die gesamte Anordnung in Schließstellung gebracht werden soll. Insgesamt ist die ganze Anordnung wenig stabil, wobei sich zudem eine exakte Schließstellung aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen nicht erzielen lässt.
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Ferner ist beispielsweise eine Kühlluft-Abdeckung für einen Fahrzeugkühler auch aus der
DE 38 36 374 A1 bekannt geworden. Auch bei dieser vorbekannten Kühleinrichtung sind mehrere Luftmassen-Steuerklappen in Parallellage zueinander angeordnet und dabei jeweils um ihre in Breitenrichtung des Fahrzeuges verlaufende Schwenkachse zwischen der Öffnungs- und Verschließstellung verschwenkbar. Ein Zusammenspiel dieser Kühlluft-Abdeckung mit einem spezifisch dazu angepassten Kühlergrill ist dieser Vorveröffentlichung nicht zu entnehmen.
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Aus der
DE 10 2004 011 909 A1 ist zudem ein Fahrzeug als bekannt zu entnehmen, welches an der Unterseite eines Frontspoilers mit einem oder zwei versetzt zueinander angeordneten Luftleitelementen versehen ist.
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Ferner wird auf die Vorveröffentlichung
DE 10 2011 113 227 A1 verwiesen, die eine Luftklappe für ein Fahrzeug mit Lamellen umfasst. Die Luftklappe weist dabei einen Mittelabschnitt und einen benachbart zu dem Mittelabschnitt angeordneten ersten Außenrandabschnitt auf. Die Ausbildung und Anordnung ist dabei derart, dass sich die Luftklappe um eine Drehachse in eine erste Richtung dreht, wenn sie sich von der geschlossenen Stellung in die offene Stellung bewegt. Die Luftklappe umfasst dabei ferner ein Scharnier, das zwischen dem Mittelabschnitt und dem ersten Außenabschnitt angeordnet ist und für eine Biegebewegung ausgelegt ist. Diese Biegebewegung soll ermöglichen, dass sich der erste Außenrand bei der Bewegung von der geschlossenen Stellung in die offene Stellung relativ zu dem Mittelabschnitt bewegt. Die gesamte Anordnung der Luftklappe umfasst dabei aufeinander folgende eher konvexe und konkave und nochmals konvexe und konkave Abschnitte, wodurch die gesamte Luftklappe im Querschnitt auch in geöffneter Stellung einen erhöhten Luftwiderstand aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine verbesserte Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die vorliegende Erfindung wird auf überraschende Weise nicht nur die Möglichkeit geschaffen grundsätzlich die Effizienz einer Kühleinrichtung gegenüber herkömmlichen Lösungen zu verbessern. Erfindungsgemäß ist vor allem vorgesehen, dass im Rahmen der Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung letztlich eine Möglichkeit geschaffen wird bei Bedarf, d.h. vor allem bei zunehmend höheren Geschwindigkeiten, den auf die Räder wirkenden Abtrieb zu erhöhen,was beispielsweise auch durch eine verbesserte Verstell- und/oder Antriebseinrichtung für den jeweiligen Abtriebsklappen-Einstellflügel erreicht werden kann.
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Durch die in Rede stehenden Maßnahmen kann dann letztlich auf einen Spoiler, insbesondere einen Frontspoiler, verzichtet werden, wie er von vielen Fahrern als notwendig erachtet wird. Dabei sind derartige Spoiler in der Regel sehr viel kostenintensiver und lassen sich zudem auch nur unter Einschränkungen realisieren. Häufig sind dabei die Spoiler im unteren Frontbereich der Karosserie ausgebildet. Die nachteilhafte Konsequenz dadurch ist in der Regel, dass der freie Abstandsraum zwischen der Karosserie und der Fahrzeugoberfläche abnimmt, mit der Folge, dass schon geringe Bodenunebenheiten, ein plötzlicher Übergang von einer horizontalen Fahrbahndecke zu einer stark ansteigenden Fahrbahndecke wie beispielsweise bei Garageneinfahrten etc. dazu führen kann, dass die Karosserie insbesondere im Bereich des Spoilers auf der Fahrbahndecke aufsitzt.
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Frontspoiler sind z.B. in der
DE 10 2004 011 909 A1 beschrieben, bei denen die Abtriebskräfte des Frontspoilers [F = cL × p/2 V2 × A (N)] erläutert und berechnet werden. Außerdem werden Anstellwinkels α zwischen 10° und 30° dargestellt und nach folgender Formel berechnet: cL = Ca = (0,963 + 1,51 × AR) × sina. Diese Winkel sind für die hier angemeldeten kombinierten Kühlluftmassen-Abtriebs-Kombinationen nicht bedarfsgerecht umzusetzen, da nur maximal 12° für die hier beschriebenen AbtriebsKlappen sinnvoll und effizient sind, falls die Motor-Kühl-Luftmassen-Regelung möglichst wirksam sein soll. Spoiler wurden bisher in Serie oder als Nachrüstteile für sportlich betriebene Fahrzeuge mit allen bekannten Vor- und Nachteilen eingesetzt. Als nachteilig gelten bisher Parameter wie kleine Böschungs-Winkel, die Tiefgaragenbefahrung, das Abreißen der Frontspoiler durch die zu geringen Bodenabstände im ausgefahrenen Zustand, eine relativ aufwendige Ansteuer- Steuer-Elektronik sowie die Spoiler-Aus- und -Einfahr-Kinematik und Halterungen.
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Das Gewicht kann zum Teil über aufwendige, sportlich erscheinende Faser-Verbund-Spoiler-Systeme reduziert werden, soweit das dem Fahrzeugnutzer finanziell möglich ist. Diese Frontspoiler sind bisher nur bezüglich zweier Funktionen ansteuerbar, d.h. sie können ein- und ausgefahren werden. Vorteilhafte fahrgeschwindigkeitsabhängige Spoiler-Aus- und Spoiler-Einfahr-Zwischenwinkel sind bisher nicht möglich. Im ausgefahrenen Funktionszustand ist der Luftwiderstand und damit die Energieverluste größer, was Kraftstoff- oder Antriebs-Energie kostet und damit zu erhöhten, unerwünschten Emissionswerten führt, insbesondere bei Verbrennungs- und Hybrid-Antrieben mit Verbrennungsmotoren. Elektrisch angetriebene Verkehrsmittel werden bisher nicht in diesem sportlichen Fahrgeschwindigkeitsbereich betrieben, was aber in Zukunft vielleicht auch mit diesen hier beschriebenen Systemen möglich ist.
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Diese Erfindung beschreibt multifunktionale Luft-Massen-Steuerklappen in Kombination mit Abtriebsklappen, die konstruktiv und aerodynamisch so ausgeführt werden, dass eine möglichst hohe Bodenhaftung auf der Vorderachse von Verkehrsmitteln erreicht wird, und dies mit einem möglichst kleinen Luftwiderstand.
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Wichtig für die Funktion dieser Luftmassen-Steuer und Abtriebsklappen-Kombination ist, dass diese Klappen vorzugsweise in allen dafür ausgewählten Luft-Einlasszonen und abtriebswirksamen Zonen waagerecht und nicht senkrecht ausgeführt werden, um einen Unterdruck und damit eine bessere Bodenhaftung auf der Vorderachse zu erreichen.
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Die Ansteuerung der Standard-Abtriebsklappen und der Abtriebs-Variante mit einer über die Länge verstellbaren Stau-Klappe erfolgt bevorzugt über Stepper-Motoren oder FG-Ansteuer-Systeme, und zwar bedarfsorientiert, um die Cw- Werte und Luftmassen-Staukräfte Fs möglichst klein zu halten. Aus der Theorie ist bekannt, dass diese Werte am kleinsten sind, wenn die Klappen geschlossen oder nur teilweise geöffnet sind.
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Die Ansteuerung dieser Klappen wird vorzugsweise über gewichtsparende Form-Gedächtnis-Systeme (FG) erreicht. Stepper-Motoren oder auch elektrische Stell-Motoren sind möglich, aber nicht so vorteilhaft. Mit diesen Klappen-Steuerelementen und einer systemintegrierten Steuer-Elektrik/Elektronik ist es möglich, über Fahrgeschwindigkeitskennwerte und Luftmassenkennwerte bzw. abtriebsrelevante Kennwerte Daten bezüglich optimaler oder erforderlicher Anstellwinkel zu erhalten, um eine energieverbrauchsoptimierte Ansteuerung zu ermöglichen.
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Diese kombinierten Luftmassen-Steuer-Klappen und Abtriebsklappen werden vorzugsweise als Leichtbau-Hohlkörper mit 2 K (2 Komponenten) mit Elastomer (Gummi)-Dichtungs- und Schlag-Dämpfungs-Eigenschaften ausgeführt. Die geometrische Gestalt dieser Klappen ist bezüglich der Längen (L) und der maximalen Bauhöhen (D) aerodynamisch in einem Verhältnis L/D zwischen 4:1 bis 5:1 optimiert.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, über die Serienumsetzung in allen Fahrzeugklassen und -typen mit geringeren Kosten eingesetzt zu werden. Diese hochintegrierten Abtriebsklappen können nicht nur in Sportwagen eingebaut oder nachgerüstet werden. Die Steuerung kann so erfolgen, dass bei höheren Geschwindigkeiten > 100 km/h, vorzugsweise je nach Fahrzeugtyp bei > 120 km/h die Klappen öffnen bzw. teilweise öffnen, um eine bessere Bodenhaftung und darüber kürzere Bremswege zu erreichen, was auch für die Fahrsicherheit für jeden Fahrzeugnutzer wichtig ist.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine effiziente Möglichkeit geschaffen, die Abtriebskräfte deutlich zu erhöhen, ohne dass dies zu entsprechenden nachteiligen Einschränkungen bei der Karosserie führt. Im Rahmen der Erfindung ist dies durch spezifisch ausgebildete Steuer-klappen realisiert.
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Von daher könnten die Steuerklappen zur Erzeugung von zusätzlichen Abtriebskräften bezüglich einer sie durchsetzenden Mittelebene asymmetrisch ausgestaltet sein.
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Diese asymmetrische Ausgestaltung kann beispielsweise derart umgesetzt sein, dass die Oberfläche der Luftsteuerklappe auf der zur Bodenfläche hinweisenden Seite eher konvex und die nach oben weisende Begrenzungsfläche eher flach gestaltet ist. Dadurch würden durch die längere Oberflächenseite durch die längere konvexe nach unten weisende Oberflächenseite entsprechende Abtriebskräfte erzeugt werden, die durch den die Steuerklappen durchsetzenden Luftstrom erzeugt werden.
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Diese Abtriebskräfte wirken dann über die Steuerklappen auf den Steuerklappenrahmen, der sich in der Regel dann direkt oder mittelbar an der Karosserie abstützt, also letztlich die entsprechenden Abtriebskräfte über die Achsen und die Lager auf die Reifen überträgt.
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Zumindest bestimmte Aspekte der erfindungsgemäßen Lösung zeichnen sich gegenüber den vorstehend genannten Lösungen vor allem dadurch aus, dass zumindest einige der Luftsteuerklappen zumindest zweigeteilt sind, d.h. eine in geöffnetem Zustand entgegen der Luftstromrichtung vorlaufend angeordnete Luftsteuerklappe umfasst, die beispielsweise um eine horizontal verlaufende Achse verschwenkbar ist. Dabei sind mehrere derartige Luftklappen üblicherweise in Vertikalrichtung oder mit Vertikalkomponente überwiegend übereinander angeordnet und können in der Regel gemeinsam zwischen einer den Luftstrom nicht hindurchlassenden Schließstellung und einer maximalen Öffnungsstellung verschwenkt werden, in der der über den Kühlergrill eines Fahrzeuges einströmende Luftstrom zwischen jeweils zwei benachbarten Luftsteuerklappen auf die nachfolgende Kühleinrichtung hindurchströmen kann. In dieser Stellung sind die Luftsteuerklappen eher oder überwiegen in Horizontalrichtung mit Horizontalkomponente ausgerichtet.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass neben einem derartigen Luftsteuerklappen-Vorflügel noch ein dazu bevorzugt nachlaufender Abtriebsklappen-Einstellflügel vorgesehen ist, der ebenfalls um eine parallel zur Verschwenkachse des Luftsteuerklappen-Vorflügels verlaufenden Verschwenkachse verschwenkbar ist, zumindest in einem Winkelbereich. Die Konstruktion kann gegebenenfalls so umgesetzt werden, dass entsprechende Abschnitte des Luftsteuerklappen-Vorflügels und eines zugehörigen Abtriebsklappen-Einstellflügels ineinander greifen, so dass sie um eine gemeinsame Achslinie relativ zueinander verschwenkbar sind.
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Die Gesamtanordnung und -steuerung kann dabei derart sein, dass sich beispielsweise bevorzugt bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit von etwa 100 km/h, 110 km/h oder beispielsweise 120 km/h die Luftsteuerklappen zunächst in ihrer Verschließstellung befinden (dadurch wird der beste C/W-Wert realisiert), und bei noch höheren Geschwindigkeiten dann in Öffnungsstellung verschwenkt werden, um einen zunehmend stärkeren Luftstrom hindurchzulassen.
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Dabei können dann aktiv gesteuert oder durch eine passive Zwangssteuerung die zusätzlich vorgesehenen Abtriebsklappen-Einstellflügel so verschwenkt werden, dass durch die spezifische Formgebung (insbesondere Querschnittsform) dieser Abtriebsklappen-Einstellflügel und vor allem deren Relativausrichtung bezogen auf die Luftsteuerklappen-Vorflügel und/oder bezogen auf die LuftstromRichtung ausreichend hohe Abtriebskräfte erzeugt werden, wodurch das Fahrzeug besser auf der Fahrzeugoberfläche angedrückt gehalten wird. Dadurch können zum Teil bessere Effekte erzielt werden als mit einem außen an der Karosserie vorgesehenen Frontspoiler, der zudem die oben geschilderten Nachteile aufweist oder aufweisen kann.
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Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung kann die Winkelstellung des Abtriebsklappen-Einstellflügels oder mehrerer Abtriebsklappen-Einstellflügel aktiv gesteuert eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine optimale Winkelstellung der Abtriebsklappen-Einstellflügel durch eine konstruktive Maßnahme eingestellt oder zwangseingestellt werden, beispielsweise unter Verwendung von Gedächtnismetallen („Memory-Legierungen“), durch die ein entsprechender Abtriebsklappen-Einstellflügel unter Erhöhung der Abtriebskräfte vorzugsweise gegenüber dem Luftsteuerklappen-Vorflügel entsprechend verstellbar ist, wobei bei Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit dann beispielsweise über eine Federeinrichtung der Abtriebsklappen-Einstellflügel wiederum entgegen der Memory-Metalllegierungs-Verstelleinrichtung unter Reduzierung der Abtriebskräfte rückverstellbar ist.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Ausführungsbeispielen erläuterten Figuren. Dabei zeigen im Einzelnen:
- 1a: eine schematische Frontansicht eines Kraftfahrzeuges;
- 1b: eine schematische Vertikalschnittdarstellung durch die Frontseite des in 1 gezeigten Kraftfahrzeuges;
- 1c: eine schematische vertikale Mittellängsschnittdarstellung durch die Frontseite eines Kraftfahrzeuges mit erfindungsgemäß vorgesehener Luftklappengestaltung;
- 2a, 2b: eine schematische vertikale Querschnittsdarstellung und eine ausschnittsweise frontseitige Draufsicht auf eine Luftsteuerklappen-Anordnung, die einteilige Luftsteuerklappen umfasst, wie sie grundsätzlich im Stand der Technik verwendet werden;
- 3: eine Querschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Luftsteuerklappen-Anordnung mit einem Luftsteuerklappen-Vorflügel und einem Abtriebsklappen-Einstellflügel;
- 4: eine entsprechende Darstellung zu 3, in der die kreisförmige Verstellbahn der nachlaufenden Flügelkante der Abtriebsklappen-Einstellflügels dargestellt ist sowie eine vorgesehene Zwangsverstell-Einrichtung zur Zwangsverstellung eines Abtriebsklappen-Einstellflügels gegenüber dem ihn bevorzugt tragenden Luftsteuerklappen-Vorflügel; und
- 5: eine auszugsweise Draufsicht auf eine gemeinsame Luftsteuerklappen-Anordnung mit einem zugehörigen Luftsteuerklappen-Vorflügel und einem Abtriebsklappen-Einstellflügel.
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In 1a ist in schematischer Frontansicht ein Beispiel für ein Fahrzeug gezeigt, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
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An der Frontseite des Fahrzeugs 1 können eine oder mehrere Lufteintrittsbereich LE vorgesehen sein. Nur rein schematisch ist ein Lufteintrittsbereich LE1 und ein Lufteintrittsbereich LE2 gezeigt, die mit einer bei Bedarf im Nachfolgenden erläuterten identischen LuftSteuerklappen-Einrichtung versehen sind, die dabei aber bevorzugt nicht gemeinsam sondern jeweils separat für sich, also getrennt, betätigbar sind.
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In 1b ist in schematischer Darstellung (Draufsicht) eine typische Kühleranordnung für ein Fahrzeug gezeigt, und zwar mit einem auf der Lufteintrittsseite LE-X ausgebildeten Grillgitter GG, einer in Luftströmungsrichtung 3 nachfolgenden Luftmassen-Steuerungs-Einheit LMS mit mehreren nachfolgend noch erläuterten Steuerklappen oder Steuerlamellen, wobei diese Luftmassen-Steuerungs-Einheit LMS in Luftstromrichtung 3 dann häufig zu einer Wärmetauscher-Einheit WT nachlaufend angeordnet ist (die ebenfalls von dem Luftstrom durchströmt wird). Der Luftmassen-Steuerungs-Einheit LMS kann dann beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine M oder weitere zu kühlende Batterien etc. oder beides und/oder weitere zu kühlende Einheiten KE angeordnet sein.
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An geeigneter Stelle zwischen dem Grillgitter GG und der Luftmassen-Steuerungs-Einheit LMS und/oder zwischen der Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung LMS und dem Wärmetauscher WT und/oder zwischen dem Wärmetauscher WT und den nachfolgend im Luftstrom angeordneten zu kühlenden Einheiten KE, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor M oder Hochleistungsbatterien etc., kann ein Lüfter oder Lüfterrad L angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Lüfter L in der Regel in Form eines Lüfterrades L zwischen dem Wärmetauscher WT und den zu kühlenden Einheiten KE beispielhaft angeordnet.
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In 1c ist dann noch zur weiteren Verdeutlichung eine vertikale Längsschnittdarstellung durch den frontseitigen Bereich eines Kraftfahrzeuges wiedergegeben, teilweise auch in leicht abgewandelter Ausführungsform zu 1b. Bei der Variante gemäß 1c sind die Luftsteuerklappen 17 der Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung LMS in Öffnungsstellung gezeigt, wie sie übereinander beabstandet angeordnet und über eine im Wesentlichen horizontalen Achse verschwenkbar gehalten sind, nämlich zwischen der in 1c gezeigten Offenstellung und einer nachfolgend noch anhand der 2a und 2b erörterten Schließstellung. In Abweichung zu 1b folgt entgegen der Luftströmung dann auf diese Luftsteuerklappen-Einrichtung ein Wärmetauscher WT und darauf eine Lüfteranordnung mit einem Lüfter L. Diesem Lüfter L nachgeordnet kann dann beispielsweise wiederum der erwähnte Motorblock M oder eine Batterieeinheit etc. angeordnet sein, die ebenfalls durch den Luftstrom gekühlt werden sollen.
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Anhand von 2a sind ähnlich zu der Darstellung gemäß 1c in einer Querschnittsdarstellung senkrecht zu den Luftsteuerklappen und der horizontalen Verschwenkachse beispielsweise vier Luftsteuerklappen-Anordnungen übereinander wiedergegeben, und zwar in ihrer Verschließstellung. In Verschließstellung liegen jeweils die gegenüberliegenden Begrenzungs- oder Dichtungskanten der Luftsteuerklappen mehr oder weniger in Anschlagstellung aneinander, so dass die gesamte Klappenanordnung geschlossen und ein Luftstrom nicht hindurchströmen kann. In der ausschnittsweisen Draufsicht gemäß 2b sind die entsprechenden Luftsteuerklappen 17 in Schließstellung ebenfalls ersichtlich, wobei in dieser Draufsicht gemäß 2b die einzelnen Luftsteuerklappen 17 einzeln gekennzeichnet sind als LK1, LK2, LK3, LK4.
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In 3 ist nunmehr eine grundsätzliche Querschnittsdarstellung durch eine Luftsteuerklappenanordnung wiedergegeben.
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Die nachfolgend erörterte erfindungsgemäße Luftsteuerklappenanordnung 17' umfasst dabei Luftsteuerklappen 17, die vom Grundsatz her zumindest zweigeteilt oder zumindest zweigliedrig aufgebaut sind und dazu einen Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und einen Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 umfasst.
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Die in 3 im Querschnitt gezeigte gesamte Luftsteuerklappenanordnung 17' weist dabei eine in Anströmrichtung 3 vorlaufende Begrenzungs- oder Dichtungskante 21a und eine gegenüberliegende rücklaufende Begrenzungskante 121b auf. Die vorlaufende Begrenzungskante 21a ist dabei allerdings die vorlaufende Begrenzungskante des gegenüber der Luftstromrichtung 3 vorlaufend angeordneten Luftsteuerklappen-Vorflügels 21, wohingegen die erwähnte nachlaufende Begrenzungskante 121b die nachlaufende Begrenzungskante bezüglich des in Luftstromrichtung 3 zu dem Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 nachlaufend angeordneten Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 gehört.
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Über eine bevorzugt horizontal verlaufende Schwenkachse 21c kann der jeweilige Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 zwischen einer eher horizontalen Öffnungsstellung und einer eher vertikal verlaufenden Schließstellung verschwenkt werden. Dabei erfolgt die Verschwenkung der den Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und dem Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 umfassenden Luftsteuerklappe 17 bevorzugt einheitlich und gemeinsam zwischen der erwähnten Öffnungs- und Schließstellung.
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Die erwähnte gesamte Luftsteuerklappenanordnung 17' mit dem zugehörigen Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und dem Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 ist dazu üblicherweise in entsprechende Luftsteuerklappen-Rahmenanordnungen eingebaut, wie sie aus anderen Vorveröffentlichungen hinlänglich bekannt sind. Dabei kann die Luftsteuerklappenanordnung 17' mit der erläuterten Luftsteuerklappe 17 beispielsweise über die zur Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 gehörenden Verschwenkachse 21c in dem erwähnten Luftsteuerklappen-Rahmen gehalten und über eine Zwangssteuerung gemeinsam gleichlaufend zwischen Schließ- und Öffnungsstellung verschwenkt werden.
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Bei der vorstehend erläuterten Variante ist für den Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 ein Querschnittsprofil gewählt worden, welches nach unten hin gegenüber der oberen Begrenzungsfläche 21d eine eher konvex ausgebildete untere Begrenzungsflächen 21e aufweist, wodurch sich nach Art eines „umgekehrten Flugzeugflügels“ Abtriebskräfte ergeben, die über die betreffende Luftsteuerklappe und den Luftsteuerklappen-Rahmen letztlich auf das Fahrzeug und über die Achsen und Lager auf die Reifen wirken und damit das Fahrzeug besser auf der Fahrbahn angepresst halten.
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Um diesen Effekt zur Erzeugung von Abtriebskräften zu verbessern ist erfindungsgemäß der bereits mehrfach erwähnte zusätzliche Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 vorgesehen.
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Bei der Darstellung gemäß 3 ist die jeweilige einen Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und einen Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 umfassende Luftsteuerklappe 17 in ihrer Öffnungsstellung gezeigt, in der sie mit ihrer gesamten Längserstreckung L zumindest näherungsweise so ausgerichtet werden kann, dass die jeweilige gesamte Luftsteuerklappe 17 sich mit ihrer Längserstreckung L (also mit ihrer die gesamte Luftsteuerklappe 17 durchsetzenden Mittelebene) zumindest näherungsweise parallel zur Luftstromrichtung 3 ausgerichtet ist. In Schließstellung würde die Gesamtklappenanordnung quer und insbesondere näherungsweise senkrecht zur Luftstromrichtung 3 ausgerichtet sein, wie dies anhand von 2a und 2b gezeigt ist.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel schließt sich entgegen der Strömungsrichtung 3 nachlaufend nunmehr der erwähnte Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 an, der um seine bevorzugt zur Verschwenkachse 21c des Luftsteuerklappen-Vorflügels 21 parallel verlaufende Abtriebsklappen-Schwenkachse 121c verschwenkbar ist. Diese Abtriebsklappen-Verschwenkachse 121c ist im Verhältnis zur Querschnittsform des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 nicht nachlaufend und bevorzugt nicht mittig sondern eher vorlaufend, d.h. unmittelbar angrenzend an den Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 vorgesehen. Bevorzugt kann die nachlaufende Seite 21c des Luftsteuerklappen-Vorflügels 21 eine entsprechende konkave Ausnehmung aufweisen, in die ein entsprechender Achskörper 121c des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 zumindest teilweise eintaucht. Dadurch wird eine mehr oder weniger weitgehend glatte und quasi geschlossene nach oben weisende Begrenzungsfläche 17a und eine entsprechende quasi geschlossene nach unten weisende eher konvex ausgebildete gesamte Begrenzungsfläche 17b geschaffen, so dass der Luftstrom 3 hier optimal an der so gebildeten Oberfläche längsströmen kann.
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Aus der Darstellung gemäß 3 ist zu ersehen, dass der Luftsteuerklappen-Vorflügel beispielsweise eine Dicke D (quer zur Luftstromrichtung 3 in Öffnungsstellung) und eine Länge L1 (von seiner vorlaufenden Kante 21a bis zu seiner Achsmittelline 21'c) aufweist. Die entsprechende Länge zwischen der rückwertigen Begrenzungskante 121b des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 und dessen Achsmittellinie 121'c, die die Verschwenkachse 121c zentral durchsetzt, weist ein Maß L2 auf. Die Breitenerstreckung B, die quer zur Fahrzeuglängsachse von einem eher linksliegenden Bereich des Kraftfahrzeuges zu einem eher rechtsliegenden Bereich des Kraftfahrzeuges verläuft, kann beispielsweise an die Breite des Kühlergrills etc. angepasst sein. Entsprechend sind die Seitenwangen eines Luftsteuerklappen tragenden Luftsteuerklappen-Rahmens ausgebildet.
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Betrachtet man noch den Abstand zwischen den Achsmittellinien
21'c und
121'c zwischen der Verschwenkachse des Luftsteuerklappen-Vorflügels und des Abtriebsklappen-Einstellflügels, dessen Länge L
3 ist, so ergibt sich eine Gesamtlänge
L der so gebildeten Luftsteuerklappen-Flügelanordnungen von der vorlaufenden Kante bis zur rücklaufenden Kante, die sich zusammensetzt aus
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Bevorzugt ist die Flügelausrichtung des nachlaufenden Abtriebsklappen-Einstellflügels leicht winklig gegenüber der Horizontalausrichtung und/oder Luftstromrichtung 3 bei geöffneten Luftsteuerklappen-Vorflügel nach oben hin verlaufend ausgerichtet, im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Winkel β. Dadurch ergibt sich ein Abstands- oder Dickenmaß D1 zwischen der Unterseite der Luftklappenanordnung 17', insbesondere der Unterseite 21e des Luftsteuerklappen-Vorflügels 21 und der die höchste Erhebung aufweisenden rücklaufenden Kante 121b an dem Abtriebsklappen-Einstellflügel 121.
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Die Gesamtmaße der gesamten Luftsteuerklappen-Anordnung mit Luftsteuerklappen-Vorflügel und nachlaufendem Abtriebsklappen-Einstellflügel sollte bevorzugt so gewählt werden, dass für die Gleichung D/L bzw. D1/L gilt
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Bei Geschwindigkeiten vorzugsweise bis zu einer Grenzgeschwindigkeit, die beispielsweise zwischen 100 km/h und 140 km/h, beispielsweise 110 km/h, 120 km/h, 130 km/h liegt, ist die gesamte Luftsteuerklappenanordnung bevorzugt geschlossen, also in ihre geschlossene Verstellung verschwenkt, in der sie mehr oder weniger vertikal ausgerichtet verläuft, so dass sich die in 2a und 2b gezeigt Schließstellung ergibt.
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Dadurch wird der günstigste und beste C/W Luftwiderstandswert realisiert.
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Höhere Abtriebskräfte werden dann vor allem bei höheren Geschwindigkeiten gewünscht.
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Von daher kann die Luftsteuerklappen-Anordnung 17' ab Erreichen eines einstellbaren oder veränderlich vorwählbaren Geschwindigkeitsgrenzwert dann in die anhand der vorstehenden Zeichnungen erläuterten Öffnungsstellung verschwenkt werden (ggf. auch in eine Zwischenstellung, bevorzugt dann ebenfalls wieder geschwindigkeitsabhängig).
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Dann wird aber vor allem durch die Querschnittsformgebung des Luftsteuerklappen-Vorflügels ein gewisser Abtriebseffekt erzielt, wobei dieser Abtriebseffekt durch die Querschnittsform des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 noch verbessert wird, wobei schließlich der größte Effekt der gesamten erzeugten Abtriebskräfte dann noch durch die Ausrichtung und Stellung, insbesondere Winkelstellung des Abtriebsklappen-Einstellflügels in Relation zum Luftsteuerklappen-Vorflügels erzeugbar sind.
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Hier kann eine Zwangsführung der Steuerung vorgesehen sein, die schematisch anhand von 4 wiedergegeben ist.
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In 4 ist bevorzugt ausgehend von der Abtriebsklappen-Verschwenkachse 121c eine Memory-Legierungs-Anordnung 35 beispielsweise in Form eines Gedächtnis-Metalldrahtes 35' vorgesehen, der wie anhand von 4 in der Querschnittsdarstellung gezeigt ist an seinem gegenüberliegenden Ende sich beispielsweise im unteren Bereich eines zugehörigen Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 abgestützt ist, also hier angreift. Hierdurch kann eine Zugkraft derart erzeugt werden, dass der entsprechende Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 wie anhand von 4 gezeigt ist, entsprechend der kreisförmigen Verstellbahn 41 für die nachlaufende Flügelkante 121b zunehmend weiter angehoben wird, so dass der Einstellwinkel β zunehmend größer wird und damit zunehmend größere Abtriebskräfte erzeugt werden. Ausgelöst werden können die entsprechenden Kräfte beispielsweise durch Anlegen einer zunehmend größeren elektrischen Spannung an die Memory-Legierungsanordnung 35, beispielsweise in Form des erläuterten Gedächtnis-Metalldrahtes 35'. Mit anderen Worten wird mit zunehmend größerer angelegter Spannung (insbesondere Gleichspannung) der Memory-Draht 35' zunehmend stärker zusammengezogen, wodurch der Abstandsklappen-Einstellflügel 121 zunehmend mehr an seinem rückwertigen Ende (entgegen der nachfolgend noch erörterten Kraft der Federeinrichtung 45) angehoben wird, im gezeigten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn verschwenkt wird.
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Wird die angelegte Spannung wieder abgesenkt, so lassen die Zugkräfte der Memory-Einrichtung 35, insbesondere in Form des Gedächtnis-Drahtes 35' nach, so dass eine zusätzlich vorgesehene Federeinrichtung 45 den Flügel 121 durch Zusammenziehen der Federeinrichtung 45 wieder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn rückverschwenkt, den Verstellwinkel β also nunmehr verringert und dadurch auch die erzeugten Abtriebskräfte verringert. Dazu kann eine entsprechende Federanordnung beispielsweise in Form einer auf Zug beanspruchten Spiralfedereinrichtung 45' an der einen Seite wiederum eher an der Abtriebsklappen-Einstellflügel-Verschwenkachse und an der gegenüberliegenden Seite eher an der oberen Begrenzungswand und/oder zum rückwertigen Ende in der Nähe der nachlaufenden Flügelkante 121b der Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 verankert sein.
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Zusammenfassend kann also wegen der Funktionsweise folgendes festgehalten werden
- - zumindest einige der zu einer Luftmassensteuereinheit LMS gehörenden und mehrere Luftsteuerklappen 17 umfassenden Anordnung kann zumindest eine oder können mehrere Luftsteuerklappen vorgesehen sein, die in Abweichung zu herkömmlichen Luftsteuerklappen nicht einteilig sondern zumindest zweiteilig ausgebildet sind und dabei einen in Anströmrichtung vorlaufenden Luftklappen-Vorflügel 21 und ein dazu nachlaufend angeordneten Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 aufweisen. Die Bezeichnung als „vorlaufender“ Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und „nachlaufender“ Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 ist in dieser Anordnung zumindest dann gegeben, wenn die gesamte Luftsteuerklappe 17 in Öffnungsstellung verschwenkt ist, also Luft an beiden Seiten der so gebildeten Luftsteuerklappe 17 vorbei strömt;
- - eine so gebildete Luftsteuerklappe 17 wird bevorzugt in einem Luftsteuerklappen-Rahmen verschwenkbar gehalten, wozu die Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 über ihre bevorzugt horizontale Verschwenkachse 21c an einem sie tragenden Luftsteuerklappenrahmen oder dergleichen verschwenkbar gehalten sind;
- - wird ein so gebildeter Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 zwischen seiner Öffnungs- und seiner Schließstellung verschwenkt, so wird mit ihm auch der zugehörige Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 mit verschwenkt, da er an dem zugehörigen Luftklappen-Vorflügel 21 relativ zu diesem verschwenkbar gehalten ist;
- - der jeweilige Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 kann ferner gegenüber dem ihn tragenden Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 durch einen eigenen Verstellmechanismus relativ zu ihm in unterschiedlicher Winkellage verschwenkt werden. Dadurch können einstellbar die dadurch erzeugten Abtriebskräfte durch den vorbeiströmenden Luftzug vergrößert oder verringert werden;
- - bevorzugt weist sowohl der Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 als auch der Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 eine Querschnittsform auf, derart, dass die in Öffnungsstellung der gesamten Luftsteuerklappe 17 nach unten weisende Unterseite 21e sowohl des Luftsteuerklappen-Vorflügels 21 als auch die nach unten weisende Unterseite 121e gegenüber ihrer jeweiligen Oberseite 21d (des Luftsteuerklappen-Vorflügels 21) als auch der Oberseite 121d (des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121) konvex ausgebildet ist. Insbesondere in Öffnungsstellung der so gebildeten bevorzugt zweigliedrigen Ausrichtung der Luftsteuerklappe 17 kommen dabei die konvex geformten und von der luftumströmten Begrenzungsflächen des Luftsteuerklappen-Vorflügels und des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 nach unten weisend und die eher nicht konvexen oder glatt oder gerade verlaufenden gegenüberliegenden Begrenzungsflächen nach oben weisend zu liegen, so dass in der entsprechenden Öffnungsstellung der so gebildeten Luftsteuerklappe 17 die gewünschten nach unten gerichteten Abtriebskräfte erzeugt werden können.
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Abschließend wird noch eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Luftsteuerklappe 17 wiedergegeben, so wie sie sich von links nach rechts in Breitenrichtung B erstreckt. In Breitenrichtung B verlaufen auch die beiden Schwenkachsen 21c und 121c. Hier ist schematisch gezeigt, dass beispielsweise über seitliche Wangen 47, die mit den Stirnseiten 49 und damit mit den Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 drehfest verbunden sind, eine Aufnahme für die Schwenkachse 121c des Abtriebsklappen-Einstellflügels 121 an den beiden gegenüberliegenden Stirnseiten der Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 aufweisen, so dass darüber die in einem Luftsteuerklappen-Rahmen 51 über ihre Schwenkachsen 21c verschwenkbar gehaltene Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 und mit diesen mitverschwenkbar die zugehörigen Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 mitverschwenken, also insbesondere zwischen Verschließ- und Öffnungstellung der gesamten Luftsteuerklappen-Anordnung 17' durch den erläuterten Verstellmechanismus kann dann der Abtriebsklappen-Einstellflügel 121 relativ um seine Verschwenkachse 121c gegenüber seinem zugehörigen ihn tragenden Luftsteuerklappen-Vorflügel 21 wie erläutert verschwenkt werden.
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Nachfolgend werden noch weitere Einzelinformationen gegeben, die auch im Zusammenhang mit anderen beschriebenen Aspekten der Erfindung von Bedeutung sind oder sein können, zumindest im Rahmen von bevorzugten Ausführungsformen.
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Da viele Fahrzeuge mit Ausnahme von Sport- oder Motorsport-Varianten bei 250 km/h abgeregelt werden, sind die erläuterten kombinierten Kühlluft-Massen-Steuerklappen, die zugleich die Funktion von Abtriebsklappen übernehmen, in einem Fahrgeschwindigkeitsbereich von > 100 km/h bis maximal 250 km/h vorzugsweise einsetzbar. Die Klappen sind bei den niedrigeren Geschwindigkeiten vorzugsweise geschlossen oder werden bei zu hohen Motor-Temperaturen so weit geöffnet, wie dies für die Motor-Kühlung erforderlich ist.
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Da bei geöffneten Klappen sowohl die Kühlluft-Versorgung als auch die Abtriebs-Wirkung vorhanden sein muss, hat es sich herausgestellt, dass vorzugsweise ein Kompromiss angestrebt werden sollte. Die Abtriebsklappen arbeiten sehr wirkungsvoll ab einem Winkel α = 4° bis 12 °, da in diesem Bereich die rechnerischen Abtriebswerte Ca zwischen -0,8 bis -1,6 liegen, was ausreichend ist, um den erforderlichen Motor-Kühlluftstrom nicht zu stark zu reduzieren und trotzdem zugleich eine gute Abtriebswirkung und Bodenhaftung sicherzustellen.
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Da die Abtriebsklappen erst bei höheren Fahrgeschwindigkeiten wirkungsvoll gebraucht werden, können alle anderen Winkelstellungen von 0° (Klappen voll geöffnet) bis 90° (Klappen voll geschlossen) für die Motor-Kühlung genutzt werden.
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Erst wenn der Fahrzeugnutzer in den elektronisch geregelten Abtriebs- und damit Bodenhaftungs-Modus übergeht oder wechselt, wird die Abtriebs-Funktion bezüglich der Klappen-Stellung und die kombinierte Kühlluft-Massen-Steuerung und zugleich die erhöhte Bodenhaftung wirksam.
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Wenn die Kühlluftmassen nicht ausreichend sind, erfolgt über die Elektronik eine Warnung, dass zeitlich beschränkt nicht mehr im Abtriebs-Modus gefahren werden kann, da der Motor eine höhere Kühlleistung erfordert. Ist die Motor-Kühltemperatur wieder im erforderlichen Bereich, kann der Abtriebs-Modus wieder wirksam werden.
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Da bei möglicher hoher thermischer Belastung vorzugweise im Motor-Kühl-Modus, wie bei Bergfahrten oder ungünstigen Stadtfahrten, meistens mit geringeren Geschwindigkeiten gefahren wird, ist der Bodenhaftungs- und Abtriebs-Modus in diesem Fahrbereich häufig nicht erforderlich und das System arbeitet im Motor-Kühl-Modus.
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Beispielsweise bei Autobahnfahrten oder Sport-Fahrten mit höheren Geschwindigkeiten wird das System vorzugsweise im Abtriebs- bzw. Bodenhaftungs-Modus betrieben, falls die Motor-Kühlung, die Priorität hat, das über die Steuer-Elektronik zulässt.
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Es ist aber auch möglich, die Motor-Kühlung über einen höheren Wirkungsgrad der Wärmetauscher und über eine höhere Förderleistung (Drehzahl) der Kühlmittel-Pumpen (und vorzugsweise höhere Drehzahlen der Lüfterrotoren) mittels der elektronischen Ansteuerung dieser KühlSystem-Komponenten zu beeinflussen, um weiter im Bodenhaftungs-Modus fahren zu können, wenn der Fahrzeugnutzer dies insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten wünscht und weiterhin das Fahrzeug im Bodenhaftungs-Modus betreiben will. Alle oben angeführten Motor-Kühl-Komponenten werden dann auf maximale Leistung eingestellt.
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Ausgehend von einer aerodynamisch optimierten symmetrischen Luftmassen-Steuerklappe müssen die Antriebs-Klappen so eingestellt werden, dass durch den längeren Weg der Kühlluft ein Abtrieb entsteht.
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Wenn es die primäre Motor-Kühlluft erlaubt, kann sowohl die Abtriebsklappe um einen Winkel als auch die Stau-klappe um einen Winkel verstellt werden, was aber einen größeren Steuerungs-Aufwand zur Folge hat.
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Die Ansteuerung der Klappen-Winkel erfolgt über die bisher bekannten Steuerungstechniken entweder mit einem Elektromotor und Schneckenspindeln, voll elektrisch über einen Stepper-Motor mit integrierten Potentiometer, der für die bisherigen Auf-/Zu-Steuerungen nicht genutzt wird oder in vorteilhafter Weise über Form-Gedächtnisdrähte (FG), die nur sehr kleine Bauräume, wenig Gewicht und wenige Bauteile erfordern. Diese Form-Gedächtnisdrähte werden vorzugsweise auch für die Verstellung der Abtriebs-Stauklappen aus den oben erwähnten Gründen eingesetzt.
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Vorteilhaft nutzbare Winkel α von 0° bis maximal 12° tragen zu wirkungsvollen Abtriebswerten Ca (cl) von -04. bis .-1,6 bei, wodurch die Frontspoiler durch Abtriebsklappen ersetzt werden können, die bevorzugt in allen Front-Kühlluft-Einlässen LE1 bis LEX eingesetzt werden können, um in etwa die gleichen Abtriebs- und damit Bodenhaftungs-Kennwerte zu erreichen, die bisher nur mit Frontspoilern erreichbar waren.
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Für diese Auslegung sind folgende Bewertungs- und Auswerte-Parameter von besonderer Bedeutung für die Wirkkriterien und voll- elektronische Regelung:
- 1. die projizierten Abtriebs-Wirkflächen aller Abtriebsklappen
- 2. das Moment M = a (Hebelarm von der Vorderrad-Mitte) x F (erzeugte Abtriebskräfte aller Abtriebsklappen in Abhängigkeit ihrer Winkelstellung bei bestimmten Fahrgeschwindigkeiten) sowie
- 3. die kühl- und abtriebsbedarfsorientierte stufenlose Einstellung der Klappen-Winkel (je nach Anforderungen durch den Fahrzeugnutzer-Modus, wobei die Motor-Kühlung immer Vorrang hat, die elektronische Erfassung der Fahrgeschwindigkeit mittels Abgriff der Tachodaten oder mittels Umrechnung und Abspeicherung der Daten in einer Steuer-Platine in km/h in m/s oder über den Einsatz spezieller Sensoren, um den Luftmassenstrom (kg/h oder sogar mg/s) auszuwerten und um über diese Kennwerte jeweils die Cw- Wert und die verbrauchsoptimalen Werte bestimmen zu können).
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Die Erfindung betrifft also eine kombinierte KühlLuftmassen-Steuerung mit einer Abtriebs-Funktions-Kombination, welche über eine elektronische Regelung anhand der gemessenen Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit (in km/h), der Luftmassen-Geschwindigkeit (in m/s), der Kühlluft- und Antriebs-Luftmassen (in kg/h) durchgeführt werden kann, um die Steuerklappen in ihren Arbeitswinkeln bezüglich eines optimalen Cw-Wertes und im Hinblick auf einen optimalen Energieverbrauch einstellen und damit das gesamte Kraftfahrzeug emissionssparend und gegebenenfalls bei energiesparenden Antriebs- und Batterie-Kühlungsprozessen antreiben zu können (dies gilt sowohl für Verbrennungsmotoren als auch für Wasserstoff-Hybrid- oder elektrisch angetriebenen Fahrzeugen).
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Die meisten Luftmassen-Steuerklappen werden derzeit in aerodynamisch nicht optimierten Voll-Material-Versionen mit örtlichen Versteifungs-Stringern und Spanten ausgeführt, die zu unzulässigen Verwirbelungen und sogar zu Strömungs-Abrissen an den Klappen-Oberflächen und Kanten führen. Diese vorteilhaften Klappen-Leichtbau-Hohlkörper, die mittels der bekannten GIT oder WIT-Verfahren hergestellt werden können, weisen eine hohe Steifigkeit und Last-Übertragungs-Eigenschaft (Tragverhalten) auf.
