DE102017120969A1

DE102017120969A1 - Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung

Info

Publication number: DE102017120969A1
Application number: DE102017120969.7A
Authority: DE
Inventors: Otto Altmann; Thomas Frei; Saimen Ackermann; Johann Schöpf
Original assignee: Kunststoff Schwanden AG
Current assignee: Kunststoff Schwanden AG
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: WO2019048711A1; DE102017120969B4

Abstract

Eine verbesserte Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, das die vorgesehenen Luftsteuerklappen (17) gleichzeitig auch als Abtriebsklappen (17) ausgebildet sind, worüber ein beispielsweise auf das Kraftfahrzeug wirkender Abtrieb erzeugt werden kann, und zwar ohne zusätzlich vorgesehene Spoiler. Dazu sind die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) durch eine spezifische Querschnittsform, d.h. einen spezifischen Profilquerschnitt gekennzeichnet.Die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) weisen zwischen ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) und ihrer nachlaufenden Abströmkante (29) im Querschnitt senkrecht zu ihrer Breitenerstreckungsrichtung (B) eine Mittel- und/oder Schwerkraftlinie (69) auf, die zumindest in Öffnungsstellung der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) nach unten weisend konvex verlaufend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtungen werden für unterschiedlichste Zwecke und Bereiche eingesetzt, vor allem für Fahrzeuge und dabei wiederum für Kraftfahrzeuge.
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.
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.
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.
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.
Entsprechende Luftmassen-Steuerungs-Einrichtungen, wie sie vor allem wie vorstehend erläutert für Fahrzeuge in Betracht kommen, sind in unterschiedlichsten Varianten bisher ausgebildet worden.
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.
Der gesamte konstruktive Aufwand dieser Anordnung ist aber beachtlich.
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.
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.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber eine verbesserte Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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.
Durch diese Maßnahme 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.
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) × sinα. Diese Winkel sind für die hier angemeldeten kombinierten Kühlluftmassen-Abtriebs-Kombinationen nicht bedarfsgerecht umzusetzen, da bevorzugt maximal 12° für die hier beschriebenen Abtriebs- Klappen 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- SteuerElektronik sowie die Spoiler-Aus- und -Einfahr-Kinematik und Halterungen.
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.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine besonders einfache Ausgestaltung von Luftsteuerklappen, die in einer bevorzugten Variante unverstellbar und in einer davon abweichenden Variante sogar verstellbar, d.h. in ihrer Ausrichtlage verstellbar angeordnet werden können.
Im Gegensatz zu bisherigen Luftsteuerklappen zeichnen sich die erfindungsgemäßen Luftsteuerklappen dadurch aus, dass sie eine zu einer Horizontalebene asymmetrische Form aufweisen, und zwar mit einer in Luftström- oder Luftdurchströmrichtungrichtung auf der nachlaufenden Seite ausgebildeten ansteigenden Luftklappensteuer-Kontur. Dadurch werden die von der Durchströmgeschwindigkeit mit abhängigen Abtriebskräfte erzeugt, die über die Aufhängung der Luftsteuerklappen dann letztlich auf die Karosserie und damit auf die Achsen und Räder wirkt, das Kraftfahrzeug dadurch also mit höheren Anpresskräften auf der Straßenoberfläche gehalten wird.
Die verbesserten Abtriebskräfte werden dabei durch die Querschnittskontur der Luftsteuerklappen zum einen erzeugt. Denn die Luftsteuerklappe zeichnet sich insbesondere durch eine konvexe Gestaltung der unteren Begrenzungsfläche aus, die eine stärkere konvexe Gestaltung aufweist, verglichen mit einer eher gerade verlaufenden Oberflächengestaltung auf der Oberseite oder eine zumindest leicht konkav gestalteten Begrenzungsfläche.
Wichtiger ist allerdings der bereits erwähnte nachlaufende Luftklappensteuerabschnitt, der gegenüber seinem vorlaufenden Luftklappensteuerabschnitt stärker ansteigt und dadurch zu einer Erhöhung der Abtriebskräfte beiträgt.
Derartige Luftsteuerklappen wirken geschwindigkeitsabhängig. Mit höherer Fahrgeschwindigkeit nimmt die Luftdurchströmgeschwindigkeit zwischen benachbarten Luftsteuerklappen zu, so dass durch wie gewünscht geschwindigkeitsabhängig die Abtriebskräfte zunehmen.
In einer bereits erwähnten bevorzugten Ausführungsform können diese Luftsteuerklappen dann aber auch noch zwischen ihrer optimalen Öffnungsstellung und ihrer Schließstellung und möglicherweise auch Zwischenstellungen verstellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:

1a: eine schematische Frontansicht auf ein Kraftfahrzeug;
1b: eine schematische Draufsicht auf den vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Anordnung verschiedener Komponenten;
1c: eine schematische Vertikalschnittdarstellung durch den Frontbereich eines Kraftfahrzeugs unter Verdeutlichung der Einbaulage der Luftsteuerklappen;
2a, 2b:eine schematische Querschnittsdarstellung senkrecht zu den Verstellachsen der Luftsteuerklappen und einmal auszugsweise in Draufsicht zur Verdeutlichung einer Verschlussstellung der Luftsteuerklappen;
3: eine perspektivische schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Luftsteuerklappe;
4a: eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäße Luftsteuerklappe;
4b: eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße Luftsteuerklappe unter Verdeutlichung weiterer Details; und
5: eine schematische Seitenansicht von drei auszugsweise dargestellten übereinander in einem Kraftfahrzeug verbauten erfindungsgemäßen Luftsteuerklappen.

In 1a ist in schematischer Frontansicht ein Beispiel für ein Fahrzeug gezeigt, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
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.
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 LS 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.
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 LR angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Lüfter LR in der Regel in Form eines Lüfterrades LR zwischen dem Wärmetauscher WT und den zu kühlenden Einheiten KE beispielhaft angeordnet.
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 LR nachgeordnet kann dann beispielsweise wiederum der erwähnte Motorblock M oder eine Batterieeinheit etc. angeordnet sein, die ebenfalls durch den Luftstrom gekühlt werden sollen.
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.
Dabei wird schon an dieser Stelle angemerkt, dass gemäß einer Variante die erfindungsgemäßen Luftsteuerklappen unverstellbar in ihrer sogenannten Öffnungslage permanent angeordnet sein können (ähnlich wie in der Darstellung gemäß 1c), oder aber auch gemäß einer weiteren Variante verstellbar zwischen einer beispielsweise in 1c dargestellten Ausrichtlage (Öffnungsstellung) und einer in 2a und 2b gezeigten Schließstellung.
Anhand von 3 ist in räumlicher Darstellung eine erfindungsgemäße Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 wiedergegeben, wie sie in einem Klappengehäuse oder Klappenrahmen fest und unverdrehbar oder gemäß einer alternativen Ausführungsform verschwenkbar eingebaut sein kann. Bereits daraus ist zu ersehen, dass die erfindungsgemäßen Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) durch eine spezifische Querschnittsform, d.h. einen spezifischen Profilquerschnitt gekennzeichnet sind.
In 4a und 4b ist die in 3 in räumlicher Darstellung gezeigte Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 im Querschnitt quer zu ihrer in Breitenrichtung B verlaufenden Achslinie 19 wiedergegeben, die nachfolgend auch als Zentralachse 19 bezeichnet wird. Gemäß 4c ergibt sich dabei, dass die Breitenerstreckung B der eingebauten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe quer zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft, was insbesondere auch gemäß der durch eine vertikale Mittellängsebene durch ein Kraftfahrzeug verlaufende Schnittdarstellung gemäß 1c gezeigt ist. Die Breite B der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe ist dabei von der Geometrie des Lufteinlass-Einbaus in einem betreffenden Kraftfahrzeug abhängig.
Aus der Darstellung gemäß 4a und 4b ist also zu ersehen, dass die betreffende Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 einen Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen-Körper 117 aufweist, der in Breitenrichtung B von der erwähnten Achslinie 19 durchsetzt wird, die in einer verschwenkbaren Ausführung der Luftsteuerklappen 17 die in Breitenrichtung verlaufende Zentralachse 19 hinsichtlich einer Verschwenkachsen oder eines Verschwenkachsen-Körpers 119 darstellt.
Die bevorzugte einteilige Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 weist eine untere Begrenzungsfläche 21 und eine obere Begrenzungsfläche 23 auf, die über eine in Luftströmrichtung LS (siehe 3) vorlaufende bevorzugt abgerundete Anströmfläche oder Anströmkante 25 verbunden sind.
Die obere Begrenzungsfläche 23 ist konkav oder in Seitenbereichen konkav ausgestaltet, wobei ein erster oberer Begrenzungsflächenabschnitt 23a in Luftströmrichtung LS nach der vorlaufenden Anströmkante 25 gegebenenfalls eher gerade oder nur schwach konkav, bis zumindest abschnittsweise leicht konvex ausgebildet verlaufen kann, um dann bevorzugt ab einer Übergangslinie 27 (parallel zur Breitenrichtung B) in einen nachlaufenden konkaven oberen Begrenzungsflächenabschnitt 23b überzugehen.
Die untere Begrenzungsfläche 21 ist ausgehend von der vorlaufenden Anströmkante 25 ganz oder im überwiegenden Bereich konvex geformt. Sowohl die obere als auch die unteren Begrenzungsfläche können zu ihrem nachlaufenden Ende bevorzugt in Form einer Abströmkante 29 zumindest gegenüber der vorlaufenden Anströmkante 25 spitz oder kantig auslaufen, wobei ein in Abströmrichtung nachlaufender Bereich sowohl der oberen Begrenzungsfläche 23 als auch der unteren Begrenzungsfläche 21 oder nur einer von beiden mit einem mehr oder weniger gerade verlaufenden Begrenzungsflächenabschnitt ausgebildet sein können.
In 3 wie auch in den 4a und 4b ist die jeweilige Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 in ihrer typischen Einbaulage gezeigt, zumindest dann, wenn sie nicht verstellbar in einem Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappenrahmen oder einem Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappengehäuse in einem Fahrzeug eingebaut ist, also unverschwenkbar positioniert ist. Im Falle einer verstellbaren Lösung, das heißt verschwenkbaren Lösung für die Luftsteuerklappen entspricht die in den 3 und 4a sowie 4b gezeigte Stellung üblicherweise der maximalen Öffnungsstellung der Luftklappen.
Dabei ergibt sich, dass die so gebildete Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe durch eine untere horizontale Tangente T_U begrenzt ist.
In der Regel weist auch die obere Begrenzungsfläche 23 zumindest eine obere horizontale Tangente T_O in der Schnittdarstellung auf, wobei entsprechend dieser Tangentenbildung an den betreffenden Stellen die obere und untere Begrenzungsfläche horizontal verlaufend ausgerichtet ist.
Senkrecht zwischen oder senkrecht zu der unteren horizontalen Tangente T_U und/oder der oberen horizontalen Tangente T_O ist entsprechend der Querschnittsdarstellung senkrecht zur Axiallinie 19 in 4a und 4b eine Dickenebene DE gebildet, wodurch letztlich das Dickenmaß D der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 in diesem Bereich festgelegt ist.
In halber Höhe bildet die Dickenebene DE (deren Länge durch die Schnittpunkte der Dickenebene DE einmal mit der oberen und einmal mit der unteren Begrenzungsfläche 23, 21 gebildet ist) einen sogenannten Fußpunkt 31 und einen Höhenpunkt 33, wobei das Abstandsmaß zwischen dem Fußpunkt 31 und dem Höhenpunkt 33 das Maß für die erwähnte Dicke D ergibt.
Legt man durch die Mitte der Längserstreckung der Dickenebene DE zwischen Fußpunkt und Höhenpunkt 31, 33 eine dazu senkrechte und damit parallel zur unteren Tangentenlinie T_U verlaufende Mittellängsebene ME, so kann man ein Längsmaß L, also eine Gesamtlänge L für die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 definieren. Das Längsmaß L für die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 ist dabei der Abstand zwischen der vorlaufenden Anströmkante 25 und der Abströmkante 29 am rückwärtigen Ende, wobei das Längsmaß L, d.h. die Gesamtlänge L in Parallelausrichtung zur Mittellängsebene ME und damit in senkrechter Ausrichtung zur Dickenebene DE gemessen wird.
Aus der Darstellung gemäß 4a und 4b ergibt sich auch, dass der nachlaufende Steuerklappen-Abschnitt 17a gegenüber dem vorlaufenden Steuerklappen-Abschnitt 17b mit einer Vertikalkomponente ansteigt.
Das nachlaufende Ende des Steuerklappen-Abschnitts 17b steigt bis zu der rückwärtigen Abströmkante 29 so stark an, dass eine zwischen dem Höhenpunkt 33 (bzw. der parallel zur Breitenachsen 19 verlaufenden Höhepunkt-Linie 133) und der nachlaufenden Abströmkante 29 eingezeichnete Anstiegslinie 39 (oder Anstiegsebene 139), die senkrecht zur Zeichenebene und damit parallel zur Zentralachslinie 19 verläuft, gegenüber der Horizontalebene H mit einem Anstiegswinkel 41 ansteigen, der nicht größer oder gleich 12° ist.
Der Anstieg und damit der Anstiegswinkel 41 soll dabei bevorzugt aber mehr als 3°, insbesondere mehr als 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10° und insbesondere mehr als 11° betragen. Ebenso soll der Anstiegswinkel 41 weniger als 12°, vorzugsweise weniger als 11°, 10°, 9°, 8°, 7°, 6°, 5° oder weniger als 4° betragen.
Neben der erwähnten Anstiegslinie 39 (oder Anstiegsebene 139) in 4a und 4b ist zudem auch noch eine Steigungs-Kennlinie 59 oder Steigungsebene 159 eingezeichnet. Diese Steigungs-Kennlinie 59 läuft ebenfalls durch die nachlaufende Abströmkante 29. Als Bezugspunkt oder - linie dient bei dieser Steigungs-Kennlinie oder Steigungsebene 59, 159 nicht die obere Übergangslinie sondern die Zentralachse 19.
Geht man von einer derartigen Steigungs-Kennlinie 59 bzw. Steigungsebene 159 aus, so soll der entsprechende Winkel 42 zur Horizontalen H in diesem Fall maximal 21,3° betragen.
Mit anderen Worten soll also dieser Winkel 42 bevorzugt zwischen etwa 12° bis maximal 21,3° variieren, wobei also Werte bevorzugt von mehr als 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 20° in Betracht kommen.
Durch eine derartige Ausbildung ergibt sich quasi in Abweichung von einer symmetrisch gebildeten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe eine insgesamt gekrümmte Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 mit einer nach unten hin konvex gekrümmten Mittel- oder Schwerkraftebene 69 (bzw. Schwerlinie 69 in der Schnittdarstellung gemäß 4a und 4b). Hinsichtlich einer an beliebiger Stelle vorgenommenen vertikal verlaufenden Schnittlinie 47 wird diese Schnittlinie 47 in zwei gleich lange vertikal verlaufende Schnittlinien-Abschnitt 47a und 47b durch die gekrümmte Mittelebene oder Mittellinie 69 geteilt (4b), wodurch die oberhalb der Mittel- oder Schwerkraftebene 69 und die darunter befindliche Hälfte der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 volumenmäßig gleich und bei gleicher Materialzusammensatzung auch gleich schwer sind.
Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich somit auch, dass gegenüber der eigentlichen Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen-Dicke D durch den nach oben weiter ansteigenden nachlaufenden Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen-Abschnitt 17a die Gesamthöhe und damit die Gesamtdicke der so gebildeten Luftsteuerklappe auf das Gesamtmaß D1 zunimmt.
Die Gesamtlänge zwischen der vorlaufenden Anströmkante 25 und der nachlaufenden Abströmkante 29 (gemessen parallel zur Horizontalebene H und/oder damit zur unteren oder oberen horizontalen Tangente T_U , T_O ) ist in 4a mit L eingezeichnet. Dabei sind auch die Teillängen L1 und L2 angegeben, wobei die Länge L1 das Längenmaß zwischen der Achslinie 19 und der nachlaufenden Abströmkante 29 darstellt und die Teillänge L2 durch das Maß zwischen der Achslinie 19 und der vorlaufenden Anströmkante 25 gebildet ist.
In 4b sind entsprechende Relativverhältnisse bezüglich der Einzelmaße angegeben.
Ein optimales Ergebnis ergibt sich, wenn der vorlaufende Steuerklappen-Abschnitt 17b eine Länge L2 von beispielsweise 41,5% der Gesamtlänge L und der nachlaufende Steuerklappen-Abschnitt 17a eine Länge L1 mit 58,5% bezogen auf die Gesamtlänge L aufweist (L mit 100% angesetzt).
Die Gesamtdicke D1, angesetzt mit 100%, führt bei einer bevorzugten Ausführungsform zu einem Dickenmaß D mit einem Wert von 61,5%, wobei der durch den bevorzugt nachlaufenden Steuerklappen-Abschnitt 17a erzeugte weitere Anstieg nach oben hin ein Dickenmaß D_S von 38,5% bezogen auf die Gesamtdicke D1 ausmachen soll.
Dabei muss das Maß für die zusätzliche Dicke D_S nicht nur 38,5% bezogen auf die Gesamtdicke D1 (= 100%) betragen, sondern kann dabei um bevorzugt weniger als +/-11%, insbesondere weniger als +/- 10%, +/- 9%, +/- 8%, +/- 7%, +/- 6%, +/- 5%, +/- 4%, +/- 3%, +/- 2% und +/-1% abweichen. Mit anderen Worten beträgt also die maximale Abweichung +/- 11% für das zusätzliche Dickenmaß Ds, so dass die Werte für das Dickenmaß D_S zwischen 49,5% und 27,5% bezogen auf die Gesamtdicke D1 variieren können, die mit 100% angesetzt ist.
Für die Dicke D kann wie ausgeführt das Maß bevorzugt 61,5% von der Gesamtdicke D1 betragen, wobei das Maß für die Dicke D von dem angegebenen optimalen Wert von 61,5% der Gesamtdicke D1 um vorzugsweise weniger als +/- 11%, insbesondere weniger als +/- 10%, +/- 9%, +/- 8%, +/-7%, +/- 6%, +/- 5%, +/- 4%, +/- 3%, +/- 2,5%, +/- 2%, +/- 1,5%, +/- 1% oder +/- 0,5% abweichen kann. Die vorstehend genannten Abweichungswerte beziehen sich dabei wieder auf die 100%-Angabe der Gesamtdicke D1.
Hinsichtlich der Gesamtlänge L im Verhältnis zur Gesamtdicke D1 kann angemerkt werden, dass dieses Verhältnis
L/D1 bis max. 5,5 : 1
variieren kann.
Hinsichtlich des minimalen Verhältnisses soll bevorzugt gelten $L / D1 bis min . 2,5 : 1$
Die so geschilderten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen 17b sind dann wie in 1c angedeutet, in der Regel mit in Vertikalrichtung zueinander beabstandet exakt übereinander oder mit zusätzlich mit einem leichten Versatz in Längsrichtung des Fahrzeuges übereinander angeordnet, so dass jeweils zwischen zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau benachbart zueinander angeordneten Luftsteuerklappen 17 ein Zwischenraum 51 gebildet ist, durch welchen die Luft gemäß Luftströmrichtung LS hindurchströmen kann, wobei dann von Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, wie zwischen zwei benachbarten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen hindurchströmende Luft gemäß Strömungsrichtung LS einen zunehmend größeren Antriebsdruck auf die Räder erzeugt.
In einer abgewandelten Version kann jeder der erläuterten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen 17 einen in der Regel im eingebauten Zustand horizontal in Breitenrichtung des Kraftfahrzeuges verlaufenden Schwenkachskörper 119 aufweisen, der konzentrisch zur Zentralachslinie 19 verläuft. Dabei sind die jeweils mehreren Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen 17 über eine stirnseitig in dem Luftsteuergehäuse oder in dem Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappenrahmen angeordneten Übertragungseinrichtung in der Regel drehgekoppelt, so dass alle Luftklappen von ihrer in den 4a und 4b gezeigten Öffnungsstellung so um ca. 90° verschwenkt werden können, bis sie mehr oder weniger quer zur sonst üblichen Luftstromrichtung LS ausgerichtet sind und damit eine Luftströmung durch den Abstandsraum zwischen zwei benachbarten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen unterbindet.
Hinsichtlich der Aufhängung und des Verstellmechanismusses unter Einschluss der Verschwenkbewegung der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen von Öffnungs- in Schließstellung wird insoweit auf bekannte Lösungen verwiesen, die auch im Falle der erfindungsgemäß ausgebildeten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen anwendbar sind.
Abschließend wird noch auf 5 verwiesen, in der mehrere erläuterte Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen ausschnittsweise in ihrer Einbaulage gezeigt sind.
Dabei können die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen im Kraftfahrzeug so verbaut sein, dass sie auch bei einem Haupt-Stellwinkel von 0°, aber mit einem nach oben um 12° gewölbten Endbereich (siehe Winkel 41) der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe 17 bei jede beliebigen Geschwindigkeit bereits einen Abtrieb erzeugen. Für diese Bauweise ist also keine Winkelverstell-einrichtung zur Verstellung der Ausrichtlage der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen 17 notwendig.
Die Abtriebswirkung steigt kontinuierlich mit der Fahrgeschwindigkeit bzw. dem Luftstrom an, der auf die Luftsteuerklappen einwirkt, die somit als Abtriebsklappen wirken. Die permanente Antriebs- oder Motorkühlung wird über die Querschnitte des Klappen-Träger-Rahmens gewährleistet, zwischen denen die mehreren übereinander angeordneten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen in der Regel verbaut sind.
Bevorzugt kann auch noch ein Verschwenken der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe zwischen der in 5 gezeigten maximalen Öffnungsstellung und der vollständigen Schließstellung vorgesehen sein.
Die Gesamtlösung lässt sich ferner sehr kostengünstig realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0308601 A1 [0008]
DE 20003208 U1 [0010]
DE 3836374 A1 [0011]
DE 102004011909 A1 [0016]

Claims

Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung mit folgenden Merkmalen: - mit einer Luftsteuerklappen-Anordnung mit mehreren Luftsteuerklappen (17), die mit oder ohne Seitenversatz in Längsrichtung eines Fahrzeuges in Vertikalrichtung übereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind, - die mehreren Luftsteuerklappen (17) sind in Öffnungsstellung mit einer in Luftströmrichtung (LS) vorlaufenden Anströmkante (25) und einer dazu in Luftströmrichtung (LS) nachlaufend liegenden Abströmkante (29) ausgebildet, - die Luftsteuerklappen (17) weisen zwischen ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) und ihrer demgegenüber nachlaufenden Abströmkante (23) zumindest in Öffnungsstellung eine nach unten weisende Begrenzungsfläche (21) und eine demgegenüber höher liegende und nach oben weisende Begrenzungsfläche (23) auf, - die Luftsteuerklappen (17) sind als Abtriebsklappen (17) ausgebildet, - zumindest eine der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) weistt dazu zwischen ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) und ihrer nachlaufenden Abströmkante (29) im Querschnitt senkrecht zu ihrer Breitenerstreckungsrichtung (B) eine Mittel- und/oder Schwerkraftlinie (69) auf, die zumindest in Öffnungsstellung der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) nach unten weisend konvex verlaufend ausgebildet ist, und - die zumindest eine Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) weist zwischen ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) und ihrer nachlaufenden Abströmkante (29) in Querschnittsdarstellung der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) eine Oberseite mit zumindest einem konkav verlaufendem Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) auf.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konkav verlaufende Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) zur Abströmkante (29) näher und zur Anströmkante (25) entfernter liegt.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) zumindest in Öffnungsstellung von ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) ausgehend zumindest einen in Querschnittsdarstellung konvex verlaufenden zur Oberseite weisenden Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) aufweist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der konvex verlaufende Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) direkt oder dazu beabstandet in den konkav verlaufenden Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) übergeht, der zu dem vorlaufenden Begrenzungsflächen-Abschnitt (23a) nachlaufend ausgebildet ist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) einen zumindest in Öffnungsstellung der Luftsteuerklappe nach oben weisenden nachlaufenden Begrenzungsflächen-Abschnitt (23b) aufweist, der gegenüber dem vorlaufenden in Querschnittdarstellung konvex gekrümmten Oberflächen-Abschnitt (23a) konkav ausgebildet ist und vorzugsweise bis zur Abströmkante (29) reicht oder in der Nähe der Abströmkante (29) in einen im Querschnitt gerade verlaufenden Oberflächen-Abschnitt (23b) übergeht.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest in Öffnungsstellung nach unten weisende Begrenzungsfläche (21) von ihrer vorlaufenden Anströmkante (25) bis zu ihrer nachlaufenden Abströmkante (29) in Querschnittdarstellung konvex ausgebildet ist oder überwiegend konvex ausgebildet ist, wobei die nach unten weisende Begrenzungsfläche (21) in einem nachlaufenden Bereich (21b) zur Abströmkante (29) hin in Querschnittdarstellung ebenfalls konvex ausgebildet oder gerade verlaufend ausgestaltet ist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) eine Dicke (D) aufweist, die in Querschnittsdarstellung durch die Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) an einer Stelle gebildet ist, die senkrecht durch einen Schnittpunkt verläuft, der durch die untere Begrenzungsfläche (21) und ein die untere Begrenzungsfläche (21) berührende horizontale untere Tangente (T_U) gebildet ist und/oder durch eine Senkrechte, die durch einen Schnittpunkt an der oberen Begrenzungsfläche (23) der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) verläuft, an welcher eine obere horizontale Tangente (T_O) die obere Begrenzungsfläche (23) berührt.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Öffnungsstellung der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) eine durch eine Zentralachse (19) zum einen und die nachlaufende Abströmkante (29) zum anderen gelegte Ebene einen Winkel von nicht mehr als 21,3° gegenüber einer durch die Zentralachse (19) gelegte horizontale Ebene aufweist, wobei der so gebildete Winkel (42) vorzugsweise ≤ 20,3°, 19,3°, 18,3°, 17,3°, 16,3°, 15,3°, 14,3°, 13,3°, 12,3° oder 11,3° oder 10,3° ist und vorzugsweise größer als 8°, insbesondere größer als 9°, 10°, 11°, 12°, 13°, 14° 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 20°, 21° ist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anstiegsebene (139) in einem Winkel ≤ 12° zwischen einer Höhenlinie (133) auf der nach oben weisenden Begrenzungsfläche (23) der Luftsteuerklappe (17) und der demgegenüber nachlaufenden Abströmkante (29) ausgerichtet ist, wobei die Höhenlinie (133) auf der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) zumindest in deren Öffnungsstellung vertikal oberhalb einer Schnittlinie verläuft, die zwischen einer horizontal verlaufenden unteren Tangentenebene (T_U) und der nach unten weisenden Begrenzungsfläche (21) der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) in deren Öffnungsstellung (17) gebildet ist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (41) vorzugsweise ≤ als 12° vorzugsweise weniger als 11°, 10°, 9°, 8°, 7°, 6°, 5° oder weniger als 4° beträgt.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Luftsteuerklappe (17) oder die meisten der Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) oder alle Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) fest und unverdrehbar in einem Montagerahmen eingebaut sind.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) oder die meisten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) oder alle Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen (17) um eine horizontale Zentralachse (19) verschwenkbar in einem Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappen-Rahmen eingebaut gehalten sind und zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschwenkbar sind, wobei die Luftsteuerklappen in Öffnungsstellung so verschwenkt sind, dass zwischen zwei übereinander beabstandeten Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) ein maximaler Luftdurchsatz erzeugbar ist.
Luftmassen-Steuerungs-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Abtriebs- und/oder Luftsteuerklappe (17) eine Zentralachse (19) aufweist, die die Schwerpunktachse hinsichtlich einer Luftsteuerklappe bildet und/oder in der Mitte der Luftsteuerklappe in deren Breitenrichtung (B) verläuft, an der die Luftsteuerklappe die größte Dicke (D) aufweist.