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Die Erfindung betrifft eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Luftleitelement, das durch einen Luftstrom von einer ersten Wirkposition in eine zweite Wirkposition mechanisch verstellbar ist, und mit einer Rückstelleinrichtung, die mechanisch der Verstellung des Luftleitelements in die zweite Wirkposition entgegenwirkt.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer derartigen Luftleitvorrichtung.
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Luftleitvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift
DE 199 40 376 A1 eine gattungsgemäße Luftleitvorrichtung, die als Luftleitelement einen flexibel verformbaren Beutel aufweist, der am Heck eines Kraftfahrzeugs anordenbar ist. In dem Beutel ist eine Rückstellfeder angeordnet, welche das freie Ende oder den Boden des Beutels in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeugs zieht. Außerdem weist der Beutel eine Öffnung auf, durch welche ein an dem Kraftfahrzeug vorbeiströmende Luftstrom in den Beutel gelangen kann. Bei einer ausreichend hohen Fahrgeschwindigkeit wird dadurch der Beutel aufgeblasen und entgegen der Kraft der Rückstellfeder verformt, bis er eine strömungsgünstige Form erreicht, die den Luftwiderstand am Heck des Kraftfahrzeugs reduziert. Nimmt die Fahrgeschwindigkeit ab, und damit der Luftdruck in dem Beutel, so verbringt die Rückstellfeder den Beutel wieder in den ursprünglichen Zustand. Damit ist eine Verstellung des Luftleitelements von einer ersten Wirkposition in eine zweite Wirkposition allein durch den Luftstrom ermöglicht. Jedoch ist das Anbringen eines derartigen Beutels am Heck eines Kraftfahrzeugs im Straßenverkehr nicht zulässig und zudem ist die Dauerhaltbarkeit eines derzeitigen flexiblen Elements am Heck des Kraftfahrzeugs fraglich. Auch kann nicht gewährleistet sein, dass der Beutel stets die gewünschte zweite Wirkposition bei ausreichendem Luftstrom einnimmt, da die Form des Beutels auch von den Luftströmungen an der Außenseite des Beutels beeinflusst wird.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 004 311 A1 ist eine weitere Luftleitvorrichtung bekannt, die anstelle eines flexiblen Beutels ein in sich festes, aber verlagerbares Luftleitelement vorsieht. Dieses ist mit einer Staudruckklappe mechanisch verbunden, sodass bei einem ausreichend hohen auf die Staudruckklappe wirkenden Staudruck, die Staudruckklappe und damit das Luftleitelement von einer ersten Position in eine zweite Position verschwenkt werden. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Lösung ergibt sich dabei zwar der Vorteil, einer eindeutigen Form und Luftleitung durch das Luftleitelement in beiden Schwenkstellungen, jedoch bedeutet die dafür notwendige Gelenkkinematik einen hohen Bauraumbedarf und führt zu Gewichts- und Kostennachteilen.
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Die Offenlegungsschrift
EP 3 397 541 B1 offenbart einen Heckspoiler für ein Fahrzeug, mit einem ersten Teil, der eine obere Fläche aufweist, die fluchtend mit einer imaginären Verlängerung einer Luftstromlinie des Fahrzeugdachs angeordnet ist und mit einem zweiten Teil, der relativ zu dem ersten Teil zwischen einer eingezogenen und einer ausgezogenen Position beweglich gelagert ist. Der Spoiler weist ein passives Bewegungssystem auf, das dazu ausgebildet ist, den zweiten Teil in Abhängigkeit von dem Luftstrom zu bewegen
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Luftleitvorrichtung zu schaffen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein vorteilhaftes Strömungsverhalten eines einfach mechanisch verstellbaren Luftleitelements ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Luftleitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese hat den Vorteil, dass das Luftleitelement als zumindest im Wesentlichen steifer Spoiler nicht verformbar, sondern lediglich verlagerbar ist, sodass eine eindeutige Luftführung erzielt werden kann. Der Luftstrom wird damit nicht dazu genutzt, das Luftleitelement zu verformen, sondern lediglich dazu, es zu verlagern, von der ersten Wirkposition in die zweite Wirkposition. Dadurch, dass der Spoiler durch den auf den Spoiler treffenden Luftstrom bewegbar ist, ist auch kein zusätzliches Klappenelement oder Getriebe notwendig, um die Verstellung zu bewirken. Dadurch werden Bauraum und Gewicht gespart und eine kostengünstige Gestaltung der Luftleitvorrichtung gewährleistet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Luftleitelement als zumindest im Wesentlichen steifer Spoiler ausgebildet und durch eine Längsführung zu seiner Verstellung verschiebbar gelagert ist, und dass der Spoiler dauerhaft in einem Luftströmungsweg liegt, sodass er durch einen auf den Spoiler treffenden Luftstrom entgegen einer Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung in die zweite Wirkposition verschiebbar ist. Dass der Spoiler dauerhaft in einem Luftströmungsweg liegt, bedeutet, dass der Spoiler an dem Kraftfahrzeug derart angeordnet oder frei von anderen Gehäuseteilen ist, dass er stets von einem Luftstrom insbesondere in Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs beaufschlagt ist. Damit ist gewährleistet, dass die Verstellung des Spoilers durch den Luftstrom sicher dann erfolgt, wenn der Luftstrom einen ausreichend hohen Luftdruck auf den Spoiler ausübt. Sobald die von dem Luftstrom auf den Spoiler ausgeübte Kraft die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung überwindet, bewegt sich der Spoiler in Richtung der zweiten Wirkposition. Nimmt der Luftstrom wieder ab, so bewirkt die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung ein Zurückbewegen des Spoilers in die erste Wirkposition. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Spoiler in der ersten Wirkposition eine geringere Wirkung auf das Kraftfahrzeug ausübt, als in der zweiten Wirkposition. Damit ist eine einfache Verstellung des Spoilers von der ersten Wirkposition in die zweite und umgekehrt durch rein mechanische Mittel auf einfache und kostengünstige Art und Weise gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Luftleitvorrichtung einen Vorspoiler aufweist, der in Luftströmungsrichtung vor dem Spoiler liegt, und dass der Vorspoiler und der Spoiler in der ersten Wirkposition des Spoilers eine zumindest im Wesentlichen durchgehende Luftleitfläche bilden. In der ersten Wirkposition bilden somit der Vorspoiler und der Spoiler einen gemeinsamen Gesamtspoiler, der ebenfalls als vorteilhaftes Luftleitelement für den Luftstrom dient. Es liegt somit letztendlich ein zweiteiliger Gesamtspoiler vor. Dadurch, dass der Vorspoiler unbeweglich ist, ist der Spoiler relativ zu dem Vorspoiler durch den Luftstrom und die Rückstelleinrichtung bewegbar. Durch das Verschieben beziehungsweise Verstellen des Spoilers wird damit die gesamte Luftleitfläche des Gesamtspoilers beeinflusst, insbesondere verlängert. Dadurch wird die Wirkung des Gesamtspoilers bei ausreichend hohem Luftstrom automatisch durch das Verschieben des Spoilers in die zweite Wirkposition erhöht. Durch die im Wesentlichen durchgehende Luftleitfläche in der ersten Wirkposition des Spoilers, wird erreicht, dass keine oder nur kleine Kanten oder Unterbrechungen in der Gesamtluftleitfläche vorliegen, welche das Strömungsverhalten der Luft negativ beeinflussen könnten.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Vorspoiler einen Spoilerabschnitt aufweist, auf welchen der Spoiler in der ersten Wirkposition zumindest bereichsweise aufgeschoben ist. Der Spoilerabschnitt dient vorteilhafterweise einerseits zur Lagerung und Ausrichtung des Spoilers und andererseits zur Luftführung, wenn der Spoiler in die zweite Wirkposition verschoben wurde. Hierdurch wird erreicht, dass dann, wenn sich der Spoiler in der zweiten Wirkposition befindet, keine oder eine nur kleine Unterbrechung zwischen Spoiler und Vorspoiler entsteht, welche die Luftströmung entlang des Gesamtspoilers beeinflusst.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Spoilerabschnitt in der zweiten Wirkposition des Spoilers von dem Vorspoiler bis zu dem Spoiler erstreckt. Dadurch ist der Abstand zwischen Vorspoiler und Spoiler durch den Spoilerabschnitt ausgefüllt und es entsteht keine den Luftstrom beziehungsweise die Luftführung beeinträchtigende Lücke zwischen Spoiler und Vorspoiler. Insbesondere ist der Spoilerabschnitt strömungsgünstig ausgebildet. Darüber hinaus ist bevorzugt der auf den Spoilerabschnitt aufgeschobene Abschnitt des Spoilers derart dünnwandig ausgebildet, dass eine Stufe vom Spoilerabschnitt zum Spoiler in der zweiten Wirkposition des Spoilers vermieden ist. Die Anströmkante des Spoilers ist bevorzugt außerdem strömungsoptimiert ausgebildet, beispielsweise keilförmig, um den Übergang vom Spoilerabschnitt zu dem Spoiler zu verbessern.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Vorspoiler eine Aussparung aufweist, in welcher der Spoiler in der ersten Wirkposition teilweise einliegt. Wird der Spoiler in die zweite Wirkposition bewegt, wird er aus der Aussparung herausgezogen und verlängert dadurch den Gesamtspoiler beziehungsweise die Gesamtluftleitfläche. Strömungstechnisch kann dies im Unterschied zu der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform besser sein, jedoch bedeutet dies, dass der Spoiler selbst ein höheres Gewicht aufweist und dadurch eine höherer Luftstrom notwendig ist, um den Spoiler zu bewegen. Je nach Anwendungsfall oder Kraftfahrzeug, an welchem die Luftleitvorrichtung angebracht werden soll, kann daher zwischen der einen oder anderen Ausführungsform entschieden werden, um einen jeweils vorteilhaften Effekt zu erzielen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Spoiler an dem Vorspoiler verschiebbar durch die Längsführung gelagert ist. Damit ist der Spoiler direkt an dem Vorspoiler selbst verschiebbar gelagert, wodurch weiterer Bauraum gespart und eine kompakte Luftleitvorrichtung in vorteilhafter Weise zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere weist der Vorspoiler dabei Befestigungsmittel zur Befestigung des Vorspoilers an dem Kraftfahrzeug auf.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass der Spoiler und der Vorspoiler an einem an der Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs befestigbaren/befestigten Halteelement gelagert sind. Damit bildet das Halteelement einen Träger für Spoiler und Vorspoiler, wodurch eine einfache Montage der Luftleitvorrichtung an dem Kraftfahrzeug gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückstelleinrichtung zumindest eine Rückstellfeder aufweist. Durch die Rückstellfeder ist ein einfaches Zurückverbringen des Spoilers in die erste Wirkposition in vorteilhafter Weise gewährleistet, sobald der auf den Spoiler treffende Luftstrom derart weit abgenommen hat, dass die Rückstellkraft die auf den Spoiler wirkende Luftkraft übersteigt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Längsführung zumindest eine Führungskulisse aufweist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte und kostengünstige Längsführung des Spoilers, insbesondere an dem Vorspoiler. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Vorspoiler eine oder mehrere Führungsnuten aufweist, in welchen jeweils ein Führungssteg oder Schlitten des Spoilers verschiebbar gelagert ist. Hierdurch ergibt sich eine einfache und präzise Verstellung des Spoilers.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Luftleitvorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einer vorteilhaften Luftleitvorrichtung in einer vereinfachten Darstellung und
- 2A und 2B die Luftleitvorrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen.
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1 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht ein Kraftfahrzeug 1, im Bereich des Übergangs eines Fahrzeugdachs 2 zu einer Heckscheibe 3. Es ist somit die abfallende Dachkante des Kraftfahrzeugs 1 gezeigt. Dieser ist eine Luftleitvorrichtung 4 zugeordnet, welche die Luftströmungsverhältnisse an dem Kraftfahrzeug 1 verbessern und insbesondere den Abtrieb bei Bedarf erhöhen soll. Die Luftleitvorrichtung 4 wird im Folgenden im Detail erläutert:
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Die Luftleitvorrichtung 4 weist einen Gesamtspoiler 5 auf, der einen Vorspoiler 6 sowie einen Spoiler 7 aufweist. Vorspoiler 6 und Spoiler 7 sind dabei an einem Halteelement 8 angeordnet, das an der Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs 1 befestigt ist. Der Gesamtspoiler 5 verlängert das Fahrzeugdach 2 über die Heckscheibe 3 hinaus, sodass Luftströmungen am Heck des Kraftfahrzeugs optimiert werden, um den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs insgesamt zu verbessern.
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Der Vorspoiler 6 ist fest an dem Halteelement 8 und/oder an dem Fahrzeugdach 2 befestigt. Der Spoiler 7 ist im Unterschied dazu beweglich an dem Halteelement 8 angeordnet, sodass er relativ zu dem Vorspoiler 6 verstellbar ist. Hierzu weist das Halteelement 8 vorteilhafterweise mehrere Führungsnuten 9 auf, in welchen Führungselemente 10, die fest mit dem Spoiler 7 verbunden sind, verschiebbar gelagert sind. Die Führungsnuten 9 bilden somit zusammen mit dem Führungselementen 10 eine Längsführung 11 für den Spoiler 7 in der Art einer Kulissenführung. Der Spoiler 7 ist somit zwischen zwei Endpositionen durch die Längsführung 11 hin und her verschiebbar.
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In einer ersten Wirkposition liegt der Spoiler 7 an dem Vorspoiler 6 an, sodass diese eine gemeinsame Luftleitfläche 12 für einen Luftstrom bilden. 2A zeigt hierzu in einer perspektivischen Darstellung das Kraftfahrzeug 1 mit dem Gesamtspoiler 5, bei welchem der Spoiler 7 sich in der ersten Wirkposition befindet. Die Oberflächen von Vorspoiler 6 und Spoiler 7 sind somit bündig zueinander angeordnet, um Verwirbelungen/Turbulenzen im Bereich des Gesamtspoilers 5 zu vermeiden. Der Spoiler 7 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass er stets im Strömungsweg der Luft, die an dem Kraftfahrzeug 1 vorbeiströmt, liegt und damit während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 einem Luftstrom ausgesetzt ist.
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Der Luftstrom ist in 1 beispielhaft durch einen Pfeil F1 gezeigt, der entlang des Fahrzeugdachs 2 über den Gesamtspoiler 5 strömt. Dadurch, dass der Spoiler 7 im Luftströmungsweg liegt, wird er von dem Luftstrom mit einem Druck beaufschlagt, welcher eine Bewegungskraft erzeugt, die den Spoiler 7 entlang der Längsführung 11 weiter nach hinten beziehungsweise in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeugs 1 bewegt. Außerdem entstehen am Heckfenster 3 beziehungsweise am Heck des Kraftfahrzeugs 1 Kräfte, die sich aus dem am Heck entstehenden Unterdruck ergeben und den Spoiler 7 in Richtung des Hecks ziehen, wie durch einen Pfeil F2 gezeigt. Die Längsführung 11 ist dabei derart ausgebildet, dass der Spoiler 7 nur über einen begrenzten Weg verschoben werden kann, sodass sichergestellt ist, dass der Spoiler 7 nicht von dem Vorspoiler 6 beziehungsweise dem Halteelement 8 gelöst werden kann. In der Endstellung befindet sich der Spoiler 7 in einer zweiten Wirkposition.
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2B zeigt hierzu in einer weiteren perspektivischen Darstellung den Gesamtspoiler 5, bei welchem der Spoiler 7 in die zweite Wirkposition verstellt beziehungsweise verschoben wurde. Es ist zu erkennen, dass dadurch ein Abstand zwischen dem Vorspoiler 6 und dem Spoiler 7 entsteht. Um unnötige Luftverwirbelungen zu vermeiden, weist der Spoiler 7 einen Spoilerabschnitt 12 auf, der dem Spoiler 7 zugewandt ist, und auf welchen der Spoiler 7 in der ersten Wirkposition aufgeschoben ist, sodass der Spoilerabschnitt 12 insgesamt verdeckt ist.
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Befindet sich der Spoiler 7 jedoch in der zweiten Wirkposition, so wird der Spoilerabschnitt 12 freigestellt. Der Spoilerabschnitt 12 kann dabei einstückig mit dem Vorspoiler 6 oder mit dem Halteelement 8 ausgebildet sein. Auch ist es denkbar, ein Halteelement 8 und Vorspoiler 6 einteilig auszubilden.
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Bei ausreichendem Fahrtwind wird somit der Spoiler 7 mechanisch und automatisch in die zweite Wirkposition verbracht. Dadurch wird die Abtriebskraft des Gesamtspoilers 5 insgesamt bei höherem Fahrtwind und damit bei höheren Geschwindigkeiten erhöht, was die Fahrdynamikeigenschaften des Kraftfahrzeugs verbessert. Damit bei niedrigen Geschwindigkeiten die vergrößerte Luftleitfläche nicht zu Nachteilen in Bezug auf den Kraftstoff- oder Energieverbrauch und einer erhöhten Verschmutzung der Heckscheibe 3 führt, ist dem Spoiler 7 außerdem eine Rückstelleinrichtung 13 zugeordnet, welche den Spoiler 7 mechanisch zurück in die erste Wirkposition verschiebt, wenn der auf den Spoiler 7 wirkende Luftdruck einen vorgebbaren Grenzwert unterschritten hat. Vorliegend weist die Rückstelleinrichtung 13 dazu eine Rückstellfeder 14 auf, die zwischen dem Halteelement 8 oder dem Vorspoiler 6 und dem Spoiler 7 auf Zug gespannt halten ist und damit den Spoiler 7 mit einer Rückstellkraft gemäß Pfeil F3 in Richtung des Vorspoilers 6 zieht.
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Um den Spoiler 7 in die zweite Wirkposition zu verschieben, wie in 1 gezeigt, muss somit zunächst die Rückstellkraft der Rückstellfeder 14 überwunden werden. Erst dann wird durch den Fahrtwind der Spoiler 7 bewegt. Bei abnehmendem Fahrtwind wird der Spoiler 7 durch die Rückstellfeder 14 wieder in die erste Wirkposition zurückbewegt, sobald sich das auf den Spoiler 7 wirkende Kraftverhältnis von Rückstellkraft und Windkraft umgekehrt hat. Infolgedessen wird der Spoiler 7 zurück über den Spoilerabschnitt 12 in die erste Wirkposition geschoben, sodass der Gesamtspoiler 5 wieder den Betriebszustand erreicht, wie in der 2A gezeigt ist.
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Vorteilhafterweise weist die Rückstelleinrichtung 13 zumindest zwei derartige Rückstellfedern 14 auf, die an zwei Längsseiten des Gesamtspoilers 5 angeordnet und jeweils mit dem Vorspoiler 6 und dem Spoiler 7 verbunden sind.
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Durch die vorteilhafte Luftleitvorrichtung 4 wird erreicht, dass der Windwiderstand beziehungsweise der cw-Wert des Kraftfahrzeugs durch die durch den Gesamtspoiler 5 nach hinten verlängerte Dachkante verbessert wird. Durch die variable Länge des Gesamtspoilers 5 wird erreicht, dass einerseits der cw-Wert verbessert und andererseits dennoch eine erhöhte Verschmutzung der Heckscheibe sowie eine schlechtere Sicht nach hinten vermieden werden.
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Dadurch, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten die Gesamtlänge der Luftleitfläche des Gesamtspoilers 5 verkürzt ist, werden Verwirbelungen am Heck bei niedrigen Geschwindigkeiten reduziert, wodurch die Verschmutzung der Heckscheibe 3 verringert wird. Darüber hinaus ist durch die verkürzte Gesamtluftleitfläche das Sichtfeld für den Fahrer des Kraftfahrzeugs nach hinten vergrößert. Dadurch, dass die Bewegung des Spoilers 7 allein durch die Rückstellkraft der Rückstellfeder 14 und den Fahrtwind realisiert wird, kann auf einen separaten Antrieb, beispielsweise elektrisch oder hydraulisch, verzichtet werden, was zu Bauraum-, Kosten- und Gewichtsvorteilen führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Fahrzeugdach
- 3
- Heckscheibe
- 4
- Luftleitvorrichtung
- 5
- Gesamtspoiler
- 6
- Vorspoiler
- 7
- Spoiler
- 8
- Halteelement
- 9
- Führungsnut
- 10
- Führungselement
- 11
- Längsführung
- 12
- Luftleitfläche / Spoilerabschnitt
- 13
- Rückstelleinrichtung
- 14
- Rückstellfeder
- F1
- Pfeil
- F2
- Pfeil
- F3
- Pfeil
