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Die Erfindung betrifft eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest ein Teil der Luftleitvorrichtung in Abhängigkeit einer im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Strömung verstellbar ist.
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Eine Luftleitvorrichtung der eingangs genannten Art wird durch die
DE 10 2004 041 720 A1 beschrieben, wobei diese einen Heckflügel in einer Spaltausführung offenbart, bei welchem sich durch Veränderung des Anstellwinkels einer elektromotorisch betätigten Flügel-Komponente der durch den Heckflügel erzeugte Abtrieb verändern lässt. Hierbei ist jedoch nachteilig ein hoher zusätzlicher ökonomischer und konstruktiver Aufwand zu betreiben, da zur Veränderung des Anstellwinkels zusätzliche Aktuatoren und Sensoren notwendig sind und zudem ein hoher Regelaufwand betrieben werden muss.
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Eine Verstellung eines Hebels, welcher der Verbesserung der Kraftübertragung dient, wobei die Verstellung ohne die Anordnung von Aktuatoren erfolgen kann, ist aus der
DE 199 16 411 A1 bekannt. Hierbei ist der Hebel konstruktiv einem in der Natur ausgebildeten Prinzip nachempfunden.
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Durch die
DE 10 2013 224 001 A1 wird zudem ein Scheibenwischer beschrieben, welcher zum verbesserten Anlegen an eine Kraftfahrzeugscheibe nach dem erwähnten Prinzip ausgebildet ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftleitvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass der ökonomische sowie konstruktive Aufwand minimiert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Luftleitvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, bei welcher zumindest ein Teil der Luftleitvorrichtung, insbesondere jedoch die Luftleitvorrichtung als solche, in Abhängigkeit einer im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Strömung verstellbar ist. Hierbei ist die Luftleitvorrichtung passiv selbstverstellend ausgebildet, wobei eine Kraft - oder Kräfte -, welche durch die Strömung an der Luftleitvorrichtung angreift - oder angreifen -, die passive Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung hervorruft - oder hervorrufen.
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Passiv bedeutet hierbei, dass die Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung ohne Zufuhr einer aufzubringenden, insbesondere elektrischen, auch pneumatischen oder hydraulischen Energie erfolgt, die beispielsweise einem Stellglied zugeführt werden müsste, sondern die Selbstverstellung lediglich durch die auf die Luftleitvorrichtung wirkende, äußere Kraft hervorgerufen wird, die durch die Strömung bedingt ist.
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Aufgrund der Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung wird es ermöglicht, dass in Abhängigkeit der Strömung, die auf das Kraftfahrzeug wirkt und somit in Korrelation mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, der auf das Kraftfahrzeug wirkende Auftrieb minimiert und/oder ein auf das Kraftfahrzeug wirkender erhöhter Abtrieb respektive Anpressdruck mittels der Luftleitvorrichtung erzeugt werden kann. Diese Minimierung und/oder Erhöhung erfolgt dabei in Relation zu einer im unbewegten Zustand des Kraftfahrzeugs vorliegenden Normalstellung der Luftleitvorrichtung, wobei die Minimierung und/oder Erhöhung jeweils dadurch realisiert wird, dass der Anstellwinkel der Luftleitvorrichtung erhöht wird. Hierdurch steigt jedoch auch regelmäßig der Luftwiderstand.
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Die selbstverstellende Luftleitvorrichtung ermöglicht es somit, dass bei einer Erhöhung der Strömung und damit in Korrelation stehend hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs ein ausreichender Bodenkontakt des Kraftfahrzeugs bestehen bleibt, während bei niedrigen Geschwindigkeiten der Luftwiderstand minimiert ist. Die passive Ausgestaltung der Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung gewährleistet zudem einen minimierten konstruktiven, ökonomischen und steuer- oder regelungstechnischen Aufwand, da insbesondere weder mittels einer im Kraftfahrzeug angeordneten Energiequelle betriebene Stellglieder noch entsprechende Sensorelemente zur Realisierung eines Regelkreises benötigt werden.
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Trotz dessen besteht die Möglichkeit, dass auch bei der passiven Ausgestaltung der Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung neben einer Selbststeuerung, welche ohne Rückkopplung der jeweilig vorhandenen Verstellung der Luftleitvorrichtung erfolgt und lediglich in einem festen Zusammenhang mit der auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Kraft steht, auch eine Selbstregelung der Luftleitvorrichtung realisierbar ist. Denkbar ist hierbei beispielsweise eine Rückkopplung über eine kinematische Kette, welche in Abhängigkeit einer vorhandenen respektive vorgewählten Soll-Verstellung der Luftleitvorrichtung eine Steifigkeit der Luftleitvorrichtung beispielsweise über Feder-/Dämpfer-Systeme verändert.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die passive Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung dadurch erzielt, dass die Luftleitvorrichtung nach dem Prinzip des Flossenstrahleffekts ausgebildet ist. Durch diesen auch als Fin-Ray-Effekt aus der Natur bekannten Effekts ist es gewinnbringend in konstruktiv einfacher Weise möglich, die passive Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung zu gestalten.
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Eine zudem gewinnbringende Ausführungsform der Erfindung liegt auch dann vor, wenn die Luftleitvorrichtung derart ausgebildet ist, dass sich diese entgegen der Kraftwirkungsrichtung der auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Kraft - oder Kräfte - auslenkt, hierbei insbesondere krümmt, wodurch ein Profil - insbesondere ein Querschnittsprofil - und/oder der Anstellwinkel der Luftleitvorrichtung veränderbar ist. Durch die Auslenkung und insbesondere Krümmung der Luftleitvorrichtung in die Richtung, die der Kraftwirkungsrichtung der auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Kraft entgegengerichtet ist, erhöht sich der Anstellwinkel der Luftleitvorrichtung. Hierdurch minimiert sich folglich der auf das Kraftfahrzeug wirkende Auftrieb und/oder es wird ein erhöhter Abtrieb generiert. Da die auf die Luftleitvorrichtung wirkende Kraft sich dabei mit einer zunehmenden Strömung um das Kraftfahrzeug und somit in Korrelation mit sich erhöhender Geschwindigkeit ansteigt, würde vorteilhaft nach Überwindung einer Initialkraft der Anstellwinkel der Luftleitvorrichtung durch zunehmende Auslenkung kontinuierlich erhöht.
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Als überaus praxisgerecht lässt sich eine Ausbildung der Erfindung ansehen, wenn die Luftleitvorrichtung weiterhin eine Sperrvorrichtung aufweist, welche die Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung vor Überschreiten einer Sperrschwelle durch die auf die Luftleitvorrichtung wirkende Kraft blockiert. Dadurch erfolgt die Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung erst nach Überschreiten der Sperrschwelle, wobei die hierfür wirkende Kraft durch die Strömung auf die Luftleitvorrichtung und damit zusammenhängend von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt. Dies ist dahingehend als vorteilhaft zu betrachten, dass die sich bei der Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung, welche zur Erhöhung des Anstellwinkels der Luftleitvorrichtung führt, eintretenden Effekte der Minimierung des Auftriebs und/oder der Erzeugung von Abtrieb und der damit verbundenen Erhöhung des Luftwiderstands erst dann einsetzen, wenn der minimierte Auftrieb oder der Abtrieb im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs tatsächlich benötigt werden, wie dies beispielsweise bei sehr hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fall sein kann. Unterhalb einer solchen Geschwindigkeit wäre zudem der Luftwiderstand vorteilhaft nicht erhöht. Eine Ausgestaltung kann dabei in der Kombination eines Feder-/Dämpfer-Elements in Verbindung mit einer Sperrklinkenanordnung liegen, wobei die Sperrklinkenanordnung bei Belastung des Feder-/Dämpfer-Elements mit der auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Kraft und Überschreiten der Sperrschwelle die Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung freigibt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist es zudem als vielversprechend anzusehen, wenn die Luftleitvorrichtung elastische Außenwandungen aufweist, wobei die Außenwandungen zumindest teilweise ein keilförmig zulaufendes Profil der Luftleitvorrichtung ausformen, wodurch einerseits die Möglichkeit eröffnet wird, dass die Auslenkung und hierbei insbesondere die Krümmung der Luftleitvorrichtung aufgrund der elastischen Ausgestaltung umsetzbar ist und andererseits das keilförmig zulaufende Profil der Luftleitvorrichtung die Auslenkung dieser entgegen der auf die Luftleitvorrichtung wirkenden Kraft - oder Kräfte - begünstigt.
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Sind weiterhin die Außenwandungen der Luftleitvorrichtung über an ihren einander zugewandten Innenseiten angelenkte und zueinander beabstandete Querstreben verbunden, so wird hierdurch ebenfalls die Auslenkung der Luftleitvorrichtung entgegen der auf diese wirkenden Kraft - oder Kräfte - bevorteilt. Insbesondere sollten hierbei die Stirnseiten der Querstreben jeweils über die Gelenke mit den Außenwandungen verbunden sein.
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Die Erfindung weiterbildend ist es ferner als erfolgversprechend anzusehen, wenn die Gelenke, die die Querstreben mit den - Innenseiten der - Außenwandungen verbinden Drehgelenke oder Festkörpergelenke sind. Hierbei hätten Festkörpergelenke insbesondere fertigungstechnische Vorteile zu bieten, da sich diese bei der Herstellung der Luftleitvorrichtung aus einem Kunststoff im Rahmen eines Spitzgussverfahrens gemeinschaftlich mit der Luftleitvorrichtung erzeugen ließen. Drehgelenke sind als überaus robuste Alternative anzusehen, wobei diese bei gegebenenfalls zu erwartenden, sehr hohen Anforderungen, wie sie beispielsweise im Rennsport vorliegen können, zu bevorzugen wären.
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In praxisnaher Weise ist die Luftleitvorrichtung als ein am Kraftfahrzeug angeordneter Spoiler, insbesondere als ein Dachspoiler oder Heckspoiler ausgebildet. Ebenso ist die Ausbildung als ein Flügel und hierbei insbesondere als ein Heckflügel vorgesehen, welcher einen Abtrieb, also einen Anpressdruck erzeugt, der einen negativen aerodynamischen Auftrieb darstellt. Der Spoiler ist hingegen ein Luftabweiser oder -umlenker und erzeugt keinen negativen aerodynamischen Auftrieb, sondern stört den Auftrieb, den die Strömung auf das Kraftfahrzeug erzeugt und/oder greift anderweitig in die Aerodynamik des Kraftfahrzeugs ein, wobei in beiden Fällen der Auftrieb minimiert wird. Aufgrund der selbstverstellenden Ausführung eines solchen Spoilers und/oder Flügels läge eine Ausgestaltung vor, die einen variablen Anstellwinkel respektive ein variables Profil des Spoilers und/oder Flügels, welche einen von der Strömung, die auf das Kraftfahrzeug wirkt und damit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängige Minderung des Auftriebs auf des Kraftfahrzeug und/oder die Erzeugung eines erhöhten Abtriebs ermöglicht.
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Eine weitere praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ist darin begründet, dass die Luftleitvorrichtung ein am Kraftfahrzeug ausgebildeter Diffusor, insbesondere ein Heckdiffusor, ist. Über den somit selbstverstellend ausgeführten Diffusor wird es entsprechend ebenfalls ermöglicht, einen variablen Anstellwinkel respektive ein variables Profil des Diffusors zu erzeugen, was bei einer Erhöhung des Anstellwinkels des Diffusors einen erhöhten Abtrieb auf das Kraftfahrzeug bedingt. Die unterhalb eines Fahrzeugbodens verlaufende Strömung würde bei entsprechend zunehmender Geschwindigkeit eine Verringerung des statischen Drucks im Bereich des Diffusors hervorrufen, wodurch bedingt durch einen auf den zum Fahrzeugboden beabstandeten Bereich des Diffusors wirkenden höheren Druck eine Kraftwirkung und somit die Selbstverstellung des Diffusors hervorgerufen würde.
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Hierbei ist es in einer weiterführenden Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, wenn die Strömung in zumindest zwei Teilströme unterteilt den Heckdiffusor zweiseitig umströmt, sodass auch derart eine Auslenkung des Diffusors mittels der durch die Strömung erzeugten Kraft ermöglicht wird. Die Luftleitvorrichtung würde hierbei von je einem Teilstrom zweiseitig umströmt, wobei der erste Teilstrom in dem zum Fahrzeugboden beabstandeten Bereich des Heckdiffusors durch das Fahrzeug geleitet und wohingegen der zweite Teilstrom wie gewohnt unterhalb des Fahrzeugbodens strömen würde. Die Teilströme müssen hierbei derart aufgeteilt werden, dass die resultierende, auf den Diffusor wirkende Kraft eine Selbstverstellung des Diffusors in Richtung eines höheren Anstellwinkels - z. B. in Richtung der Heckklappe - bewirkt. Durch diese selbstverstellende Überführung aus der Normalstellung in die ausgelenkte Stellung würde der durch das Kraftfahrzeug erzeugte Abtrieb entsprechend erhöht.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihrer Grundprinzipien sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
- 1 eine Luftleitvorrichtung als Dachspoiler;
- 2 eine Luftleitvorrichtung als Heckdiffusor;
- 3 eine Luftleitvorrichtung im Profil.
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1 zeigt eine Weiterbildung der Luftleitvorrichtung 1 für das Kraftfahrzeug 2, wobei die Luftleitvorrichtung 1 als ein an der Heckklappe des Kraftfahrzeugs 2 oberhalb der Heckscheibe angeordneter Dachspoiler ausgebildet ist. Die Luftleitvorrichtung 1 ist hierbei passiv selbstverstellend ausgeführt, was bedeutet, dass lediglich die durch die Strömung 3 an der Luftleitvorrichtung 1 erzeugte Kraft 4 die passive Selbstverstellung 5 der Luftleitvorrichtung 1 hervorruft. Die Luftleitvorrichtung 1 ist in der Figur in zwei Stellungen dargestellt, wobei die in durchgehender Linie dargestellte Luftleitvorrichtung 1 die Normalstellung der Luftleitvorrichtung 1 aufzeigt, welche im unbewegten Zustand des Kraftfahrzeugs vorliegt. Auch in dieser Stellung wird durch die als Dachspoiler ausgebildete Luftleitvorrichtung 1 bereits eine Minimierung des durch die Strömung 3 auf das Kraftfahrzeug bedingten Auftriebs erreicht. Durch die auf die Luftleitvorrichtung 1 wirkende Kraft 4, welche durch die Strömung 3 bedingt wird, lenkt sich die Luftleitvorrichtung 1 entgegen der Kraftwirkungsrichtung der Kraft 4 aus, wobei sich die in gestrichelter Form aufgezeigte Stellung der Luftleitvorrichtung 1 in gekrümmter Form ergibt. In dieser Stellung ist, wie dargestellt, der Anstellwinkel der Luftleitvorrichtung 1 gegenüber der Normalstellung erhöht wodurch sich ebenfalls eine weitere Minimierung des auf das Kraftfahrzeug 2 wirkenden Auftriebs einstellt. Die Strömung 3 ist zudem ebenfalls in zwei sich durch die jeweilige Stellung der Luftleitvorrichtung 1 ergebenden Formen gezeigt, wobei die in durchgehender Linie dargestellte Strömung 3 mit der Normalstellung der Luftleitvorrichtung 1 und die in gestrichelt dargestellter Linie dargestellte Strömung 3 mit der sich in ausgelenkter Stellung befindlichen Luftleitvorrichtung 1 korrespondiert.
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2 zeigt eine Weiterbildung der Luftleitvorrichtung 1, welche als Diffusor und im Speziellen als ein Heckdiffusor ausgebildet ist. Die Luftleitvorrichtung 1 ist hierbei erneut in ihrer in durchgehender Linie dargestellten Normalstellung sowie in gestrichelt dargestellter, ausgelenkter Stellung aufgezeigt. Die jeweilig durchgehend sowie gestrichelt dargestellte Strömung 3 korrespondiert dabei mit den entsprechenden Stellungen. Durch die unterhalb des Fahrzeugbodens verlaufende Strömung 3 wird bei zunehmender Geschwindigkeit der statische Druck P1 unterhalb der als Heckdiffusor ausgebildeten Luftleitvorrichtung 1 minimiert, wodurch bedingt durch den auf den zum Fahrzeugboden beabstandeten Bereich der Luftleitvorrichtung 1 wirkenden, höheren Druck P2 die Kraft 4 generiert wird. Dies wiederum bedingt die Selbstverstellung der Luftleitvorrichtung aus ihrer Normalstellung in die ausgelenkte Stellung, was den erzeugten Abtrieb auf das Kraftfahrzeug 2 erhöht.
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In 3 ist die als Dachspoiler ausgebildete und sich in Normalstellung befindliche Luftleitvorrichtung 1 in ihrem Profil 7 dargestellt, wobei das Profil 7 durch die elastisch ausgebildeten Außenwandungen 6 keilförmig zulaufend ausgeformt ist. Die Außenwandungen 6 der Luftleitvorrichtung 1 sind weiterhin über an ihren einander zugewandten Innenseiten 8 angelenkte und zueinander beabstandete Querstreben 9 verbunden, wobei die Gelenke 10, die die Querstreben 9 mit den Außenwandungen 6 verbinden als Drehgelenke ausgeformt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftleitvorrichtung
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Strömung
- 3a, 3b
- Teilströmung
- 4
- Kraft
- 5
- Selbstverstellung
- 6
- Außenwandung
- 7
- Profil
- 8
- Innenseite
- 9
- Querstrebe
- 10
- Gelenk
- P1, P2
- Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004041720 A1 [0002]
- DE 19916411 A1 [0003]
- DE 102013224001 A1 [0004]
