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Die Erfindung betrifft eine Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Luftleitvorrichtungen umfassend Luftleitelemente für Kraftfahrzeugkarosserien von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Es handelt sich bei den Luftleitelementen insbesondere um so genannte Heckflügel, die bewegbar an der Kraftfahrzeugkarosserie aufgenommen sind, damit sie relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie unterschiedliche Positionen zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition einnehmen können. In der ersten Endposition ist der Heckflügel bündig mit der Kraftfahrzeugkarosserie angeordnet, wobei er in der zweiten Endposition maximal von der Kraftfahrzeugkarosserie beabstandet ist. Mit Hilfe des Heckflügels ist insbesondere ein Abtrieb des die Kraftfahrzeugkarosserie aufweisenden Kraftfahrzeugs im Betrieb variierbar.
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Der bewegbare Heckflügel ist mit einer Verstellvorrichtung der Luftleitvorrichtung verbunden, die den Heckflügel in seine entsprechend einzunehmende Position bewegt und ihn in dieser hält. Ein Nachteil des Heckflügels ist die Erhöhung eines Luftwiderstandsbeiwertes der Kraftfahrzeugkarosserie ohne Heckflügel, welcher jedoch durch die Verstellung des Heckflügels reduziert werden kann. So ist es beispielsweise nicht notwendig den Heckflügel, welcher der Herbeiführung eines hinreichenden Abtriebs dient, bei niedrigen Geschwindigkeiten auszufahren.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Minimierung der Erhöhung des Luftwiderstandes, resp. des Luftwiderstandsbeiwertes bekannt.
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So ist aus der Patentschrift
DE 10 2007 061 257 B4 ist eine Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche einen als Spaltflügel ausbildbaren Heckflügel offenbart. Die Luftleitvorrichtung weist ein Luftleitelement auf, welches in einer Unterschale aufnehmbar ausgebildet ist und mit dieser vollständig in der Kraftfahrzeugkarosserie versenkbar, unter Einnahme seiner Ruheposition, ausgebildet ist, wobei das Luftleitelement mit der Unterschale den Heckflügel bildet. In einer Zwischenposition ist das Luftleitelement mit der Unterschale in dieser liegend aus der Kraftfahrzeugkarosserie mit Hilfe einer Verstellvorrichtung herausragend angeordnet. Damit ein maximal möglicher Abtrieb herbeigeführt werden kann, wird das Luftleitelement aus der Unterschale mit Hilfe der Verstellvorrichtung angehoben, wodurch der Spaltflügel ausgebildet ist und der Heckflügel seine Wirkposition einnimmt.
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Die Patentschrift
DE 100 48 122 B4 offenbart eine Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs, welche aus einem Heckdeckel der Kraftfahrzeugkarosserie ausfahrbar ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Realisierung eines geringen Luftwiderstandsbeiwertes bei gleichzeitig hohem Abtrieb eine verbesserte Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung für eine Kraftfahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs weist ein Luftleitelement auf, welches mit Hilfe einer Verstellvorrichtung der Luftleitvorrichtung bewegbar in der Kraftfahrzeugkarosserie aufgenommen ist und in zumindest eine erste Position und eine zweite Position bringbar ist. Die Kraftfahrzeugkarosserie weist eine Längsachse, eine Querachse und eine Hochachse auf. Erfindungsgemäß weist das Luftleitelement zur Herbeiführung eines reduzierten Luftwiderstandsbeiwertes und eines größtmöglichen Abtriebs ein bewegbar ausgebildetes Leitelement auf, welches an einer Flügeloberfläche des Luftleitelementes bewegbar aufgenommen ist. Der Vorteil ist die Herbeiführung einer im Vergleich zum Stand der Technik weiter erhöhten Vielzahl von strömungsleitenden Positionen des Luftleitelementes, die zu einer Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwertes und/oder einer Steigerung des Abtriebs bzw. Reduzierung des Auftriebes in einer Vielzahl von Betriebspunkten des Kraftfahrzeugs führen können. Die Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwertes und/oder Steigerung eines Abtriebs bzw. Reduzierung eines Auftriebes führt neben der Herbeiführung einer stabilen Lage des Kraftfahrzeugs bei einer Vielzahl an Geschwindigkeiten und Betrieben auf zu einer möglichen Reduzierung eines Kraftstoffverbrauches des Kraftfahrzeugs. Ein weiterer Vorteil des bewegbaren Leitelementes ist darin zu sehen, dass es insbesondere bei einer fahrwiderstandsrelevanten und/oder abtriebsrelevanten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ausfahrbar ausgeführt ist. Das heißt, dass es ausschließlich in den Geschwindigkeitsbereichen eingesetzt werden kann, in denen es benötigt wird, da es in den anderen Geschwindigkeitsbereichen möglicherweise Verluste herbeiführen könnte. Somit kann das Leitelement effektiv und effizient eingesetzt werden.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung ist das Leitelement zur Umströmung in Richtung der Längsachse ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass es die Luftströmung in Richtung der Längsachse beeinflussend ausgebildet ist, wodurch insbesondere auf die Stabilität des Kraftfahrzeugs im Betrieb in Richtung seiner Längsachse Einfluss genommen werden kann.
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Vorteilhaft ist das Luftleitelement u-förmig ausgebildet, wodurch die Möglichkeit gegeben ist einen so genannten Spaltflügel auszubilden. Das heißt, dass bei einem Anstellen des Luftleitelementes relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie die Luftströmung sowohl über das Luftleitelement als auch zwischen dem Luftleitelement und der Kraftfahrzeugkarosserie strömen kann. Somit lässt sich vorteilhaft bei unterschiedlichen Betrieben des Kraftfahrzeugs ein Ausgleich zwischen Auf- und Abtrieb des Kraftfahrzeugs herbeiführen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Luftleitelement an einem fest oder bewegbar mit der Kraftfahrzeugkarosserie ausgebildeten Vorrichtungselement verdrehbar aufgenommen. Der Vorteil der drehbaren Ausbildung ist in einer einfachen Positionierung und Bewegung des Luftleitelements zu sehen, da lediglich die Positionierung in seine Wirkposition mit einer einzigen Bewegung erfolgen kann.
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Sofern das Luftleitelement auf dem Vorrichtungselement aufliegend oder in das Vorrichtungselement versenkbar ausgebildet ist kann insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs eine ungünstige Strömungsführung aufgrund von Spalten zwischen den Bauteilen vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit die Kraftfahrzeugkarosserie in ihrer Grundform, das heißt mit anderen Worten ohne Sichtbarkeit der Luftleitvorrichtung, d.h. mit eingefahrenem Luftleitelement und mit eingefahrenem Leitelement, zu belassen. Das heißt mit anderen Worten, dass die Anmutung der Grundform bis zum Ausfahren zumindest des Luftleitelementes für den Betrachter sichtbar ist. Das Leitelement ist somit, wie auch das Luftleitelement, in die Grundform integriert und zur Herbeiführung einer stabilen Lage des Kraftfahrzeugs sowie einer Reduzierung des Luftwiderstandes der Kraftfahrzeugkarosserie bei ausgefahrenem Luftleitelement bewegbar ausgeführt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung ist das Vorrichtungselement in Form eines starren oder bewegbar an der Kraftfahrzeugkarosserie ausgebildeten Heckflügels ausgeführt. Unabhängig davon, ob der Heckflügel starr oder bewegbar, somit ein- und ausfahrbar an der Kraftfahrzeugkarosserie aufgenommen ist, kann ein so genannter Spaltflügel bei Anstellen des Luftleitelementes relativ zum Heckflügel realisiert werden, wodurch ein stabiler Betrieb des Kraftfahrzeugs in zahlreichen Fahrmodi herbeigeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist eine Reduzierung eines Kraftstoffverbrauches des die Kraftfahrzeugkarosserie aufweisenden Kraftfahrzeugs bei gleichzeitig stabiler Lage bei hohen Geschwindigkeiten.
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Besonders vorteilhaft, bezogen auf die aerodynamische Wirkung der Luftleitvorrichtung, sind strömungsgünstig ein Wirkelement des Luftleitelementes und/oder das Leitelement ein tragflügelartiges Profil aufweisend ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Luftleitelementes ist das Leitelement am Luftleitelement um einen Drehpunkt zur Verdrehung um die Querachse verdrehbar aufgenommen. Der Vorteil der drehbaren Ausbildung ist, wie auch bei dem Luftleitelement, in einer einfachen Positionierung und Bewegung des Luftleitelements zu sehen, da lediglich die Positionierung in seine Wirkposition mit einer einzigen Bewegung erfolgen kann.
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Sofern das Luftleitelement und/oder das Leitelement in Leichtbauweise, insbesondere aus einem Kohlenstoffverbundwerkstoff ausgeführt sind, kann die Kraftfahrzeugkarosserie insgesamt gewichtsreduziert ausgebildet werden und es ist die Möglichkeit einer Verbrauchsreduktion und demgemäß einer Emissionsreduktion gegeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Leitelement eine komplementär zu einer Vertiefung des Luftleitelementes ausgebildete Unterfläche auf. Dadurch ist eine Unterströmung des Leitelementes in seiner im Luftleitelement aufgenommenen Position, welche insbesondere im niedrigen Last- und Drehzahlbereich des Kraftfahrzeugs eingenommen wird, verhindert. Somit können vorteilsmindernden Verwirbelungen und Strömungsabrisse aufgrund der Unterströmung vermieden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung ist das Leitelement in einer Maximalposition oder einer Zwischenposition des Luftleitelementes ausfahrbar ausgebildet. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Vielzahl von Positionen des Leitelementes in Verbindung mit der Position des Wirkelementes der Luftleitvorrichtung einstellbar sind, damit eine vom Betrieb des Kraftfahrzeugs betriebspunktabhängige Positionierung der Luftleitvorrichtung einstellbar ist. So kann in zumindest der überwiegenden Anzahl von Betriebspunkten des Kraftfahrzeugs ein optimierter, d.h. bestmöglicher Luftwiderstandsbeiwert und/oder Abtrieb herbeigeführt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Prinzipdarstellung eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Luftleitvorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
- 2 in einer Draufsicht die Kraftfahrzeugkarosserie gem. 1,
- 3 in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung in einer Draufsicht,
- 4 in einer Schnitt IV - IV die erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung,
- 5 in einer Seitenansicht ein Kraftfahrzeug aufweisend die erfindungsgemäße Leitvorrichtung für seine Kraftfahrzeugkarosserie in einer ersten Maximalposition, und
- 6 in einer Seitenansicht das Kraftfahrzeug aufweisend die erfindungsgemäße Leitvorrichtung in der ersten Maximalposition, einer zweiten Maximalposition und einer Zwischenposition.
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Eine gemäß den 1 und 2 ausgebildete Kraftfahrzeugkarosserie 1 eines Kraftfahrzeugs 29 umfasst eine in einem Heckbereich 2 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angeordnete Luftleitvorrichtung 3 gemäß dem Stand der Technik. Die Luftleitvorrichtung 3 ist aus einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung verstellbar. Mit Hilfe der Luftleitvorrichtung 3 können insbesondere ein Luftwiderstandsbeiwert sowie ein Abtrieb der Kraftfahrzeugkarosserie 1 bzw. des Kraftfahrzeugs 29 variiert werden. Die Luftleitvorrichtung 3 umfasst zumindest ein Luftleitelement 4 zur Strömungsführung, welches mit einer in der Kraftfahrzeugkarosserie 1 aufgenommenen Verstellvorrichtung 5 verbunden ist. Das Luftleitelement 4 ist in Form eines Heckflügels ausgebildet und im Weiteren als Flügel bezeichnet. Insbesondere eine der Umgebung 6 zugewandt ausgebildete Flügeloberfläche 7 des Flügels 4 ist aerodynamisch ausgestaltet.
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Im Heckbereich 2 weist die Kraftfahrzeugkarosserie 1 eine Heckscheibe 8 und eine Heckhaube 9 auf, die zwischen Seitenwänden 10 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angeordnet sind. Die Heckhaube 9 des Kraftfahrzeugs 1 ist mit einer Öffnung 11 ausgestaltet, in der die Flügeloberfläche 7 in einer ersten Endposition bündig mit einer Karosserieoberfläche 12 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angeordnet ist.
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Die Kraftfahrzeugkarosserie 1 weist eine Längsachse x, eine Querachse y und eine Hochachse z auf, wie sie symbolisch in einem kartesischen Achsensystem dargestellt sind.
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In den 3 bis 6 ist die erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung 3 in unterschiedlichen Ansichten und im Zusammenbau und Zusammenwirken mit der Kraftfahrzeugkarosserie 1 illustriert.
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Das Luftleitelement 4 ist u-förmig ausgeführt, wobei sich überwiegend in Richtung der Längsachse x erstreckenden Seitenarme 13 des Luftleitelementes 4 ein sich überwiegend quer, in Richtung der Querachse y erstreckendes, zwischen den beiden Seitenarmen 13 angeordnetes Wirkelement 14 des Luftleitelementes 4 stützend ausgeführt sind. Das heißt, dass die Seitenarme 13 zur Realisierung der aerodynamischen Wirkung des Luftleitelementes 4, der Herbeiführung eines hinreichenden Abtriebs, nicht zwingend notwendig sind, jedoch einen Beitrag dazu liefern können.
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Zur Änderung der Position des Luftleitelementes 4 relativ zur Kraftfahrzeugkarosserie 1 ist diese bewegbar an der Kraftfahrzeugkarosserie 1 aufgenommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vom Wirkelement 14 abgewandt ausgebildete Armenden 15 der Seitenarme 13 um eine in Richtung der Querachse y ausgebildete Drehachse 16 in Richtung des Pfeiles 17 verdrehbar an der Kraftfahrzeugkarosserie 1 gelagert.
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Das Luftleitelement 4 der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung 3 könnte auch an einem mit der Kraftfahrzeugkarosserie 1 fest verbundenen Vorrichtungselement 28 der Luftleitvorrichtung 3 drehbar aufgenommen. Das Vorrichtungselement 28 ist in eine Fahrzeuggeometrie der Kraftfahrzeugkarosserie 1 integriert ausgebildet. Sein Profil kann bereits die Form eines feststehenden Heckspoilers aufweisen. Die Luftleitvorrichtung 3 kann in das Vorrichtungselement 28 in Richtung der z-Achse versenkbar aufgenommen oder es kann auf das Vorrichtungselement 28 aufliegend ausgebildet sein.
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In einem weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Vorrichtungselement 28 auch in Form eines verstellbaren Heckflügels ausgebildet sein. Das heißt mit anderen Worten, dass das Luftleitelement 4 auf dem verstellbaren und möglicherweise in die Kraftfahrzeugkarosserie 1 vollständig und/oder teilweise einfahrbaren Heckflügel aufliegend oder in diesen versenkbar ausgebildet ist. Unabhängig vom verstellbaren Heckflügel kann das Luftleitelement 4 bewegt werden.
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Eine Bewegung des Luftleitelementes 4 erfolgt mit Hilfe der Verstellvorrichtung 5, welche Hebelarme 18 einer Kinematik 19 der Verstellvorrichtung 5 aufweist, die mit dem Luftleitelement 4 verbunden sind. Ebenfalls mit Hilfe der Verstellvorrichtung 5 bewegbar ausgebildet sind Leitelemente 20, welche an dem Luftleitelement 4, an dessen Flügeloberfläche 7 bewegbar angeordnet sind. Die Leitelemente 20 weisen einen Drehpunkt 21 auf, um den sie verdrehbar am Luftleitelement 4 gelagert sind.
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Die Leitelemente 20 besitzen ein tragflügelartiges Profil, wie auch das Wirkelement 14. Die Leitelemente 20 sind dabei mit ihrer ersten Profilspitze 22 zur zweiten Profilspitze 23 des Wirkelementes 14 entgegengesetzt gerichtet angeordnet. Dadurch besteht die Möglichkeit in einer zwischen der ersten Maximalposition und der zweiten Maximalposition ausgebildeten Zwischenposition, wie sie in den 4 und 5 dargestellt ist, einen Strömungsabriss der sich entlang der Flügeloberfläche 7 ausgebildeten Strömungslinien 24 zu vermeiden.
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In der Zwischenposition sind die Leitelemente 20 zur Vermeidung von Strömungsabrissen mit der Flügeloberfläche 7 eben oder nahezu eben ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass eine Oberfläche 25 der Leitelemente 20, welche gleichgerichtet mit der Flügeloberfläche 7 ausgerichtet ist, in einer Ebene mit der Flügeloberfläche 7 angeordnet ist, wobei die Leitelement 20 im Wirkelement 14 aufgenommen angeordnet sind. Das heißt, dass das Wirkelement 14 der Anzahl der Leitelemente 20 gemäß zur Aufnahme der Leitelemente 20 Vertiefungen 26 aufweist, welche zu einer von der Oberfläche 25 abgewandt ausgebildeten Unterfläche 27 des Leitelementes 20 komplementär ausgeführt ist.
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In der zweiten Maximalposition der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung 3, in welcher das Luftleitelement 4 in einem maximalen Winkel γ um die Drehachse 16 verdreht positioniert ist und die Leitelemente 20 ebenfalls maximal relativ zur Flügeloberfläche 7 angestellt sind, ist ein so genannter Spaltflügel ausgebildet. Zur Herbeiführung eines bevorzugten Abtriebes kann die Strömung über das Luftleitelement 4 und zwischen der Kraftfahrzeugkarosserie 1 oder dem Vorrichtungselement 28 und dem Luftleitelement 4 hindurchströmen.
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Die Stellungen der Leitelemente 20 und/oder die Stellung des Luftleitelementes 4 sind zahlreich. So können bspw. die Leitelemente 20 aus ihrer Ruheposition, wie sie in den 4 und 5 dargestellt ist, relativ zum Luftleitelement 4 in unterschiedlichen Positionen angestellt werden, während das Luftleitelement 4 selbst in seiner Ruheposition, wie bspw. in den 4 und 5 dargestellt ist, verbleibt. Ebenso kann das Luftleitelement 4 gegenüber der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angestellt werden, wohingegen die Leitelemente 20 in ihrer Ruheposition relativ zum Luftleitelement 4 verbleiben. Das heißt mit anderen Worten, dass zahlreiche Positionierungen der Luftleitvorrichtung 3 möglich sind, welche unterschiedlichen Fahrmodi Rechnung tragen können, derart, dass ein möglichst geringer Luftwiderstandsbeiwert bei einem möglichst hohen Abtrieb herbeigeführt werden kann.
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In 6 ist die Luftleitvorrichtung 3 in unterschiedlichen Positionen dargestellt. Mit einer durchgezogenen Linie ist die Luftleitvorrichtung 3 in ihrer ersten Maximalposition illustriert, wobei mit Hilfe einer strichpunktierten Linie die Luftleitvorrichtung 3 in ihrer zweiten Maximalposition, welche einem vollständig angewinkelten Luftleitelement 4 und einem vollständig angewinkelten Leitelement 20 entspricht, sowie in einer Zwischenposition mit bei vollständig angewinkeltem Luftleitelement 4 und nur teilweise angewinkeltem Leitelement 20 dargestellt ist.
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Ebenso besteht zur Realisierung weiterer Positionierungen die Möglichkeit die Leitelemente 20 unterschiedlich anzustellen. Das heißt mit anderen Worten, dass ein Leitelement 20 maximal gegenüber dem Luftleitelement 4 angestellt ist, während ein weiteres Leitelement 20 in seiner Vertiefung 26 liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 2
- Heckbereich
- 3
- Luftleitvorrichtung
- 4
- Luftleitelement
- 5
- Verstellvorrichtung
- 6
- Umgebung
- 7
- Flügeloberfläche
- 8
- Heckscheibe
- 9
- Heckhaube
- 10
- Seitenwand
- 11
- Öffnung
- 12
- Karosserieoberfläche
- 13
- Seitenarm
- 14
- Wirkelement
- 15
- Armende
- 16
- Drehachse
- 17
- Pfeil
- 18
- Hebelarm
- 19
- Kinematik
- 20
- Leitelement
- 21
- Drehpunkt
- 22
- Erste Profilspitze
- 23
- Zweite Profilspitze
- 24
- Strömungslinie
- 25
- Oberfläche
- 26
- Vertiefung
- 27
- Unterfläche
- 28
- Vorrichtungselement
- 29
- Kraftfahrzeug
- x
- Längsachse
- y
- Querachse
- z
- Hochachse
- γ
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007061257 B4 [0005]
- DE 10048122 B4 [0006]
