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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein aerodynamisches Element für ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens einem aerodynamischen Element.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Aerodynamische Elemente dienen zur Beeinflussung der Luftströmung und können den Anpressdruck auf das Fahrzeug erhöhen. Insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, wie beispielsweise im Motorsport, kann dadurch mehr Fahrstabilität sowie eine erhöhte Kurvengeschwindigkeit erreicht werden. Aerodynamische Elemente können als Spoiler, wie beispielsweise als Front- oder Heckspoiler ausgebildet sein. Um je nach Fahrsituation einen hohen Abtrieb oder einen niedrigen Luftwiderstand zu erreichen, können aerodynamische Elemente als bewegliche und aktive Elemente ausgebildet und/oder mit Luftkanälen versehen sein.
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Bei Kurvenfahren kann ein verstellbares aerodynamisches Element asymmetrisch verformt werden, um auf dem kurveninneren Reifen mehr Abtrieb zu erzeugen, und so der Wankneigung des Fahrzeugs entgegen zu wirken. Ebenso kann durch schaltbare Anströmkanäle in der Karosserie und in dem aerodynamischen Element eine asymmetrische Strömung über die Breite des aerodynamischen Elements erzielt werden.
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Bei schaltbaren Anströmkanälen wird bisweilen eine hohe Anzahl an Bauteilen und damit ein hoher Platzbedarf und Bauaufwand benötigt. Um einen optimalen Effekt zu erzielen, sind zudem relativ große Luftkanäle erforderlich.
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Eine aktive Hybrid-Spoileranordnung ist aus der
DE 10 2018 120 603 A1 bekannt. An einer mittigen Stütze sind zwei flügelförmige Seitenteile angebracht, die beweglich mit der Stütze verbunden sind. Über eine elektronische Steuerung können die beiden flügelartigen Elemente individuell entsprechend der Fahrsituation verschoben werden.
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Die
DE 10 2019 001 377 A1 beschreibt einen Spoiler mit einem aktiven Luftleitelement, das aus einer skelettartigen Struktur aus mehreren relativ zueinander beweglichen Elementen besteht. Über einen Aktuator kann die Lage der Elemente zueinander verändert werden, wodurch das Luftleitelement in der Form verändert wird. Die beweglichen Elemente sind mit einer elastischen Hülle ummantelt, um eine gleichförmige Oberfläche auszubilden.
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Nachteilig ist bei derartigen aerodynamischen Elementen, dass der mechanische sowie regelungstechnische Aufwand der mehrteiligen Luftleitelemente sehr groß ist. Durch eine hohe Anzahl an beweglichen Bauteilen entstehen erhöhte Produktionskosten, wobei gleichzeitig viel Bauraum benötigt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes aerodynamisches Element für ein Fahrzeug anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein aerodynamisches Element mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Ein aerodynamisches Element für ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug, mit: einem Luftleitelement, wobei das Luftleitelement zumindest einen ersten Bereich mit einer ersten Materialsteifigkeit und zumindest einen zweiten Bereich mit einer zweiten Materialsteifigkeit aufweist, wobei die erste Materialsteifigkeit ungleich der zweiten Materialsteifigkeit ist, und zumindest der zweite Bereich formstabil ausgebildet ist.
- Ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen aerodynamischen Element, wobei das aerodynamische Element einen Flügel, einen Heckspoiler oder einen Frontspoiler ausbildet.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, dass ein aerodynamisches Element mit einer geringen Anzahl an einzelnen Bauteilen wünschenswert ist.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, Materialien mit unterschiedlicher Materialsteifigkeit für das Luftleitelement des aerodynamischen Elements einzusetzen. Auf diese Weise kann auf eine große Anzahl an unterschiedlichen sowie beweglichen Bauelementen verzichtet werden, insbesondere da auf die Ausbildung von Luftkanälen verzichtet werden kann.
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Darüber hinaus benötigt ein derartiges Luftleitelement nur einen geringen Bauraum und weist ein geringes Gewicht auf, wobei dennoch die aerodynamischen Effekte vergleichbar zu Luftleitelementen aus dem Stand der Technik erzielt werden können.
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Ferner ist es auf diese Weise möglich, unterschiedliche aerodynamisch vorteilhafte Formen des Luftleitelements auszuformen, um eine für die jeweilige Fahrsituation aerodynamisch vorteilhafte Form zu erhalten. Das in der Form veränderbare Luftleitelement stellt eine funktionsintegrierte sowie kostengünstige Variante eines aerodynamischen Elements dar.
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Das aerodynamische Element ist bevorzugt ein aerodynamisches Element eines Landfahrzeugs, beispielsweise ein Flügel, ein Heckspoiler, Dachspoiler oder Frontspoiler.
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Das Luftleitelement kann unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, beispielsweise kann es als flächiges Element ausgebildet sein und im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweisen. Insbesondere ist das Luftleitelement als Vollmaterial mit einer zumindest in einer Raumrichtung geringen Querschnittsabmessung ausgebildet, sodass ein schlankes Bauteil ohne Luftkanäle entsteht.
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Es ist ebenso denkbar, das Luftleitelement zumindest abschnittsweise als teilweise offenes oder geschlossenes Hohlprofil auszubilden. So können die unterschiedlichen Materialsteifigkeiten über die Wahl eines geschossenen oder offenen Querschnittprofils weiter verstärkt werden. Beispielsweise kann das Luftleitelement in einem ersten Bereich ein geschlossenes Querschnittprofil aufweisen und in einem zweiten Bereich mit einem offenen Querschnittprofil ausgebildet sein.
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Durch den zumindest ersten und zweiten Bereich mit unterschiedlicher Materialsteifigkeit können einzelne Bereiche des Luftleitelements unabhängig voneinander aus einer Ausgangsebene heraus verformt werden. Die beiden Bereiche können relativ zueinander beweglich sein, wobei das Luftleitelement in zumindest einer Ebene verformt werden kann.
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Dabei ist zumindest der zweite Bereich des Luftleitelements in sich formstabil und muss daher nicht flächig mit einer Karosserie verbunden sein. Als formstabil ist zu verstehen, dass der zweite Bereich in seiner Form stabil ist und ohne linearen oder flächigem Kontakt mit einer Stützstruktur Stabilität aufweist. Dabei kann das Luftleitelement unabhängig von einer Außenkontur der Karosserie in unterschiedliche Formen verformt werden und in der jeweiligen Konfiguration verformt verbleiben.
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Das aerodynamische Element kann als Flügel, insbesondere als Heckflügel, ausgebildet sein, wobei eine Ober- als auch eine Unterseite des Bauteils umströmt werden. Durch einen umströmten Heckflügel kann durch die aerodynamische Form Abtrieb erzeugt werden.
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Ebenso kann das aerodynamische Element als Spoiler ausgebildet sein, der nur einseitig umströmt wird. Ein Spoiler stört die Umströmung des Fahrzeuges durch einen gezielten Strömungsabriss und verhindert Auftrieb.
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Durch die unterschiedlichen Ausführungen können vielfältige Verstellmöglichkeiten realisiert werden. Zur Kurvenfahrt kann beispielsweise eine kurveninnere Seite des aerodynamischen Elements aufgestellt werden. Des Weiteren kann eine aktive Aerodynamik bei einer Fahrt so eingestellt werden, dass ein möglichst präziser Geradeauslauf möglich ist. Hingegen kann bei Bremsvorgängen die Aerodynamik so eingestellt werden, dass die Kraft entweder Bremsvorgänge verstärkt oder aktiv das Bremsverhalten stabilisiert.
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Zur Umsetzung der unterschiedlichen Konfigurationen kann der erste Bereich beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Randbereichen mit einer Stützstruktur verbunden sein und dazwischen ohne Kontakt mit der Stützstruktur bzw. der Karosserie verlaufen. Als Stützstruktur sind beispielsweise Aufhängungen, Gelenklager oder allgemeine Lagerpunkte zu verstehen.
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Insgesamt kann das Luftleitelement beispielsweise über zwei Auflagerpunkten mit der Karosserie verbunden sein und ist ansonsten frei beweglich.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Luftleitelement einteilig ausgebildet sein. Vorteilhaft kann dabei auf eine hohe Anzahl an Bauteilen verzichtet werden. Insbesondere kann das Luftleitelement ohne schaltbare Anströmungskanäle, und damit ohne Gelenksbauteile, ausgebildet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann das Luftleitelement ein Faserverbundmaterial enthalten, insbesondere aus einem Faserverbundmaterial bestehen, und/oder eine Formgedächtnislegierung (13) enthalten, insbesondere aus einer Formgedächtnislegierung (13) bestehen. Vorteilhafterweise kann bei Verwendung eines Faserverbundmaterials eine strukturelle Anisotropie des Faserverbundmaterials genutzt werden. Bei Verwendung einer Formgedächtnislegierung kann diese für eine integrierte Aktuatorik eingesetzt werden. Eine Formgedächtnislegierung reagiert auf eine Temperaturänderung mit einer starken Formänderung. Daher kann das aerodynamische Element auslösen bzw. sich verformen, wenn eine geänderte Umgebungstemperatur vorliegt. Es ist weiterhin denkbar, aktiv eine Temperaturänderung herbeizuführen, indem die Formgedächtnislegierung mit elektrischem Strom beaufschlagt wird und sich durch den Widerstand aufheizt. In einer derartigen Ausführung kann eine fugenlose Kinematik des aerodynamischen Elements, insbesondere in Form eines Spoilers, umgesetzt werden. Es ist denkbar, den Spoiler mit einer Lüftungsöffnung zu kombinieren, die gleichzeitig durch das Luftleitelement ausgebildet wird. Diese kann zur thermalen Steuerung eines Verbrennungsmotors dienen. Ebenso können Bauteile eingespart und eine Aerodynamik mit wenigen Verwirbelungen umgesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die unterschiedlichen Materialsteifigkeiten richtungsabhängig bezüglich einer Längsachse und einer Querachse des Luftleitelements ausgebildet sein. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine gezielte Ausgestaltung von torsionssteifen bzw. torsionsschlaffen sowie biegesteifen oder auch biegeschaffen Bereichen möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können die unterschiedlichen Materialsteifigkeiten durch gezielte Ausrichtung von Fasern im Material des Luftleitelements erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch äußeren Lastfällen standgehalten und gleichzeitig eine Tordierbarkeit umgesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Bereich torsionsschlaff und biegesteif, insbesondere bezüglich einer Längsachse des Luftleitelements, ausgebildet sein und der zweite Bereich torsionssteif ausgebildet sein. Auf diese Weise kann durch eine Torsion des ersten Bereichs der daran anschließende zweite Bereich aus zumindest einer Ebene verformt werden, wobei der zweite Bereich in sich formstabil verbleibt. Dadurch kann eine aerodynamisch optimale Form erzeugt werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann zwischen dem erste Bereich und dem zweiten Bereich zumindest abschnittsweise eine kinematische Aufhängung angeordnet sein, die ein Drehgelenk ausbildet. Vorteilhaft können sich dabei der erste sowie der zweite Bereich relativ zueinander verdrehen, wobei bevorzugt nur ein Bereich in sich tordiert wird.
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Die kinematische Aufhängung kann lediglich in einem Randbereich und/oder punktuell am Luftleitelement angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen dem erste Bereich und dem zweiten Bereich ein Aktuator angeordnet sein, der ansteuerbar ist und zur Verdrehung des ersten Bereichs bezüglich des zweiten Bereichs ausgebildet ist, wobei der zweite Bereich unverformt, insbesondere ohne Materialverwölbung, verbleibt. Vorteilhaft ist dabei eine aerodynamisch optimale Form des Luftleitelements gezielt einstellbar sowie zeitlich veränderbar. Da der zweite Bereich formstabil sowie ohne Materialverwölbung verbleibt, kann das Luftleitelement äußeren Lastfällen standhalten, ohne dass der zweite Bereich durch weitere Stützelemente bzw. Kontaktflächen in der gewünschten Position gehalten werden muss.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das aerodynamische Element fugenlos aus einer Außenhaut des Fahrzeugs herausklappbar sein, wobei ein zweiter Bereich mit biegeschlaffen Materialeigenschaften einen Gelenkbereich zwischen der Außenhaut und dem ersten Bereich ausbildet. Vorteilhafterweise kann der herausklappbare Abschnitt als Luftleitelement ausgebildet sein, und zumindest einen ersten sowie einen zweiten Bereich mit unterschiedlichen Materialeigenschaften aufweisen. So können zusätzlich zu dem Gelenkbereich tordierbare Bereiche innerhalb des ausklappbaren Luftleitelements ausgebildet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein erster Bereich einen zentralen Bereich ausbildet, an welchen an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein zweiter Bereich angrenzt, wobei der erste Bereich torsionsschlaffe Materialeigenschaften aufweisen kann, und die beiden zweiten Bereiche torsionssteife Materialeigenschaften aufweisen können. Auf diese Weise kann sich der zentrale Bereich derart verdrehen, dass unterschiedliche Neigungen bezüglich einer Ausgangsebene an den jeweils zweiten Bereichen resultieren.
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Gemäß einer Ausführungsform können die beiden zweiten Bereiche auf einer rechten sowie linken Seite bezüglich einer Mittelachse des aerodynamischen Elements ausrichtbar sein. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine asymmetrische Verformung des Luftleitelements möglich, wobei während einer Fahrt rechts sowie links unterschiedliche Abtriebs- und Widerstandskräfte erzeugt werden können.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der zentrale Bereich biegesteife Materialeigenschaften aufweisen. Vorteilhafterweise kann der zentrale Bereich dabei eine Spannweite über die Länge des zentralen Bereichs ohne Durchbiegung überbrücken. Dadurch kann eine Grundform des Luftleitelements auch dann sichergestellt werden, wenn dieses zumindest teilweise frei schwebend zwischen zwei Auflagerpunkten verläuft.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen dem ersten Bereich und dem jeweiligen zweiten Bereich zumindest abschnittsweise jeweils eine kinematische Aufhängung angeordnet sein, die ein Drehgelenk ausbildet. Auf diese Weise können sich die beiden zweiten Bereiche unabhängig sowie relativ zum ersten Bereich verdrehen, wobei nur der erste Bereich in sich tordiert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen dem ersten Bereich und dem jeweiligen zweiten Bereich jeweils ein Aktuator angeordnet sein, wobei die Aktuatoren unabhängig voneinander zur Torsion des ersten Bereichs ansteuerbar sind, wobei die beiden zweiten Bereiche unverformt, insbesondere ohne Materialverwölbung, verbleiben. Auf diese Weise können gezielt unterschiedliche Neigungen des Luftleitelements bezüglich einer Ausgangsebene erzielt werden. Beispielsweise können durch die unterschiedlichen Neigungen rechts und links während einer Fahrt unterschiedliche Abtriebs- und Widerstandskräfte erzeugt werden, wobei Abtrieb oder Widerstand nur dort erzeugt wird, wo dieser auch benötigt wird. Selbstverständlich wird dadurch auch ermöglicht, die beiden Aktuatoren parallel anzusteuern, sodass lediglich eine Parallelverschiebung oder identische Verdrehung des kompletten Luftleitelements erfolgt. Dadurch kann das aerodynamische Element beispielsweise für eine verbesserte Beschleunigungswirkung flacher eingestellt werden oder sich für eine verbesserte Bremswirkung aufrichten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs kann das aerodynamische Element im erste Bereich einen zentralen Bereich ausbilden, an welchen an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils ein zweiter Bereich angrenzt, wobei der erste Bereich torsionsschlaffe Materialeigenschaften aufweist, und die beiden zweiten Bereiche torsionssteife Materialeigenschaften aufweisen, wobei die beiden zweiten Bereiche auf einer rechten sowie linken Fahrzeugseite bezüglich einer Mittelachse in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausrichtbar sind. Vorteilhaft kann dabei eine asymmetrische Form des Luftleitelements erzeugt werden, wodurch beispielsweise in Kurvenfahrten auf dem kurveninneren Rad mehr Abtrieb erzeugt werden kann. Durch die in dem aerodynamischen Element funktionsintegrierte aktive Aerodynamik kann mit einer geringen Anzahl an Bauelementen ein kostengünstiges sowie platzsparendes aerodynamisches Element, insbesondere ein Flügel bzw. ein Heck- oder Frontspoiler eines Straßenfahrzeugs, bereitgestellt werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 ein aerodynamisches Element in einer Draufsicht;
- 2 das aerodynamische Element gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht;
- 3 das aerodynamische Element gemäß 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht;
- 4 das aerodynamische Element gemäß 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines ersten Bereichs eines Luftleitelements;
- 6 eine weitere perspektivische Ansicht des ersten Bereichs gemäß 5;
- 7 zwei mögliche Querschnittprofile eines Luftleitelements;
- 8 eine weitere Ausführungsform eines aerodynamischen Elements in einer Schnittdarstellung;
- 9 eine weitere Ausführungsform eines aerodynamischen Elements in einer Schnittdarstellung;
- 10 das aerodynamische Element nach 9 in einem verformten Zustand.
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Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt ein aerodynamisches Element 1 in einer Draufsicht. Das aerodynamische Element 1 weist ein Luftleitelement 2 mit einer ebenen sowie im Wesentlichen rechtwinkligen Form auf. Entlang einer Längsachse L ist das Luftleitelement 2 an zwei Positionen mit einer kinematischen Aufhängung 5 versehen. Die klimatische Aufhängung 5 dient beispielsweise zum Anschluss des aerodynamischen Elements 1 an eine Karosserie. In der dargestellten Ausführungsform weist das Luftleitelement 2 entlang der Längsachse L unterschiedliche Bereiche 3, 4 auf. Die Bereiche 3, 4 besitzen unterschiedliche Materialsteifigkeiten. Ein zentraler Bereich 7 wird durch einen ersten Bereich 3 ausgebildet, der torsionsschlaffe sowie biegesteife Materialeigenschaften besitzt. Die beiden daran angrenzenden zweiten Bereiche 4 weisen hingegen torsionssteife Materialeigenschaften auf.
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Die beiden kinematische in Aufhängungen 5 sind jeweils zwischen dem erste Bereich 3 und dem zweiten Bereich 4 angeordnet. Diese bilden jeweils ein Drehgelenk aus, sodass die unterschiedlichen Bereiche 3, 4 relativ zueinander aus der dargestellten Ebene heraus verformt werden können. Die Aufhängungen 5 bilden punktuelle Lagerpunkte, sodass ein Verdrehen des Luftleitelements ermöglicht wird.
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In dieser Ausführung ist das Luftleitelement 2 symmetrisch zu einer Querachse Q ausgebildet. Bevorzugt ist das aerodynamische Element 1 derart an einem Fahrzeug, insbesondere einem Straßenfahrzeug angeordnet, dass das Luftleitelement 2 am Fahrzeug ebenso symmetrisch zu einer Mittelachse M des Fahrzeugs angeordnet ist.
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2 zeigt das aerodynamische Element 1 gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht. In einem rechten Randbereich 8 ist das Luftleitelement 2 aus der Ausgangsebene verkippt dargestellt, sodass eine asymmetrische Konfiguration des aerodynamischen Elements 1' (dargestellt als gestrichelte Linie) bezüglich der Querachse Q entsteht. In der asymmetrischen Konfiguration des aerodynamischen Elements 1' verbleibt der zweite Bereich 4, der aus der Ausgangsebene verschoben wurde, weiterhin in seiner grundsätzlichen Form unverformt und ohne Materialverwölbung. Die Verformung erfolgt allein aus einer Torsion des zentralen Bereichs 7. Dafür wird das Luftleitelement 2 an der kinematischen Aufhängung 5 zwischen dem zentralen Bereich 7 sowie dem in der Darstellung rechten zweiten Bereich 4 nach oben verschwenkt. Die beiden kinematischen Aufhängungen 5 können dabei als Aktuatoren 6 ausgebildet sein, und durch gezielte Ansteuerung die Verformung des Luftleitelements 2 herbeiführen. Eine derartige Konfiguration eignet sich insbesondere für eine Kurvenfahrt, wobei auf dem kurveninneren Rad mehr Abtrieb erzeugt werden kann.
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Soll die aerodynamische Wirkung bei der Kurvenfahrt weiter verstärkt werden, kann das aerodynamische Element 1 die Konfiguration nach 3 annehmen. In dieser perspektivischen Ansicht ist zusätzlich der linke Randbereich 9 aus der Ausgangsebene verschwenkt angeordnet. Im Gegensatz zum rechten Randbereich 8 ist der linke Randbereich 9 jedoch nach unten verschwenkt, wodurch die Torsion im zentralen Bereich 7 weiter verstärkt wird. Die Verformung des Luftleitelements 2 kann dabei über die beiden kinematischen Aufhängungen 5 herbeigeführt werden, die als Aktuatoren 6 ausgebildet sind und unabhängig voneinander angesteuert werden können. Beide zweiten Bereiche 4 verbleiben auch in dieser Konfiguration in ihrer grundsätzlichen Form unverformt. Eine Materialverformung bzw. Torsion findet lediglich im ersten Bereich 3 statt.
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Damit der erste Bereich 3 in sich tordieren kann, ist dieser in dieser Ausführungsform torsionsschlaff, jedoch biegesteife ausgebildet. Hingegen sind die zweiten Bereiche 4 torsionssteif ausgebildet, sodass diese bei einer Ansteuerung der Aktuatoren 6 in ihrer grundsätzlichen Form unverformt verbleiben. Die unterschiedlichen Materialeigenschaften werden dabei durch richtungsunabhängige Materialstreitigkeiten erzielt. Diese können durch eine unterschiedliche Ausrichtung von Fasern im Material erzielt werden. Das Luftleitelement 2 enthält in dieser Ausführungsform ein Faserverbundmaterial, wobei durch unterschiedliche Ausrichtung der Fasern im ersten Bereich 3 bzw. im zweiten Bereich 4 die unterschiedlichen Materialsteifigkeiten erreicht werden.
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4 zeigt das aerodynamische Element 1 gemäß 1 in einer weiteren perspektivischen Ansicht. In dieser Ausführungsform ist das Luftleitelement 2 am rechten Randbereich 8 sowie linken Randbereich 9 identisch verschwenkt bzw. verkippt, sodass eine symmetrische Konfiguration des Luftleitelements 2 resultiert. In dieser Konfiguration resultiert im ersten Bereich 3 keine Torsion. Die beiden Aktuatoren 6 können dafür synchron angesteuert werden. Je nach Neigung des Luftleitelements 2 kann ein unterschiedlicher Abtrieb am aerodynamischen Element 1 erzielt werden. Bei einer minimalen Neigung resultiert folglich ein geringer Luftwiderstand und daher eine bessere Beschleunigung. Dies entspricht beispielsweise einer Konfiguration, die beim DRS (Drag Reduction System) eingesetzt wird. Bei einer maximalen Neigung aus der Ausgangsebene heraus resultiert hingegen ein hoher Luftwiderstand, wodurch eine unterstützende Bremswirkung erzielt wird, wobei das aerodynamische Element 1 beispielsweise als sogenannte Luftbremse dienen kann. Das Luftleitelement 2 kann dabei für die unterschiedlichen Neigungen nach oben sowie selbstständig auch nach unten bezüglich der Ausgangsebene verschwenkt werden.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Bereichs 3 eines Luftleitelements 2. Der erste Bereich 3 ist als torsionsschlaffer Bereich sowie mit einer symmetrischen Geometrie bezüglich der Längsachse L sowie der Querachse Q ausgebildet. An der in der Darstellung rechten sowie linken Seite ist jeweils eine klimatische Aufhängung 5 angeordnet, die zumindest punktuell mit dem ersten Bereich 3 verbunden ist. Im linken Randbereich 9 ist zusätzlich ein Dämpfer angeordnet, mit welchem eine Verbindung des linken Randbereichs 9 mit einem weiteren Abschnitt des Luftleitelements 2 entlang einer Schnittkante 10 simuliert wird. Die linierte Oberfläche des ersten Bereichs 3 macht deutlich, dass der erste Bereich 3 in der dargestellten Ausgangskonfiguration als ebene Fläche vorliegt.
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6 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des ersten Bereichs 3 des Luftleitelements 2 gemäß 5. Eine Verdrehung am linken Randbereich 9 führt dabei zu einer Torsion bezüglich einer Längsachse L im ersten Bereich 3. Dabei verbleibt die Schnittkante 10 als in sich unverformte Linie zurück, wobei die Torsion lediglich innerhalb des ersten Bereichs 3 stattfindet. Ein an der Schnittkante 10 angeordneter zweiter Bereich 4 (nicht dargestellt) kann dadurch aus der Ausgangsebene heraus verschoben bzw. verkippt werden, wobei dieser formstabil und ohne Materialverwölbung verbleibt.
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7 zeigt zwei mögliche Querschnittprofile eines Luftleitelements 2. In der linken Darstellung ist ein offenes Hohlprofil gezeigt. Dieses zeigt im Gegensatz zu dem geschlossen Hohlprofil in der rechten Darstellung torsionsschlaffe Eigenschaften. Folglich kann das offene Hohlprofil in einem Bereich des Luftleitelements 2 verwendet werden, dessen torsionsschlaffe Eigenschaften noch verstärkt werden sollen. Das geschlossene Hohlprofil kann hingegen in einem Bereich des Luftleitelements 2 eingesetzt werden, dessen torsionssteife Eigenschaften weiter gesteigert werden sollen.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines aerodynamischen Elements 1 in einer Schnittdarstellung. In dieser Darstellung ist das aerodynamische Element 1 als Spoiler ausgebildet und in einem ausgeklappten Zustand gezeigt. Das Luftleitelement 2 kann fugenlos aus einer Außenhaut 11 einer Karosserie herausgeklappt werden. Ein Gelenkbereich 12 kann dabei zwischen der Außenhaut 11 und einem biegesteifen Bereich 3 des Luftleitelements 2 angeordnet sein und einen biegeschlaffen Bereich 4 ausbilden. Ebenso kann der Gelenkbereich 12 zwischen zwei biegesteifen Bereichen 3 angeordnet sein.
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9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines aerodynamischen Elements 1 in einer Schnittdarstellung. Das Luftleitelement 2 ist aus einer Formgedächtnislegierung 13 ausgebildet und weist eine integrierte Aktuatorik auf. Das aerodynamische Element 1 ist mit einem Verkleidungselement 14 überzogen, das aus Polyurethan ausgebildet sein kann. Infolge einer Temperaturänderung kann das Luftleitelement 2 durch die Formgedächtnislegierung 13 in einen verformten Zustand nach 10 überführt werden. Dabei kann das Luftleitelement 2 gleichzeitig eine Lüftungsöffnung ausbilden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- aerodynamisches Element
- 2
- Luftleitelement
- 3
- erster Bereich
- 4
- zweiter Bereich
- 5
- kinematische Aufhängung
- 6
- Aktuator
- 7
- zentraler Bereich
- 8
- rechter Randbereich
- 9
- linker Randbereich
- 10
- Schnittkante
- 11
- Außenhaut
- 12
- Gelenkbereich
- 13
- Formgedächtnislegierung
- 14
- Verkleidungselement
- L
- Längsachse des Luftleitelements
- Q
- Querachse des Luftleitelements
- M
- Mittelachse des Fahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018120603 A1 [0006]
- DE 102019001377 A1 [0007]
