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Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Luftleitelemente von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Diese Luftleitelemente, welche an den Kraftfahrzeugen bevorzugt an einem Heck des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, weisen ein Profil auf, welches relativ zur Fahrzeugkarosserie zwischen einer eingefahrenen Ruheposition und einer maximal ausgefahrenen Wirkposition verstellbar ist. Insbesondere bekannt sind zum Beispiel Kraftfahrzeuge, deren Luftleitelement, auch Spoiler genannt, in der Karosserie versenkbar sind und in ihrer Wirkposition überwiegend außerhalb der Karosserie angeordnet sind.
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Die Luftleitelemente werden mit Hilfe einer Verstellvorrichtung in ihre entsprechenden Positionen gestellt. Damit die Position schnell geändert werden kann, werden die Verstellvorrichtungen mit Hilfe von Elektromotoren betrieben.
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So geht aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 009 705 U1 eine Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes eines Kraftfahrzeugs hervor, wobei die Verstellvorrichtung mit einem elektrischen Antrieb ausgestaltet ist, und wobei der elektrische Antrieb zur Herbeiführung einer linearen Verstellbewegung als elektrischer Zahnriemenantrieb ausgebildet ist.
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Die Patentschrift
DE 10 2006 009 048 B4 offenbart eine Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes eines Kraftfahrzeugs, wobei die Verstellvorrichtung ebenfalls einen elektrischen Antrieb aufweist, der zum Antrieb einer Gewindespindel mit Hilfe eines Riemens ausgebildet ist.
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Ebenfalls mit einem elektrischen Antrieb ausgebildet ist die der Patentschrift
DE 30 19 150 C2 entnehmbare Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes, wobei der elektrische Antrieb über einen Riementrieb mit dem Luftleitelement in Wirkverbindung steht.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes eines Kraftfahrzeugs mit einer schnelleren Verstellbarkeit bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes 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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Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung eines Luftleitelementes eines Kraftfahrzeugs, wobei das Luftleitelement in einem Heckbereich einer Karosserie des Kraftfahrzeugs bewegbar aufgenommen ist, ist mit dem Luftleitelement wirkverbunden und weist einen elektrischen Antrieb und eine mit dem elektrischen Antrieb wirkverbundene Übertragungseinrichtung auf, wobei die Übertragungseinrichtung zur Übertragung einer Bewegung des elektrischen Antriebs auf das Luftleitelement ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Verstellvorrichtung den elektrischen Antrieb in Form eines Servomotors zum Antrieb der Übertragungseinrichtung in Form eines Riemenantriebs auf. Servomotoren sind spezielle Elektromotoren, die eine Winkelposition ihrer Motorwelle, welche üblicherweise auch ihre Abtriebswelle ist, ihre Drehgeschwindigkeit und ihre Beschleunigung kontrolliert und somit geregelt aufweisen. Der Servomotor umfasst neben seinem Elektromotor einen Sensor zur Positionsbestimmung. Eine mit dem Sensor ermittelte Position der Motorwelle wird kontinuierlich an eine Regelelektronik übermittelt, die wiederum die Bewegung des Elektromotors gemäß Vorgaben bzw. Sollwerten (bspw. Soll-Winkelpositionen oder Solldrehzahlen) regelt. Somit ist der Vorteil des Einsatzes des Servomotors eine Herbeiführung einer verbesserten, insbesondere schnelleren und differenzierteren Einstellung bzw. Verstellung des Luftleitelementes. Des Weiteren ist der Servomotor aufgrund des integrierten Sensors bauraumoptimiert ausgestaltet, wodurch eine bauraumoptimierte Verstellvorrichtung realisiert werden kann. Ein weiterer Vorteil bspw. gegenüber einer hydraulischen Verstellung ist in einer Wartungsarmut des Servomotors zu sehen. In Verbindung mit der Übertragungseinrichtung in Form des Riementriebes ist eine schnelle, präzise und einfache und somit kostengünstige Verstellvorrichtung herbeigeführt.
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Sofern das Riemengetriebe zwei- oder mehrstufig ausgebildet ist, kann auf einfache Weise eine große Übersetzung zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und einem Abtriebsrad des Riemengetriebes, welches mit dem Luftleitelement in Wirkverbindung steht geschaffen werden, sodass eine verbesserte Einstellgenauigkeit des Luftleitelementes realisierbar ist.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ist zwischen der Übertragungseinrichtung und dem Luftleitelement eine Übertragungsmechanik ausgebildet, womit eine gesicherte Verstellung des Luftleitelementes realisierbar ist. Die Übertragungsmechanik kann bspw. in Form eines bewegbaren Gestänges, dessen Einzelstangen relativ zueinander bewegbar sind, ausgeführt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ist die Übertragungsmechanik fest oder bewegbar mit dem Luftleitelement und bewegbar mit der Übertragungseinrichtung ausgebildet. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass aufgrund der relativen Bewegbarkeit der Bauteile zueinander bspw. eine einfache und kostengünstige Steckverbindung zwischen den Bauteilen ausgebildet werden kann.
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Zur Sicherung einer präzisen und schnellen Einstellung bzw. Positionierung des Luftleitelementes weist die Übertragungseinrichtung ein Spannelement auf, welches zur Spannung eines Riemens des Riemenantriebs ausgebildet ist. Insbesondere ist eine Ausdehnung oder Überdehnung eines Riemens der Übertragungseinrichtung mit Hilfe eines Steuergerätes des Kraftfahrzeugs ermittelbar, wodurch die notwendige Spannung des Riemens bei Bedarf erkannt wird und der Riemen unverzüglich in seine erforderliche Spannung eingestellt werden kann.
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Die Verstellvorrichtung ist platzsparend und somit bauraumoptimiert in einem das Luftleitelement bewegbar aufnehmenden Elementträger der Karosserie angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung kann weiter kostenreduziert hergestellt werden, insofern ein Antriebsrad der Übertragungseinrichtung zumindest teilweise der Abtriebswelle des elektrischen Antriebs entspricht. Somit kann auf ein zusätzliches Antriebsrad, welches auf die Abtriebswelle aufgebracht werden muss, bspw. durch Aufschrumpfen, verzichtet werden, wodurch Kosten durch Materialentfall und entfallenem Arbeitsaufwand reduziert sind.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ist der elektrische Antrieb vor Außeneinflüssen geschützt in einem Heckraum der Karosserie angeordnet.
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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. Es zeigen:
- 1 in einer Prinzipdarstellung ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung, und
- 2 in einem Längsschnitt ein Heckbereich des Kraftfahrzeugs aufweisend die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung.
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Ein Kraftfahrzeug 1, welches ein erstes Luftleitelement 2 in seinem Heckbereich 3 bewegbar aufgenommen aufweist, ist gemäß 1 ausgebildet, wobei das erste Luftleitelement 2 zur Verstellung eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 4 besitzt.
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Das erste Luftleitelement 2 ist zur Herbeiführung einer Abtriebskraft FA ausgebildet, wobei es sich aus einer Ruheposition heraus in eine Wirkposition einstellen lässt. Bevorzugt weist es ein tropfenartiges Profil 8 auf, welches seine abgerundete Spitze vom Heckbereich 3 abgewandt ausgebildet aufweist. Hierdurch kann ein Abreißen von Strömungsfäden vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Das in seiner Ruheposition positionierte erste Luftleitelement 2 ist in 1 durchgezogen illustriert und in seiner Wirkposition gestrichelt abgebildet. Selbstredend ist das erste Luftleitelement 2 zwischen der Ruheposition und der Wirkposition in verschiedene Zwischenpositionen einstellbar, damit in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine bevorzugte Abtriebskraft FA herbeigeführt werden kann, welche in Form einer Resultierenden am Kraftfahrzeug 1 an einem Schwerpunkt 5 des Kraftfahrzeugs 1 angreift.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist ein zweites Luftleitelement 9 in einem Frontbereich 10 seiner Karosserie 11 auf, welches die Herbeiführung der Abtriebskraft FA unterstützend einstellbar ausgebildet ist.
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Die Abtriebskraft FA setzt sich zusammen aus einer ersten Teilabtriebskraft FT1 an einer Hinterachse 6 des Kraftfahrzeugs 1 und einer zweiten Teilabtriebskraft FT2 an einer Vorderachse 7 des Kraftfahrzeugs 1, wobei die Teilabtriebskräfte FT1, FT2 jedoch nur in einem Spezialfall gleiche Werte aufweisen, denn die auf die jeweilige Achse 6; 7 wirkende Abtriebskraft FT1; FT2 ist abhängig von einem Achsenabstand AB der jeweiligen Achse 6; 7 vom Schwerpunkt 5 sowie von einem Unterbodenabstand UA eines Unterbodens 12 der Karosserie 11 in einer Achsenlotrechten der Achse 6; 7 auf eine Fahrbahnebene 13.
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Die Einstellung des ersten Luftleitelementes 2 in seiner Ruheposition führt zu einer im Vergleich zur Abtriebskraft FA in der Wirkposition oder einer Zwischenposition des ersten Luftleitelementes 2 geringeren Abtriebskraft FA, wodurch ein geringer Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 1 herbeigeführt wird. Diese Position ist bevorzugt im üblichen Straßenverkehr einzustellen. Ebenso kann sie, bspw. sofern das Kraftfahrzeug als Rennfahrzeug eingesetzt wird, zur Realisierung einer Höchstgeschwindigkeit oder bei geradlinigen Beschleunigungsvorgängen genutzt werden.
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Die Einstellung des ersten Luftleitelementes 2 in seiner Wirkposition oder Zwischenposition, somit im Vergleich zur Ruheposition angestellten Position, führt zu einer im Vergleich zur Abtriebskraft FA in der Ruheposition höheren Abtriebskraft FA, wodurch ein höherer Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 1 herbeigeführt wird.
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Diese Position ist bevorzugt bei erhöhten Verzögerungen oder bei Kurvenfahrten mit hohen Geschwindigkeiten einzusetzen. In Abhängigkeit eines Anstellwinkels des ersten Luftleitelementes 2, welcher seinen größten Wert in der Wirkposition besitzt, weist der erzielte Luftwiderstand ausgehend von der Ruheposition mit zunehmendem Anstellwinkel einen zunehmenden Wert auf.
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In 2 ist die Verstellvorrichtung 4, die mit dem ersten Luftleitelement 2 wirkverbunden ausgeführt ist, detailliert abgebildet. Die Verstellvorrichtung 4 umfasst einen elektrischen Antrieb 14 und eine mit dem elektrischen Antrieb 14 wirkverbundene Übertragungseinrichtung 15, wobei die Übertragungseinrichtung 15 zur Übertragung einer Rotationsbewegung des elektrischen Antriebs 14 auf das erste Luftleitelement 2 ausgebildet ist. Der elektrische Antrieb 14 ist in Form eines Servomotors ausgeführt.
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Die Übertragungseinrichtung 15 ist in Form eines zweistufigen Riemengetriebes ausgebildet. Ein Antriebsrad 16 der Übertragungseinrichtung 15, welches drehfest mit dem Servomotor 14 ausgebildet ist und einen ersten Durchmesser d1 aufweist, ist mit Hilfe eines ersten Riemens 17 mit einem ersten Zwischenrad 18 der Übertragungseinrichtung 15, welches einen zweiten Durchmesser d2 besitzt, wirkverbunden. Das erste Zwischenrad 18 umfasst ein drehfest mit ihm verbundenes zweites Zwischenrad 19, welches einen dritten Durchmesser d3 aufweist, der kleiner ausgebildet ist als der zweite Durchmesser d2. Das zweite Zwischenrad 19 ist mit einem Abtriebsrad 20 der Übertragungseinrichtung 15 mit Hilfe eines zweiten Riemens 21 wirkverbunden ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der erste Durchmesser d1 und der dritte Durchmesser d3 gleich groß ausgeführt, ebenso der zweite Durchmesser d2 und der vierte Durchmesser d4. Vorteilhaft lässt sich somit ein bevorzugter Übersetzungsverhältniswert 36 bei einem Durchmesserverhältnis des zweiten Durchmessers d2 zum ersten Durchmesser d1 sowie dem vierten Durchmesser d4 zum dritten Durchmesser d3 von jeweils 6 realisieren, so dass eine bevorzugt genaue Positionierung des ersten Luftleitelementes 2 möglich ist. Die Riemen 17, 21 sind vorteilhaft als Zahnriemen ausgeführt.
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Das Antriebsrad 16 kann mit einer Abtriebswelle des Servomotors 14 fest verbunden sein, ebenso kann die Abtriebswelle dem Antriebsrad 16 entsprechen, wobei der erste Riemen 17 direkt die Abtriebswelle umfassend angeordnet ist. Der Servomotor 14 ist als bürstenloser Motor, einen integrierten Sensor aufweisend ausgebildet. Mit Hilfe des Servomotors 14 kann eine kurze Stellzeit des ersten Luftleitelementes 2 herbeigeführt werden, welche kleiner als 0,15 Sekunden ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 4 in ihrem grundsätzlichen Aufbau ebenso dem zweiten Luftleitelement 9 zur Verstellung zugeordnet werden kann.
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Das zweite Luftleitelement 2 ist mit dem Abtriebsrad 20 mit Hilfe einer Übertragungsmechanik 22, welche aus einem erste Übertragungselement 23 und einem mit dem ersten Übertragungselement 23 bewegbar verbundenen zweiten Übertragungselement 24 aufgebaut ist, wirkverbunden ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Übertragungselemente 23, 24 in Form von Streben ausgeführt, wobei das erste Übertragungselement 23 an seinen Enden jeweils eine erste Aufnahmeöffnung 25 aufweist, in die jeweils ein Stift 26 eingreifend ausgebildet ist.
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Das Abtriebsrad 20 weist zur Übertragung seiner Bewegung ebenfalls einen Stift 26 auf, welcher in die einenends ausgebildete Aufnahmeöffnung 25 des ersten Übertragungselementes 23 eingreift. Das zweite Übertragungselement 24 weist an seinem dem ersten Übertragungselement 23 zugewandt ausgebildeten Ende eine zweite Aufnahmeöffnung 27 auf, wobei zur Bewegungsübertragung der Stift 26 in die erste Aufnahmeöffnung 25 und in der zweiten Aufnahmeöffnung 27 aufgenommen ist. Zwischen dem Stift 26 und den Aufnahmeöffnungen 25, 27 ist mit Hilfe eines zwischen ihnen ausgebildeten Bewegungsspaltes eine relative Bewegung möglich. Der Stift 26 kann an dieser Stelle bspw. in Form einer Niet ausgeführt sein.
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Das zweite Übertragungselement 24 ist an der Karosserie 11 um einen Elementpunkt 28 des zweiten Übertragungselementes 24 rotierbar befestigt und an seinem vom ersten Übertragungselement 23 abgewandt ausgebildeten Ende mit dem ersten Luftleitelement 2 drehfest verbunden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Übertragungseinrichtung 15 in einem das erste Luftleitelement 2 bewegbar aufnehmenden Elementträger 29 der Karosserie 11 angeordnet, wobei der Elementträger 29 fest mit der Karosserie 11 verbunden ist. Der Elementträger 29 ist sich über einen Heckraum 30 in die von der Fahrbahnebene 13 abgewandte Richtung erstreckend ausgebildet, wobei der Heckraum 30 im Heckbereich 3 in Form eines Hohlraumes ausgebildet ist, und als Motorraum, ein nicht näher dargestelltes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs 1 aufnehmend, oder als so genannter Kofferraum ausgeführt sein kann. In diesem Heckraum 30 ist der elektrische Antrieb 14 fest aufgenommen.
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Zur gesicherten Übertragung der Rotationsbewegung des Servomotors 12 ist jedem Riemen 17, 21 ein Spannelement 31 in Form einer Spannrolle zugeordnet, die ebenfalls am Elementträger 29 fest verankert sind. Eine Ausdehnung bzw. Verschleiß oder Defekt der Riemen 17, 21 ist mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Steuergerätes des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere eines Motorsteuergerätes, ermittelbar, so dass eine notwendige Spannung der Riemen 17, 21 bei Ermittlung einer unzulässigen Ausdehnung der Riemen 17, 21 unverzüglich herbeigeführt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind am ersten Luftleitelement 2 zwei elektrische Antriebe 14 angebracht, einer an der linken und einen an der rechten Seite des Luftleitelements 2. Die zwei elektrischen Antriebe 14 müssen durch einen zentralen Regelalgorithmus koordiniert werden, damit die Verstellung perfekt synchron erfolgt. Wenn z.B. am linken elektrischen Antrieb 14 dann ein Problem z.B. an den Riemen 17, 21 auftritt, kann dies identifiziert werden, indem man die beiden elektrischen Antriebe 14 eine Testprozedur durchlaufen lässt und beobachtet, wie sich die z.B. geschätzten Momente relativ zu den gemessenen Positionen verhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Erstes Luftleitelement
- 3
- Heckbereich
- 4
- Verstellvorrichtung
- 5
- Schwerpunkt
- 6
- Hinterachse
- 7
- Vorderachse
- 8
- Profil
- 9
- Zweites Luftleitelement
- 10
- Frontbereich
- 11
- Karosserie
- 12
- Unterboden
- 13
- Fahrbahnebene
- 14
- Elektrischer Antrieb
- 15
- Übertragungseinrichtung
- 16
- Antriebsrad
- 17
- Erster Riemen
- 18
- Erstes Zwischenrad
- 19
- Zweites Zwischenrad
- 20
- Abtriebsrad
- 21
- Zweiter Riemen
- 22
- Übertragungsmechanik
- 23
- Erstes Übertragungselement
- 24
- Zweite Übertragungselement
- 25
- Erste Aufnahmeöffnung
- 26
- Stift
- 27
- Zweite Aufnahmeöffnung
- 28
- Elementpunkt
- 29
- Elementträger
- 30
- Heckraum
- 31
- Spannelement
- d1
- Erster Durchmesser
- d2
- Zweiter Durchmesser
- d3
- Dritter Durchmesser
- d4
- Vierter Durchmesser
- AB
- Achsenabstand
- FA
- Abtriebskraft
- FT1
- Erste Teilabtriebskraft
- FT2
- Zweite Teilabtriebskraft
- UA
- Unterbodenabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008009705 U1 [0004]
- DE 102006009048 B4 [0005]
- DE 3019150 C2 [0006]
