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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen eines Spoilerblatts
für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zum Verstellen eines
Luftbremsschildes.
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Aus
dem Automobilbau ist seit Jahren der Einsatz eines so genannten
Spoilers oder Flügels bekannt, durch den die aerodynamischen
Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs und somit sein Fahrverhalten
vorteilhaft beeinflusst werden. Die Aufgabe eines solchen Spoilers
ist in der Regel den Auftrieb der Karosserie durch die sie umströmende
Luft während der Fahrt zu verringern, wodurch die Fahreigenschaften verbessert
werden. Bekannt sind auch ausfahrbare Spoiler, die zwischen einer
inaktiven Einfahrposition und einer aktiven Ausfahrposition, in
der ihre Wirkung stattfindet, verstellbar sind. Dabei kann ein solcher Spoiler
derart verstellt werden, dass z. B. in Abhängigkeit von
der Fahrgeschwindigkeit jeweils die aerodynamisch günstigste
Ausrichtung zwischen der Einfahr- und der Ausfahrposition des Spoilers
gewählt ist.
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Aus
der
DE 10 2005
008 001 A1 ist eine heckseitige Luftleitvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug zu entnehmen, die zwei an der Fahrzeugkarosserie verstellbar
gelagerte Stützen umfasst, die ein Luftleitprofil tragen.
Zum Verstellen des Luftleitprofils von einer Ruheposition in eine
Wirkposition werden die Stützen mittels einer herkömmlichen
Antriebsvorrichtung aus dem Bereich der Karosserieaußenhaut
ausgefahren. In der ausgefahrenen Position wird das Luftleitprofil
gegen die Wirkung eines Federelements verschwenkt. Das Federelement
ist hierbei zum Verschwenken des Luftleitprofils um eine Drehachse durch
den Ankopplungspunkt zwischen dem Luftleitprofil mit den Stützen
vorgesehen und beeinflusst nicht das vertikale Ausfahren des Luftleitprofils.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles Ausfahren eines
Spoilerblatts, insbesondere eines Luftbremsschildes von seiner inaktiven
Einfahrposition in seine aktive Ausfahrposition zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zum Verstellen eines Spoilerblatts für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere zum Verstellen eines Luftbremsschildes,
wobei das Spoilerblatt zwischen einer inaktiven Einfahrposition
und einer Ausfahrposition ausfahrbar ist und eine motorische Antriebseinheit
zum Einfahren des Spoilerblatts von der Ausfahrposition in die Einfahrposition
gegen die Federkraft eines Federelements vorgesehen ist, so dass
das Federelement in der Einfahrposition vorgespannt ist und wobei
das Ausfahren in die Ausfahrposition über das vorgespannte
Federelement erfolgt.
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Die
Erfindung basiert auf der Überlegung, dass zum Einsetzen
eines Spoilerblatts als ein Luftbremsschild ein möglichst
schnelles Ausfahren des Spoilerblatts von der Einfahr- in die Ausfahrposition erforderlich
ist, ohne dass dabei Zwischenpositionen eingestellt werden. Dies
wird erreicht, indem das Federelement, durch welches die Ausfahrbewegung
erfolgt, vorgespannt wird und dadurch die zum Ausfahren des Spoilerblatts
erforderliche Energie gespeichert wird. Beim Entspannen des Federelements wird
die schlagartig frei werdende Energie genutzt, um das Spoilerblatt
in kürzester Zeit quasi schlagartig, insbesondere im Sekundenbruchteil,
aufzustellen und somit eine Bremswirkung auf das fahrende Kraftfahrzeug
hervorzurufen. Dabei erfolgt die gesamte Verstellbewegung des Spoilerblatts
von der inaktiven Einfahrposition in die Ausfahrposition allein
durch die Federkraft, d. h. weitere Antriebsmittel zum Erzeugen einer
Kraft, welche das Spoilerblatt in die Ausfahrposition aufstellt,
sind nicht vorgesehen. Unter inaktiver Einfahrposition wird eine
Ausgangsposition verstanden, in der sich das Spoilerblatt befindet
bevor die Verstellung über ein Auslösesignal,
hier ein Bremssignal, initiiert wird. Diese Einfahrposition ist
insbesondere eine etwa waagerechte und/oder mit der Fahrzeugaußenhaut
fluchtende Orientierung des Spoilerblatts.
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Unter
Luftbremsschild wird allgemein ein mit dem Kraftfahrzeug verbundenes
Schild verstanden, das in den das Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb umströmenden Luftstrom
verfahrbar ist, so dass aufgrund des hierdurch erhöhten
Luftwiderstands eine Bremswirkung erzielt wird.
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Für
die Rückstellbewegung des Spoilerblatts, bei der es aus
der Ausfahrposition zurück in die inaktive Einfahrposition
verstellt wird, ist die motorische Antriebseinheit vorgesehen, welche
gegen die Federkraft wirkt, so dass das Federelement in der Einfahrposition
des Spoilerblatts erneut vorgespannt ist. Da für die Einfahrbewegung
des Spoilerblatts mehr Zeit zur Verfügung steht und somit
eine kleinere Leistung als für die Ausfahrbewegung ausreichend ist,
kann die Antriebseinheit für die Einfahrbewegung klein
und kostengünstig dimensioniert werden.
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Um
eine große Bremswirkung zu erzeugen, ist das Spoilerblatt
bevorzugt in der Ausfahrposition im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.
Dabei erfolgt eine Schwenkung des Spoilerblatts um etwa 90° von
der im Wesentlichen waagerechten Einfahrposition in die im Wesentlichen
senkrechte Ausfahrposition, in der es der starken Luftströmung
ausgesetzt ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Vorrichtung derart ausgestaltet,
dass die Ausfahrbewegung des Spoilerblatts eine überlagerte
Hub-Drehbewegung ist. Dies bedeutet, dass das Spoilerblatt beim
Ausfahren in die senkrechte Position auf einer gewissen Höhe über
der Karosserie aufgestellt und dabei gleichzeitig verdreht wird.
Es ändern sich dabei sowohl die Höhe des Spoilerblatts als
auch dessen Neigungswinkel gegenüber der Karosserie.
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Um
eine derartige Verstellung zu ermöglichen, ist die Vorrichtung
vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass das Spoilerblatt beim
Ausfahren eine Schwenkbewegung um eine Drehachse ausführt.
Hierbei erfolgt die Verstellung des Spoilerblatts von der Einfahrposition
in die Ausfahrposition ausschließlich über die
durch die Federkraft ausgelöste Schwenkbewegung um die
Drehachse. Um die angestrebte Hub-Drehbewegung und einen großen
Verstellweg des Spoilerblatts bei einem relativ geringen Rotationswinkel
zu erreichen, liegt die Drehachse insbesondere entfernt vom Spoilerblatt,
welches über einen Tragarm mit der Drehachse verbunden
ist.
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Zweckdienlicherweise
ist eine mit der Antriebseinheit verbundene Antriebswelle vorgesehen, die
sich entlang der Drehachse erstreckt. Das Spoilerblatt ist mit der
Antriebswelle im Hinblick auf die motorische Verstellung in die
Einfahrposition gekoppelt. Zum Einfahren des Spoilerblatts wird
die Antriebswelle angetrieben, wodurch das mit ihr gekoppelte Spoilerblatt
in die Einfahrposition zurückgestellt wird.
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Vorzugsweise
umfasst die motorische Antriebseinheit einen Elektromotor. Da die
motorische Antriebseinheit für die Rückstellbewegung
besonders klein dimensioniert werden kann, wird vorzugsweise ein
herkömmlicher Verstellmotor zum Verstellen von Sitzen,
Fensterhebern, Türen, etc. eingesetzt.
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Bevorzugt
ist der Elektromotor über ein Getriebe mit der Antriebswelle
verbunden. Bei der Rückstellbewegung des Spoilerblatts
in die Einfahrposition treibt der Elektromotor die Antriebswelle
an und bewirkt ihre Rotation, so dass das Spoilerblatt, welches
mit der Antriebswelle gekoppelt ist, gegen die Federkraft des Federelements
zurückverstellt wird. Über das Getriebe wird eine
geeignete Übersetzung gewählt, so dass auch leistungsarme
und damit kostengünstige Motoren eingesetzt werden können.
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Damit
das vorgespannte Federelement festgehalten wird und ein unerwünschtes
Aufklappen des Spoilerblatts vermieden wird, sind bevorzugt Mittel
für eine lösbare Arretierung des Federelements
in der vorgespannten Position vorgesehen. Das Aufheben der Arretierung
wird insbesondere durch das Bremssignal ausgelöst. Das
Bremssignal kann hierbei von der aktuellen Geschwindigkeit und/oder
der Bremsintensität abhängig sein.
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Die
Arretierung des Federelements wird realisiert, indem das Getriebe
vorzugsweise als ein selbstsperrendes Getriebe ausgebildet ist.
Das Getriebe ist mit der Antriebswelle verbunden, welche ihrerseits
mit dem Federelement gekoppelt ist. Die Mittel zur Arretierung umfassen
somit das selbstsperrende Getriebe und die mit dem Federelement
verbundene Antriebswelle. Durch das selbstsperrende Getriebe wird
erreicht, dass sobald die vorgespannte Position des Federelements erreicht
ist, die Antriebswelle in dieser Position fixiert wird und somit
das mit ihr gekoppelte Federelement sich nicht entspannen kann.
Erst wenn das Getriebe nicht mehr auf die Antriebswelle wirkt, kann
sich diese unter der Einwirkung der Federkraft des Federelements
drehen und das Spoilerblatt wird schlagartig von der Einfahr- in die
Ausfahrposition gebracht.
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Nach
einer bevorzugten Variante ist eine Kupplung zwischen der Antriebswelle
und dem Getriebe vorgesehen. Die Kupplung ist hierbei eine schaltbare
Kupplung, welche die Antriebswelle von dem Getriebe auskoppelt,
wenn das Bremssignal ausgelöst wird, damit ein Aufstellen
des Spoilerblatts in die Ausfahrposition erfolgen kann.
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Das
Spoilerblatt ist vorteilhafterweise über zumindest einen
vorzugsweise L-förmigen Tragarm mit der Antriebswelle zum
Ausführen der Hub-Drehbewegung fest verbunden. Dank der
L-förmigen Ausgestaltung des Tragarms wird das Spoilerblatt
ausgehend von der Einfahrposition, die z. B. bündig mit
einer Außenhaut der Karosserie des Fahrzeugs ist, nach
einer Teilrotation um die Drehachse etwa in die senkrechte Position
in Bezug zur Fahrzeugkarosserie aufgeklappt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist das Federelement über ein
Hebelarmsystem mit dem Spoilerblatt gekoppelt. Dank dem Hebelarmsystem erfolgt
eine Übersetzung der Federkraft bei der Ausfahrbewegung
des Spoilerblatts, so dass das Spoilerblatt beim Ausfahren eine
relativ große Strecke zurücklegen kann. Darüber
hinaus kann durch Variieren der Hebellängen und der Lagen
der Drehpunkte im Hebelarmsystem der Kraftverlauf über
den Verfahrweg beeinflusst und optimiert werden.
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Nach
einer bevorzugten Variante weist das Hebelarmsystem einen ersten
Hebel auf, der fest mit dem Federelement verbunden ist. Der erste
Hebel ist dabei mittelbar oder unmittelbar mit dem Spoilerblatt gekoppelt.
Die Entspannung des Federelements bewirkt somit eine Verstellung
des ersten Hebels, wobei das Spoilerblatt in die Ausfahrposition
angehoben wird. Allgemein ist das Federelement über das
Hebelarmsystem zumindest mittelbar mit der Antriebswelle verbunden, so
dass die Verdrehung der Antriebswelle beim Einfahren automatisch
das Federelement vorspannt.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Variante ist ein zweiter Hebel vorgesehen,
der über Drehgelenke mit dem ersten Hebel und dem Tragarm
verbunden ist. Der zweite Hebel ist insbesondere im Hinblick auf eine Übersetzung
der Verstellbewegung des Federelements von großem Vorteil.
Das Hebelarmsystem ist insgesamt dabei nach Art eines Knickarmsystems ausgebildet.
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Das
Federelement ist bevorzugt eine Drehstabfeder. Hierbei wird beim
Entspannen der Drehstabfeder ihr Drehmoment über das Hebelarmsystem übersetzt
und auf das Spoilerblatt übertragen. Eine Drehstabfeder
zeichnet sich zudem dadurch aus, dass sie bauraumgünstig
große Federkräfte aufbauen kann.
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Vorzugsweise
bildet das Hebelarmsystem eine Übersetzung des Drehwinkels
der Drehstabfeder, so dass ein Drehwinkel des Spoilerblatts größer ist
als der Drehwinkel der Drehstabfeder. Dies ist im Hinblick auf eine
möglichst geringere Belastung der Drehstabfeder beim Vorspannen
von Vorteil.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Drehstabfeder
beidseitig mit dem Spoilerblatt verbunden und in der Mitte drehfest
fixiert. Dabei sind die beiden Tragarme zum Verstellen des Spoilerblatts
vorgesehen, die jeweils über ein Hebelarmsystem mit den
Enden der Drehstabfeder gekoppelt sind. Die Drehstabfeder wird zwischen
den Koppelungspunkten mit den Hebelsystemen festgehalten, so dass
beim Verstellen des Spoilerblatts in die Einfahrposition über
die Hebelarmsysteme die Enden der Drehstabfeder in Bezug auf ihre
Mitte eingespannt werden. Es liegt somit eine symmetrische Ausgestaltung
der Vorrichtung vor, welche sich durch eine hohe Stabilität
auszeichnet.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in schematisch
vereinfachten Darstellungen:
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1 in
einer perspektivischen Darstellung ein Spoilerblatt in einer Ausfahrposition
mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Spoilerblatts,
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2 in
einer Seitenansicht von rechts gemäß 1 das
Spoilerblatt in einer Einfahrposition,
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3 das
Spoilerblatt gemäß 2 bei seiner
Verstellbewegung in Richtung der Ausfahrposition, und
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4 das
Spoilerblatt gemäß 2 in der Ausfahrposition.
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In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
ein Spoilerblatt 2 gezeigt, welches zum Einbau in einem
Heckteil eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, wobei mittels des
Spoilerblatts 2 eine Luftbremswirkung beim Fahren des Kraftfahrzeugs
erzeugt werden kann. Eine Verstellbewegung des Spoilerblatts 2 erfolgt über
eine Vorrichtung 4, mit deren Hilfe das Spoilerblatt 2 zwischen
einer Einfahrposition (siehe 2) und einer
Ausfahrposition (siehe 4) und zurück verstellt
wird. Die Vorrichtung 4 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Federelement 6, welches durch eine in der Mitte festgehaltene
Drehstabfeder gebildet ist, deren Länge etwa der Länge
des Spoilerblatts entspricht und somit an ihren beiden Enden mit
dem Spoilerblatt 2 verbunden werden kann. Das Federelement 6 ist
mittig mit Hilfe eines Halteelements 11 im Bezug auf die
Fahrzeugkarosserie festgehalten, so dass seine Enden vorgespannt
werden können.
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Die
Vorrichtung 4 umfasst weiterhin eine motorische Antriebseinheit 8,
die mit einer Antriebswelle 10 zusammenwirkt. Die Antriebswelle 10 weist
dabei etwa die gleiche Länge wie das Spoilerblatt 2 bzw. das
Federelement 6 auf und ist zwischen zwei L-förmigen
Tragarmen 14 gespannt, die direkt mit dem Spoilerblatt 2 verbunden
sind. An den Enden des Federelements 6 sind außerdem
Hebelarmsysteme 12 angeordnet, die jeweils mit einem der
Tragarme 14 gekoppelt sind. Somit wird eine Rotation des
Federelements 6 bei seinem Entspannen über die
Hebelarmsysteme 12 und die Tragarme 14 in eine Schwenkbewegung
des Spoilerblatts 2 übersetzt. Zudem wird eine
Gegendrehung der von der Antriebseinheit 8 angetriebenen
Antriebswelle 10 über die Tragarme 14 und
die Hebelarmsysteme 12 auf die Drehstabfeder 6 übertragen,
wobei ihre Enden gegenüber der Mitte vorgespannt werden.
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Die
motorische Antriebseinheit 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein elektrischer Antrieb, der einen Elektromotor 16 und
ein Getriebe 18 umfasst. Der Elektromotor 16 wirkt über
eine Kupplung 19 des Getriebes 18 auf die Antriebswelle 10 ein,
so dass die Antriebswelle 10 unter seiner Wirkung gegen
den Uhrzeigersinn gemäß 2 um eine
Drehachse D rotiert. Das Getriebe 18 ist ein selbstsperrendes
Getriebe, so dass eine Rotation der Antriebswelle 10 bei
abgeschaltetem Motor verhindert ist. Da die Antriebswelle 10 über
die Tragarme 14 und Hebelarmsysteme 12 mit dem
Federelement 6 zusammenwirkt, wird durch die Sperrung des
Getriebes 18 ein Entspannen des Federelements 6 vermieden,
d. h. das Federelement 6 wird in seiner vorgespannten Position
festgehalten. Durch ein Auslöse- oder Bremssignal wird
die Antriebswelle 10 über die Kupplung 19 vom
Getriebe 18 ausgekoppelt, die Sperrkraft des Getriebes 19 wirkt
nicht mehr auf die Antriebswelle und das Federelement 6,
welches mit ihr mechanisch verbunden ist, kann sich entspannen.
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Eine
Ausfahrbewegung des Spoilerblatts 2 bei seinem Einsatz
als Luftbremsschild kann anhand der 2 bis 4 verfolgt
werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Spoilerblatt 2 in
seiner Einfahrposition gemäß 2 im
Wesentlichen waagerecht gerichtet und bündig mit einer
Karosserieaußenhaut 20 des Kraftfahrzeugs. In
seiner Ausfahrposition gemäß 4 ist
das Spoilerblatt 2 dagegen im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet.
Die Ausfahrbewegung des Spoilerblatts 2 erfolgt ausschließlich über
das vorgespannte Federelement 6. Dabei wird eine Drehung
der Drehstabfeder 6 gegen den Uhrzeigersinn um eine Achse
A über die beidseitigen Hebelarmsysteme 12 auf
das Spoilerblatt 2 übertragen.
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Aufgrund
der gezeigten Ausgestaltung der Hebelarmsysteme 12 sowie
der Tragarme 14 wird die Drehung der Drehstabfeder 6 derart übersetzt,
dass der Drehwinkel des Spoilerblatts 2 bei seiner Ausfahrbewegung
um die Drehachse D größer ist als der Drehwinkel
der Drehstabfeder 6 um die Achse A. Die Ausfahrbewe gung
des Spoilerblatts 2 stellt hierbei eine Überlagerung
einer Drehbewegung, bei der der Neigungswinkel des Spoilerblatts 2 von
der waagerechten in der senkrechten Position geändert wird, mit
einer Hubbewegung, bei der das Spoilerblatt 2 in Bezug
auf die Karosserieaußenhaut 20 angehoben wird,
dar.
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Da
das Spoilerblatt 2 als Luftbremsschild agiert, wird es
rasant ausgefahren. Die Zwischenstellung des Spoilerblatts 2 gemäß 3 dient
hierbei lediglich zur Veranschaulichung des Bewegungsablaufs beim
Ausfahren des Spoilerblatts 2 und zeigt keine Position
in der das Spoilerblatt 2 anhält. Die gesamte
Verstellbewegung des Spoilerblatts 2 von der Einfahrposition
gemäß 2 in die Ausfahrposition gemäß 4 erfolgt
somit umgehend und einzig aufgrund der Federkraft der Drehstabfeder 6 und
es sind keine weiteren Antriebe vorgesehen, die das Ausfahren des
Spoilerblatts 2 unterstützen.
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Die Übersetzung
der Drehbewegung der Drehstabfeder 6 in eine Schwenkbewegung
des Spoilerblatts 2 um die Drehachse D erfolgt über
die beidseitigen Hebelarmsysteme 12, über welche
die Drehstabfeder 6 mit dem Spoilerblatt 2 gekoppelt sind.
Jedes der Hebelarmsysteme 12 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel
einen ersten Hebel 22, der fest mit der Drehstabfeder 6 verbunden
ist, so dass beim Rotieren der Drehstabfeder 6 gegen den Uhrzeigersinn
ein entferntes Ende des ersten Hebels 22 angehoben wird.
Das entfernte Ende des ersten Hebels 22 ist über
ein Drehgelenk 24 mit einem zweiten, deutlich kürzer
ausgeführten Hebel 26 verbunden. Der zweite Hebel 26 ist
ebenfalls über ein Drehgelenk 28 mit dem L-förmigen
Tragarm 14 gekoppelt. Da der Tragarm 14 mit der
Antriebswelle 10 fest verbunden ist, führt die
Antriebswelle 10 beim Schwenken des Tragarms 14 um
die Drehachse D zwangsläufig eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn
aus, die in 2 durch einen Pfeil angedeutet
ist.
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Wie
aus einer rückwärtigen Betrachtung der 2 bis 4 ersichtlich
ist, ist eine Drehung der Antriebswelle 10 um die Drehachse
D gegen den Uhrzeigersinn erforderlich, um das Spoilerblatt 2 aus der
Ausfahrposition gemäß 4 in die
Einfahrposition gemäß 2 zurückzustellen.
Beim Einfahren des Spoilerblatts 2 wird die Drehung der
vom Elektromotor 16 angetriebenen Antriebswelle 10 über die Hebelarmsysteme 12 auf
die Drehstabfeder 6 übertragen, wobei gegen die
Federkraft der Drehstabfeder 6 gewirkt wird und dadurch
die Feder 6 vorgespannt wird. Die Einfahrbewegung erfolgt
ausschließlich über die Leistung des Elektromotors 16, wobei
mehr Zeit als beim rapiden Ausfahren des Spoilerblatts 2 zu
Bremszwecken zur Verfügung steht und somit die mechanische
Antriebseinheit 8 relativ klein ausgestaltet werden kann.
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- 2
- Spoilerblatt
- 4
- Vorrichtung
- 6
- Federelement
- 8
- motorische
Antriebseinheit
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Halteelement
- 12
- Hebelarmsystem
- 14
- Tragarm
- 16
- Elektromotor
- 18
- Getriebe
- 19
- Kupplung
- 20
- Karossrieaußenhaut
- 22
- erster
Hebel
- 24
- Drehgelenk
- 26
- zweiter
Hebel
- 28
- Drehgelenk
- A
- Achse
- D
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005008001
A1 [0003]