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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die an einem der Fahrbahn zugewandtem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und einen Strömungsweg für einen, mittels einer verschwenkbaren Klappe der Luftleitvorrichtung variierbaren, Luftvolumenstrom zu einer während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erwärmbaren Komponente des Kraftfahrzeugs bilden kann, wobei der Luftvolumenstrom in einer Grundstellung maximal und in einer zweiten Stellung minimal oder null ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Luftleitvorrichtung.
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Derartige Luftleitvorrichtungen werden im Kraftfahrzeugbau dazu verwendet, um den bei Bewegung des Kraftfahrzeugs entstehenden Fahrtwind gezielt an oder zumindest in die Nähe von Komponenten des Kraftfahrzeugs zu leiten, die sich bei Bewegung des Kraftfahrzeugs erwärmen, beispielsweise Getriebe, Differentiale, Bremsen oder Antriebsaggregate, um so eine Verringerung der Bauteiltemperatur herbeizuführen. Im Sinne einer günstigen Aerodynamik ist es erstrebenswert die Luftleitvorrichtung geschlossen zu halten, solange keine Kühlung der entsprechenden Komponenten benötigt wird. Dies ist insbesondere bei schneller Fahrt der Fall. Erst bei geringen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs kann es zu thermischen Problemen durch den dann langsamer strömenden Fahrtwind kommen, woraufhin die Luftleitvorrichtungen wieder in eine offene Stellung überführt werden müssen.
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Die
DE 38 13 972 A1 zeigt eine Bremsenkühlvorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbremse, wobei im Fahrzeugfrontbereich eine Kühlluftöffnung mit einer Verschlussklappe vorgesehen ist, die um eine derart außermittig angeordnete Schwenkachse schwenkbar ist, dass die bei starken Verzögerungen des Fahrzeugs an der Klappe angreifenden Trägheitskräfte diese in ihre Öffnungsstellung schwenken, während in anderen Fahrzuständen der Fahrtwind die Klappe in ihre Schließstellung zurückschwenkt. Nachteilig ist, dass die Klappe nur während der relativ kurzzeitigen, starken Bremsmanöver durch die Trägheitskräfte geöffnet wird, was für eine ausreichende Kühlung der Fahrzeugbremse nicht genügt. Bei länger anhaltenden, schwachen Bremsmanövern dürfte die Trägheitskraft nicht ausreichen, um eine Öffnung der Klappe gegen den weiterhin anströmenden Fahrtwind zu gewährleisten, weshalb währenddessen überhaupt keine Kühlwirkung zu erwarten ist.
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Die gattungsbildende
DE 42 29 945 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Bodenplatte im Frontbereich, die auf ihrer der Fahrbahn zugewandten Unterseite in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckende Kanäle zur Zuführung von Kühlluft zu den Bremsen aufweist, wobei in den Kanälen schwenkbare Klappen vorgesehen sind, die zwischen einer die Zuführung von Kühlluft zu den Bremsen gestattenden ersten Stellung und einer zweiten Stellung verschwenkbar sind, in der sie die Kanäle abdecken und mit der Unterseite der Bodenplatte im Wesentlichen fluchten. Zur Verschwenkung der Klappe ist ein Kurbelmechanismus vorgesehen, der quer zur Längserstreckung der Klappe verläuft und in seitlich am Rahmen vorgesehenen Lagerböcken und dazwischen mit seiner Kurbelkröpfung in einem an der Klappe vorgesehenen Lagerbock gelagert ist. Nachteilig ist, dass zum Verschwenken der Klappe zwischen erster und zweiter Stelle ein Kurbelmechanismus bereitgestellt werden muss, der zusätzlichen Bauraum beansprucht, zusätzliches Gewicht in das Fahrzeug einbringt und eine Steuerung benötigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer Luftleitvorrichtung bereitzustellen, bei der mit einfachen Mitteln eine Kühlung von sich während des Betriebs des Kraftfahrzeugs erwärmenden Komponenten nur bei niedrigen Geschwindigkeiten vorgenommen wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung ist in Patentanspruch 9 beansprucht.
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Eine Luftleitvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist an einem der Fahrbahn zugewandtem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet und kann einen Strömungsweg für einen, mittels einer verschwenkbaren Klappe der Luftleitvorrichtung variierbaren, Luftvolumenstrom zu einer während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erwärmbaren Komponente des Kraftfahrzeugs bilden, wobei der Luftvolumenstrom in einer Grundstellung maximal und in einer zweiten Stellung minimal oder null ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe von einer in Richtung der Grundstellung wirksamen Federkraft beaufschlagt wird und derart angeordnet ist, dass der Luftvolumenstrom einen mit steigender Strömungsgeschwindigkeit sich verstärkenden Unterdruck in einer der Fahrbahn zugewandten Unterdruckzone auf der Unterseite der Klappe erzeugt, wobei der Unterdruck die Klappe gegen die Federkraft in Richtung der zweiten Stellung verschwenken kann.
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Indem die an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnete Luftleitvorrichtung eine Klappe aufweist, die auf eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des sie überstreichenden Luftvolumenstroms mit einer Schwenkbewegung gegen eine Federkraft aus der Grundstellung (maximaler Luftdurchsatz auf einem Strömungsweg zu einer zu kühlenden Komponente) in Richtung einer zweiten Stellung (minimaler oder kein Luftdurchsatz auf dem Strömungsweg zu der zu kühlenden Komponente) kann ein passiv verstellbarer Bremsluftkanal geschaffen werden, der ohne zusätzliche aktive Steller eine Verringerung der Kühlluftzufuhr bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten des Luftvolumenstroms, also bei höheren Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs, selbsttätig vornehmen kann. Zwischen Grundstellung und zweiter Stellung können stufenlos beliebig viele Zwischenstellung eingestellt werden. Die Klappe bildet zusammen mit den Wandungen des umliegenden Unterbodens einen entsprechenden Kanal, durch den der Strömungsweg verläuft. Der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs wird dadurch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten gesenkt, was dem Verbrauch zu Gute kommt, ohne dass die entsprechende zu kühlende Komponente einer übermäßigen thermischen Belastung ausgesetzt wird, da der verbleibende Luftvolumenstrom durch seine hohe Strömungsgeschwindigkeit noch für eine ausreichende Kühlung sorgen dürfte. Erst bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs wird der Luftvolumenstrom auf dem gesonderten Strömungsweg zu der zu kühlenden Komponente maximiert, was in der Regel dem tatsächlichen Kühlbedarf entspricht. Ein Beispiel hierfür sind die Radbremsen auf einer langen Bergabfahrt, die permanenter Kühlung bei niedriger Fahrgeschwindigkeit durch die ständige Umwandlung kinetischer Energie in thermische Energie bedürfen. Hingegen sind die Radbremsen bei beispielsweise schneller Autobahnfahrt keiner nennenswerten Aufheizung unterworfen und werden außerdem durch den über die Radfelgen eintretenden Luftvolumenstrom noch ausreichend gekühlt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Klappe ein Dämpfungsmittel zur Bewegungsdämpfung zugeordnet. Das Dämpfungsmittel verhindert ein Flattern oder Aufschwingen der Klappe durch den vorbeiströmenden Luftvolumenstrom, was sonst zu einer störenden Geräuschkulisse und erhöhtem Bauteilverschleiß führen würde. Das Dämpfungsmittel kann als gesondertes Bauteil oder integral mit der Klappe ausgebildet sein. Außerdem kann die Dämpfkraft auch durch die Eigendämpfung des Materials der Klappe selbst erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführung wird die Neigung zum Aufschwingen bzw. Flattern der Klappe durch eine auf die Klappe wirkende Reibkraft verringert. Dabei kann die Reibkraft über den Verstellbereich der Klappe variabel ausgebildet sein, so dass die Reibkraft in der Grundstellung vergleichsweise klein ist (da hier auch der Unterdruck eher gering ist) und in der zweiten Stellung vergleichsweise hoch ist (da hier auch der Unterdruck eher hoch ist). Zwischen Grundstellung und zweiter Stellung kann die auf die Klappe einwirkende Reibkraft beliebig abgestuft sein.
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In einer bevorzugten Ausführung wird die Federkraft durch ein der Klappe zugeordnetes mechanisches, hydraulisches oder pneumatisches Federmittel erzeugt. Als mechanisches Federmittel eignet sich beispielsweise ein Zugfeder, eine Torsionsfeder oder ein mit der Klappe schlüssig verbundener Federstreifen.
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In einer bevorzugten Ausführung wird die Federkraft durch eine Materialelastizität der Klappe selbst erzeugt. Ist die Klappe beispielsweise aus einem Kunststoff bestehend, dann kann der Kunststoff in Grundstellung gespritzt werden und sich biegeweich in Richtung der zweiten Stellung verhalten.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Luftleitvorrichtung entlang des während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs entstehenden Luftvolumenstroms ausgerichtet und in einer besonders bevorzugten Ausführung weist die Klappe an seinem in Fahrtrichtung vorne liegenden Abschnitt eine quer zur Fahrtrichtung liegende Schwenkachse auf. Diese Konfiguration hat die besten aerodynamischen Eigenschaften, da der Luftvolumenstrom günstig auf den Strömungsweg zu der zu kühlenden Komponente umgeleitet werden kann und dabei trotzdem eine ausreichend starke Unterdruckzone aufbauen kann. Die Klappe ist vorzugsweise über ein besonders reibungsarmes Scharnier um die Schwenkachse schwenkbar.
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In einer bevorzugten Ausführung fluchtet die Klappe in der zweiten Stellung mit dem umliegenden Unterboden. Damit wird der Strömungsweg zu der sich im Fahrbetrieb erwärmenden Komponente geschlossen und der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs auf sein Optimum verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführung steigt die Klappe zumindest in der Grundstellung in Fahrtrichtung betrachtet von vorne nach hinten gegenüber dem umliegenden Unterboden an. Der Luftvolumenstrom wird somit über die in Fahrtrichtung nach vorne abfallende Klappe beschleunigt und bildet deshalb eine Unterdruckzone auf der der Fahrbahn zugewandten Unterseite der Klappe aus.
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Ein Kraftfahrzeug hat mindestens eine erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung, wobei die Luftleitvorrichtung in Fahrtrichtung vor jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und der Strömungsweg zumindest teilweise zu einer Radbremse des Rades führt. Als weitere zu kühlende Komponenten kommen Differentiale, Getriebe, Wärmetauscher, Abgasanlagen, Antriebseinheiten (Verbrennungsmotoren oder elektrische Antriebe) in Frage. Die Luftleitvorrichtungen werden in Fahrtrichtung vor diesen analog angeordnet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Darin zeigen:
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1 eine perspektivische Unterbodenansicht eines Kraftfahrzeugs mit zwei Luftleitvorrichtungen;
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2a eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Luftleitvorrichtung in Grundstellung;
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2b eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Luftleitvorrichtung in zweiter Stellung.
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Gemäß 1 hat ein Kraftfahrzeug 1 zwei Räder 8 mit jeweils einer Radbremse 9, die bei Bedarf kinetische Energie in thermische Energie zur Verlangsamung der Winkelgeschwindigkeit des damit drehfest verbundenen Rades 8 umwandeln kann. Die thermische Energie ist grundsätzlich durch den während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 erzeugten Luftvolumenstrom L abzuführen. Jedem Rad 8 ist in Fahrtrichtung FR davor eine Luftleitvorrichtung 2 mit einer schwenkbaren Klappe 5 zugeordnet, wobei die Luftleitvorrichtung 2 an einem Unterboden 3 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Klappe 5 ist in einer vorgespannten Grundstellung gegenüber dem umliegenden Unterboden 3 in einer solchen Weise angestellt, dass der vorbeiströmende Luftstrom L zumindest teilweise auf einen Strömungsweg 4 in Richtung der entsprechenden Radbremse 9 umgeleitet wird. Dieser Luftstrom L erzeugt jedoch auch eine unterdruckbedingte Sogwirkung in einer Unterdruckzone U auf der Unterseite der Klappe 5, die gegen die Vorspannung der Klappe 5 wirkt. Dementsprechend wird die Klappe 5 mit steigender Strömungsgeschwindigkeit immer mehr in Richtung einer fluchtenden Ausrichtung zum umliegenden Unterboden 3 (zweite Stellung) gezogen, wodurch sich der auf dem Strömungsweg 4 zur Radbremse 9 befindliche Luftvolumenstrom L bis auf ein Minimum verringert oder sogar ganz ausbleibt.
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In den 2a und 2b ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Luftleitvorrichtung 2 gemäß der 1 in Seitenansicht schematisch dargestellt. An der Klappe 5 greift ein Federmittel 7 an, das die Klappe 5 dauerhaft in Richtung der in 2a dargestellten Grundstellung mit einer vorspannenden Federkraft beaufschlagt. Weiterhin ist an der Klappe 5 ein Dämpfungsmittel 6 angeordnet, das eine ständige Bewegungsdämpfung durchführt, um ein Flattern der Klappe 5 im Luftvolumenstrom L zu verringern. Wie in 2a ersichtlich, kann in der Grundstellung ein Teil des Luftvolumenstrom L durch die gegenüber dem Unterboden 3 steiler angestellte Klappe 5 auf einem Strömungsweg 4 in Richtung der Radbremse 9 des entsprechenden Rades 8 gelangen. Die in Fahrtrichtung nach vorne abfallende Anstellung der Klappe 5 gegenüber dem umliegenden Unterboden 3 hat aufgrund der wirkenden aerodynamischen Gesetzmäßigkeiten zur Folge, dass auf einer der Fahrbahn B zugewandten Unterseite der Klappe 5 eine Unterdruckzone U entsteht, die dem Federmittel 7 kräftemäßig entgegenwirkt. Die Sogwirkung der Unterdruckzone U auf die Klappe 5 steigt mit der Strömungsgeschwindigkeit des Luftvolumenstrom L kontinuierlich an. In 2b ist ein Zustand dargestellt, in dem die Unterdruckzone U die Federkraft des Federmittels 7 soweit überwunden hat, dass die Klappe 5 eine mit dem Unterboden 3 fluchtende Stellung eingenommen hat und der Luftvolumenstrom L nicht mehr zur Radbremse 9 gelangen kann.
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Bezugszeichenliste
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- FR
- Fahrtrichtung
- B
- Fahrbahn
- L
- Luftvolumenstrom
- U
- Unterdruckzone
- 1
- Kraftfahrzeug
- 1a
- erwärmbare Komponente
- 2
- Luftleitvorrichtung
- 3
- Unterboden
- 4
- Strömungsweg
- 5
- Klappe
- 6
- Dämpfungsmittel
- 7
- Federmittel
- 8
- Rad
- 9
- Radbremse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007051496 A1 [0003]
- DE 102009043101 A1 [0003]
- DE 102010055639 A1 [0003]
- WO 2007/007184 A1 [0003]
- DE 3813972 A1 [0004]
- DE 4229945 A1 [0005]
