-
Die
Erfindung betrifft ein Flügelelement am Spoiler eines Kraftfahrzeuges.
-
Kraftfahrzeuge
erfahren bei steigender Geschwindigkeit Auftriebskräfte,
welche die Bodenhaftung des Kraftfahrzeuges verringern. Dadurch
können insbesondere bei Hochleistungsfahrzeugen, die konstruktionsbedingt
sehr windschlüpfrig ausgelegt sind, bei hohen Geschwindigkeiten
in Grenzfällen kritische Situationen auftreten. Zur Verbesserung
des Fahrverhaltens ist es deshalb bekannt, Kraftfahrzeuge im Heckbereich
mit Spoilern auszustatten. Derartige Spoiler umfassen einen von
der Karosserie beabstandeten und im wesentlichen waagerechten Flügel,
der quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist. Dieser Flügel
weist an seiner Unterseite eine aerodynamische Profilierung (Wölbung)
auf, zur Erzielung eines verstärkten Abtriebes des Kraftfahrzeuges.
Analog einer umgedrehten Tragfläche eines Flugzeuges ergibt
sich ein umso stärkerer Abtrieb des Kraftfahrzeuges, je
stärker gewölbt die Unterseite des Flügels
ist. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass eine stark gewölbte
Unterseite gleichzeitig auch zu einer vergrößerten
Stirnfläche des Flügels führt. Dies wiederum
bedingt einen erhöhten Luftwiderstand und damit beispielsweise
einen größeren Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges.
Deshalb sind derartige Spoiler zumeist verfahrbar vorgesehen, indem
sie nur oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit aus der Karosserie ausgefahren
sind und damit ihre aerodynamische Wirkung entfalten. Dies erfordert
jedoch eine relativ aufwendige Mechanik zur Steuerung des Aus- und
Einfahrens sowie die Notwendigkeit einen entsprechenden Aufnahmebereich
innerhalb der Karosserie vorzusehen. Ein derartiger Spoiler ist
beispielsweise aus der gattungsbildenden
DE 10002511 bekannt.
-
Von
derartigen Spoilern zu unterscheiden sind Abrisskanten am Kraftfahrzeug.
Diese erzielen zwar ebenfalls einen aerodynamischen Effekt, jedoch nach
einem völlig anderen physikalischen Prinzip. Insbesondere
werden Abrisskanten, im Gegensatz zu Flügeln am Spoiler,
nicht vollständig von Luft umströmt und weisen
damit keine Unterseite im Sinne der Erfindung auf.
-
Zur
Verbesserung des gattungsbildenden Spoilers wird deshalb vorgeschlagen,
die Unterseite eines Flügelelementes des Spoilers unterhalb
einer Grenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges im Wesentlichen eben
vorzusehen, womit sie eine geringe Stirnfläche in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeuges aufweist, und oberhalb dieser Grenzgeschwindigkeit eine
aerodynamische Profilierung der Unterseite vorzusehen und damit
eine vergrößerte Stirnfläche. Dadurch
ergibt sich bei niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten eine geringe Stirnfläche
und damit ein geringer Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges.
Bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten ergibt sich eine aerodynamische
Profilierung des Flügelelementes und damit ein gewünschter
Abtrieb am Kraftfahrzeug. Für diesen Effekt ist keine aufwendige
Mechanik zum Aus- und Einfahren des Flügelelementes in
die und aus der Karosserie des Kraftfahrzeuges notwendig. Vielmehr muss
lediglich die Unterseite des Flügelelements geeignet verformt
werden. Dies stellt insbesondere bei Bauraumproblemen bezüglich
der Anordnung von Antrieb und/oder Führungen des Flügelelementes eine
konstruktiv interessante Alternative dar. Von besonderem Vorteil
ist also die Möglichkeit einer starren Anordnung des Flügelelements
an der Karosserie des Kraftfahrzeuges. In diesem Zusammenhang soll unter
aerodynamischer Profilierung der Unterseite des Flügelelementes
auch eine lediglich anteilige Verformung der Unterseite verstanden
werden, beispielsweise nur (jeweils in Fahrtrichtung gesehenen) zwei
außen liegenden linken und rechten Teilen oder eines vorderen,
hinteren und/oder mittleren Teils der Unterseite des Flügelelementes
bzw. beliebigen Kombinationen hiervon.
-
Eine
besonders gute aerodynamische Wirkung, d. h. ein optimierter Abtrieb
bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges, ergibt sich dann,
wenn die aerodynamische Profilierung der Unterseite des Flügelelementes
im Wesentlichen über dessen ganze Breite, d. h. von der
linken bis zur rechten Seite des Kraftfahrzeuges, vorgesehen ist.
Da sich ein derartiges Flügelelement eines Spoilers üblicherweise über
einen Großteil der Breite des Kraftfahrzeuges erstreckt,
wird hiermit eine besonders wirksame aerodynamische Profilierung
eingestellt.
-
Eine
individuelle Anpassung des Flügelelementes ergibt sich
dadurch, dass mehrere Grenzgeschwindigkeiten, mit jeweils unterschiedlicher
aerodynamischer Profilierung des Flügelelementes, vorgesehen
sind. Dabei kann mit ansteigender Grenzgeschwindigkeit die aerodynamische
Profilierung stärker ausgeprägt vorgesehen sein,
d. h. mit ansteigender Stirnfläche und damit mit erhöhtem
Abtrieb. Alternativ kann bei der niedrigsten Grenzgeschwindigkeit
die aerodynamische Profilierung am stärksten ausgeprägt
sein und mit weiter ansteigender Grenzgeschwindigkeit dann immer
weniger ausgeprägt sein, womit ein Kompromiss zwischen
Kraftstoffverbrauch und Abtrieb erzielbar ist. Es ergibt sich ein
in mehreren Stufen anpassbares Flügelelement, das für
verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert ist.
-
Eine
optimale Anpassung des Flügelelementes ergibt sich dann,
wenn das Flügelelement zumindest in einem Geschwindigkeitsbereich
stufenlos verstellbar vorgesehen ist. Anders ausgedrückt
kann die aerodynamische Profilierung zwischen einer unteren und
einer oberen Grenzgeschwindigkeit, abhängig von der gewählten
technischen Realisierung des Flügelelementes, stufenlos
verstellt werden.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
das Flügelelement als im Wesentlichen starren Körper
auszuführen, der an seiner Unterseite ein aufblasbares
Element aufweist, das abhängig von der Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges befüllt bzw. entleert wird. Diese konstruktiv einfache
Lösung ermöglicht eine gewünschte aerodynamische
Profilierung des Flügelelementes durch entsprechendes Befüllen
bzw. Ablassen eines geeigneten Mediums im aufblasbaren Element.
-
Bevorzugt
ist vorgesehen, dass das aufblasbare Element unterhalb einer ersten
Grenzgeschwindigkeit unbefüllt ist. Damit liegt das aufblasbare
Element dann flach an der Unterseite des im Wesentlichen starren
Flügelkörpers an. Damit ergibt sich unterhalb
der ersten Grenzgeschwindigkeit eine geringe Stirnfläche
und damit ein geringer Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges.
-
Bevorzugt
wird das aufblasbare Element als beutelartiges Teil vorgesehen,
insbesondere aus Elastomer oder Gummi, zur Befüllung mit
Luft entsprechend einer gewünschten, geschwindigkeitsabhängigen
aerodynamischen Profilierung. Solcherart komprimierte Luft ist bereits
in vielen herkömmlichen Kraftfahrzeugen verfügbar,
womit lediglich eine entsprechende Zuleitung zum Flügelelement
und Steuerung der Luftmenge vorgesehen sein muss. Alternativ ist
eine autarke Versorgung des Flügelelementes mit komprimierter
Luft vorgesehen.
-
Die
Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt.
Dabei zeigt die einzige Fig. in schematischer Darstellung eine besonders
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Flügelelementes unterhalb und oberhalb einer vorgebbaren
Grenzgeschwindigkeit. Hierbei ist im oberen Teil der Fig. ein seitlicher
Teil des Flügelelementes oberhalb der Grenzgeschwindigkeit
und im unteren Teil unterhalb dieser Grenzgeschwindigkeit dargestellt.
Das Flügelelement ist dabei Teil eines Spoilers S eines
Kraftfahrzeuges. Dies ist durch eine Haltestrebe 2 schematisch
visualisiert, die als eine von zwei Haltestreben das Flügelelement
mit der Karosserie des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges verbindet.
Diese Haltestreben sind in dieser Ausführungsform fest
vorgesehen, beispielsweise als Aluminiumrohre.
-
Das
Flügelelement umfasst einen im Wesentlichen starren Körper 1.
Dieser kann beispielsweise aus GFK oder CFK vorgesehen sein. An
der Unterseite des starren Körpers 1 ist ein beutelartiges Teil 3', 3'' befestigt,
beispielsweise geklebt oder verschweißt. Das beutelartige
Teil 3', 3'' ist beispielsweise aus Elastomer
oder Gummi vorgesehen und erstreckt sich über die gesamte
Länge des starren Körpers 1, d. h. über
die gesamte Breite des Spoilers. Das beutelartige Teil 3', 3'' kann über
eine Zuleitung, die beispielsweise durch die Haltestrebe 2 geführt wird,
mit Druckluft aus dem Kraftfahrzeug versorgt werden. Die Unterseite
U', U'' des beutelartigen Teils 3', 3'' bildet
mithin die Unterseite des Flügelelementes.
-
Unterhalb
einer Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise einem Wert aus dem Bereich
zwischen 90 und 120 km/h, ist das beutelartige Teil 3' leer,
wie im unteren Teil der Fig. dargestellt. Damit liegt das beutelartige
Teil 3' flach an der im Wesentlichen ebenen Unterseite
des starren Körpers 1 an. Da das beutelartige
Teil 3' nur eine geringe Wanddicke hat, bleibt die Unterseite
U' des Flügelelementes im Wesentlichen eben. Damit wird
die Stirnfläche des Flügelelementes kaum vergrößert
und ergibt so bei niedrigen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges
einen erwünschten, geringen Luftwiderstand.
-
Oberhalb
dieser Grenzgeschwindigkeit wird das beutelartige Teil 3'' mit
Druckluft befüllt, was im oberen Teil der Fig. dargestellt
ist. Durch entsprechende Gestaltung bzw. Aussteifungen innerhalb
des beutelartigen Teils 3'' ergibt sich dadurch eine gewünschte
aerodynamische Profilierung. Damit ist die Unterseite U'' des Flügelelementes
nicht mehr im Wesentlichen eben, sondern weist eine Wölbung nach
Art einer umgekehrten Tragfläche auf. Dadurch wird eine
bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges erwünschte
Abtriebswirkung erzielt. Sobald die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
dann wieder unter diese Grenzgeschwindigkeit fällt, wird das
beutelartige Teil entleert und fällt damit kontrolliert
in sich zusammen, womit sich wieder eine im Wesentlichen flache
Unterseite des Flügelelementes ergibt.
-
Natürlich
können auch mehrere Grenzgeschwindigkeiten mit jeweils
unterschiedlich starker aerodynamische Profilierung und/oder eine
zumindest innerhalb eines Geschwindigkeitsbereiches stufenlos verstellbare
aerodynamische Profilierung und/oder unterschiedliche Grenzgeschwindigkeiten für
eine jeweilige Befüllung bzw. Entleerung des beutelartigen
Teils vorgesehen sein. Zudem können anstelle eines befüllbaren
beutelartigen Teils andere Wirkmechanismen zur gewünschten
Einstellung der aerodynamische Profilierung verwendet werden. Beispielsweise
kann in einer alternativen Ausführungsform ein Spindelantrieb
an beiden seitlichen Flügelenden vorgesehen sein, zur mechanischen
Verspannung der Flügelunterseite in Längsrichtung
des Kraftfahrzeuges. Die Flügelunterseite kann dabei als
Fasergelege oder als verspannbares Element vorgesehen sein. Zur
Darstellung einer definierbaren Verformung beim Anlegen einer mechanischen
Spannung an die Flügelunterseite kann diese in Längsrichtung eine
variable Faserdichte bzw. einen profilierten Dickenverlauf aufweisen.
Als ein weiterer Wirkmechanismus zur gewünschten Einstellung
der aerodynamische Profilierung seien piezoelektromechanische Elemente
an der Flügelunterseite genannt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-