-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spoilervorrichtung für einen Frontabschnitt eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren für die Montage einer solchen Spoilervorrichtung.
-
Es ist bekannt, dass Fahrzeuge, insbesondere Sportfahrzeuge, mit Spoilervorrichtungen versehen werden, um die aerodynamische Umströmung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Insbesondere sind auch an den Frontabschnitten des Fahrzeugs sogenannte Frontspoiler vorgesehen, welche insbesondere den Anpressdruck auf die Reifen und damit den Anpressdruck des Fahrzeugs auf die Fahrbahn erhöhen.
-
Die bekannten Spoilervorrichtungen sind dabei insbesondere am vorderen Ende des Frontabschnitts über die gesamte Querbreite des Fahrzeugs angeordnet. Für eine mechanische Stabilisierung sind hinter den Spoilervorrichtungen Querträger vorgesehen, welche zum Beispiel als Teil der Karosserie des Fahrzeugs einen Stahlaufbau aufweisen können. Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es jedoch, dass bei hoher Windbelastung die Stabilisierung durch den Querträger nur bedingt ausreicht. Die Windbelastung auf das Spoilerbauteil führt dazu, dass die gewünschte aerodynamische Funktion gewährleistet wird. Dafür ist eine entsprechend aerodynamisch wirksame Spoilerfläche am Spoilerbauteil von dem Fahrtwind angeströmt. Durch das Anströmen mit dem Fahrtwind entsteht eine Windlast, welche eine Kraft auf die Spoilerfläche und damit auf das Spoilerbauteil bewirkt. Diese Windlast führt dazu, dass eine elastische Verformung des Spoilerbauteils eintritt, und dieser sich aus seiner Neutralposition herausbewegt. Bei den bekannten Lösungen werden die Querträger hierfür stabilisierenderweise durch am Ende angeordnete Befestigungspunkte eingesetzt. Bei sehr hohen Endgeschwindigkeiten, insbesondere bei schnellen Sportwagen mit Höchstgeschwindigkeiten von über 300 km/h reicht diese Stabilisierung jedoch nicht aus. Hier müssen bei den bekannten Lösungen die Spoilervorrichtungen deutlich stabiler bzw. massiver und damit schwerer und teurer ausgestaltet werden, um die maximale Durchbiegung bei Maximalgeschwindigkeit unter einem vorgegebenen Schwellenwert zu halten.
-
DE 199 34 141 A1 offenbart eine Stoßfängerabstützung mit einer energieabsorbierenden Struktur und einem Spoiler, wobei der Spoiler durch eine am Fahrzeug angebrachte Abstützung in seiner Auslenkung begrenzt ist.
-
WO 2008/ 131 829 A1 offenbart auch einen Spoiler, der Spoiler durch eine am Fahrzeug angebrachte Abstützung in seiner Auslenkung begrenzt ist.
-
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die mechanische Stabilität des Spoilers bzw. der Spoilervorrichtung zu verbessern.
-
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Spoilervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
-
Erfindungsgemäß ist eine Spoilervorrichtung für einen Frontabschnitt eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Spoilervorrichtung weist ein Spoilerbauteil mit wenigstens einer unter Windlast aerodynamisch wirksamen Spoilerfläche auf. Weiter ist ein Querträger zur Aufnahme von mechanischen Kräften vorgesehen. Der Querträger weist einen Grundkörper und wenigstens einen vom Grundkörper nach vorne vorstehenden Ausleger auf, welcher in einen Aufnahmeabschnitt des Spoilerbauteils eingreift und mit einer Kontaktfläche versehen ist. Diese Kontaktfläche ist für eine kraftübertragende Kontaktierung einer Gegenkontaktfläche des Aufnahmeabschnitts zumindest unter Einwirkung der Windlast zur Verfügung gestellt.
-
Unter der Windlast ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass bei der Bewegung des Fahrzeugs die Umströmung des Fahrzeugs als Fahrtwind bezeichnet werden kann. Dieser Fahrtwind wirkt insbesondere auf das Spoilerbauteil und dort vorzugsweise auf die aerodynamisch wirksame Spoilerfläche ein. Damit wird eine Windkraft erzeugt, welche als Windlast bezeichnet wird und als Krafteinwirkung am Spoilerbauteil wirksam wird.
-
Die aerodynamisch wirksame Spoilerfläche kann selbstverständlich auch aufgeteilt sein auf mehrere Teilflächen. Auch sind zwei oder mehr separat aerodynamisch wirksame Spoilerflächen im Sinne der vorliegenden Erfindung bei einem Spoilerbauteil denkbar.
-
Die Materialwahl für das Spoilerbauteil wie auch für den Querträger ist für das erfindungsgemäße Wirken unerheblich. So können bekannte Querträger genauso eingesetzt werden, wie Querträger aus neuen und besonders leichten Materialien, wie zum Beispiel Leichtmetallen oder Verbundmaterialien. Auch die Verwendung unterschiedlichster Materialkombinationen für das Spoilerbauteil, den Querträger und/oder den Ausleger ist im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
-
Um die Stabilisierungswirkung bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung zu verbessern, ist der Querträger nun mit wenigstens einen Ausleger versehen. Ein Ausleger ist ein Teilabschnitt des Querträgers, welcher sich im Wesentlichen längs zum Querträger von diesem wegerstreckt. Damit kann der Ausleger in erfindungsgemäßer Weise in einen Aufnahmeabschnitt hineinragen bzw. eingreifen.
-
Für die mechanische Stabilisierung ist nun eine kraftübertragende Kontaktierung zwischen der Kontaktfläche des Auslegers einerseits und einer Gegenkontaktfläche des Aufnahmeabschnitts andererseits vorgesehen. Wird das Fahrzeug nun bewegt, und Fahrtwind wirkt auf die Spoilerfläche ein, so entsteht das Einwirken der Windlast in der beschriebenen Weise. Das Spoilerbauteil wird unter dieser Windlast eine elastische Verformung durchführen und diese Kraft bzw. eine entgegengesetzte Stabilisierungskraft wird sich zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche aufbauen. Ein Kraftgleichgewicht entsteht also an der Kontaktierungsstelle bzw. der Kontaktierungsfläche zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche. Die Spoilerfläche kann sich nun also beim Eintreffen der Windlast zumindest teilweise an der Kontaktfläche und damit über den Ausleger auch am Querträger zusätzlich abstützen. Dabei können selbstverständlich auch zwei oder mehr Ausleger vorgesehen sein, um diese mechanische Stabilisierungswirkung noch weiter zu verstärken. Auch kann der Ausleger an unterschiedlichsten Positionen des Querträgers angeordnet werden, um insbesondere in der später noch erläuterten mittigen Position die maximale Durchbiegung in der Mitte des Spoilerbauteils zu reduzieren.
-
Erfindungsgemäß kann dabei die kraftübertragende Kontaktierung zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche zumindest unter Windlast bestehen. Das bedeutet, dass ohne Belastung durch die Windlast, also bei stehendem Fahrzeug und unbelasteter Spoilerfläche ein Spalt zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche bestehen kann. Zumindest jedoch, sobald das Fahrzeug eine gewisse Mindestgeschwindigkeit erreicht hat und dementsprechend die Windlast einen Schwellwert an Krafteinwirkung überschreitet, wird die Kontaktfläche und die Gegenkontaktfläche miteinander in eine kraftübertragende Kontaktierung treten. Somit tritt die stabilisierende Wirkung bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung entweder sofort, wenn zwischen Kontaktfläche und Gegenkontaktfläche kein Spalt besteht, oder aber ab einer definierten Mindestgeschwindigkeit, wenn ein Spalt zwischen Kontaktfläche und Gegenkontaktfläche durch elastische Verformung des Spoilerbauteils überwunden worden ist, ein.
-
Durch das erfindungsgemäße mechanische Stabilisieren über den Ausleger können die Spoilervorrichtung und insbesondere auch das Spoilerbauteil weiter in der kostengünstigen, einfachen und vor allem leichten Bauweise zur Verfügung gestellt sein. Die mechanische Stabilisierung auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten wird durch die Stabilisierungswirkung des Auslegers gewährleistet und eine Kraftabtragung über den Querträger zur Verfügung gestellt. Vorzugsweise ist die kraftübertragende Kontaktierung dabei auf einer auf das Fahrzeug bezogenen Oberseite der Kontaktfläche und einer Unterseite der Gegenkontaktfläche des Aufnahmeabschnitts vorgesehen. Somit kann sich also das Spoilerbauteil von oben auf der Kontaktfläche des Auslegers in der erfindungsgemäßen Weise abstützen bzw. mechanisch stabilisiert werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung ist der wenigstens eine Ausleger separat von einem Grundkörper des Querträgers ausgebildet. Eine separate Ausbildung erlaubt es auch, ein Nachrüsten bereits bestehender Systeme zur Verfügung zu stellen. Auch können bestehende Konstruktionen mit bereits vorhandenen Querträgern in der Montage in Zukunft mit erfindungsgemäßen Auslegern zu einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung führen.
-
Der Grundkörper kann dann dabei aus einem Metallwerkstoff gebildet sein. Der Ausleger ist zum Beispiel aus einem Verbundwerkstoff, zum Beispiel aus einem Faserverbund- oder einem Kunststoffwerkstoff zur Verfügung gestellt. Ein solches Bauteil aus kombinierten Materialien kann als Querträger auch als Hybridbauteil bezeichnet werden. Insbesondere sind die Befestigungsmöglichkeiten des Auslegers am Grundkörper dabei flexibel vorgesehen, so dass unterschiedliche Ausleger an einem gleichen Grundkörper und/oder an unterschiedlichen Positionen für unterschiedliche Fahrzeugtypen einsetzbar sind.
-
Der wenigstens eine Ausleger ist formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Grundkörper verbunden. Insbesondere kann der Ausleger zum Beispiel seitlich auf einen profilierten Querträger aufgeschoben werden. Damit wird ein erster Formschluss für die Kraftübertragung zur Verfügung gestellt. Mithilfe von Befestigungsmitteln, wie Nieten, Schweißnähten oder Schrauben, kann eine Positionierung des Auslegers festgelegt werden, so dass in formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Weise der Ausleger positioniert und für die mechanische Stabilisierung zur Verfügung gestellt ist. Hier wird nochmals deutlich, dass durch die Separierung des Auslegers vom Grundkörper eine höhere Flexibilität und eine flexible Anpassungsmöglichkeit für die Spoilervorrichtung an unterschiedliche Fahrzeugtypen gegeben sind.
-
Bei der erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung weist wenigstens ein Ausleger, insbesondere an der Kontaktfläche und/oder im Bereich der Kontaktfläche, einen Rastabschnitt für ein verrastendes Eingreifen eines Gegenrastabschnitts des Aufnahmeabschnitts, insbesondere der Gegenkontaktfläche, auf.
-
Das Verrasten kann insbesondere als Montagesicherung verstanden werden und vermeidet auch bei unerwünschten Windlasten mit konträrer Eingriffsrichtung, dass sich die Kontaktierung zwischen der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche löst.
-
Darüber hinaus kann durch die Rastabschnitte und die Gegenrastabschnitte die Gesamtübertragungsfläche der Kraft, welche als Windlast auf das Spoilerbauteil wirkt, vergrößert werden. Die Lastabtragung wird somit verbessert und gleichzeitig in zusätzlicher Weise abgesichert.
-
Der Rastabschnitt definiert mit dem Gegenrastabschnitt eine Rastrichtung des Verrastens, wobei die Rastrichtung mit einer Verformungsrichtung des Spoilerbauteils unter Windlast gemeinsam ausgerichtet ist und mit der Belastungsrichtung durch die Windlast korreliert. Darunter ist zu verstehen, dass sich die Rastrichtung quasi in selbstsichernder Weise ausgerichtet hat. Eine Verformungsrichtung ist dabei die Richtung, in welche sich das Spoilerbauteil unter der üblichen Windlast verformt. Bei einem Frontspoiler ist dies üblicherweise eine Durchbiegung nach unten. Ist nun die Rastrichtung, also die Richtung, in welche der Rastabschnitt mit dem Gegenrastabschnitt verrastet, ebenfalls nach unten gerichtet, zum Beispiel entlang dieser Verformungsrichtung oder mit einem spitzen Winkel zu derselben, so wird eine Verformung oder gewünschte Verformung durch die Krafteinwirkung der Windlast zu einer Verstärkung der Verrastung führen. Somit sichert quasi der Betrieb des Fahrzeugs durch das Eingreifen der Windlast und die entsprechend ausgerichtete Korrelation zwischen Rastrichtung und Verformungsrichtung die beschriebene Verrastung zwischen Rastabschnitt und Gegenrastabschnitt noch weiter ab.
-
Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung die Kontaktfläche die Gegenkontaktfläche auch windkraftfrei, insbesondere flächig, kontaktiert. Ein windkraftfreies Kontaktieren bedeutet, dass auch im Montagezustand die Kontaktfläche die Gegenkontaktfläche kontaktiert. Die stabilisierende Wirkung tritt demnach sofort ein und ist nicht abhängig von einer Mindestdurchbiegung bei einem Schwellwert einer Mindestgeschwindigkeit. Dies erlaubt es, insbesondere eine vereinfachte Montage, bevorzugt mit einer vereinfachten Qualitätskontrolle, durchzuführen. Auch wird die Anfangsdurchbiegung deutlich reduziert, so dass auch hier eine erhöhte mechanische Stabilisierung von Anfang an zur Verfügung gestellt ist.
-
Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung der Querträger wenigstens zwei Ausleger aufweist, welche insbesondere symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch am Querträger verteilt sind. Eine symmetrische Abstützung dient dabei insbesondere einer Vermeidung schiefer oder im Wesentlichen schiefer Verformung. Somit wird sichergestellt, dass auch hinsichtlich der Aerodynamik unter Windlast eine symmetrische oder im Wesentlichen symmetrische Aerodynamikfunktionalität gewährleistet wird. Die lokale Abstützung von zwei oder mehr Auslegern bringt damit eine weitere mechanische Stabilisierung und damit eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorteile mit sich.
-
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung wenigstens ein Ausleger des Querträgers mittig oder im Wesentlichen mittig angeordnet ist. Dies bezieht sich insbesondere auf die Fahrzeugmitte bzw. auf die Fahrzeuglängsachse in Fahrtrichtung. Damit kann ein Ausleger eine Unterstützung in einem Bereich zur Verfügung stellen, welcher bezogen auf Befestigungspunkte an den Rändern zu den Querträgern den maximalen Hebelarm aufweist. Somit wäre im Bereich der maximalen elastischen Verformung in der Mitte des Spoilerbauteils durch eine mittige Anordnung des Querträgers auch die maximale mechanische Stabilisierungswirkung zur Verfügung gestellt. Selbstverständlich kann eine mittige Anordnung des Auslegers am Querträger auch mit zwei oder mehr, insbesondere in symmetrischer Weise seitlich angeordneten Auslegern kombiniert werden.
-
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung der Rastabschnitt wenigstens zwei Rastmittel und/oder der Gegenrastabschnitt wenigstens zwei Gegenrastmittel aufweist, für ein Verrasten in wenigstens zwei unterschiedliche Relativpositionen. Damit ist eine Anpassung ebenfalls an unterschiedliche Fahrzeugtypen möglich, so dass ein unterschiedlich tiefes Eingreifen des Auslegers in den Aufnahmeabschnitt mit der erfindungsgemäßen Kontaktierung denkbar ist. Selbstverständlich können auch zwei oder mehr Rastmittel gleichzeitig mit zwei oder mehr Gegenrastmittel verrasten, so dass eine größere Eingriffssituation mit einer vergrößerten Übertragungsfläche für das Abtragen der Windlast gewährleistet wird. Die Rastmittel bzw. die Gegenrastmittel können dabei auch als Rastnasen und Gegenrastnasen ausgebildet sein.
-
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Montage einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Ausbilden wenigstens eines Auslegers an dem Querträger,
- - Kraftübertragendes Kontaktieren der Kontaktfläche des Auslegers mit der Gegenkontaktfläche des Aufnahmeabschnitts.
-
Durch die Ausbildung und Montage einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Spoilervorrichtung erläutert worden sind. Damit kann unter einem Ausbilden des wenigstens einen Auslegers sowohl ein Anformen, ein gemeinsames Herstellen, aber auch ein Befestigen des Auslegers am Querträger verstanden werden. Selbstverständlich sind auch weitere Schritte zur Befestigung und Positionierung des Querträgers an den entsprechenden Seiten mit dem Spoilerbauteil denkbar.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spoilervorrichtung an einem Frontabschnitt,
- 2 die Abstützung mit einem Querträger für die Ausführungsform der 1,
- 3 die Ausführungsform der 1 und 2 in montiertem Querschnitt und
- 4 eine weitere Ausführungsform im Querschnitt gemäß 2
-
1 zeigt eine Spoilervorrichtung 10 an einem Frontabschnitt 100 eines Fahrzeugs. An der Außenseite ist hier gut zu erkennen, wie sich die Außenhaut des Fahrzeugs nach unten hin mit dem Spoilerbauteil 20 der Spoilervorrichtung 10 abschließt. Dieses Spoilerbauteil 20 ist für die aerodynamische Beeinflussung der Umströmung, der Unterströmung bzw. der Einströmung von Fahrtwind in den Motorraum zur Verfügung gestellt. Wie hier gut zu erkennen ist, greift der Fahrtwind zu allererst, wenn er auf das Fahrzeug trifft, den Frontabschnitt 100 und dort insbesondere das Spoilerbauteil 20 der Spoilervorrichtung 10 an.
-
Für die mechanische Stabilisierung des Spoilerbauteils 20 ist ein Querträger 30 zur Verfügung gestellt, welcher mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden werden kann oder auch einen Teil derselben darstellt. Bei dieser Ausführungsform gemäß 2 ist der Querträger 30 mehrteilig ausgeführt. Für die Querverteilung ist ein Grundkörper 50 vorgesehen, welcher zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein kann. Verschiebbar und in formschlüssiger Weise umgreifend um diesen Grundkörper 50 sind hier drei Ausleger 40 zu erkennen. Zwei Ausleger 40 sind dabei seitlich und in im Wesentlichen symmetrischer Weise angeordnet, während ein dritter und zentraler Ausleger 40 mittig angeordnet ist. Die Korrelation dieser Ausleger 40 wird mit Bezug auf die 3 und 4 noch näher erläutert. Bereits hier ist zu erkennen, dass die Ausleger 40 vom Grundkörper 50 nach vorne vorstehen, um in der beschriebenen Weise in den Aufnahmeabschnitt 24 des Spoilerbauteils 20 eingreifen zu können. 3 zeigt die Korrelation der beiden symmetrischen seitlichen Ausleger 40 gemäß der 2. So ist hier zu erkennen, dass ausgehend vom Grundkörper 50 des Querträgers 30 der Ausleger 40 in einen Aufnahmeabschnitt 40 in dem Spoilerbauteil 20 eingreift. In der Betriebssituation beim Fahren des Fahrzeugs wird eine Windlast angreifen, welche auch durch die Pfeile oberhalb der Spoilerfläche 22 dargestellt ist. Diese Windlast wird nun abgetragen über die Spoilerfläche 22 und im Spoilerbauteil 20 nun über die Gegenkontaktfläche 26 auf die Kontaktfläche 46 des Auslegers 40. Über den Ausleger 40 selbst erfolgt die Abtragung und Einleitung in den Querträger 50, so dass an der Position des Auslegers 40 nun eine mechanische Stabilisierung gegen ein vergrößertes Durchbiegen des Spoilerbauteils 20 unter Windlast zur Verfügung gestellt ist.
-
In 4 ist dargestellt, wie die Wirkungsweise noch weiter verbessert werden kann. Der hier dargestellte Querschnitt bezieht sich grundsätzlich auf die Darstellung gemäß 3, zeigt jedoch den zentralen mittigen Ausleger 40 gemäß 2. Hier ist eine weitere Funktionalität am Ausleger 40 vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen Rastabschnitt 48, welcher mit einem entsprechenden Gegenrastabschnitt 28 des Spoilerbauteils 20 korreliert. Hier ist ein Gegenrastmittel 28 in Form einer Rastnase in ein entsprechendes Sägezahnprofil als Rastmittel 49 des Rastabschnitts 48 des Auslegers 40 eingerastet. Dabei ist die Rastrichtung RR mit der Verformungsrichtung VR gemeinsam ausgerichtet und mit der Belastungsrichtung durch die Windlast korreliert. Damit sichert sozusagen die Verformungsrichtung VR gleichzeitig die Verrastungsposition in Rastrichtung RR zwischen dem Spoilerbauteil 20 und dem Ausleger 40.
-
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.