DE3834119A1 - Bremskuehlklappen- und luftfuehrungs- system fuer fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremskühlklappen- und Luftfüh­ rungs-System für Fahrzeuge, insbesondere für Pkw und Renn­ fahrzeuge. Erfindungsgemäß sind an den Fahrzeugen an geeig­ neten Stellen Klappen, Luftdurchlässe, Luftkanäle bzw. Luft­ wege angebracht, wobei die Klappen in geschlossenem Zustand glatt und strömungsgünstig der Fahrzeugform angepaßt sind. In geöffnetem Zustand bewirkt der Fahrtwind durch die Klap­ pen und Luftführungswege hindurch Luftströme, die die Brems­ anlagen umströmen und kühlen.

Der heutige Stand der Technik kommt dem Bedürfnis nach strö­ mungsgünstiger Ausgestaltung der Fahrzeugformen bzw. -karos­ serien durch vielfältige Formgebungen nach. Ziele sind ge­ ringer Kraftstoffverbrauch, hohe Geschwindigkeit, hoher Ab­ trieb.

Insbesondere sind vielfältige Spoiler im Einsatz. Frontspoi­ ler z.B. sollen die Luftmenge, die unter dem Fahrzeug durch­ strömt, verringern. Diesem Ziel sind aber durch die Notwen­ digkeit, ausreichende Kühlluft für die Bremsen zuzulassen, Grenzen gesetzt. So werden Frontspoiler entweder ziemlich flach gehalten oder mit Luftdurchlaßöffnungen versehen. Beides schränkt die erzielbare aerodynamische Wirkung erheb­ lich ein.

Zusätzlich werden Luftströme, etwa die Bremskühlluftströme, häufig recht unkontrolliert in Richtung auf die Bremsen zu­ geleitet. Gerade unter den Fahrzeugen, besonders im Front­ bereich bzw. unter dem Motor, sind die aerodynamischen Ver­ hältnisse, die innere Aerodynamik, noch vielfach recht unge­ ordnet. Hier wird noch erheblicher Luftwiderstand in Kauf genommen.

Die Erfindung hebt zum einen den beschriebenen Kompromiß zur Optimierung des Abtriebs bzw. des cw-Wertes des Fahrzeuges und der Notwendigkeit der Bremskühlung auf. Sie bietet für beide Aufgaben gleichzeitig vollständige Lösungsmöglichkei­ ten: Erstens stellt sie eine Optimierung des cw-Wertes dar, da zusätzliche, abtriebsmindernde Kühlöffnungen nur bei Be­ darf - bei den meisten Erfindungsausgestaltungen also wäh­ rend des Bremsens - geöffnet werden; die Erfindung macht zweitens Vorschläge zur Optimierung der inneren Aerodynamik und drittens auch zur Erhöhung des Abtriebs während der Bremsphasen.

Hauptanwendung für das in Anspruch 1 und weiteren darge­ stellte Bremskühlklappen- und Luftführungssystem sind Auto­ mobile, insbesondere Pkw und Rennfahrzeuge. Jedoch soll sich die Erfindung weiter auf alle Fahrzeuge erstrecken, bei wel­ chem Bremskühlung mittels Luft/Fahrtwind realisierbar ist.

Im Anspruch 2 wird die Öffnung des Bremskühlklappen- und Luftführungs-Systems gleichzeitig mit der Betätigung des Bremspedals bzw. der Bremsung dargestellt. Dies ist eine Hauptanwendung, welche jedoch andere Aspekte und Realisie­ rungen nicht ausschließen soll. So können als Kriterium für die Öffnung des Systems neben oder anstelle der Bremsbetäti­ gung noch andere Faktoren gewählt werden, etwa die mittels eines Sensors erfaßte, tatsächliche Temperatur der Bremsan­ lagen oder bestimmte Geschwindigkeitsbereiche, die gegebe­ nenfalls ebenfalls elektronisch erfaßt werden.

Weiterhin berücksichtigt die Erfindung die Tatsache, daß der Kühlungsbedarf der Bremsen nicht sofort mit der Bremspedal­ betätigung, sondern erst etwas verzögert entsteht und teil­ weise über das Ende der Bremsbetätigung hinaus besteht. Ent­ sprechende Ausführungen deckt der Anspruch 8 ab, wobei zu­ nächst offenbleiben kann, auf welchem Wege die Verzögerung technisch realisiert wird. Der übliche Weg besteht in elek­ tronischer Zeitverzögerung.

Mit Anspruch 9 wird die Realisierung einer verzögerten Öff­ nung, eventuell auch Schließung des Bremskühlsystems durch eine langsam arbeitende Mechanik vorgeschlagen. Das bedeu­ tet, daß bei Beginn der Bremsung (Betätigung des Bremspe­ dals) zwar der Öffnungsvorgang gestartet wird, er aber langsam von statten geht. Ebenso wird sofort bei Beendigung der Bremsung (Loslassen des Bremspedals) der Schließvorgang eingeleitet. Bei einer ganz kurzen Bremsung müßte also die Öffnung des Bremskühlklappensystems nicht einmal vollständig erfolgen, sie würde abgelöst durch den Schließvorgang. Bei längerer Bremsung würden sich die Bremskühlklappen vollstän­ dig öffnen, während die Schließung entsprechend der tech­ nisch festgelegten Schließdauer über das Ende der Bremsbetä­ tigung hinaus erfolgte. Auf diese Weise ergibt sich eine op­ timale Anpassung der Intensität und Zeit der Kühlluft-Durch­ strömung an die tatsächlichen Temperaturverläufe an den Bremsanlagen.

Die Realisierung einer derartig langsam arbeitenden Öffnungs-/ Schließmechanik kann z.B. durch eine Betätigung der Brems­ kühlklappen mittels Gewindespindel, gegebenenfalls durch Elektromotor angetrieben, erfolgen.

Wenn das Bremskühlsystem, entsprechend Anspruch 2, während der Betätigung der Bremsen geöffnet wird, ergeben sich dazu noch weitere sinnvolle Möglichkeiten, auf die Fahr- und Bremseigenschaften Einfluß zu nehmen. Während das Fahrzeug bei Normalfahrt einen möglichst geringen cw-Wert hat, d.h. möglichst wenig Luftwiderstand bieten soll, ist diese For­ derung während der Bremsung vermindert, (sofern die Abtriebs­ kräfte nicht schlagartig aufgehoben werden). Im Gegenteil, eine Unterstützung der Bremsung auf aerodynamischen Wege er­ erscheint sogar sinnvoll. Dies wird durch die Öffnung der Bremsklappen und der damit verbundenen Erhöhung des inneren Luftwiderstandes erzeugt. Zugleich wird erfindungsgemäß, dargestellt in Anspruch 3, erreicht, daß durch Öffnung der Lufteinlaß- oder Luftauslaßklappen in den Fahrtwind, z.B. nach außen oder nach oben, zusätzlich eine sog. Luftbremsen­ wirkung erzeugt wird, wie z.B. auch im Flugzeugbau prak­ tiziert. Dies kann natürlich auch unter dem Fahrzeug oder in inneren Luftströmen sein. Auch indirekt bewirkte Veränderun­ gen der aerodynamischen Verhältnisse können einen Bremsef­ fekt bewirken. Auf eine Präzisierung der Formgebung solcher Bremskühlklappen, welche gleichzeitig auch als Luftbremsen wirken, wird verzichtet, da sie auf vielfältige Weisen zu realisieren sind.

In anderen Aspekten der Erfindung gilt dem Abtrieb besonde­ rer Augenmerk. Das Bremskühlklappensystem kann so ausgestal­ tet werden, daß das System, wie in den Ansprüchen 4, 5, 14 und 15 dargestellt, den Abtriebswert erhöht, sei es dadurch, daß sie, schräg nach hinten oben weisend, die Luft nach oben lenken; sei es, daß das Luftführungssystem nach oben weisen­ de Austrittsöffnungen bzw. -klappen hat; oder sei es, daß die Bremskühlklappe einen umgekehrten tragflächenartigen Querschnitt hat, wie z.B. bei herkömmlichen Heckspoilern verwendet.

Dies ist in zweierlei Hinsicht besonders sinnvoll. Zum einen ist der Andruck der Reifen auf die Straße gerade bei den Bremsvorgängen von großer Wichtigkeit. Zweitens kann bei Öffnung des Bremskühlklappen- und Luftführungssystems inso­ fern ein Bedarf zur Kompensation auftreten, als die Brems­ kühlklappen, wenn sie Luft unter das Fahrzeug leiten, den Abtriebswert in gewissem Umfang verschlechtern. Zwar kann dies quantitativ immer noch ein günstiger Kompromiß sein. Mit den o.g. Ansprüchen werden jedoch Lösungen angeboten, die eine vollständige Kompensation oder sogar eine Verbesse­ rung des Abtriebs während der Bremsung bringen sollen.

Die Erfindung läßt die Wahl der Antriebsmittel für die Brems­ kühlklappen weitgehend offen. Sie können mittels Elektromo­ tor oder hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder auf jedem anderen praktikablen und sinnvollen Weg betätigt werden. Je­ doch dürften, wie in Anspruch 11 dargestellt, insbesondere Hubmagnete in Betracht kommen. Dabei könnte ein Hubmagnet aktiv nur den einen Vorgang, z.B. die Öffnung der Bremskühl­ klappe, bewirken, während diese passiv, stromlos durch Fe­ derkraft oder Winddruck wieder verschlossen wird. Oder es könnten beidseitig aktive Hubmagnete eingesetzt werden, ge­ gebenenfalls mit selbsthaltenden Endstellungen.

Mit Anspruch 10 wird als Schutzrecht insbesondere die Unter­ stützung oder die Ausführung der Bremsklappenbetätigung durch den Fahrtwind als Energiequelle angemeldet. Z.B. kann der Fahrtwind direkt die Schließung der Bremskühlklappen be­ wirken, wenn diese zur Öffnung gegen die Windrichtung aufge­ schoben wurden. Oder der Fahrtwind kann die Bremskühlklappe, welche ein Tragflächenprofil aufweist, aerodynamisch in eine der Betätigungsrichtungen ziehen. Oder der Fahrtwind kann zur Erzeugung von Überdruck in einem pneumatischen System dienen, mittels welchem dann die mechanische Betätigung der Klappen erfolgen kann.

Eine Hauptanwendung der Erfindung besteht darin, Bremskühl­ klappen an der Front des Fahrzeuges, dort, wo der Luftwi­ derstand am größten ist, insbesondere am Frontspoiler, und zwar vor den vorderen Bremsscheiben anzuordnen. Dies ist insbesondere auch in Verbindung mit nachzurüstenden Front­ spoilern sinnvoll. Entsprechendes Schutzrecht wird mit An­ spruch 12 angemeldet.

Eine Erweiterung dazu ist der Anspruch 16. Hier werden Brems­ kühlklappen mit einem beweglichen, d.h. ausfahrbaren Front­ spoiler kombiniert, wie er nach dem Stand der Technik be­ kannt ist. Er kann bei Hochgeschwindigkeitsfahrt, glatte Straßenverhältnisse unterstellt, besonders tief bis dicht über die Straßenfläche abgesenkt werden.

Die Ansprüche 13 und 14 schlagen solche Ausgestaltungen des Frontspoilers vor, bei welchen der ganze Frontspoiler oder erhebliche Teile desselben als Bremskühlklappe beweglich, z.B. klappbar oder verschiebbar sind mit dem speziellen Zweck, bei Bedarf Kühlluft für die Bremsen durchströmen zu lassen. Ohne andere Ausführungen dadurch einzuschränken, ist insbesondere gedacht an Kippen des Frontspoilers um die Querachse. Sei es, daß durch nur geringfügiges Kippen ein ausreichender Luftspalt zwischen Spoiler und Karosserie ge­ öffnet wird, sei es, daß der Frontspoiler dabei erheblich gekippt wird, um z.B. dann auch, entsprechend Anspruch 4, durch Tragflächenquerschnitt dem Fahrzeug mehr Abtrieb zu verleihen.

Im Anspruch 17 werden die Bremskühlklappen kombiniert mit Luftleitkanälen bzw. Luftleitwegen, was besonders im Hin­ blick auf eine Optimierung der inneren Aerodynamik des Fahr­ zeugs von Bedeutung ist. Wie schon an früherer Stelle er­ wähnt, lassen herkömmliche Automobile, bei denen Motor, Bremsen, Aggregate usw. mehr oder weniger wahllos im Luft­ strom liegen, hinsichtlich der Minimierung des cw-Wertes noch viele Möglichkeiten ungenutzt. Insofern wird die Ver­ bindung von Bremskühlklappen mit entsprechenden Luftfüh­ rungswegen ausdrücklich als Schutzrecht beansprucht. Dabei sind alle Luftführungen, wie auch in Anspruch 17 genannt, einbezogen; insbesondere die Führung der Kühlluftströme zu­ nächst durch die Frontzone, durch die vorderen Radgehäuse, wobei die Luftausleitungen am hinteren Ende der vorderen Radgehäuse liegen können; bzw. die Weiterführung der Kühl­ luftströme oder einer Teilluftmenge zu den hinteren Bremsen oder zu den im Mittelteil oder Heck des Fahrzeuges unterge­ brachten Kühlern für Wasser, Öl, Luft oder dergleichen. Die Luft wird dorthin bspw. durch Türholme, Türen, Mittelkonso­ len und auf anderen Wegen geleitet.

Mit diesen, das Fahrzeug von vorne nach hinten durchziehen­ den, strömungsgünstig angeordneten Luftkanälen kann zusätz­ lich auch eine Verbesserung der Steifigkeit der Zelle und durch glatte Konstruktion der Fahrzeugunterseite auch eine Verbesserung des Korrosionsschutzes erzielt werden.

Die Ansprüche und die Beschreibung beziehen sich überwiegend auf Bremskühlklappen als Lufteinlaß. Es sei aber betont, daß sie gleichermaßen als Luftauslaßklappen in die Erfindung einbezogen sind, wie im Anspruch 1 formuliert. Auch Zwischen­ klappen können im Sinne der Erfindung Bremskühlklappen sein.

Auch zur Anordnung der Lufteinlaß- oder Luftauslaßorte sei betont, daß im Rahmen der Erfindung jegliche Wahl denkbar ist. Lufteinlässe wird man optimalerweise an Stellen großen Luftwiderstandes ansetzen. Besonders sinnvoll sind solche Anordnungen, bei welchen die Führung der Kühlluftströme, der Kühlluftkanäle oder Kühlluftwege mit möglichst wenig Kurven vom Lufteinlaßort zur Bremse und so fort bis zum Luftauslaß­ ort verläuft. Demzufolge sind besonders günstige Stellen für den Lufteinlaß: der ganze Frontbereich des Fahrzeugs, die Frontstoßstange, der Frontspoiler, die vorderen Zonen der Kotflügel bzw. der Motorhaube, die Radgehäuse, das hintere Ende der vorderen Kotflügel (für die Hinterradbremsen), der vordere Teil der hinteren Kotflügel, auch die Gepäckraum- bzw. Motorklappe hinten und teilweise auch die Fahrzeugun­ terseite. Für Luftauslaß: die Radgehäuse, die hinteren Kot­ flügelzonen, die Motor-/Gepäckraumklappen.

Auf die nähere Darstellung mechanischer Ausführungen der Bremskühlklappen an und für sich wird verzichtet. Das Schutzrecht soll jegliche Ausführungen umfassen, seien dies Drehklappen, Schiebeklappen, jegliche Art von Verschlüssen, Ventilen, Düsen u.a.

Die Fig. 1 zeigt die Frontansicht eines Automobils mit einem besonders tiefen Frontspoiler (1). Vor den Vorderradbremsen weist er zwei Bremskühlklappen (2) auf. Die Durchlaßöffnungen (3) werden durch Schiebeklappen (4) geöffnet und geschlossen. Schematisch dargestellt ist das Antriebselement (5), welches z.B. als Hubmagnet oder Elektromotor realisiert sein kann.

Die Fig. 2 zeigt ebenfalls in der Frontansicht eines Pkw einen beson­ ders tiefen Frontspoiler (1), jedoch mit nur einer Brems­ kühlklappe (2), welche einen erheblichen Teil der Breite des Frontspoilers ausmacht.

Mit Fig. 3 wird das Bremskühlklappen- und Luftführungs-System schema­ tisch in einem über dem linken Frontbereich aufgeschnittenen (6) Pkw gezeigt (Draufsicht). Neben dem linken Vorderrad (7) ist die Scheibenbremse (8) und (9) angedeutet. Davor führt ein Luftführungskanal (10) bei Bremskühlungsbedarf, d.h. wenn die Bremskühlklappe (2) geöffnet ist, Kühlluft gezielt zur Bremsscheibe (8). Mit Position (11) ist eine Stelle mar­ kiert, an der die Bremskühlklappe alternativ angebracht sein könnte. Mögliche Luftauslaßklappen sind mit (12) am hinteren Ende der vorderen Kotflügel dargestellt.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht eines Pkw mit einer Bremseinlaßklappe (13) am Frontspoiler, welche aufgrund umgekehrten Tragflä­ chenprofils Abtrieb erzeugt. Am hinteren Ende des vorderen Kotflügels ist, wie auch in Fig. 3, mit (12) wieder eine seitliche Luftauslaßklappe angedeutet. Mit (14) ist am vor­ deren Ende des hinteren Kotflügels eine Lufteinlaß-Brems­ kühlklappe angedeutet, während mit (15) eine Luftauslaß- Bremskühlklappe in Form eines Heckspoilers dargestellt ist, die aufgrund ihres umgekehrten Tragflächenprofils abtriebs­ vermindernd wirkt.

Claims (17)

1. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge, be­ sonders für Pkw und Rennfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß an geeigneten Stellen am Fahrzeug Einlaß- oder Auslaß­ klappen für Kühlluft angeordnet sind, welche beim normalen Fahrzustand geschlossen und dabei in die Fahrzeugform aero­ dynamisch günstig, d.h. wenig Luftwiderstand bietend, inte­ griert sind, welche jedoch bei Bremskühlungsbedarf automa­ tisch geöffnet werden, wobei der Fahrtwind einen Luftstrom durch die Bremskühlklappen- und durch die Luftführungswege hindurch bewirkt, der zu den Bremsanlagen strömt und diese kühlt.

2. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappen gleichzeitig mit der Betätigung der Bremsen, insbesondere gesteuert durch den Bremskontakt, geöffnet werden.

3. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Öffnung der Klappen noch als Zusatzwirkung die Bremsung auf aerodynami­ schem Wege unterstützt wird, indem der cw-Wert des Fahrzeu­ ges erhöht wird.

4. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappen aufgrund ihrer Formgebung oder Anordnung den Fahrtwind nach oben ableiten und somit den Ab­ trieb des Fahrzeuges, d.h. den Andruck der Reifen auf die Straße, erhöhen.

5. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappen so ausgeformt sind, daß sie im Profil eine umgekehrte Trag­ flächenform aufweisen.

6. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der Bremsklappen zusätzlich zur Bremsbetäti­ gung oder anstatt der Bremsbetätigung von einem oder mehre­ ren anderen Faktoren des Bremskühlbedarfs abhängig erfolgt, insbesondere abhängig von der Temperatur der Bremsanlagen oder insbesondere abhängig von der Geschwindigkeit des Fahr­ zeugs.

7. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je nach dem tatsächlichen, aktuellen Bremskühlungsbedarf die Bremskühlklappen nur teilweise, sei es abgestuft oder sei es kontinuierlich, geöffnet werden.

8. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Bremskühlklappen erst verzögert nach dem Be­ ginn, gegebenenfalls auch nach dem Ende der Bremsbetätigung erfolgt, wobei die Verzögerungszeit in Relation zur Erwär­ mungs-Zeitkonstante (gegebenenfalls auch zur Abkühlungs- Zeitkonstante) der Bremsen festgelegt ist.

9. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verzögerte Brems­ klappenöffnung/-schließung realisiert wird durch eine ent­ sprechend langsam funktionierende Öffnungs-/Schließmechanik.

10. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß für den Antrieb der Bremskühlklappen in der einen oder in beiden Richtungen (Öffnung bzw. Schließung) der Fahrtwind als Energiequelle ausgenutzt wird.

11. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Bremskühlklappen in der einen oder in beiden Richtungen (Öffnung bzw. Schließung) ein Hubmagnet verwendet wird.

12. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder zwei Bremskühlklappen als Lufteinlaßklappen an der Fahrzeugfront, direkt oder ungefähr vor den zu kühlenden Vorderradbremsen, meist Vorderradbremsscheiben angebracht sind, insbesondere integriert in den Frontspoiler.

13. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ganze Frontspoiler oder ein erheblicher Teil von ihm beweglich und somit als Bremskühlklappe ausgebildet ist.

14. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der ganze Frontspoiler oder ein erheblicher Teil desselben als Bremskühlklappe ausgebildet ist, wobei die Bremskühl­ klappe durch Drehung in eine horizontale Stellung geöffnet wird, und wobei sie durch umgekehrten Tragflächenquerschnitt den Abtrieb des Fahrzeuges erhöht.

15. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappe als Heckspoiler ausgebildet ist und wobei diese insbesondere im geöffneten Zustand durch ihre Formge­ bung mit einem umgekehrten Tragflächenprofil den Abtrieb des Fahrzeugs erhöht.

16. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappe(n) an einem ausfahrbaren Frontspoiler angebracht ist (sind).

17. Bremskühlklappen- und Luftführungs-System für Fahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskühlklappen kombiniert sind mit Luftkanälen bzw. Luftführungswegen, welche die Kühlluftströme kontrol­ liert durch die Zonen des Fahrzeuges führen, von den Einlaß­ klappen ausgehend hin zu den Bremsanlagen, sowie hin zu de­ finierten Luftauslaßstellen, sowie von den vorderen Bremsen weiter zu den hinteren Bremsen.