CH700463A2 - Windturbine für ein Fahrzeug. - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemässe Fahrzeug ist mit mindestens einer Windturbine 12, 12´ ausgestattet, welche durch das Fahrzeug umströmenden Wind 7 angetrieben wird. Der Luftwiderstand der Windturbinen 12, 12´ erhöht im Vergleich zum durch die Verwirbelung im Motorraum entstehenden Staudruck den Luftwiderstand des Fahrzeugs selbst unwesentlich oder gar nicht, so dass der durch die Windturbinen 12, 12´ produzierte Strom positiv zur Energiebilanz des Fahrzeugs beiträgt.

Description

  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug wie ein Automobil, ein Nutzfahrzeug oder ein sonstiges Fahrzeug für den Personen- oder Warentransport, sei es, dass dieses auf der Strasse, auf dem Wasser oder auf der Schiene verkehrt. Solche Fahrzeuge, im Besonderen Automobile, Lastwagen und auch Schienenfahrzeuge werden heute laufend auf ihren Energieverbrauch hin optimiert.

  

[0002]    Häufig wird dabei der Antrieb selbst verbessert, was zu den bekannten Hybridfahrzeugen mit zusätzlichem Elektroantrieb geführt hat. Ebenso wird der Aussenhaut, bei Automobilen und Lastwagen der Carrosserie, Aufmerksamkeit geschenkt, um diese strömungsgünstig und damit widerstandsarm zu halten, was geringeren Energieverbrauch zur Folge hat. Solchen Bemühungen ist aber auch insofern eine Grenze gesetzt, als dass der Querschnitt des Fahrzeugs nicht bedingungslos auf tiefen Strömungswiderstand hin konzipiert werden kann, da sonst das gewünschte Volumen für Beladung und Technik nicht vorliegt, damit Volumen und Technik unter hohem Kostenaufwand angepasst bzw. geändert werden müssen.

  

[0003]    Schliesslich werden Fahrzeuge zunehmend mit Solarzellen ausgerüstet, um bei ausreichender Sonnenstrahlung Strom zu erzeugen, der sonst vom Antrieb des Fahrzeugs unter entsprechendem Brennstoffverbrauch zur Verfügung gestellt werden muss. Obschon die diesbezügliche Entwicklung fortschreitet, sind Solarzellen vergleichsweise teuer und weisen bei hohem Flächenbedarf einen tiefen Wirkungsgrad auf.

  

[0004]    Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Energieeffizienz von Fahrzeugen zu verbessern.

  

[0005]    Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale von Anspruch 1.

  

[0006]    Dadurch, dass das Fahrzeug eine Windturbine mit einem Generator aufweist, die durch den das Fahrzeug umströmenden Wind antreibbar ist, kann Strom erzeugt werden, der z.B. direkt in die Batterie eingespeist wird, was über längere Zeit durchaus spürbar zur positiven Energiebilanz des Fahrzeugs beiträgt. Die nachstehend aufgeführten bevorzugten Ausführungsformen sind Beispiele dafür, wie in Kombination mit anderen Effekten die Energiebilanz des Fahrzeugs insgesamt verbessert werden kann.

  

[0007]    Es zeigt:
<tb>Fig. 1 <sep>eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs mit einer im Luftstrom der Kühleröffnung angeordneten Turbine


  <tb>Fig. 2 <sep>eine weitere Ausführungsform mit einer erfindungsgemässen Anordnung an einem Aussenspiegel eines Fahrzeugs


  <tb>Fig. 3 <sep>eine noch weitere Ausführungsform mit einer erfindungsgemässen Anordnung am Ort des Spoilers eines Fahrzeugs


  <tb>Fig. 4 <sep>eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, geeignet für ein stillstehendes Fahrzeug


  <tb>Fig. 5 <sep>eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs mit verschiedenen Luftführungskanälen.

  

[0008]    Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Motorraums 1 eines Automobils, LKW's oder Autocars mit seitlichen Carrosserieteilen 2, je einem seitlich angeordneten Dom 3 für die Federbeine des Fahrwerks, einem Motorblock 4 und einem luftdurchströmten Kühler 5 mit einem Kühlerventilator 6. Pfeile 7 symbolisieren den Fahrtwind, der das Auto umströmt, und während der Fahrt von vorne in eine Kühleröffnung 8 einströmt, durch diese hindurchtritt und bei Kühlungsbedarf weiter durch den Kühler 5 hindurchtritt.

  

[0009]    Der Kühlungsbedarf mit Unterstützung durch den Kühlerventilator 6 ist nur während einem kleinen Teil der Fahrt gegeben. So wird der Motor während der Aufwärmphase durch einen Thermostaten vom Kühler 5 abgekoppelt, wobei bei angekoppeltem Kühler 5 genügende Kühlung meist auch ohne Betrieb des nach Bedarf ein- oder ausgeschalteten Kühlerventilators 6 gegeben ist.

  

[0010]    Da das Kühlsystem auf hohe Motorleistung bei hoher Umgebungstemperatur ausgelegt sein muss, ist die Kühleröffnung 8 auf einen entsprechend intensiven Luftstrom 7 ausgelegt, der bei jedem, d.h. auch bei geringem Kühlungsbedarf in den Motorraum 1 eintritt. Bei den Fahrzeugen gemäss dem Stand der Technik verwirbelt dieser eintretende Luftstrom 7 im Motorraum und tritt nach unten, im Bereich des Fahrwerks wieder aus dem Motorraum 1 aus. Damit erfährt der Luftstrom 7 im Motorraum 1 einen erheblichen Widerstand, so dass auch die Kühleröffnung 8, trotzdem sie durch den Fahrtwind 7 durchströmt werden kann, erheblich zum durch die Front des Fahrzeugs gebildeten Luftwiderstandsbeiwert cw beiträgt.

  

[0011]    Ein Grundgedanke der Erfindung ist es nun, den Anteil 10 des auf jeden Fall in den Motorraum 1 eintretenden Luftstroms 7, der aufgrund des aktuellen Kühlbedürfnisses nicht durch den Kühler 5 hindurchtritt, in Kanälen 11,11 zu fassen, und je seitlich nach unten aus dem Motorraum 1 hinauszuleiten. Dabei ist in beiden der dargestellten Kanäle 11,11 je eine Windturbine 12, 12 angeordnet, die durch den Anteil 10 des Luftstroms 7 angetrieben wird und mit dem in ihr integrierten Generator Strom produziert. Damit liegt eine Windturbine im Inneren eines Fahrzeugs vor, die im Luftstrom der durch dessen Kühleröffnung einströmenden Fahrtluft angeordnet ist. Solch eine Windturbine 12, 12, die einen Generator aufweist, kann durch den Fachmann leicht für den konkreten Anwendungsfall bereit gestellt werden.

  

[0012]    An Stelle der beiden Kanäle 11, 11 kann jedoch auch nur ein Kanal vorgesehen sein, der Fahrtwind von einem geeigneten Ort der Carrosserieoberfläche in den Innenbereich des Fahrzeugs leitet, und in welchem die Windturbine mit dem Generator angeordnet ist. Der Verlauf solch eines Kanals ist vom Grundsatz her beliebig und kann vom Fachmann nach den im Fahrzeug herrschenden konstruktiven und strömungstechnischen Gegebenheiten bestimmt werden.

  

[0013]    Mit anderen Worten wird ein Fahrzeug mit einer Windturbine mit einem an dieser betriebsfähig angeordneten Generator bereitgestellt, die durch das Fahrzeug umströmenden Wind antreibbar ist und Energie des Fahrtwinds nutzt, die sich sonst (beim gezeigten Beispiel: durch Verwirbelung im Motorraum 1) verbrauchen würde. Der Luftwiderstand der Windturbinen 12, 12 erhöht im Vergleich zum durch die Verwirbelung im Motorraum 1 entstehenden Staudruck den Luftwiderstand des Fahrzeugs selbst unwesentlich oder gar nicht, so dass der durch die Windturbinen 12, 12 produzierte Strom positiv zur Energiebilanz des Fahrzeugs beiträgt.

  

[0014]    Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugs 15 mit einer erfindungsgemässen Windturbine 16, die in einem Aussenspiegel 17 angeordnet ist. Aussenspiegel besitzen z.B. bei grossen LKW's erhebliche Dimensionen, so dass eine erfindungsgemässe Anordnung durchaus bei der üblicherweise stundenlang dauernden Fahrt eines LKW messbar Treibstoff sparend wirken kann.

  

[0015]    Die Figur zeigt, das im Gehäuse 18 des Spiegels 17 die gestrichelt dargestellten Bereiche 19 für Windströmung 20 durchlässig ausgebildet sind, so dass diese die Windturbine 16 antreiben kann. Hinter der Windturbine 16 tritt die Strömung durch seitliche Kanäle 21,21 wiederum aus dem Gehäuse 18 aus.

  

[0016]    Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es so, dass im Ergebnis trotz des höchstens leicht erhöhten Treibstoffverbrauchs Treibstoff eingespart werden kann, indem dem Fahrzeug von der Windturbine Strom zur Verfügung gestellt wird.

  

[0017]    Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 25 mit einer Windturbine mit einem Generator, wobei hier bevorzugt mehrere Windturbinen 29 neben einander angeordnet sind, derart, dass ein flächiger Luftstrom 26 die mehreren Windturbinen 29 gleichzeitig antreibt.

  

[0018]    Während der Fahrt des Fahrzeugs 25 bildet sich eine im Wesentlichen laminare Strömung des Fahrtwinds 26 aus, die über das Dach 27 des Fahrzeugs fliesst. Fliesst der Fahrtwind 26 dann ungestört über den heute bei Fahrzeugen vielfach anzutreffenden gerundeten Heckbereich 28, ergibt sich dort ein Unterdruck, der den Fahrtwiderstand des Fahrzeugs 25 erhöht und/oder der einen unerwünschten Auftrieb erzeugt. Deshalb werden am Fahrzeug Spoiler vorgesehen, um diese unerwünschten Effekte zu stören und zu minimieren. Der Spoiler wirkt als Turbulator, der die laminare Strömung 26 stört, so dass hinter ihm eine turbulente Strömung 30 entsteht, die die negativen Effekte einer am Heckbereich 28 fliessenden laminaren Strömung 26 nicht mehr aufweist.

  

[0019]    Erfindungsgemäss wird nun solch ein Spoiler mit einer oder mehreren Windturbinen 29 versehen, mit der Folge, dass diese am Fahrzeug 25 an einem Ort von im Wesentlichen laminarer Fahrtluftströmung 26 angeordnet sind, derart, dass die durch sie verursachte Störung in der Windströmung 26 eine turbulente Zone 30 verursacht, die den Strömungswiderstand oder Auftrieb des Fahrzeugs 25 vermindert. Damit ist solch eine Windturbine 29 als Turbulator ausgebildet.

  

[0020]    Wiederum kann der Fachmann Luftführung und Anordnung einer oder mehrerer solcher Turbinen im konkreten Fall bestimmen; z.B. kann die laminare Strömung 26 in Kanälen gefasst und geeignet zu den Windturbinen 29 gebraucht werden, so dass der gewünschte Effekt im jeweiligen Fahrzeug optimal auftritt.

  

[0021]    Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 30, mit einer an dessen Carosserie drehbar angeordneten Windturbine 31, die derart ausgebildet ist, dass sie sich in Richtung der jeweils herrschenden Windströmung dreht. Die Drehung wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Windfahne 32 erzeugt. Damit kann im Stillstand des Fahrzeugs Strom erzeugt werden. Bevorzugt ist die Windturbine 31 zusammenfaltbar ausgebildet, derart, dass diese in einer gestrichelt angedeuteten Nische 33 des jeweiligen Carrosseriebereichs verborgen werden kann, wenn das Fahrzeug fährt.

  

[0022]    Fig. 5 zeigt schematisch die Ansicht eines erfindungsgemässen Fahrzeugs 40 mit verschiedenen Luftführungskanälen. Fahrtwind 41 wird durch einen dachseitig vorgesehenen Kanal 42 gefasst und gegen das Heck 43 des Fahrzeugs 40 geleitet, wo er als Luftströmung 41 wieder austritt. Im Kanal 42 ist dabei erfindungsgemäss eine Windturbine vorgesehen, die die Energie des Fahrtwindes 41 aufnimmt und über den ihr zugeordneten Generator Strom produziert. Bevorzugt wird dabei der Auslass des Kanals 42 im Bereich des Hecks 43 angeordnet, nämlich dort, wo durch die Umströmung des Fahrzeugs 40 mit Fahrtwind Unterdruck herrscht. Dies bewirkt, dass der Luftwiderstand des Fahrzeugs 40 gesenkt werden kann.

  

[0023]    Weiter wird Fahrtwind 44 durch die Kühleröffnungen 45 aufgenommen und ebenfalls bevorzugt im Bereich des Hecks 43 als Luftströmung 44 wieder gegen aussen abgegeben, so dass auch die Luftströmung 44 zum verminderten Luftwiderstand des Fahrzeugs 40 beiträgt.

  

[0024]    Analog erfolgt dies für den Fahrtwind 46, der in die seitlich an der Carrosserie angeordnete Öffnung 48 eines weiteren Kanals eintritt und als Luftströmung 46 im Bereich des Hecks 43 wieder austritt. Dasselbe gilt für Fahrtwind 47, der in die im Bodenbereich des Fahrzeugs 40 vorgesehene Öffnung 49 eines noch weiteren Kanals eintritt und als Luftströmung 47 im Bereich des Hecks 43 wieder austritt.

  

[0025]    Bei allen Ausführungsformen kann der Fachmann im konkreten Fall pro Kanal eine oder auch mehrere, hintereinander angeordnete Windturbinen vorsehen. Auch eine Kombination von nebeneinander angeordneten Windturbinen ist möglich.

  

[0026]    Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fahrzeug mit einer Dachbox ausgestattet, wie sie z.B. verbreitet zum Transport von zusätzlichem Gepäck im Auto üblich ist. Dann kann die Dachbox an ihrer Vorderseite mit einer Windturbine ausgestattet sein, ähnlich der in Figur 2 (Aussenspiegel) gezeigten Ausführungsform. Weiter ist es erfindungs-gemäss möglich, solch eine Windturbine im Bereich zwischen der Dachbox und dem Dach anzuordnen, wiederum an Bereichen mit zum Vornherein erhöhtem Luftwiderstand, der im Vergleich zur Stromproduktion unwesentlich erhöht wird.

  

[0027]    Erfindungsgemäss ist deshalb auch eine Dachbox mit einer Windturbine, die einen Generator aufweist.

  

[0028]    Obschon in den Figuren als Automobile ausgebildete Fahrzeuge dargestellt sind, ist die Erfindung nicht auf solche beschränkt; alle Arten von Fahrzeugen, auch wenn schienengebunden oder auf dem Wasser verkehrend, fallen unter die vorliegend beschriebene Erfindung.

  

[0029]    Ebenso ist in den Figuren als Windturbine eine einem Ventilator ähnliche Anordnung dargestellt, wobei die Erfindung nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt ist. Jede geeignete Ausbildung einer Windturbine, die der Fachmann nach den Verhältnissen im konkreten Fall konzipiert, ist erfindungsgemäss.

Claims (10)

1. Fahrzeug (15, 27, 30, 40), gekennzeichnet durch eine Windturbine (12, 12; 16; 29; 31) mit einem Generator, die durch das Fahrzeug (15, 27, 30) umströmenden Wind antreibbar ist.

2. Fahrzeug (15, 27) nach Anspruch 1, wobei die Windturbine (12, 12; 16; 29) im Fahrtluftstrom (7; 20; 26) angeordnet ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Windturbine (29) als Turbulator ausgebildet und am Fahrzeug (25) an einem Ort von im Wesentlichen laminarer Fahrtluftströmung (26) angeordnet ist, derart, dass die durch die Windturbine (29) verursachte Störung eine turbulente Zone (30) verursacht, die den Auftrieb oder den Strömungswiderstand des Fahrzeugs (25) vermindert.

4. Fahrzeug nach Anspruch 1, insbesondere Automobil, wobei die Windturbine (12, 12) im Inneren der Carrosserie, im Luftstrom (7) der durch die Kühleröffnung (8) einströmenden Fahrtluft (7) angeordnet ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 1 mit einer Dachbox, wobei die Windturbine im Bereich zwischen der Dachbox und dem angrenzenden Carrosseriebereich des Fahrzeugs angeordnet ist.

6. Fahrzeug (30) nach Anspruch 1 mit einer an dessen Carrosserie drehbar angeordneten Windturbine (31), die derart ausgebildet ist, dass sie sich in die Richtung der jeweils herrschenden Windströmung dreht.

7. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug mindestens einen Kanal aufweist, der Fahrtwind von der Carrosserieoberfläche in den Innenbereich leitet, und wobei im mindestens einen Kanal die Windturbine angeordnet ist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei mehrere Windturbinen (29) neben einander angeordnet sind, derart, dass ein flächiger Luftstrom (26) die mehreren Windturbinen (29) gleichzeitig antreibt.

9. Windturbine für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Dachbox für ein Fahrzeug mit einer Windturbine nach Anspruch 1.