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Die
Erfindung betrifft einen aerodynamischen Versuchsstand gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aerodynamische
Versuchsstände dienen zur Ermittlung von aerodynamischen
Eigenschaften insbesondere bei Fahrzeugen. In der Regel ist ein
Windkanal vorgesehen, der mit einem Gebläse eine Luftströmung
erzeugt, die über Gleichrichter gleichförmig parallel,
turbulenz- und geräuscharm zum aerodynamischen Versuchsstand
geführt wird.
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Es
ist bekannt, dass zur wirklichkeitsnahen Simulation einer Straßenfahrt
die Darstellung einer bewegten Fahrbahn und der Raddrehung von Vorteil ist,
da die Grenzschichtströmung am Boden sowie die Um- bzw.
Durchströmung des bewegten Rades die wirkenden Kräfte
auf das Fahrzeug beeinflussen. Hierzu ist es bekannt geworden, zwischen
den Raddreheinheiten, auf denen das Fahrzeug abgestellt ist, ein
durchgehendes Laufband anzuordnen, das mit entsprechender Geschwindigkeit
umläuft.
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Aus
der
DE 10 2005
040 445 A1 und aus der
DE 103 38 638 A1 ist darüber hinaus
ein bewegtes die Fahrbahn simulierendes Laufband bekannt, das sich
nicht nur zwischen den Raddreheinheiten, sondern darüber
hinaus erstreckt. Das Fahrzeug ist seitlich mittels Fixiereinrichtungen
gehalten. Die Räder des Fahrzeugs sind auf Aufstandsflächen
abgestellt, die sich unmittelbar unter dem Laufband befinden. Der
in der
DE 103 38 638
A1 gezeigt Versuchsstand umfasst einen feststehenden Boden
auf dem das Laufband als Gesamteinheit auf einer Waagenplatte gelagert.
Die Kräfte in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung
werden an den Lagern der Wagenplatte gemessen, während
die Kräfte in Z-Richtung durch das Laufband hindurch an
den Aufstandsflächen des Fahrzeuges gemessen werden. Von
Vorteil ist, dass durch das großflächige Laufband
die Straßenfahrt optimal simuliert werden kann. Bei dieser Anordnung
werden die Messdaten allerdings durch aerodynamische Wechselwirkung
mit dem Laufband beeinflusst und müssen entsprechend verrechnet werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen aerodynamischen Versuchsstand
zu schaffen, der die am Fahrzeug wirkenden Kräfte möglichst
genau erfasst.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aerodynamische
Versuchsstand einen feststehenden Boden und mindestens zwei Stützeinrichtungen
zum Abstützen des Fahrzeuges umfasst. Zur Simulation der
Straßenfahrt ist zumindest eine sich relativ zum Boden
bewegende Bandeinheit vorgesehen. Diese Bandeinheit ist segmentartig
aus Laufbandabschnitten zusammengesetzt. Der Kern der Erfindung
liegt also darin, nicht ein einziges großflächiges
Laufband, sondern mehrere kleinere einstellbare Laufbandabschnitte
vorzusehen, die gemeinsam eine Bandeinheit ergeben. Die Stützeinrichtungen
sind also zwischen den Laufbandabschnitten angeordnet. Damit können
die Kräfte die durch das Fahrzeug auf die Stützeinrichtungen
wirken direkt auf eine Unterflurwaage eingeleitet werden. Hierbei
können die Kräfte sowohl in X- und Y-Richtung
als auch in Z-Richtung direkt gemessen werden. Von Vorteil ist dabei,
wenn die aktiven Kraftaufnahmeflächen innerhalb der Bandeinheit
so klein wie möglich. gehalten werden, so dass tatsächlich
nur die Kräfte gemessen, die das Fahrzeug auf die Stützeinrichtungen
bringt. Strömungskräfte, die auf die Laufbandabschnitte
wirken, werden nicht erfasst. Die Strömungstopologie über
den Laufbandabschnitten hat demnach keinen Einfluss auf die Messergebnisse.
Durch die segmentartige Einteilung und die Einstellbarkeit der Laufbandabschnitte
lässt sich eine variable Bandeinheit realisieren, die für
verschiedenste Fahrzeugtypen einsetzbar sind.
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Um
eine möglichst große zusammenhängende
Laufbandfläche zu erhalten, können jeweils vor,
hinter oder zwischen den Stützeinrichtungen Laufbandabschnitte
angeordnet sein. Je dichter die einzelnen Laufbandabschnitte zusammen
liegen, desto positiver lässt sich die Grenzschichtströmung beeinflussen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Stützeinrichtungen
relativ beweglich zu der anderen Stützeinrichtung gehalten
ist. Damit kann der Abstand zwischen den beiden Stützeinrichtungen frei
gewählt werden, so dass ein modulartiges Zusammensetzen
des Versuchsstandes möglich ist. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform
der Erfindung sind insgesamt vier Stützeinrichtungen vorgesehen, um
bei vierrädrigen Kraftfahrzeugen für jedes Rad eine
Stützeinrichtung zur Verfügung zu stellen. In
Abhängigkeit von Radstand bzw. Spurweite des Kraftfahrzeugs
werden die Stützeinheiten auf einer Unterflurwaage verankert.
Es ist denkbar, dass mit dem aerodynamischen Versuchsstand sogar
zwei- bzw. dreirädrige Fahrzeugen untersucht werden können, da
die Stützeinrichtungen entsprechend umgesetzt werden können.
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Entsprechend
zum Abstand zwischen den beiden Stützeinrichtungen kann
der sich zwischen zwei Stützeinrichtungen erstreckende
Laufbandabschnitt mit seinen Abmaßen eingestellt werden.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die Laufbandabschnitte entsprechend
verlängert oder verkürzt werden können.
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Um
auch das Durch- bzw. Umströmen vom Rad zu simulieren, steht
das Fahrzeug nicht unbewegt, sondern drehbar auf der Stützeinrichtung. Dazu
kann die Stützeinrichtung als Raddreheinrichtung ausgebildet
sein.
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Vorzugsweise
kann die Raddreheinrichtung durch ein um ein Rollenpaar umlaufendes
Gurtband gebildet sein.
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Die
Laufbandabschnitte können einen um Tragrollen umlaufenden
Laufbandgurt umfassen, wobei eine zusätzliche Umlenkeinheit
vorgesehen ist. Die Umlenkeinheit bewirkt, dass der Laufbandgurt mit
ausreichend Reibschluss die Tragrollen umläuft.
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Für
höchste Flexibilität kann der Abstand zwischen
zwei Tragrollen einstellbar sein. Beim Versetzen der Stützeinrichtung
kann durch Vergrößerung bzw. Verkleinerung des
Abstandes der beiden Tragrollen die Länge des Laufbandes
angepasst werden. Die zusätzliche Umlenkeinheit kann für
Gewährleistung des Reibschlusses ebenfalls in ihrer Position veränderbar
sein, um den Laufbandgurt unter Vorspannung zu halten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand
der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine
Ansicht von oben auf einen aerodynamischen Versuchsstand,
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2 eine
Ansicht gemäß 1 ohne Fahrzeug,
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3 eine
Schnittdarstellung gemäß Linie III-III in 1,
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4 eine
zweite Ausgestaltungsform des aerodynamischen Versuchsstandes,
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5 eine
dritte Ausgestaltungsform des aerodynamischen Versuchsstandes,
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6 eine
Detaildarstellung der Raddreheinheit gemäß 3,
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7 eine
zweite Ausgestaltungsform einer Raddreheinheit sowie
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8 eine
dritte Ausgestaltungsform einer Raddreheinheit.
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Die
Ansichten von oben gemäß den 1 und 2 sowie
die Seitenansicht gemäß 3 zeigen
eine erste bevorzugte Ausgestaltung eines aerodynamischen Versuchsstandes 1.
Im nicht näher dargestellten Windkanal wird mit einer Düse 40 eine Luftströmung
A erzeugt, die über Gleichrichter gleichförmig,
parallel, turbulenz- und geräuscharm zum aerodynamischen
Versuchsstand 1 geführt wird. Der Strömungsverlauf
ist mit Strömungslinien 41 dargestellt. Hinter
dem Versuchsstand 1 wird die Luftströmung A durch
einen Kollektor 42 wieder zur Düse 40 gefördert.
Der aerodynamische Versuchsstand 1 ist nach unten durch
einen feststehenden Boden 2 begrenzt. Ein Fahrzeug 3 ist
auf Stützeinrichtungen 4 abstellbar, die als Raddreheinrichtungen 5, 6, 7 und 8 ausgebildet
sind. Die Raddreheinrichtungen 5, 6, 7 und 8 sind
vorzugsweise als Antriebseinheit ausgebildet, so dass die Räder
des Fahrzeugs angetrieben werden können. Alternativ ist
auch denkbar, dass die Raddreheinrichtungen zur Leistungsabnahme
eines befeuerten Fahrzeugs 3 geeignet sind.
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Die
beiden nebeneinander liegenden Raddreheinrichtungen 5 und 6 bzw. 7 und 8 sind
entsprechend der Spurweite s voneinander beabstandet, während
die hintereinander liegenden Raddreheinrichtungen 5 und 7 bzw. 6 und 8 entsprechend
der Radstandes r des Fahrzeugs 3 voneinander beabstandet
sind.
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Vor
den beiden vorderen Raddreheinrichtungen 5 und 6 ist
ein erster Laufbandabschnitt 9 angeordnet, der eine Breite
B und eine einstellbare Länge l1 aufweist. Die Breite B
ist größer als die Spurweite s, so dass sich der
Laufbandabschnitt 9 seitlich über die beiden Raddreheinrichtungen 5 und 6 erstreckt.
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Hinter
den beiden vorderen Raddreheinrichtungen 5 und 6 ist
ein zweiter Laufbandabschnitt 10 angeordnet, der den Abstand
zwischen vorderen und hinteren Raddreheinrichtungen überdeckt.
Der zweite Laufbandabschnitt 10 weist die gleiche Breite
B wie der erste Laufbandabschnitt 9 auf, die ebenfalls einstellbare
Länge l2 ist abhängig vom Radstand r zu wählen
und in diesem Ausführungsbeispiel kleiner als die Länge
l1.
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Ein
dritter Laufbandabschnitt 11 ist hinter den Raddreheinrichtungen 7 und 8 vorgesehen.
Auch dessen Länge l3 ist einstellbar. Die Länge
l3 kann in Abhängigkeit der zu erzielenden Grenzflächenströmung
gerade im Heckbereich des Fahrzeugs 3 länger als
die beiden vorderen Laufbandabschnitte gehalten sein. Die Breite
B des dritten Laufbandabschnittes entspricht der Breite der vorderen Laufbandabschnitte 9 und 10.
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Die
das Strömungsverhalten im Bodenbereich beeinflussende Bandeinheit
wird demnach aus drei Laufbandabschnitten 9, 10 und 11 gebildet,
wobei die Bandeinheit in ihrer Längenerstreckung L durch
die Raddreheinrichtungen 5 bis 8 unterbrochen ist.
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Die
Raddreheinrichtungen 5 bis 8 können zusammen
auf einer gemeinsamen Unterflurwaage 50 gelagert sein.
Mit der Unterflurwaage 50 können die wirkenden
Kräfte in X-, Y- und Z-Richtung aufgenommen werden. Alternativ
oder zusätzlich sind Kraftaufnehmer unter jeder Raddreheinrichtung
möglich, um die jeweils wirkenden Einzelkräfte
zu erfassen. Das Erfassen von wirkenden Momenten, wie Nick-, Gier- und
Neigungsmoment, ist damit ebenfalls möglich.
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Die
in 3 dargestellte Seitenansicht gemäß Linie
III-III in 1 zeigt die Anordnung der Laufbänder 9, 10 und 11.
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Der
Laufbandabschnitt 9 ist mit zwei Tragrollen 12 und 13 ausgestattet,
um die ein Laufbandgurt 14 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeilrichtung
B umläuft. Zusätzlich ist eine Umlenkeinheit 15 innerhalb
des vom Laufbandgurt 14 umschlossenen Umfangs vorgesehen.
Die Tragrollen 12 und 13 können gemäß Pfeilrichtung
X aufeinander zu oder voneinander weg verschoben werden. Das Verschieben
kann über Spindelantriebe, Zahnstangenantrieb oder durch
hydraulische/pneumatische Antriebe erfolgen. Um für den
gleichförmigen Umlauf des Laufbandgurtes 14 einen
ausreichenden Reibschluss zu gewährleisten, ist die zusätzliche
Umlenkeinheit 15 in ihrer Position veränderbar.
Hierzu kann sie in vertikalen und/oder horizontalen Führungen
verschiebbar gehalten sein. So kann die Gurtlose beispielsweise
durch Verschieben der Umlenkeinheit 15 gemäß Pfeilrichtung
Z aus dem Laufbandgurt 14 genommen werden. Möglich
ist aber auch ein Verschieben der Umlenkeinheit 15 in Z-
und in X Richtung. Die Länge l1 des Laufbandabschnittes 9 ist
somit variabel einstellbar.
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Die
Laufbandabschnitte 10 bzw. 11 sind in ihrer Länge
l2 bzw. l3 genau so einstellbar wie der Laufbandabschnitt 9.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gleiche
Bauteile mit den gleichen, allerdings apostrophierten Bezugsziffern
bezeichnet.
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Die
Raddreheinrichtungen 5 bzw. 7 sind durch ein um
ein Rollenpaar 16, umfassend zwei Rollen 17 und 18,
umlaufendes Gurtband 19 gebildet. Die Detaildarstellung
D der Raddreheinrichtung 5 in 3 ist in 6 vergrößert
dargestellt. Beidseitig neben dem Rollenpaar 16 sind Keile 30 eingesetzt, damit
die Raddreheinrichtung 5 und die angrenzenden Laufbandabschnitte 9 und 10 flächenbündig
anschließen.
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Gemäß 7 kann
eine alternative Ausgestaltungsform der Raddreheinrichtung 5 darin
bestehen, dass nur ein einziger Roller 31 zwischen den beiden
Laufbandabschnitten 9 und 10 angeordnet sind.
Mit Bezugsziffer 33 ist das auf der Raddreheinrichtung 5 abgestellte
Rad eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
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Eine
dritte Ausgestaltungsform der Raddreheinrichtung 5 wird
gemäß 8 durch ein Rollenpaar 32 ohne
umlaufendes Gurtband möglich.
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Jede
der Raddreheinrichtungen 5 bzw. 7 kann entsprechend
des Radstandes r bzw. der Spurweite s des zu prüfenden
Kraftfahrzeuges positioniert werden. Sollte beispielsweise ein größerer
Radstand als der in 3 gezeigt erforderlich sein,
kann die Raddreheinrichtung 7 nach rechts in die gestrichelte Position
verschoben werden. Die hintere Tragrolle 13' des Laufbandes 10 wird
ebenfalls nach rechts verschoben, während die Umlenkeinheit 15' vertikal nach
oben in die gestrichelte Position verschoben wird. Damit wird die
Länge l2 des Laufbandes 10 verlängert.
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Die
Länge l3 des Laufbandabschnittes 11 wird in analoger
Weise verkürzt. Hierzu wird die vordere Tragrolle 12'' nach
rechts verschoben, während die Umlenkeinheit 15'' nach
unten verschoben werden muss, um den Laufbandabschnitt 11 zu
spannen.
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Die
Ausrichtung des Fahrzeugs und damit die Positionierung der Raddreheinrichtungen 5, 6, 7 und 8 kann
an der Mitte des aerodynamischen Versuchsstandes erfolgen. Das heißt,
die Fahrzeugmitte wird auf der Mitte des aerodynamischen Versuchsstandes
positioniert. Alternativ ist eine Ausrichtung des Fahrzeugs über
einen konstanten Abstand Fahrzeugnase und Düse möglich.
Das hat den Vorteil, dass die Anströmkräfte an
dieser Position konstant sind. Theoretisch könnte dann
auf die Verschiebbarkeit der vorderen Stützeinrichtungen 5 und 6 verzichtet
werden.
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Die
große Varianz der Anordnungsmöglichkeiten bietet
den Vorteil, nahezu jedes beliebige Fahrzeug im aerodynamischen
Versuchsstand testen zu können und dennoch eine zusammenhängende
Bandeinheit beizubehalten. Es ist sogar denkbar, die nebeneinander
liegenden Raddreheinheiten 5 und/oder 6 bzw. 7 und/oder 8 in
die Mitte zu schieben, so dass Zweiradfahrzeuge, wie beispielsweise Motorräder
oder Fahrräder, bei laufender Bandeinheit beströmt
werden können. Alternativ könnte bei diesem Anwendungsfall
auf eine der vorderen und eine der hinteren Raddreheinheiten verzichtet
und die beiden verbleibenden in Längsrichtung zueinander
fluchtend ausgerichtet werden. Es versteht sich von selbst, dass
es bei dieser Anordnung sogar möglich ist, 3-rädrige
Fahrzeuge bei laufender Bandeinheit zu beströmen.
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Neben
der in 1 bis 3 gezeigten Variante mit 3 Laufbandabschnitten
kann alternativ vorgesehen sein, wie in 4 gezeigt,
dass zwischen den Raddreheinheiten 5 und 6 bzw. 7 und 8 ein
weiterer Laufbandabschnitt 20 und 21 vorgesehen
ist. Bei Vergrößerung der Spurweite s müsste
dieser Laufbandabschnitt 20 bzw. 21 durch ein
breiteren Laufbandabschnitt austauschbar gehalten sein, um eine
entsprechende Breite abzubilden. Auch neben den Raddreheinrichtungen 5, 6, 7 oder 8 könnten weitere
Laufbandabschnitte vorgesehen sein.
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Eine
dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt 5,
in der ein mittleres Laufband 22 zwischen den Raddreheinheiten 5, 6 bzw. 7 und 8 angeordnet
ist. Vor den Raddreheinheiten 5 und 6 sind dann
jeweils rechts und links des mittleren Laufbandes 22 weitere
Laufbandabschnitte 23 und 24 vorgesehen. Mit den
weiteren Laufbandabschnitten 25, 26, 27 und 28 wird
die Bandeinheit quasi zusammengesetzt.
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Eine
nicht dargestellte Ausführung könnte darin bestehen,
das zu dem mittleren Laufbandabschnitt 22 außenseitig
der Raddreheinheiten jeweils ein Laufband mit gleicher Länge
angeordnet ist, so dass drei Laufbandabschnitte mit gleicher Länge
vorgesehen sind. Die freien Abschnitte zwischen der vorderen Raddreheinrichtung 5 bzw. 6 und
der hinteren Raddreheinrichtung 7 bzw. 8 können
mit jeweils einem Laufbandabschnitt geschlossen werden.
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Aus
den oben erläuterten Ausführungsbeispielen zeigt
sich, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung
nahezu jede beliebige Anordnung von Laufbandabschnitten möglich
ist. Es lässt sich dadurch eine modulartig zusammengesetzte
Bandeinheit erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005040445
A1 [0004]
- - DE 10338638 A1 [0004, 0004]