DE102009006242A1

DE102009006242A1 - ASPG-AirStreamPowerGeneration

Info

Publication number: DE102009006242A1
Application number: DE102009006242A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-07-29

Abstract

ASPG - AirStreamPowerGeneration optimiert die Aerodynamik von Fahrzeugen und wandelt die dem Fahrzeug entgegenwirkende Luftenergie (Fahrtwind) in nutzbare Energie um. Die Verbesserung der Aerodynamik wird durch spezielle Luftkanäle erreicht, die an/in der Fahrzeugkarosserie installiert werden. Diese Kanäle verbinden solche Öffnungen in der Karosserie, an denen die größten Luftdruckunterschiede herrschen. Diese Luftdruckunterschiede erzeugen starke Luftströme in den Kanälen, die in Elektroenergie umgewandelt und dem Fahrzeug nutzbringend zurückgeführt werden. Der Ausgleich der Luftdruckunterschiede an der Karosserie reduziert so die Verzögerung des Fahrzeuges. Beide Methoden sollen den Windwiderstand an Fahrzeugen reduzieren und gleichzeitig den vorhandenen Luftstrom zur Energierückgewinnung nutzen. Das Ziel ist eine deutliche Einsparung von Kraftstoff oder elektrischer Antriebsenergie bei der Fortbewegung von Fahrzeugen.

Description

1. Technisches Problem
Bei allen Kraftfahrzeugen geht ein großer Teil der Bewegungsenergie, durch Verdrängung und Verwirbelung der Luft an der Karosserie, sowie durch einen Luft sog im Heckteil verloren. Die meisten Fahrzeuge haben, bedingt durch ihre Baugröße, eine relativ große Angriffsfläche für Fahrtwind. Diese Angriffsflächen sind, trotz verbesserter Aerodynamik moderner Fahrzeuge, immer noch vorhanden. So werden im Frontbereich von Fahrzeugen große Luftmassen verdrängt, die am Heck einen starken Luft sog erzeugen. Auch an den Seiten von bewegten Fahrzeugen gibt es Überdruck- und Unterdruckbereiche, die die Fahrzeuge verzögern. Letztendlich bewegen alle Fahrzeuge auf unseren Straßen kontinuierlich große Luftmassen und wandeln diese in ungenutzte Strömungsenergie um. Ein sehr großer Teil des Kraftstoffes geht durch diese enormen Luftmassenbewegungen verloren. Die Verlustenergie ist bereits ab 50 km/h schon beträchtlich und erhöht sich bei zunehmender Geschwindigkeit überproportional. So wird bei höheren Geschwindigkeiten der meiste Kraftstoff für die Bewegung der Luftmassen verbraucht und nur ein Teil für die eigentliche Fortbewegung.
2. Aufgabe und Zielsetzung der Erfindung
2.1. Verbesserung der Aerodynamik durch Luftkanäle
Mit der Erfindung „AirStreamPowerGeneration” sollen die Luftmassen, die an verschiedenen Bereichen der Karosserie einen Überdruck und einen Unterdruck erzeugen, durch spezielle Luftkanäle (5) umgeleitet und strömungsoptimiert werden. Die Luftkanäle sollen die Luftdruckunterschiede an der Karosserie ausgleichen und die Verzögerung des Fahrzeuges vermindern. Da die Karosserieformen heutiger Fahrzeuge immer noch große Angriffsflächen für den Wind bieten, stößt die klassische Optimierung der Aerodynamik bisheriger Fahrzeuge an Ihre Grenzen. Mit der ASPG soll deshalb ein anderer Weg gegangen werden. Die Optimierung der Luftströmungen soll vor allem in den Front- und Heckbereich von Fahrzeugen vorgenommen werden, dort wo starker Luftdruck und Luft sog entsteht. Aber auch an den Seitenbereichen, wo der Wind vorbeistreift, werden Unterdruck und Überdruck erzeugt. Diese unterschiedlichen Luftdruckzonen verursachen in der Summe eine enorme Verzögerung der Fahrzeuge und erhöhen den Kraftstoffverbrauch. Durch die Herstellung von Luftkanälen soll eine indirekte Verbesserung der Aerodynamik, bei Fahrzeugen mit relativ großen Angriffsflächen für Fahrtwind, erreicht werden. Dies sind alle auf unseren Straßen befindlichen Fahrzeuge wie z. B.: PKW's, Vans's, LKW's, Busse und Flugzeuge.
2.2. Energiegewinnung aus Fahrtwind
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist die Nutzung der optimierten Luftströme zur Energiegewinnung. Durch Einbau von Stromgeneratoren (Luftturbinen) in die Kanäle, werden die Luftströmungen in elektrische Energie umgewandelt. Hierbei soll ausschließlich das Energiepotential der Luftströmung genutzt werden, das zwischen den Überdruck- und Unterdruckbereichen ansteht. Diese sonst verloren gehende Energie wird auf diese Weise intelligent genutzt. Umso mehr Luftkanäle die Luftdruckunterschiede ausgleichen, umso mehr Strömungsenergie kann umgewandelt werden.
Der gesamte Nutzen dieser Erfindung basiert darauf, alle Luftströmungen an Fahrzeugen (auch an Flugzeugen) so zu optimieren, dass Luftstau, Luftunterdruck oder Luftwirbel vermieden und gleichzeitig in nutzbare Energie umgewandelt werden. Die gewonnene Energie soll dann wieder dem Antrieb des Fahrzeuges zugeführt werden. Den Effekt eines Luftsoges z. B. bei einem LKW spürt man, wenn man mit einem PKW hinterher fährt. Das im Windschatten befindliche Fahrzeug wird regelrecht mitgezogen und verbraucht weniger Kraftstoff. Dieser Effekt macht das Energiepotential am Heck eines Fahrzeuges sehr deutlich. Ist man in der Lage mit dieser Erfindung die Luftdruckunterschiede an Fahrzeugen abzubauen, so wird für die Fortbewegung deutlich weniger Antriebsenergie benötigt.
Das Ziel ist eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauches bei allen Fahrzeugen und Flugzeugen durch intelligente Nutzung der Luftenergie, die im Fahrtwind steckt. Die Karosserieformen der heutigen Fahrzeuge können somit erhalten bleiben. Die für Menschen wichtigen Aspekte bei Fahrzeugen wie z. B.; Raum, Komfort und Sicherheit, werden mit dieser Erfindung voll berücksichtigt. Vor allem bei Transportfahrzeugen soll der Kraftstoffverbrauch, trotz eines großen Raumangebotes, deutlich reduziert werden.
3. Lösung und technische Umsetzung
3.1. Abbau von Luftüberdruck- und Unterdruck durch spezielle Luftkanäle
An den Fahrzeugen werden spezielle Luftkanäle (5) geschaffen, die die Luftdruckunterschiede an der Karosserie abbauen. Hierzu werden an der Karosserie in den Bereichen Öffnungen angelegt, wo der Luftdruck und -Unterdruck am größten ist. Die Öffnungen mit den größten Luftdruckunterschieden werden nun durch spezielle Luftkanäle verbunden. Hierbei sollen möglichst immer die kürzesten Wege zwischen den Öffnungen gewählt werden.
Mit diesen Kanälen werden z. B. die Luftmassen im Frontbereich eines Fahrzeuges über eine Öffnung (1) aufgefangen und an einer anderen Stelle mit Unterdruck (2, 4) wieder herausgelassen. Eingesetzt werden diese Kanäle vor allem zwischen den Bereichen eines Fahrzeuges, an den große Luftdruckunterschieden herrschen. Durch diese Kanäle wird dem Fahrtwind der Weg freigemacht und somit Luftüberdruck- und Unterdruck an Karosserien abgebaut. Umso größer die Luft-Angriffsfläche der Karosserie, umso effizienter ist die Wirkung der Erfindung.
Durch diese Strömungsoptimierung werden Luftwirbel am Fahrzeug vermieden und das Fahrverhalten zudem stabilisiert. Die Durchmesser der Öffnungen und Kanäle werden der Luftmenge angepasst – je größer die Luftmenge, desto größer muss der Durchmesser sein.
Dieses Prinzip der Luftkanäle lässt sich auch an einem elektrischen Beispiel verdeutlichen:
In einem elektrischen Stromkreis mit einem Widerstandsnetzwerk aus Reihen- und Parallelschaltungen, gibt es am Minuspol einen Ladungsträgerüberschuss (Luftdruck) und am Pluspol einen Ladungsträgermangel (Luftunterdruck). Der elektrische Strom wählt in dieser Schaltung immer den Weg des geringsten Widerstandes. Das Ergebnis ist ein Ausgleich der elektrischen Potentiale. Die Erfindung ASPG basiert auf dem gleichen Prinzip, denn die auf ein Fahrzeug auftreffende Luft stellt einen „Ladungsträgerüberschuss” dar. Der am Fahrzeugheck entstehende Luft sog stellt einen „Ladungsträgermangel” dar. Nun gilt es diese Luftruckunterschiede (Ladungsträgerunterschiede) auszugleichen. Am besten gelingt dies über kurze, direkte Verbindungen, die man in der Elektrotechnik „Kurzschlüsse” nennt. Bei der ASPG sind es die speziellen Luftkanäle, die die Luftmassen nahezu ungehindert strömen lassen. Luftstau oder Luftunterdruck an der Karosserie werden verringert – das Fahrzeug kann sich nahezu ungehindert fortbewegen. Umso höher die Geschwindigkeit desto größer sollten die Durchmesser der Luftkanäle sein, damit diese Erfindung auch bei höheren Geschwindigkeiten einen hohen Wirkungsgrad hat.
3.2. Umwandlung der Strömungsenergie in elektrische Energie
Luftstau und Luftunterdruck an fahrenden Fahrzeugen besitzen Energiepotentiale, die bisher ungenutzt blieben. Mit der Erfindung ASPG werden diese Energiepotentiale in elektrische Energie umgewandelt. Dies geschieht mit Luftturbinen (G), die in die Strömungskanälen installiert werden und während der gesamten Fahrt kontinuierlich elektrischen Strom produzieren. Umso höher die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, desto größer die Gewinnung von Elektroenergie. Ausschlaggebend hierfür sind die Luftdruckunterschiede am Fahrzeug. Denn, umso höher der anstehende Luftdruckunterschied an den Kanälen, desto größer die Luftströmungen in den Kanälen, die mit zunehmender Geschwindigkeit überproportional zunehmen.
Anders als bei Hybridfahrzeugen, wo die Elektro-Energie überwiegend aus der Bremsverzögerung gewonnen wird, gewinnt man mit ASPG kontinuierlich Energie aus dem Luftdruck und -Unterdruck des Fahrtwindes. Umso schneller sich das Fahrzeug bewegt, umso mehr Energie fließt in den Kreislauf zurück. Durch diese Energieverteilung kann der Verbrennungsmotor der Fahrzeuge kleiner dimensioniert werden. Ein zusätzlicher Elektromotor unterstützt den Fahrzeugantrieb. Bei rein elektrobetriebenen Fahrzeugen kann die gewonnene Energie direkt in den Antrieb zurückgeführt werden. Der Wirkungsgrad dieser Antriebe wird somit deutlich erhöht.
Die Erfindung kann überall eingesetzt werden, wo verschiedene Luftdruckzonen fahrende Objekte abbremsen. Besonders groß ist der Nutzen der Erfindung bei PKW's, Van's, LKW's oder Bussen – sogar bei Flugzeugen.
3.3. Anordnung der Strömungskanäle
Je nach Größe der Angriffsfläche des Fahrzeuges, können mehrere Kanäle und Luftgeneratoren installiert werden. Diese können nebeneinander oder übereinander oder als Teil der Fahrzeugkarosserie angeordnet werden. Durch die Installation und Nutzung mehrere Kanäle an einem Fahrzeug kann der Luftwiderstand an den Fahrzeugen deutlich reduziert werden – bei zusätzlicher Gewinnung von Energie durch Einsatz von Luftturbinen (Generatoren).
Die Luftströmungen in den Kanälen können auch gezielt für andere Zwecke, wie z. B. für die Motorkühlung oder Fahrzeuglüftung, sowie andere Anwendungen eingesetzt werden.
3.4. Steuerung der Luftgeneratoren
Die Energieausbeute aus den Stromgeneratoren kann, je nach Nutzungsart und Fahrgeschwindigkeit, intelligent gesteuert werden.
Fazit
Durch Anordnung von Luftkanälen zur Ableitung von Überdruck- und Unterdruckzonen an Fahrzeugen wird die Aerodynamik von Fahrzeugen indirekt verbessert. Durch die Nutzung von Stromgeneratoren in den Kanälen kann zusätzlich Energie gewonnen werden.
Umso größer die Angriffsfläche eines Fahrzeuges (z. B. die Frontbereich bei einem PKW, Bus oder LKW), umso größer ist der Wirkungsgrad der Erfindung und somit die Energie-Rückgewinnung.
Diese Erfindung soll den größten „Energieverbraucher” bei Fahrzeugen – den Luftwiderstand – reduzieren und diesen in nutzbare Energie umwandeln. Das Medium Luft, das uns bei jeder Fahrt umgibt und „ausbremst”, soll für den weiteren Antrieb dieser Fahrzeuge sinnvoll verwendet werden. Das Ziel ist eine enorme Einsparung von Kraftstoff bei allen Fahrzeugen und Flugzeugen.
Bezugszeichenliste

1 Luftstromeinlass Fahrzeug-Front (Überdruckbereich)
2 Luftstromauslass seitlich im Frontbereich (Unterdruckbereich)
3 Luftstromeinlass seitlich im Heckbereich (Überdruckbereich)
4 Luftstromauslass Fahrzeug-Heck (Unterdruckbereich)
5 Luftdruckausgleichskanäle
6 Generator – Luftturbine mit Stromgenerator zur Stromgewinnung
Luftströmung mit Unterdruck
Luftströmung mit Überdruck

Claims

Schaffung spezieller Lufteinlass- und Auslassöffnungen an den Bereichen von Karosserien an Fahrzeugen und Flugzeugen, an den Luftüber- und Unterdruck herrscht: • Im Frontbereich von Fahrzeugen (z. B. Motorhaube, Kühlergrill) • Im Heckbereich • In den Seitenbereichen von Karosserien (vorne, hinten) • Im Dach- und Bodenbereich von Fahrzeugen
Schaffung von Luftkanälen mit entsprechendem Durchmesser an oder innerhalb der Karosserie, zur Verbindung der in Punkt 1 genannten Öffnungen, zum Ausgleich der Luftdruckunterschiede.
Verwendung von Stromgeneratoren (Luft-Turbinen) in den Luftkanälen zur Wandlung der Strömungsenergie (Druckausgleichsenergie) in elektrische Energie.
Mehrfachnutzung der Luftkanäle für: • Verbesserung der Aerodynamik (Luftdruckausgleich) • Gezielte Nutzung der Luftströmungen für die Luftturbinen/Stromgeneratoren. • Kontrollierte Kühlung des Motors von Fahrzeugen (z. B. Verbrennungsmotor). • Lüftung des Fahrzeuginnenraumes mit warmer oder kalter Luft (Einsparung des Ventilatorbetriebes während der Fahrt).
Computergestützte Steuerung der Luftströmungsmenge der in Punkt 4 genannten Kanäle, zur Optimierung des Wirkungsgrades.
Nutzung der gewonnenen Elektroenergie aus den Stromgeneratoren für: • direkten oder indirekten Antrieb von Fahrzeugen (z. B. Elektro- oder Hybridfahrzeug). • Speicherung der Elektroenergie z. B. in einem Akku, Brennstoffzelle oder anderen elektrischen Speichern. • Versorgung aller anderen elektrischen Verbraucher im Fahrzeug mit elektrischer Energie.