-
Die
Erfindung richtet sich auf eine Strömungsführungsvorrichtung
eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs oder Busses, die mindestens eine
am Fahrzeugheck anordnenbare und in aufgerichteter Position in Konturverlängerung
einer heckseitigen Fahrzeugkante eine endseitige Rundung ausbildende
Luftleitfläche umfasst, die um ein fahrzeugseitig angeordnetes
Wider- und/oder Drehlager schwenkbar ist und/oder an diesem abgestützt
zumindest auf ihrer der Luftströmung zugewandten Seite
in ihrer Außenkontur veränderbar ausgebildet ist und
im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zumindest bereichsweise in tangentiale
Strömungsanlage an die außen vorbeiströmende
Luftströmung bringbar ist.
-
Weiterhin
richtet sich die Erfindung auf ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug,
vorzugsweise Nutzfahrzeug oder Bus, mit den Strömungswiderstand
verringernder Strömungsführungsvorrichtung.
-
Nutzfahrzeuge,
beispielsweise Lastkraftwagen, Anhänger oder Auflieger
von Lastkraftwagen oder Busse, weisen häufig ein im Wesentlichen
quaderförmig ausgebildetes, durch rechtwinklig aneinander
stoßende Kantenbereiche geprägtes Heck auf. An
diesem Heckbereich reißt die von vorne über das Fahrzeug
strömende Luft im Fahrbetrieb ab und der Fahrtwind erzeugt
hinter dem Heck ein großes Wirbelfeld, den so genannten
Strömungsnachlauf. Dieser Strömungsnachlauf verursacht
einen erheblichen Teil des Gesamtwiderstandes des Fahrzeugs, so dass
allgemein das Bestreben besteht, diesen Luftwiderstand zu verringern.
-
Im
Stand der Technik finden sich eine Vielzahl von Vorschlägen,
wie sich dieser Luftwiderstand verringern lässt.
-
So
wird in der
US 4,142,755
A sowie in der
DE
31 15 742 A die Anordnung von starren oder aufblasbaren
Vorrichtungen am Heck eines Fahrzeugs vorgeschlagen, die den Abrissquerschnitt
der Strömung am Heck verkleinern und die als Zubehörteil am
Heck des Fahrzeugs befestigt werden können. Hierdurch lässt
sich die endseitige Kontur des Fahrzeugs zwar strömungsgünstig
verjüngen, diese Vorrichtungen verlängern aber
die Gesamtlänge des jeweiligen Fahrzeugs, so dass deren
Anwendung gegebenenfalls gesetzliche Vorschriften entgegenstehen.
Eine Integration derartiger Strömungsführungsvorrichtungen
in das vom jeweiligen Nutzfahrzeug bereitgestellte Transportvolumen
schmälert das Transportvolumen und ist aus diesem Grund
nicht erwünscht.
-
Eine
gattungsgemäße Strömungsführungsvorrichtung
sowie ein Nutzfahrzeug, das mit einer den Strömungswiderstand
verringernden Strömungsführungsvorrichtung ausgestattet
ist, sind aus der
DE
24 37 075 A1 bekannt. Diesem Dokument ist ein an der Heckseite
eines Lastkraftfahrzeugs angeordnetes, aufblasbares Formteil zu
entnehmen, das im zusammengeklappten Zustand zusammengefaltet und
von einer Klappe abgedeckt in einem Kasten verstaut ist. Durch Aufblasen
mittels von der Druckluftanlage des Fahrzeugs bereitgestellter Druckluft
entfaltet sich das aufblasbare Formteil, wobei die Klappe um ein
Drehgelenk nach außen verschwenkt wird und eine heckseitige
Konturverlängerung einer Seitenkante des Heckaufbaus und
eine gebogen ausgeformte Luftleitfläche ausbildet. Das
Ausfahren und Einfahren der Formteile erfolgt bei diesem Stand der Technik
in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
-
Auch
bei anderen aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsführungsvorrichtungen,
wie beispielsweise dem aus der
DE 40 21 337 A1 bekannten aufblasbaren Luftschlauch
mit angeformtem Spoilerelement erfolgt das Aufblasen mit Hilfe eines Lufteinlasses
in den während der Fahrt die Fahrtwindströmung
eintritt und dann den Luftschlauch aufbläht.
-
Nun
ist es weiterhin bekannt, dass an gerundet ausgebildeten Luftleitflächen,
beispielsweise bei seitlichem Windeinfluss bei in Fahrt befindlichem Fahrzeug,
die tangential an der Luftleitfläche vorbei strömende
Luftströmung sich undefiniert und insbesondere unabhängig
von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs von der Luftleitfläche
ablösen kann. Hierdurch werden Wirbel erzeugt, die den
Luftwiderstand wieder erhöhen. Ein solcher Abriss der Luftströmung
ist fahrgeschwindigkeitsunabhängig, so dass diesem Phänomen
durch eine fahrgeschwindigkeitsgeregelte Anstellung einer Luftströmungsvorrichtung
nicht entgegengewirkt werden kann. Außerdem besteht bei
Strömungsführungsvorrichtungen nach dem Stand
der Technik der Nachteil, dass die Luftleitfläche einer
solchen Luftströmungsführungsvorrichtung umso
weiter nach außen von der Fahrzeuglängsachse weg
verschwenkt wird, je höher die Fahrgeschwindigkeit ist,
da mit höherer Fahrgeschwindigkeit die aufblasbaren Luftströmungsführungsvorrichtungen
sich weiter aufblähen. Hier ist es dann aber nicht möglich,
im Bedarfsfall, beispielsweise bei einsetzendem Seitenwind, den
Winkel, mit dem die Luft hinter das Fahrzeug geführt wird,
durch eine Verstellung der Luftleitfläche deutlich zu verkleinern,
und damit für ein möglichst klein ausgeprägtes Ablösegebiet,
d. h. einen möglichst kleinen Bereich des Strömungsnachlaufes,
zu sorgen.
-
Auch
mit anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsführungsvorrichtungen, beispielsweise
der aus der
US 4,214,787
A bekannten Strömungsführungsvorrichtung,
lassen sich Anpassungen an unterschiedliche Windverhältnisse nicht
vornehmen. Diese Strömungsführungsvorrichtungen
werden in einem bestimmten Winkel angestellt, nach Überschreiten
einer gewissen Geschwindigkeit in ihrer Anstellung aber nicht mehr
verändert.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen,
die ein Reagieren einer gattungsgemäßen Strömungsführungsvorrichtung
auf sich ändernde Fahrtwindbedingungen ermöglicht.
-
Bei
einer Strömungsführungsvorrichtung der eingangs
bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass die Luftleitfläche sich in immer
wieder eine tangentiale Strömungsanlage herstellender Weise
an ändernde Strömungsverhältnisse der
vorbeiströmenden Luftströmung anpassend, insbesondere
stufenlos, verstellbar angeordnet und ausgebildet ist.
-
Hierbei
ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Luftleitfläche
sich im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zumindest bereichsweise immer so
weit an die Luftströmung anlegt, dass diese in tangentialer
Strömungsanlage verbleibt und die an ihr vorbeiströmende
Luftströmung gerade nicht abreißt.
-
Bei
einem Fahrzeug der eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe dadurch
gelöst, dass die Strömungsführungsvorrichtung
eine solche nach einem der Ansprüche 1–18 ist.
-
Die
Erfindung geht also gegenüber dem Stand der Technik den
Weg, eine Anpassung und Verstellung der Luftleitfläche
der Luftführungsvorrichtung anhand der jeweils aktuell
vorliegenden Strömungsanlageverhältnisse vorzunehmen.
Wenn also ein Abreißen der Strömung von der Luftleitfläche
festgestellt wird, wird die Außenkontur der Luftleitfläche und/oder
der Anstellwinkel der Luftleitfläche im Verhältnis
zur zugeordneten Seitenkante des Fahrzeugs verstellt. Dies führt
dazu, dass der tangential an der Luftleitfläche vorbeiströmende
Fahrtwind sich sofort wieder anlegt und keine störenden
Wirbel entstehen. Eine dem Fachmann aus der Luft- und Raumfahrttechnik
geläufige und einfache Methode zur Feststellung, ob an
der Außenseite der Luftleitfläche ein Strömungsabriss
erfolgt, ergibt sich aus der Anwendung von bekannten Strömungsabrissmesssensoren
oder Strömungsablösungsmesssensoren. Mit diesen
lässt sich ein Strömungsabriss feststellen und
in entsprechende Signale umwandeln, die für die Auslösung und
Bewirkung einer Veränderung der Außenkontur und/oder
eine Verstellung des Anstellwinkels der Luftströmungsführungsvorrichtung
bzw. der Luftleitfläche nutzbar sind.
-
Damit
sich die Luftströmung des Fahrtwindes besonders gut an
die Außenkontur der Luftleitfläche anlegen kann,
ist es zweckmäßig, wenn deren Außenkontur
positiv gebogen und konvex geformt ist.
-
Um
einen besonders günstigen, hinter dem Heck des Kraftfahrzeugs
ein Gebiet mit einem möglichst geringen Nachlauf zu erzeugenden
Strömungsverlauf zu erzielen, ist es gemäß Ausgestaltung
der Erfindung weiterhin zweckmäßig, wenn die Außenkontur über
ihre gesamte Längserstreckung in Fahrzeuglängsrichtung
tangential zur jeweils zugeordneten heckseitigen Fahrzeugkante verläuft.
Damit wird die Strömung gezielt hinter den Bereich des
Kraftfahrzeugs gelenkt.
-
Um
das tangentiale Anlegen der Strömung an die Luftleitfläche
zu verbessern und die Gefahr des Abreißens der tangentialen
Strömungsanlage zu vermindern, sieht die Erfindung weiterhin
vor, dass die Strömungsführungsvorrichtung die
Luftströmung auf der Außenkontur aktiv oder passiv
beeinflussende Elemente, insbesondere passive Wirbelgeneratoren
und/oder aktive Ausblasungsöffnungen aufweist. Durch diese
Elemente lassen sich der Strömung Impulse geben, die einem
Ablösen entgegenwirken. Beispielsweise kann vorgesehen
sein, dass am Fuße der Luftleitfläche, im Bereich
des dortigen Wider- und/oder Drehlagers Ausblasöffnungen
ausgebildet sind. Hier kann dann von der der Außenkontur
abgewandten Seite her Luft auf die Außenkontur ausgeblasen
werden. Eine andere Möglichkeit Ausblasöffnungen
vorzusehen, besteht darin, diese am entgegengesetzten Ende der Luftleitfläche,
also an deren fahrzeugabgewandten Seite, vorzusehen.
-
Eine
besonders vorteilhafte Möglichkeit, einen Abriss der Strömungsanlage
an der Außenkontur einer Luftleitfläche festzustellen,
besteht darin, auf oder an der Außenkontur mindestens einen
Strömungsabrissmess- oder Strömungsablösungsmesssensor
anzuordnen, wodurch sich die Erfindung weiterhin auszeichnet.
-
Dieser
mindestens eine Strömungsabrissmesssensor oder Strömungsablösungsmesssensor kann
dann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, mittels einer,
insbesondere adaptiven, Regelung eine Veränderung der Außenkontur
der Luftleitfläche und/oder ein Verschwenken der Luftleitfläche
zu bewirken. Die Erfindung sieht daher in weiterer Ausgestaltung
auch vor, dass die Strömungsführungsvorrichtung
eine die Verstellung der Luftleitfläche steuernde, insbesondere
Messwerte des mindestens einen Strömungsabrissmess- oder
Strömungsablösungsmesssensors verarbeitende, insbesondere
adaptive, Regelung aufweist.
-
Um,
beispielsweise durch Anlegung eines Innendruckes auf der der Außenkontur
abgewandten Seite der Luftleitfläche eine Änderung
der Formgebung und des Verlaufes der Außenkontur bewirken zu
können, zeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch aus,
dass die Luftleitfläche eine eine Verformung der Außenkontur
ermöglichende Dicke oder Stärke und/oder Ausgestaltung
aufweist. Somit ist es möglich, durch Beaufschlagung der
der Außenkontur abgewandten Seite der Luftleitfläche
mit einem entsprechenden Druck, beispielsweise dem Innendruck eines
als Hohlkörper ausgebildeten Elementes, wie es nachstehend
noch erläutert wird, eine Veränderung des Verlaufes
der Außenkontur der Luftleitfläche zu erzielen.
Beispielsweise kann die Luftleitfläche aus einem gummiartigen,
elastischen Material bestehen, das sich nach Art von Luftballonmaterial aufblähen
und aufblasen lässt. Es ist aber auch möglich,
in die Außenkontur oder in die Wandstärke der Luftleitfläche
Lamellen oder mechanische Elemente oder einzelne Luftdruckkammern
einzuarbeiten, deren Verstellung dann die Ausbildung und den Verlauf der
Außenkontur der jeweiligen Luftleitfläche verändern.
-
Eine
besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung
besteht dann weiterhin darin, dass die Luftleitfläche zumindest
bereichsweise und/oder über ihre Längserstreckung
in Fahrzeuglängsrichtung eine variierende, insbesondere
zu ihrem endseitigen Bereich, vorzugsweise kontinuierlich, abnehmende
Dicke oder Stärke und/oder Ausgestaltung aufweist.
-
Um
die Luftleitfläche verstellen, insbesondere um ihr fußseitiges
fahrzeugseitiges Drehlager verschwenken und den Anstellwinkel oder
Verstellwinkel relativ zur jeweils zugeordneten Heckseitenkante
des Fahrzeugs variieren zu können, schlägt die
Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass die Luftleitfläche an
ihrer der zugeordneten heckseitigen Fahrzeugkante abgewandten Seite
mit einem auf sich selbst rückklapp- oder rückfaltbaren
Betätigungselement verbunden ist. Dieses Betätigungselement
kann dann die für die Verstellung der Luftleitfläche
notwendige Zug- und/oder Druckkraft in die Luftleitfläche
induzieren. Hierbei ist es möglich, die Luftleitfläche
um ein Drehlager zu verschwenken. Es ist aber auch möglich,
bei festgestelltem Drehlager oder einem lediglich als fixierendes
Widerlager ausgebildeten fahrzeugseitigen Fixierungsbereich der
Luftleitfläche durch Anlegung einer entsprechenden Zug-
oder Druckkraft an der dem Dreh- und/oder Widerlager gegenüberliegenden
Seite der Luftleitfläche diese zu verbiegen und damit den
Radius der positiv gebogen und konvex verlaufenden strömungsseitigen
Außenseite oder Außenkontur der Luftleitfläche
zu verändern. Insbesondere ist die Dicke oder Stärke
der Luftleitfläche so ausgelegt, dass ein solches Verbiegen möglich
ist. Von Vorteil ist es hierbei, wenn die Luftleitfläche
aus einem entsprechend elastischen, eine Rückstellkraft
entwickelnden Material besteht.
-
Insbesondere
ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig,
wenn das Betätigungselement eine auf die Fahrzeugrückseite
gerichtete Zugkraft auf die Luftleitfläche ausübt.
Damit ist die Luftleitfläche ohne weitere Gegenmaßnahmen
permanent einem Wirkmechanismus ausgesetzt, der die jeweilige Luftleitfläche
in Richtung auf die Rückseite des Kraftfahrzeuges zu einklappen
möchte. Diesem Wirkmechanismus kann dadurch entgegengewirkt werden,
dass die Luftleitfläche und das Betätigungselement
Bestandteil eines Hohlkörpers sind, der von innen mit Druck
beaufschlagbar ist, so dass durch Anlegen eines entsprechenden Innendruckes
dieser Zugkraft entgegengewirkt und damit die relative Stellung
der Luftleitfläche und/oder ihre Außenkontur relativ
zur zugeordneten Heckkante des Kraftfahrzeuges oder Nutzfahrzeuges
aktiv verstellt werden kann.
-
Um
die Strömungsführungsvorrichtung in konstruktiv
einfacher Art und Weise an der Rückseite eines Kraftfahrzeuges
befestigen zu können, ist es gemäß weiterer
Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, wenn die
Luftleitfläche an ihrem der zugeordneten heckseitigen Fahrzeugkante
zugewandten Ende über ein Befestigungselement mit dem Betätigungselement
verbunden ist.
-
Hierdurch
lässt sich dann der gesamte Wirkmechanismus außenseitig
an der Rückseite eines Fahrzeughecks, beispielsweise eines
LKW-Aufliegers anbringen.
-
Eine
besonders vorteilhafte Strömungsführungsvorrichtung
lässt sich weiterhin erfindungsgemäß dadurch
ausbilden, dass die Luftleitfläche und/oder das Betätigungselement
und/oder das Befestigungselement Bestandteil eines druckbeaufschlagbaren,
insbesondere auffaltbaren und/oder aufblasbaren, Hohlkörpers
sind oder gemeinsam einen solchen Hohlkörper ausbilden.
Dieser lässt sich innenseitig mit Druck, beispielsweise
von der Druckluftanlage des Nutzfahrzeuges herbeigeführt,
beaufschlagen und damit lässt sich eine Verstellung der Relativlage
und der Außenkontur der Luftleitfläche oder der
Luftleitflächen erreichen, aber auch ein Ausblasen von
Luft aus den aktiven Strömungskontrollen, d. h. den aktiven
Ausblasungsöffnungen, erzielen.
-
Um
die Außenkontur der Luftleitfläche abschnittsweise
verstellen zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn
an jedem verstellbaren Abschnitt eine von anderen Hohlkammern getrennt
mit Druckluft zu beaufschlagende Kammer oder Hohlkammer innenseitig
an der Luftleitfläche angrenzend ausgebildet ist. Die Erfindung
sieht daher weiterhin vor, dass der Hohlkörper mehrere
Kammern aufweist, die innenseitig an die jeweilige Luftleitfläche
angrenzen.
-
Um
eine relative Beweglichkeit der drei Elemente Luftleitfläche,
Betätigungselement und Befestigungselement zueinander und
insbesondere ein Zusammenfalten der Strömungsführungsvorrichtung in
eine Nicht-Gebrauchsposition oder eine Ruheposition, bei welcher
diese Elemente aufeinander gefaltet übereinander positioniert
sind, zu ermöglichen, ist es gemäß Ausgestaltung
der Erfindung weiterhin von Vorteil, wenn die Luftleitfläche
und/oder das Betätigungselement und/oder das Befestigungselement
jeweils über eine Gelenkverbindung miteinander verbunden
sind. Längs dieser Gelenkverbindung sind die einzelnen
Elemente dann relativ zueinander verschwenkbar, so dass die Strömungsführungsvorrichtung
einklappbar ausgebildet ist. Hierbei kann die Gelenkverbindung auch
dadurch erreicht werden, dass eine Wandstärkenverminderung
ausgebildet wird, die zumindest über einen bestimmten,
definierten Winkelbereich ein Verschwenken der darüber miteinander
verbundenen Elemente gegeneinander ermöglicht.
-
Um
den Nachlauf bzw. den Strömungsnachlauf hinter dem Heck
eines Nutzfahrzeuges deutlich und ausreichend zu vermindern, ist
es zweckmäßig am Heck mehrere erfindungsgemäße
Strömungsführungsvorrichtungen anzuordnen. Die
Erfindung sieht daher in weiterer Ausgestaltung vor, dass längs
beider seitlichen und/oder der dachseitigen Heckkanten mindestens
eine Luftleitfläche angeordnet ist.
-
Dabei
kann es möglich sein, dass sich eine Luftleitfläche über
die gesamte Länge der jeweiligen Heckkante oder der Dachkante
erstreckt, es ist aber auch möglich, dass hier mehrere
Segmente oder Elemente, die jeweils eine Luftleitfläche
umfassen, übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Die Erfindung sieht daher weiterhin vor, dass längs mindestens
einer Heckkante mehrere Luftleitflächen angeordnet sind.
-
Wenn
nun am Heck eines Kraftfahrzeuges mehrere erfindungsgemäße
Strömungsführungsvorrichtungen oder Luftleitflächen
angeordnet sind, so kann vorgesehen sein, dass alle oder aber auch
nur ein Teil der Luftleitflächen im erfindungsgemäßen Sinne
verstellbar angeordnet und ausgebildet sind/ist.
-
Ebenso
ist es aber auch möglich, dass die mehreren, dann verstellbar
angeordneten und ausgebildeten erfindungsgemäßen
Luftleitflächen getrennt und/oder unabhängig voneinander
ver stellbar ausgebildet sind, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
-
Schließlich
ist es von Vorteil, wenn eine Möglichkeit vorgesehen wird,
dass die Strömungsführungsvorrichtung nicht dauerhaft
an der Rückwand oder der Heckseite oder Rückseite
eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges oder Busses, angeordnet
sein muss. Um in einer konstruktiv wenig aufwendigen Weise die Strömungsführungsvorrichtung
gewünschtenfalls vom Kraftfahrzeug entfernen und platzsparend
verstauen zu können, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung
auch vor, dass das Befestigungselement Bestandteil eines Gestells
oder einer Platte ist, mittels welcher die Strömungsvorrichtung
in zusammengefaltetem Zustand in einer Nicht-Gebrauchsposition unterhalb,
oberhalb oder seitlich des Fahrzeugs positionierbar ist.
-
Die
Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert. Diese zeigt in
-
1a und 1b in
schematischer Seitenansicht den Bereich des Strömungsnachlaufs
bei einem Nutzfahrzeug ohne strömungswiderstandsverringernde
Strömungsführungsvorrichtung (1a) und
einem Nutzfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen
Strömungsführungsvorrichtung,
-
2 in
schematischer Perspektivdarstellung den Heckbereich eines Nutzfahrzeuges
mit daran angeordneten erfindungsgemäßen Strömungsführungsvorrichtungen,
-
3 in
schematischer Draufsicht und Schnittdarstellung eine eine Luftführungsfläche
aufweisende Strömungsführungsvorrichtung,
-
4 in
schematischer Draufsicht und Schnittdarstellung eine eine Luftleitfläche,
ein Betätigungselement und ein Befestigungselement aufweisende
Strömungsführungsvorrichtung in ihrer Anordnung
am Fahrzeugheck,
-
5 die
Strömungsführungsvorrichtung nach 4 in
einer, an eine bestimmte Windsituation angepassten Stellung,
-
6 die
Strömungsführungsvorrichtung nach den 4 und 5 in
ihrer eingefalteten Ruheposition,
-
7a–7c in
schematischer Aufsicht und Schnittdarstellung zwei an gegenüberliegenden Heckkanten
am Fahrzeugheck angeordnete Strömungsführungsvorrichtungen
in an unterschiedliche Wind- und Strömungsverhältnisse
angepassten Stellungen,
-
8 in
schematischer Perspektivansicht eine mehrere Luftleitflächen
und Segmente aufweisende Strömungsführungsvorrichtung
in ihrer Anordnung an der Heckseite eines Nutzfahrzeugs,
-
9 in
schematischer Aufsicht und Schnittdarstellung eine Ausführungsform
einer Strö mungsführungsvorrichtung mit aktiven
Ausblasöffnungen,
-
10 in
schematischer Aufsicht und Schnittdarstellung eine Strömungsführungsvorrichtung
in Form eines mehrere Kammern aufweisenden Hohlkörpers
und in
-
11 eine
schematische Darstellung einer Steuerung und Regelung
-
Die 1a und 1b zeigen
ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Fahrzeug, bei dem es sich
im vorliegenden Fall um ein aus einer Zugmaschine und einem Auflieger
bestehendes Nutzfahrzeug handelt. In Abhängigkeit von der
Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs bildet sich hinter diesem ein
Verwirbelungen 2 aufweisender Strömungsnachlauf 3.
Wie ein Vergleich der 1a und 1b zeigt,
lässt sich der Bereich des Strömungsnachlaufes 3 durch
die Anordnung einer Strömungsführungsvorrichtung 4 am Fahrzeugheck
deutlich verkleinern. Dadurch wird der Druckwiderstand reduziert
und der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges 1 reduziert.
In einem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
besteht die Strömungsführungsvorrichtung 4 aus
vier jeweils eine Luftleitfläche 5a, 5b, 5c, 5d aufweisenden
einzelnen Segmenten 6a, 6b, 6c, 6d.
Hierbei erstreckt sich das Segment 6a mit seiner Luftleitfläche 5a längs
einer Heckseitenkante 7a und erstrecken sich die Segmente 6b und 6c mit
ihren Luftleitflächen 5b und 5c längs
der Dachkante 7b, wobei diese jeweils so angeordnet sind,
dass sie jeweils die Breite einer Hecktüre 8a, 8b aufweisen,
so dass diese auch mit daran angebrachten Segmenten 6a–6d öffenbar sind.
Das vierte Segment 6d mit der Luftleitfläche 5d ist
wiederum sich längs der weiteren Heckseitenkante 7c erstreckend
angeordnet.
-
Die
aus der 2 ersichtliche Ausführungsform
einer Strömungsführungsvorrichtung 4 umfasst somit
vier am Fahrzeugheck angeordnete und in der dargestellten aufgerichteten
Position in Konturverlängerung der jeweils zugeordneten
heckseitigen Fahrzeugkante 7a, 7b, 7c jeweils
eine endseitige Rundung ausbildende Luftleitfläche 5a–5d.
Die Außenkontur jeder Luftleitfläche 5a–5d ist
dabei positiv gebogen und konvex geformt ausgebildet.
-
Wie
die 3 in schematischer Aufsicht und Schnittdarstellung
für das die Luftleitfläche 5d aufweisende
Segment 6d darstellt, sind die Luftleitflächen 5a–5d,
hier die Luftleitfläche 5d, fußseitig
um ein an der jeweils zugeordneten Heckseitenkante 7a, 7c oder
Dachkante 7b fahrzeugseitig angeordnetes Wider- und/oder
Drehlager 9 in Richtung von der jeweils zugeordneten Heckseitenkante 7a, 7c oder Dachkante 7b weg
auf die Mitte des Fahrzeugs 1 zu verschwenkbar an dem Fahrzeug 1 angeordnet
und befestigt. Die Außenkontur 10 einer Luftleitfläche 5d verläuft
von der zugeordneten Heckseitenkante 7c ausgehend in tangentialer
Richtung in den Bereich hinter dem Fahrzeug 1. Hierbei
ist eine Verschwenkung der Luftleitfläche 5d um
einen Winkel β möglich, was die Verschwenkung
des endseitigen Bereiches 11 der Luftleitfläche 5d bewirkt,
so dass sich die in diesem Bereich ausgebildete Fläche
der Außenkontur 10 in Richtung eines Winkels α verschwenken lässt
und damit auch an andere, als in der 3 durch
die gestrichelte Linie 12 schematisch dargestellte tangentiale
Strömungsanlage bewegen und an eine vorbeiströmenden
Fahrtwindströmung anpassen und verstellen lässt.
Ein Verschwenken der Luftleitfläche 5d um die
im Drehlager 9 ausgebildete Achse lässt sich durch
bekannte Verstell- und/oder Verschlussmittel, die in 3 durch
eine gestrichelte Linie 13 angedeutet sind, realisieren.
Hierbei kann es sich um Druckzylinder, aber auch Spindeln oder ähnliches
handeln. Durch die entsprechende Bewegung des endseitigen Bereiches 11 bei
beispielsweise festgestelltem Drehlager 9 oder als Widerlager
ausgebildeten Fußpunkt, lässt sich auch eine Verbiegung
der Luftleitfläche 5d erzielen, die dann dazu
führt, dass der Radius des Außenkonturverlaufes
verändert, insbesondere verkleinert wird. Um zu erreichen,
dass bei Aufbringen einer Zugkraft zunächst der endseitige
Bereich 11 verformt, d. h. verbogen wird und erst bei Aufbringen
einer höheren Zugkraft andere Bereiche einer entsprechenden
Verformung unterworfen werden, ist der Verlauf der Dicke der Luftleitfläche 5d vom
Fußpunkt im Bereich des Wider- und/oder Drehlagers 9 ausgehend
zum endseitigen Bereich 11 hin sich verringernd ausgebildet.
Die Luftleitfläche 5d ist somit um das fahrzeugseitig
angeordnete Wider- und/oder Drehlager 9 verschwenkbar und/oder
an diesem abgestützt zumindest auf ihrer einer vorbeiströmenden
tangentialen Luftströmung zugewandten Seite in ihrer Außenkontur
veränderbar ausgebildet. Die Seite der Außenkontur 10 legt
sich im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 zumindest bereichsweise, üblicherweise
und im Regelfall aber vollständig, in tangentialer Strömungsanlage
an die außen vorbeiströmenden Luftströmung
an. Wenn sich nun die Strömungsverhältnisse auf
der Seite der Außenkontur 10 ändern,
lässt sich die Luftleitfläche 5d mit
Hilfe der Verstell- und/oder Verschwenkmittel 13 vorzugsweise
stufenlos durch Verschwenken um die Achse des Drehlagers 9 in
Richtung des Winkels β und/oder durch Verbiegen und damit
Verformen der Außenkontur 10 derart verstellen
und verändern, dass im Fahrbetrieb die Luftströmung
wieder in tangentiale Strömungsanlage auf der Seite der
Außenkontur 10 gelangt. Diese Verstellung und
Regelung erfolgt dauerhaft, permanent und aktiv, so dass die Außenkontur der
Luftleitfläche 5d, solange sich diese in ihrer
aktiven Gebrauchsposition befindet, immer in tangentialer Strömungsanlage
verbleibt oder in diese nachgeführt wird, wobei die Luftleitfläche 5d dabei
weiterhin vorzugsweise so ausgerichtet ist, dass sie eine Stellung
und Form aufweist, dass die anliegende Strömung gerade
nicht abreißt.
-
Die
Luftleitfläche 5d ist flexibel, aber eher steif
ausgebildet und kann aus einem gummiartigen Werkstoff, Kautschuk
oder polymeren Material, aber auch aus einem Metallblech gefertigt
sein. Auch ist es möglich, im Körper der Luftleitfläche 5d Verstärkungs-
und/oder Verstellelemente anzuordnen und/oder in diesen einzuarbeiten.
-
Zumindest
die die Außenkontur 10 ausbildende Außenseite
der Luftleitfläche 5d, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
nach der 3 aber der gesamte Körper
der Luftleitfläche 5d, ist über ihre
gesamte Längserstreckung in Fahrzeuglängsrichtung tangential
zur zugeordneten heckseitigen Fahrzeugkante 7c mit einer
positiv gebogenen und konvex geformten Kontur ausgebildet.
-
In
gleicher Weise wie die Luftleitfläche 5d, sind
im Ausführungsbeispiel auch die Luftleitflächen 5a, 5b und 5c ausgebildet.
Es ist aber auch möglich anstelle dieser aufgrund der Verstellmöglichkeiten als
aktive Luftleitflächen bezeichneten Ausführungsformen,
die Luftleitflächen, beispielsweise 5b und 5c insofern
passiv auszubilden, als diese sich dann bei Verstellung der Luftleitflächen 5a und 5d bewegen. Vorzugsweise
sind aber auch diese Luftleitflächen 5b und 5c aktiv
verstellbar ausgebildet, so dass all das was vorstehend in Bezug
auf die Luftleitfläche 5d ausgeführt
worden ist, in identischer Weise auch auf die Luftleitflächen 5a–5c zutrifft.
-
Die 4 zeigt
eine alternative Ausführungsform einer Strömungsführungsvorrichtung 4a in der
zur Darstellung der 3 analogen Anordnungsposition
an der Heckseitenkante 7c in derselben schematischen Schnittdarstellung.
Der Unterschied zur Ausführungsform nach der 3 besteht
im Wesentlichen darin, dass hier nun andere Verstell- und/oder Verschwenkmittel 13 zur
Verstellung und Verformung der Luftleitfläche 5e aus gebildet
sind. Die Luftleitfläche 5e ist auf ihrer der
Außenkontur 10 abgewandten Seite mit einem auf
sich selbst rückklapp- oder rückfaltbaren Betätigungselement 14 verbunden.
Das Betätigungselement 14 ist zweigeteilt und
besteht aus einem an der Luftleitfläche 5e über ein
Gelenk 15 angelenkten Übergangselement 16 und
einem über ein weiteres Gelenk 17 mit diesem verbundenen
Aktuatorelement 18, das auf seiner dem Gelenk 17 abgewandten
Seite an einem Befestigungselement 19 festgelegt ist. Mittels
des Befestigungselementes 19, das die Luftleitfläche 5e auf
ihrer der zugeordneten heckseitigen Fahrzeugkante 7c zugewandten
Seite mit dem Betätigungselement 14 verbindet,
ist die Strömungsführungsvorrichtung an der Rückseite
bzw. Heckseite des Fahrzeugs 1 anbringbar und befestigbar
und in ihrer aktiven Gebrauchspositionierung auch befestigt. Das
Aktuatorelement 18 übt eine permanente, in Richtung
des Pfeiles 20 wirkende, auf die Fahrzeugrückseite
gerichtete Zugkraft auf die Luftleitfläche 5e aus,
indem dieses Aktuatorelement 18 über seine Wirkverbindung
mit dem Übergangselement 16 das Betätigungselement 14 als
Ganzes auf die Luftleitfläche 5e einwirken lässt.
Hierbei ist die Federkraft 20 vorzugsweise so groß,
dass ohne Ergreifung geeigneter Gegenmaßnahmen das Aktuatorelement 18 und
das Übergangselement 16 aufeinander rückgeklappt
und die Luftleitfläche 5e um das Drehlager 9 verschwenkt
und in Übereinanderlage mit dem Aktuatorelement 18 und dem Übergangselement 16 gebracht
wird, wie dies in der 6 dargestellt ist. Bei der in 6 dargestellten
Position handelt es sich um die Ruheposition der Strömungsführungsvorrichtung 4a,
in welcher die Vorrichtung nicht wirksam ist. Um das Zurückklappen in
diese Ruheposition zu verhindern, ist die Strömungsführungsvorrichtung 4a von
innen mit Druckluft, die beispielsweise von der Druckluftversorgung des
Fahrzeuges 1 hergeleitet wird, beaufschlagbar. Diese innenseitige
Druckluftbeaufschlagung ist durch die kreisförmige Pfeilanordnung 21 symbolisiert.
Innenseitig wird nun ein derartiger Druck eingestellt, dass sich die
Luftleitfläche 5e in die jeweils gewünschte
Gebrauchsposition aufrichtet, wobei die innere Druckkraft der durch
den Pfeil 20 symbolisierten Federkraft des Aktuatorelementes 18 entgegenwirkt. Hierbei
zeigt die 4 die Strömungsführungsvorrichtung 4a in
ihrer im Wesentlichen vollständig aufgerichteten Gebrauchsposition.
In dieser Stellung liegt die außenseitige Luftströmung
in Richtung der gestrichelten Linie 12 in tangentialer
Strömungsanlage an der Außenkontur 10 der
Luftleitfläche 5e an. Wenn sich nun im Fahrbetrieb
des Fahrzeugs 1 die Strömungsverhältnisse
beispielsweise dadurch ändern, dass Seitenwind auftritt, ändert
sich die Strömungsrichtung wie in 5 dargestellt
derart, dass nun die effektive Windströmung in Richtung
der gestrichelten Linie 12a verläuft.
-
Damit
die Luftleitfläche 5e auch in diesem Fahr- oder
Betriebszustand wieder in die tangentiale Strömungsanlage 12a gelangt,
wird die Außenkontur und/oder die Relativlage der Luftleitfläche 5e durch Verschwenkung
der Luftleitfläche 5e und Veränderung,
dass heißt Verminderung, des innenseitigen Druckes 21 in
die in der 5 dargestellten Position verstellt.
Bei Verminderung des Innendruckes 21 bewirkt die Zug- und/oder
Federkraft 20 des Aktuatorelementes 18 die entsprechende
Verbiegung und/oder Verschwenkung der Luftleitfläche 5e um
das Wider- und/oder Drehlager 9 herum. Wenn der durch die Pfeilanordnung 21 gekennzeichnete
Innendruck kleiner als die von der Federkraft 20 ausgehenden
Zugkraft ausgebildet ist, klappt die Strömungsführungsvorrichtung 4a in
die in 6 dargestellte inaktive Ruheposition zurück.
-
Für
die Einstellbarkeit verschiedener Aufrichtungspositionen der Luftleitfläche 5e mittels
einer Variation allein des Innendruckes 21 ist es vorteilhaft, wenn
die Strömungsführungsvorrichtung 4a die
Form eines vorzugsweise umfangsmäßig geschlossenen Hohlkörpers 37 aufweist
und die Luftleitfläche 5e, das Betätigungselement 14 und
das Befestigungselement 19 einen solchen druckbeaufschlagbaren,
auffaltbaren und/oder aufblasbaren Hohlkörper 37 ausbilden
oder zumindest Bestandteil eines solchen sind, wie dies auch bei
den Ausführungsformen nach den 9 und 10 der
Fall ist.
-
Um
die jeweils aktuellen Strömungsbedingungen an der Außenkontur 10 der
Luftleitflächen 5a bis 51 zu jedem Zeitpunkt
aktuell erfassen zu können, kann eine jede Strömungsführungsvorrichtung 4, 4a–4d an
der oder auf der Außenkontur 10 ihrer jeweiligen
Luftleitflächen 5a bis 5i angeordneten
Strömungsabrissmess- oder Strömungsablösungsmesssensoren 22 aufweisen.
In den 7a bis 7c sind
solche Stömungsabriss- oder Strömungsablösungsmesssensoren
an der Spitze der Luftleitflächen 5e, 5f angeordnet.
Ebenso ist dies bei der Luftleitfläche 5h bei
der Ausführungsform nach der 9 der Fall.
Bei der Ausführungsform nach der 10 sind an
der dortigen Außenkontur 10 mindestens zwei Strömungsabriss-
oder Strömungsablösungsmesssensoren 22 angeordnet.
Solche Strömungsabrissmesssensoren oder Strömungsablösungsmesssensoren 22 sind
aus der Luftfahrttechnik bekannt und finden bei den hier dargestellten
Ausführungsbeispielen der Erfindung Verwendung. Während
die 4 den voll entfalteten Zustand der Strömungsführungsvorrichtung 4a bei
höchstem Innendruck und – bei falls wie nachstehend
noch erläutert vorhandenen Ausblasöffnungen 23, 24f – höchster
Ausblasgeschwindigkeit darstellt, welcher sich insbesondere bei
hohen Geschwindigkeiten oder bei auf dieser Seite nicht anliegendem
Seitenwind ergibt, zeigt die 5 die Strömungsführungsvorrichtung 4a in
ihrem halb entfalteten Zustand, bei welchem ein mäßiger
Innendruck 21 und gegebenenfalls eine mäßige Ausblasgeschwindigkeit
herrschen. Ein solcher Zustand stellt sich insbesondere bei einer
mittleren Fahrgeschwindigkeit oder einem von der zugeordneten Seitenkante
einfallenden Seitenwind ein. Insgesamt ist die Strömungsführungsvorrichtung 4a aber stufenlos zwischen
der in 6 dargestellten eingeklappten Ruheposition und
der in 4 dargestellten voll aufgerichteten Gebrauchsposition
in Anpassung an die jeweiligen Strömungsverhältnisse
verstellbar.
-
Ein
Beispiel für die Verstellbarkeit in Anpassung an sich jeweils
einstellende Strömungsverhältnisse ist aus den 7a bis 7c ersichtlich.
Hier soll wiederrum die Strömungsführungsvorrichtung 4a dargestellt
sein, wobei hier jetzt ergänzend zu der Luftleitfläche 5e auch
die der gegenüberliegenden Heckseitenkante 7a zugeordnete
Luftleitfläche 5f dargestellt ist, wobei die der
Luftleitfläche 5f zugeordneten Elemente der Strömungsführungsvorrichtung 4a mit
den selben Bezugsziffern wie die der Luftleitfläche 5e zugeordneten
Elemente, allerdings ergänzt um den Buchstaben „a” bezeichnet
sind, soweit es sich um identisch wirkende Elemente handelt.
-
Die 7a zeigt
den in 4 dargestellten und erläuterten Zustand,
bei welchem sich das Fahrzeug in Fahrt befindet und lediglich Fahrtwind
aus Richtung des Pfeiles 26 am Fahrzeug längs
strömt und dann im Heckbereich in die durch die gestrichelten
Linien 12 und 25 angedeutete tangentiale Strömungsanlage
an die jeweilige Luftleitfläche 5e, 5f gelangt.
Wenn nun die Strömungsabrissmesssensoren 22, wie
in der 7b dargestellt, die dort mit
+–δ gekennzeichneten Abweichungen der aktuellen
Luftströmung von der zuvor gemäß Linien 12 und 25 herrschenden
Luftströmungsrichtung feststellen, reagiert die Strömungsführungsvorrichtung 4a sofort darauf,
indem der im inneren herrschende Innendruck 21 sofort derart
geändert wird, dass sich die Luftleitflächen 5e und 5f um
die jeweiligen Wider- und/oder Drehlager 9 herum verschwenken
und/oder in ihrer Außenkontur verändert werden,
so dass sich der endseitige Bereich 11 wieder in tangentialer
Strömungsanlage befindet, wie dies in 7c durch
die gestrichelten Linien 12a und 25a angedeutet
ist. Ohne dass eine Verstellung der Strömungsführungsvorrichtung 4a in
Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 erfolgt,
wird hier eine Verstellung der Luftleitflächen 5e und 5f allein
in Abhängigkeit von den jeweils an der an der Außenkontur 10 der
Luftleitflächen 5e und 5f herrschenden Strömungsverhältnissen
durchgeführt.
-
Die 8 zeigt
eine Ausführungsform einer Strömungsführungsvorrichtung 4b,
die aus insgesamt zehn Segmenten 6e mit jeweils einer Luftleitfläche 5g besteht.
Der Unterschied zur Ausführungsform nach der 2 besteht
darin, dass nicht nur längs der Dachkante 7b einzelne
Segmente, sondern auch längs der Heckseitenkanten 7a und 7c vertikal übereinander
angeordnete Segmente 6e ausgebildet sind. Die jeweiligen
Segmente 6e mit ihren Luftleitflächen 5g sind,
wie durch die Winkel α1, α2 und α3 angedeutet,
unabhängig von/oder getrennt voneinander verstellbar angeordnet
und ausgebildet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten 6e sind folienartige
Verbindungselemente 27 angeordnet, so dass zwischen den
einzelnen Segmenten 6e keine Luft hindurch strömen
kann. Ausgenommen ist der in der Mitte des Fahrzeugs 1 an
der Dachkante 7b ausgebildete Spalt, da dieser verbleiben
muss, um die Türen 8a, 8b auch bei angebrachter
Strömungsführungsvorrichtung 4b öffnen
zu können.
-
Die 9 zeigt
eine Ausführungsform einer Strömungsführungsvorrichtung 4c,
deren Luftleitfläche 5h sowohl fußseitig
als auch im gegenüberliegenden Endbereich 11 Ausblasöffnungen 23, 24 aufweist.
Durch die Ausblasöffnungen 23, 24 kann
durch den Innendruck 21 bewirkt Druckluft ausgeblasen und
dadurch positiv Einfluss auf die Strömungsanlage der vorbeiströmenden
Luftströmung an die Außenkontur 10 der
Luftleitfläche 5h genommen werden. Hierbei verhindert
die durch die Ausblasöffnungen 23 geführte
Luft eine Strömungsablösung über der
Außenkontur 10 und verbessert insbesondere die durch
die Aus blasöffnungen 24 ausströmende
Druckluft die Strömungssituation hinter (in Strömungsrichtung)
der Strömungsführungsvorrichtung 4c in
der Weise, dass der Bereich des Nachlaufes verkleinert wird. Im Übrigen
weist auch die Strömungsführungsvorrichtung 4c ein
Befestigungselement 19b, ein Übergangselement 16b und
Aktuatorelement 18b auf, die dieselbe Funktion wie bei
den anderen Ausführungsbeispielen haben. Das Gelenk 17b ist
in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Verringerung der
Materialstärke im Übergangsbereich vom Übergangselement 16b zum
Aktuatorelement 18b ausgebildet. Eine weitere Besonderheit
zeigt das Befestigungselement 19b, in dem es im Bereich
der Heckseitenkante 7c einen das dortige Scharnier 28 einer Hecktüre 8b überdeckt.
-
Die 10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer als Hohlkörper 38 ausgebildeten
Strömungsführungsvorrichtung 4d, die
aus mehreren Kammern 39, 40, die jeweils innenseitig
an der Luftleitfläche 5i anliegen, besteht. Die
Luftleitfläche 5i ist dabei über die gesamte
Erstreckung der Außenkontur 10 zweigeteilt ausgebildet
und wird zunächst von einem Luftleitflächenteilelement 29 ausgebildet,
das zusammen mit daran angelenktem Übergangselement 16c,
Aktuatorelement 18c und Befestigungselement 19c eine erste,
von einem Innendruck 21 beaufschlagte Kammer 38 ausbildet.
An das Luftleitflächenteilelement 29 ist ein zweites
Luftleitflächenteilelement 30 zur Ausbildung der
Außenkontur 10 angeformt, welches zusammen mit
einem daran über ein Gelenk 32 angelenktes zweites
Aktuatorelement 31 und einen Teilabschnitt des Luftleitflächenelementes 29 eine
zweite Kammer 40 ausbildet, welche mit einem Innendruck 21' beaufschlagbar
ist. Hierdurch ist es möglich, die Außenkontur 10 bereichsweise
unterschiedlich zu verformen, indem in den beiden Kammern 39, 40 unterschiedliche
Druckverhältnisse 21' und 21 eingestellt
werden. Hierbei sind die Strömungsabrissmesssensoren 22 weiterhin
derart an der Luftleitfläche 51 angeordnet, dass
jeweils mindestens einer einer der Kammern 39, 40 der
hohlkörperartig ausgebildeten Strömungsführungsvorrichtung 4d zugeordnet
ist.
-
In
nicht dargestellter Weise kann die jeweilige Strömungsführungsvorrichtung 4, 4a–4d oder
zumindest der jeweils einer Heckseitenkante 7a, 7c und/oder
der Dachkante 7b zugeordnete Abschnitt einer Strömungsführungsvorrichtung
auf einer Platte oder einem Gestell angeordnet sein, auf welchem
die jeweilige Strömungsführungsvorrichtung in
ihrer zusammengefalteten Ruheposition aufliegt und zusammen mit
dieser Platte oder diesem Gestell von der Heckseite des Fahrzeugs 1 entfernt
werden und in einem Stauraum unterhalb, oberhalb oder seitlich des Fahrzeugs 1 in
einer Nicht-Gebrauchsposition positionierbar ist. Insbesondere ist
hierbei das jeweilige Befestigungselement 19, 19a, 19b, 19c Bestandteil eines
solchen Gestells oder einer solchen Platte.
-
Eine
Möglichkeit zur Befestigung des Gestells oder der Platte
an der Rückseite beziehungsweise Heckseite eines Nutzfahrzeugs
besteht darin, dass geschlitzte Rohre vorgesehen werden, die zum einen
an der bodenseitigen Heckkante längs dieser quer zur Fahrzeuglängsrichtung
angeordnet sind, in welche das Gestell oder die Platte mit Führungsrädern
eingreift, so dass dieses oder diese in dem Rohr geführt
längs des Schlitzes seitlich verschiebbar ist. In einem
dem Abstand der Führungsräder entsprechenden Abstand
können dann ebenfalls längs geschlitzte Rohre
in Längsrichtung des Fahrzeuges mit Anschluss an das Querrohr
ausgebildet sein, so dass sich das Gestell oder die Platte von der
Heckseite wegklappen und dann in den längs verlegten Rohren und
mittels der Führungsräder in den Schlitzen geführt
unter das Nutzfahrzeug schieben lässt.
-
Insgesamt
wird durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen, durch
die Abrundung der Eckenkontur am Heck eines Fahr zeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges,
vorzugsweise Nutzfahrzeuges oder Busses, eine Verringerung des Strömungswiderstandes
zu erzielen, die den Strömungsnachlauf verkleinert. Unterstützt
werden kann diese durch die Abrundung erreichte Wirkung durch das
Ausblasen von Luft durch an der die Rundung ausbildenden Luftleitfläche
ausgebildete Ausblasöffnungen. Hierbei werden sowohl die
relative Lage und die Form, Kontur oder Ausprägung der
Außenkontur der Luftleitfläche als auch, falls
ein Ausblasen vorgesehen ist, die Intensität des Ausblasens
an die jeweils aktuell herrschende Strömungssituation angepasst.
Es erfolgt also nicht eine fahrgeschwindigkeitsabhängige,
sondern eine strömungsabhängige Regelung. Für
die Ausbildung einer solchen Regelung und Steuerung bieten sich
insbesondere Strömungsabrissmesssensoren oder Strömungsablösungsmesssensoren
an. Vorzugsweise ist die eine oder sind die mehreren Luftleitflächen 5a–5i Bestandteil
eines aufblasbaren Hohlkörpers 37, 38,
der vorzugsweise aus einem gummiartigen Material besteht. Die erfindungsgemäße
Strömungsführungsvorrichtungen 4, 4a–4d können
fest an der Heckseite eines Fahrzeugs, aber auch lösbar
oder in ihrer Position variierbar dort angebracht sein. Dies ermöglicht
es, Kraftfahrzeuge bereits ab Werk mit den erfindungsgemäßen
Strömungsführungsvorrichtungen auszustatten. Es
verbleibt aber auch die Möglichkeit, Fahrzeuge mit diesen
nachzurüsten.
-
Die
Verwendung von Gummi oder einem gummiartigen Werkstoff hat den Vorteil,
dass dieser aufgrund seiner Flexibilität die Möglichkeit
der Konturanpassung und Faltbarkeit einerseits und ein hohes Maß an
Langlebigkeit, Wartungsfreiheit und Robustheit mit sich bringt.
Es ist auch denkbar, anstelle eines gummiartigen Materials einen
textilen Werkstoff zu verwenden, der gegebenenfalls mit Versteifungsrippen,
die aus Draht bestehen können, zumindest bereichsweise
aufgespannt oder aufspannbar ist.
-
Die
erfindungsgemäß vorgesehene Regelung der Anpassung
der Außenkontur, der Stellung der jeweiligen Luftleitflächen
und der Intensität des gegebenenfalls gewünschten
Ausblasens lässt sich allein durch Steuerung, Regelung
und Variation des Innendruckes 21, 21' erzeugen,
wenn ein flexibel ausgestalteter, aufblasbarer und/oder einklappbarer Hohlkörper 37, 38 verwendet
wird. Die Regelung, die den jeweiligen Strömungszustand
der anliegenden Strömung erfasst, verarbeitet und in einen
entsprechenden, einzustellenden Innendruck 21, 21' umsetzt,
stellt immer den optimalen Betriebszustand her und sichert so eine
hohe Effizienz des gesamten Systems. Es wird nie mehr Luft verbraucht
als zu Erzielung der optimalen Ausformung und Stellung der Luftleitflächen
notwendig ist. Auch ist es möglich die Regelung vollkommen
automatisch ablaufen zu lassen, da ein mit entsprechenden Steuerungs-
und Regelelementen ausgestattetes, auf die jeweils erfasste Strömungsanlagesituation
reagierendes Regel- und Steuerungssystem im Zusammenwirken mit einer Druckluftregelung
zur Erzeugung des Innendruckes umsetzbar ist. Die Funktionen – gewünschtenfalls Ausblasung,
Sensor zur Erfassung der jeweiligen Strömungsanlagesituation
und gummiartiger Hohlkörper – ergänzen
sich und bilden ein relativ einfaches Gesamtsystem.
-
Zur
Bereitstellung der notwendigen Druckluft kann Zapfluft aus dem Pneumatiksystem
des Kraftfahrzeuges verwendet werden, es ist aber auch denkbar,
einen separaten Kompressor zur Erzeugung der zur Einregelung des
jeweils gewünschten Hohlkörperinnendrucks notwendigen
Druckluft am Kraftfahrzeug vorzuhalten.
-
Eine
schematische Darstellung der Wirkungsweise einer Strömungsführungsvorrichtung
mit Ausblasöffnungen, wie sie beispielsweise in der 9 dargestellt
ist, ist aus der 11 ersichtlich. Der Kasten 33 soll
die aktuelle Stellung, Ausformung und Positionierung der Außenkontur 10 einer
Strö mungsführungsvorrichtung und damit die aktuelle Strömungssituation
an der Außenkontur 10 einer Strömungsführungsvorrichtung
symbolisieren. Diese wird zum einen beeinflusst durch die Ausblasung 34 sowie
die aktuelle Form der Außenkontur 35. Ebenso nehmen
die Windverhältnisse 36 Einfluss auf die aktuelle
Strömungssituation 33. Gemessen und ermittelt
wird die aktuelle Strömungssituation mittels eines oder
mehrerer Strömungsabrissmess- oder Strömungsablösungsmesssensoren 22 deren
Ausgangssignale als Eingangssignale einer Steuerung und Regelung 37 zugeführt
werden. In der Steuerung und Regelung 37 werden diese Signale
verarbeitet und von der Steuerung und Regelung werden Ausgangssignale
abgegeben, die dann die Druckluft und bei einem Hohlkörper,
wie er in 9 dargestellt ist, den Innendruck 21 regeln
und steuern. Hierdurch wird wiederrum gezielt die Ausblasung 34 und
die Kontur 35 beeinflusst und damit Einfluss auf die aktuelle Strömungssituation 33 genommen
und die jeweilige Strömungsführungsvorrichtung
so ausgebildet, dass sich eine tangentiale Strömungsanlage
als aktuelle Strömungssituation einstellt. Die Regelung
ist hierbei so schnell, dass auf Strömungsabrisse oder
sich anbahnende Strömungsabrisse unverzüglich
reagiert werden kann.
-
Wie
in 9 dargestellt, können sich Sensoren 22 am äußeren
Ende einer Luftleitfläche, hier der Luftleitfläche 5h,
im Bereich der Ausblasöffnungen 24 befinden. Über
die Länge oder Breite der Luftleitfläche 5h verteilt
können hier mehrere kleine, vereinzelt und in regelmäßigen
Abständen verteilte fahnenförmige Sensoren 22 oder
aber auch eine durchgehende Lamelle angebracht sein. An dieser Stelle
wird die Strömungsrichtung der anliegenden Strömung, die
in 9 durch die verschiedenen Pfeile symbolisiert
ist, gemessen. Sobald die Richtung der Fahne nicht mehr zumindest
im Wesentlichen mit der Richtung der Tangente in diesem Bereich
der Kontur übereinstimmt, liegt eine Strömungsablösung
oder ein Strömungsab riss vor, der die vorstehend beschriebene
Regelung auslöst. Wenn in diesem endseitigen Bereich 11 der
Außenkontur 10 eine durchgehende Lamelle ausgebildet
ist, kann diese zusätzlich die innere und äußere
Strömung ein Stück weit voneinander trennen, so
dass die Ausbildung einer Scherschicht weiter hinausgezögert
wird, was den sich bildenden Strömungsnachlauf 3 zusätzlich
stabilisiert. Neben an der Spitze der Außenkontur 10 angeordneten
Sensoren 22 kann aber auch an der Außenkontur 10 in
der Fläche zusätzlich mindestens ein weiterer,
vorzugsweise mehrere kleinere vereinzelt und in regelmäßigen
Abständen angeordnete Sensoren 22 angeordnet sein,
wie dies in der 10 an der Außenseite
des Luftleitflächenteilelementes 29 dargestellt
ist. Auch können hier durchgehende Lamellen angebracht
sein. An dieser Stelle wird ein Strömungsabriss dadurch
detektiert, dass sich der Sensor, d. h. die Sensorfahne, aus ihrer
im Falle einer tangentialen Strömungsanlage flach auf der
Außenkontur 10 anliegenden Position aufrichtet.
Es ist auch möglich letztere Sensoren alternativ zu solchen
an der Spitze vorzusehen
-
Die
Sensoren 22 können als potenziometrischer Winkelmesser,
der an einer beweglichen Achse aufgehängt ist, oder aber
als Dehnungsmessstreifen aufweisende, sich elastisch zurückstellende Windfahne
ausgebildet sein. Da das Material des Sensors flexibel ist, ist
auch denkbar, dass dieser zumindest außenseitig aus dem
gleichen oder einem vergleichbaren Material wie die übrigen
Wandbereiche des Hohlkörpers, d. h. die Luftleitfläche,
das Betätigungselement und das Aktuatorelement, besteht, so
dass die einzelnen Elemente einer Strömungsführungsvorrichtung
im Stranggussverfahren hergestellt werden können.
-
Die
vorstehend beschriebene Regelung beeinflusst das Ausblasen von Luft
weiterhin in der Art, dass mit den Ausblasungen immer nur ein solches Maß an
Energie in Form eines Luftstro mes bereitgestellt wird, wie es zur
Aufrechterhaltung eines stabilen, tangentialen Strömungsanlagezustandes
an der Außenkontur 10 der jeweiligen Luftleitfläche
erforderlich ist.
-
Bei
der Ausgestaltung der Strömungsführungsvorrichtung
in Form eines Hohlkörpers mit einer Luftleitfläche 5a bis 5i sowie
einem innenseitigen Übergangselement 16, 16a bis 16c und
einem innenseitigen Aktuatorelement 18, 18a bis 18c wird
eine äußere Strömungskontur 10 und
eine von dem jeweiligen Übergangselement und dem jeweiligen
Aktuatorelement gebildete innere Strömungskontur ausgebildet.
Hierbei bildet das Aktuatorelement vorzugsweise eine konkave Kontur
aus, so dass dort sich hinter dem Fahrzeug bildende Ringwirbel ohne
Bildung von Sekundärwirbeln entlangströmen und
sich an der Spitze des Übergangselementes mit der äußeren Strömung
vereinigen können.
-
Um
das Einklappen des Hohlkörpers, wie es in 6 dargestellt
ist, zu unterstützen, kann auch vorgesehen sein, dass der
Innendruck 21 als Unterdruck ausgebildet wird. Um den Druck
innerhalb des jeweiligen Hohlkörpers halten zu können,
ist vorgesehen, dass dieser ober und untenseitig mittels flexibler
Lamellen verschlossen ist, die die in 8 dargestellten
folienartigen Elemente 27 dann ersetzen.
-
Insbesondere
die Kombination der vorstehend beschriebenen Komponenten und ihr
Zusammenspiel mit dem bei als Hohlkörper ausgeführter Strömungsführungsvorrichtung
variierenden oder variierbaren Innendruck führen zu einer
besonders vorteilhaften Strömungsführungsvorrichtung.
Durch Variation des Innendrucks kann die Stellung und Ausformung
der verschiedenen Luftleitflächen verändert werden,
wodurch deren Strömung variierbar hinter das Fahrzeug gelenkt
werden kann. Zugleich beeinflusst der Innendruck den Impuls der
Ausblasung dahingehend, dass bei Erhöhung des Innendruckes auch
die Ausblasgeschwindigkeit erhöht wird. Um einer von einem
Sensor erfass ten Strömungsablösung gegenzuwirken,
ist es einerseits hilfreich, den Umlenkwinkel zu verringern, was
durch Verstellung und/oder Veränderung der Außenkontur 10 einer Luftleitfläche 5a–5i erfolgt.
Andererseits ist es dann aber auch zweckmäßig,
den Ausblasimpuls zu verstärken. Dies kann in einfach gelagerten
Fällen gleichzeitig durch eine Erhöhung des Innendrucks 21, 21' erreicht
werden. Die innere Ausblasung durch Ausblasungsöffnungen 24 an
der Spitze einer jeweiligen Luftleitfläche wird bei Bewegung
der Außenkontur der Luftleitfläche mit dieser
mitbewegt, so dass auf diese Weise in jedem Betriebspunkt die größtmögliche
Wirkung der Ausblasung an dieser Stelle erreicht wird.
-
Wenn
an jeder Heckseitenkante 7a, 7c und der Dachkante 7b sowie
gegebenenfalls auch der Unterbodenkante mindestens ein eine Luftleitfläche 5a–5i aufweisendes
Segment 6a–6e angebracht ist, lässt
sich an jeder Kante des Hecks eines Fahrzeuges die Umströmungssituation
gezielt beeinflussen. Wenn dann vier Systeme oder Systembereiche
im Zusammenspiel miteinander wirken, lässt sich eine maximale
Widerstandsverringerung erreichen. Ebenso ist es möglich
bei Seitenwinden den Strömungsnachlauf hinter das Fahrzeug
zu lenken und somit die Seitenkräfte wirksam herabzusetzen.
-
Bei
einer Strömungsführungsvorrichtung, die mehrere
Kammern 39, 40 aufweist ist zweckmäßiger Weise
jeder Kammer ein Strömungsabrissmesssensor oder Strömungsablösungsmesssensor 22 zugeordnet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4142755
A [0005]
- - DE 3115742 A [0005]
- - DE 2437075 A1 [0006]
- - DE 4021337 A1 [0007]
- - US 4214787 A [0009]