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Die Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Der Luftwiderstand eines Kraftwagens wird in Abhängigkeit von seiner Form und seiner Fahrgeschwindigkeit in nicht unerheblichem Maße von dem Luftwiderstand bestimmt, der aufgrund der Umströmung der Reifen des Kraftwagens im Fahrbetrieb entsteht. Infolgedessen spielt sowohl die Anströmung als auch die Umströmung der sich im Fahrbetrieb des Kraftwagens drehenden Räder eine erhebliche Rolle im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch eines Kraftwagens. Zudem kann eine ungünstige Anströmung bzw. Umströmung der Räder eines Kraftwagens, insbesondere eines Lastkraftwagens, zu einer nicht unerheblichen Verschmutzung der Türen führen, welche im Wesentlichen im Bereich um und oberhalb der Räder angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 2007 023 231 A1 ist eine Luftführungseinrichtung an einem Personenkraftwagen als bekannt zu entnehmen, welche wenigstens eine innerhalb einer Unterbodenverkleidung und vor einem korrespondierenden Fahrzeugrad angeordnete Luftausströmungsöffnung aufweist. Über diese Luftausströmungsöffnung wird durch eine korrespondierende Lufteinlasseinrichtung gelangende Luft in einen Bereich vor dem Fahrzeugrad geleitet, wobei ein Radspoiler vorgesehen ist, welcher in Vorwärtsfahrtrichtung vor der zugeordneten Luftausströmöffnung angeordnet ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen bereitzustellen, mit welcher der Luftwiderstand eines Kraftwagens reduziert und aus der Umströmung eines Kraftwagenrads resultierende Verschmutzungen an Türen des Kraftwagens, welche im Bereich der Räder des Kraftwagens angeordnet sind, reduziert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen zeichnet sich dadurch aus, dass ein Luftführungskanal einen ersten, eine Lufteinlassöffnung umfassenden Abschnitt und einen sich in Strömungsrichtung daran anschließenden zweiten, eine Luftausströmungsöffnung umfassenden Abschnitt aufweist, welcher unter Ausbildung einer Umlenkkante gegenüber dem ersten Abschnitt um einen Umlenkwinkel umgelenkt ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, eine Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen vorzusehen, die zumindest einen Luftführungskanal innerhalb einer Unterbodenverkleidung des Kraftwagens umfasst, in welcher zwei Abschnitte des Luftführungskanals vorgesehen sind, wobei der zweite Abschnitt gegenüber dem ersten Abschnitt unter Ausbildung einer Umlenkkante um einen vorgebbaren Umlenkwinkel umgelenkt ausgebildet ist.
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Dadurch wird eine Luftströmung, welche mittels der Luftführungseinrichtung einem korrespondierenden Kraftwagenrad zugeführt wird, innerhalb des Luftführungskanals derart umgelenkt, dass die Luftströmung an der Umlenkkante abreißt. Infolgedessen wird das Kraftwagenrad statt mit einer laminaren Strömung mit einer Wirbel aufweisenden turbulenten Strömung angeströmt. Eine turbulente Strömung weist eine höhere kinetische Energie als eine laminare Strömung auf, sodass die auf das Kraftwagenrad auftreffende turbulente Strömung dafür sorgt, dass die Luftströmung weiter stromabwärts zumindest im Wesentlichen an einer Außenseite des Kraftwagenrads anliegend an diesem vorbei strömt. Diese im Wesentlichen laminare Strömung, welche an der Kraftwagenradseite vorbei strömt, legt sich wie eine Art Strömungsvorhang um das Kraftwagenrad, wodurch es im Fahrbetrieb des Kraftwagens zu weniger Wirbelbildungen bzw. zur Ausbildung einer turbulenten Strömung an der Kraftwagenradseite kommt. Infolgedessen sinkt der Luftwiderstand, welcher sich aufgrund der Umströmung des sich im Fahrbetrieb drehenden Kraftwagenrades ergibt, wodurch insgesamt eine Reduzierung des Luftwiderstands eines solchen Kraftwagens erzielt werden kann. Dadurch können sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Schadstoffemissionen während des Betriebs eines solchen Kraftwagens gesenkt werden.
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Zudem wird aufgrund der im Wesentlichen laminaren Umströmung der seitlichen Kraftwagenradseite und den dadurch geringeren auftretenden Turbulenzen in diesem Bereich während des Fahrbetriebs des Kraftwagens weniger Schmutz in und um den Bereich des Kraftwagensrads befördert. Eine sich in und um den Bereich des Kraftwagenrads befindende Kraftwagentür wird dadurch während des Fahrbetriebs wesentlich weniger durch von der Umströmung des Kraftwagenrads resultierenden Schmutzaufwirbelungen und Schmutzbeförderungen in diesen Bereich verschmutzt.
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Somit ist eine verbesserte Luftführungseinrichtung an einem Kraftwagen geschaffen, da zum einen der Luftwiderstand des Kraftwagens und damit einhergehend auch der Kraftstoffverbrauch sowie der Ausstoß von Schadstoffemissionen und zum anderen die Verschmutzung der Türen, welche sich im Bereich der Kraftwagenräder befinden, reduziert werden kann.
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Weiterhin ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Umlenkwinkel zwischen dem zweiten Abschnitt und dem ersten Abschnitt 42 Grad beträgt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht zudem vor, dass der Umlenkwinkel zwischen dem zweiten Abschnitt und dem ersten Abschnitt zwischen 30 Grad und 40 Grad beträgt. Bei einer für Lastkraftwagen typischen Fahrtgeschwindigkeit von 80 km/h ist eine scharfkantige Umlenkung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt von 30 Grad bis 40 Grad bzw. von 42 Grad (je nach Oberflächenrauigkeit der Luftführungskanalwände) ausreichend, um eine gezielte Ablösung zu erreichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der erste Abschnitt einen sich in Strömungsrichtung verkleinernden Querschnitt auf. Mit anderen Worten ist der erste Abschnitt im Wesentlichen in Form einer Düse ausgebildet, sodass die Luft, welche durch den ersten Abschnitt strömt, in Strömungsrichtung bzw. stromabwärts beschleunigt wird. Durch die Beschleunigung des Luftstroms wird ein Ablösen des Luftstroms an der Umlenkkante zusätzlich begünstigt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Lufteintrittsöffnung zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Kraftwagenlängsachse angeordnet ist. Dadurch kann die Luft im Fahrbetrieb des Kraftwagens im Wesentlichen senkrecht auf die Lufteintrittsöffnung treffen, wodurch besonders viel Luft in die Lufteintrittsöffnung strömen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Unteransicht auf einen nur teilweise dargestellten Unterbodenbereich eines Lastkraftwagens, wobei eine Anströmung eines sich in Fahrtrichtung gesehen linken Kraftwagenrads des Lastkraftwagens mittels Pfeilen symbolisiert ist, welches mit einer laminaren Strömung angeströmt wird und infolgedessen eine nach außen weisende Seite des Kraftwagenrads mit einer turbulenten Strömung umströmt wird;
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2 eine perspektivische Vorderansicht eines nur teilweise dargestellten Lastkraftwagens, welcher eine Luftführungseinrichtung mit zwei innerhalb einer Unterbodenverkleidung des Lastkraftwagens verlaufenden Luftführungskanälen aufweist, die jeweils eine im Wesentlichen vor einem korrespondierenden vorderen Kraftwagenrad angeordnete Luftausströmungsöffnung, über welche durch eine Lufteinlassöffnung gelangende Luft in einen Bereich vor das jeweilige Kraftwagenrad geleitet wird, umfassen;
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3 eine schematische Unteransicht auf einen nur teilweise dargestellten Unterbodenbereich des in 2 gezeigten Lastkraftwagens, wobei die beiden Luftführungskanäle der Luftführungseinrichtung gezeigt sind, welche einen jeweils ersten und zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der stromabwärts gelegene zweite Abschnitt unter Ausbildung einer Umlenkkante gegenüber dem ersten Abschnitt um einen Umlenkwinkel umgelenkt ausgebildet ist;
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4 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht des in den 2 und 3 gezeigten Lastkraftwagens, wobei der axiale Verlauf eines der Luftführungskanäle gezeigt ist und darüber hinaus lediglich nur einige weitere Elemente des Lastkraftwagens gezeigt sind; und in
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5 eine ausschnittsweise Unteransicht des bereits in 3 gezeigten Unterbodenbereichs des Lastkraftwagens, wobei mittels Pfeilen eine Durchströmung des Lüftführungskanals, eine Anströmung des Kraftwagenrads und eine laminare Umströmung einer Kraftwagenradseite symbolisiert ist.
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In einer schematischen Unteransicht auf einen nur teilweise dargestellten Unterbodenbereich eines Lastkraftwagens 10 ist eine laminare Anströmung eines Kraftrads 12 des Lastkraftwagens 10 mit einer daraus resultierenden turbulenten Umströmung einer nach außen gewandten Kraftwagenradseite 14 dargestellt. Mittels der Pfeile 16 sind die Stromlinien der Luftströmung symbolisiert. Wie in 1 zu erkennen ist, wird das Kraftwagenrad 12 an seiner Vorderseite 18 von einer laminaren Strömung angeströmt, wobei sich um Zuge der weiteren Umströmung des Kraftwagenrads 12 an der Kraftwagenradseite 14 eine turbulente Strömung ausbildet, welche sich in Strömungsrichtung entlang der Kraftwagenradseite 14 fortsetzt. Diese sich an der Kraftwagenradseite 14 ausbildenden Turbulenzen bewirken eine Erhöhung des Strömungswiderstandes des umströmten Kraftwagenrads 12 und somit des gesamten Lastkraftwagens 10. Zudem wird eine hier nicht dargestellte Tür des Lastkraftwagens 10 aufgrund der auftretenden Turbulenzen an der Kraftwagenradseite 14 zusätzlich verschmutzt.
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In 2 ist in einer perspektivischen Vorderansicht ein Teilbereich eines Lastkraftwagens 10 abgebildet. Der Lastkraftwagen 10 weist eine Luftführungseinrichtung auf, welche zwei innerhalb einer Unterbodenverkleidung 20 verlaufende Luftführungskanäle 22 aufweist. Die Luftführungskanäle 22 umfassen jeweils eine Luftausströmöffnung 24, welche im Wesentlichen vor einem korrespondierenden Kraftwagenrad 12 angeordnet ist und durch eine Lufteinlassöffnung 26 gelangende Luft in einen Bereich vor dem jeweiligen Kraftwagenrad 12 leitet.
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In 3 ist in einer schematischen Unteransicht ein teilweise dargestellter Unterbodenbereich des in 2 gezeigten Lastkraftwagens 10 dargestellt. Die beiden Luftführungskanäle 22 umfassen jeweils einen ersten, die Lufteinlassöffnung 26 umfassenden Abschnitt 28 und einen sich in Strömungsrichtung daran anschließenden zweiten, die Luftausströmungsöffnung 24 umfassenden Abschnitt 30. Des Weiteren umfasst der erste Abschnitt 28 eine innere Seitenwand 34 und eine äußere Seitenwand 38. Genauso umfasst der zweite Abschnitt 30 eine innere Seitenwand 38 und eine äußere Seitenwand 40. Der zweite Abschnitt 30 ist unter Ausbildung einer Umlenkkante 32, gegenüber dem ersten Abschnitt 28 um einen Umlenkwinkel α, welcher zwischen den inneren Seitenwänden 38, 40 gebildet ist, umgelenkt ausgebildet. Der Umlenkwinkel α zwischen dem zweiten Abschnitt 30 und dem ersten Abschnitt 28 weist üblicherweise einen Wert zwischen 30° und 42° auf. Je nach Oberflächenrauigkeit des Luftführungskanals 22 und gegebenen Strömungsverhältnissen kann der Umlenkwinkel α allerdings auch andere Werte aufweisen.
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Wie aus der Darstellung in 3 zu erkennen ist, verringert sich der Abstand zwischen der inneren Seitenwand 34 und der äußeren Seitenwand 36 in Strömungsrichtung. Mit anderen Worten weist der erste Abschnitt 28 einen sich in Strömungsrichtung verkleinernden Querschnitt auf. Dabei ist im vorliegenden Fall die innere Seitenwand 34 derart ausgerichtet, dass sich deren Abstand zu einer in der Lastkraftwagenmitte verlaufenden Fahrzeuglängsachse 42 in Strömungsrichtung vergrößert. Infolgedessen ist im vorliegenden Fall ein Umlenkwinkel β, welcher die Umlenkung zwischen der inneren Seitenwand 34 des ersten Abschnitts und der inneren Seitenwand 38 des zweiten Abschnitts 30 charakterisiert, kleiner als der Umlenkwinkel α ausgebildet.
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In 4 ist in einer schematischen teilweise geschnittenen Seitenansicht ein Teilbereich des bereits in den 2 und 3 gezeigten Lastkraftwagens 10 gezeigt, wobei lediglich nur einige Elemente des Lastkraftwagens 10 dargestellt sind. Wie aus der vorliegenden Darstellung zu erkennen ist, ist der Luftführungskanal 22 gegenüber der Horizontalen derart geneigt angeordnet, dass die Lufteinlassöffnung 26 höher angeordnet ist als die Luftausströmöffnung 24. Des Weiteren ist die Luftausströmöffnung 24 auf einen unteren Bereich der Vorderseite 18 des Kraftwagenrads 12 gerichtet.
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In 5 ist in einer Unteransicht ein Ausschnitt des bereits in 3 dargestellten Unterbodenbereichs des Lastkraftwagens 10 dargestellt. Mit den Pfeilen 16 ist die Durchströmung des Luftführungskanals 22, die Anströmung des Kraftwagenrads 12 sowie die Umströmung der Kraftwagenradseite 14 schematisch dargestellt. Durch die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Kraftwagenlängsachse 42 angeordnete Lufteintrittsöffnung 26 strömt Luft in Form einer laminaren Strömung in den ersten Abschnitt 28 des Luftführungskanals 22 hinein. Aufgrund des sich in Strömungsrichtung verengenden Querschnitts des ersten Abschnitts 28 wird die Strömung bis zum Erreichen eines Austrittsquerschnitts des ersten Abschnitts 28 beschleunigt.
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An den inneren Seitenwänden 34, 38 folgt die Strömung zumindest im Wesentlichen der Umlenkung ohne von den Seitenwänden 34, 38 abzulösen und bleibt zumindest in einem wandnahen Bereich der inneren Seitenwände 34, 38 laminar ausgeprägt. Die Strömung im Bereich der äußeren Seitenwände 36, 40 reißt jedoch im Bereich der Umlenkkante 32 ab. Mit anderen Worten folgt die Strömung ab der Umlenkkante 32 nicht mehr der äußeren Seitenwand 40. Infolgedessen löst die Strömung ab der Umlenkkante 32 unter Ausbildung von Wirbeln bzw. unter Ausbildung einer turbulenten Strömung ab, wobei sich die Wirbel stromabwärts verstärken bzw. der Anteil der turbulenten Strömung an der Gesamtströmung weiter zunimmt.
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Die Luft strömt aus der Luftausströmöffnung 24 teilweise in noch laminarer und teilweise in turbulenter Form, wobei sich die Wirbel stromabwärts von der Luftausströmöffnung 24 weiter vergrößern und folglich der Anteil der turbulenten Strömung an der Gesamtströmung weiter zunimmt. Eine im Wesentlichen turbulente und somit energiereiche Strömung trifft zumindest auf einen Teilbereich der Vorderseite 18 des Kraftwagenrads. Aufgrund der Tatsache, dass eine turbulente Strömung eine höhere kinetische Energie aufweist als eine laminare Strömung, legt sich die Strömung weiter stromabwärts im Wesentlichen bei der Umströmung der Kraftwagenradseite 14 an dieses an, sodass die Kraftwagenradseite 14 im Wesentlichen mit einer laminaren Strömung umströmt wird. Diese laminare Strömung, welche an der Kraftwagenradseite 14 entlang strömt, bildet eine Art laminaren Strömungsvorhang aus, wodurch seitlich an dem Lastkraftwagen 10 vorbeiströmende Luft, insbesondere im Bereich des Kraftwagenrads 12, auf einen verringerten Luftwiderstand stößt. Infolgedessen ist der Luftwiderstand, welcher sich aufgrund der Umströmung des Kraftwagenrads 10 einstellt, gegenüber dem in 1 gezeigten Fall verringert. Der Gesamtluftwiderstand des Lastkraftwagens 10 verringert sich ebenfalls, wodurch im Fahrbetrieb sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch der Emissionsausstoß verringert werden kann. Zudem wird aufgrund der im Wesentlichen laminaren Umströmung der seitlichen Kraftwagenradseite 14 und den aufgrund dessen geringeren auftretenden Turbulenzen in diesem Bereich während des Fahrbetriebs des Lastkraftwagens 10 weniger Schmutz in und um den Bereich des Kraftwagenrads 12 befördert. Eine sich in und um den Bereich des Kraftwagenrads 12 befindende Tür des Lastkraftwagens 10 wird dadurch während des Fahrbetriebs wesentlich weniger durch von der Umströmung des Kraftwagenrads 12 resultierende Schmutzaufwirbelungen verschmutzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007023231 A1 [0003]
