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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Windkanal für ein einzelnes Rad sowie ein Verfahren zur Vermessung eines einzelnen Rades in einem Windkanal.
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Da Räder, d. h. Reifen und Felgen, einen großen Einfluss auf einen Strömungswiderstand eines Fahrzeugs haben, ist es von großem Interesse aerodynamische Eigenschaften eines Rades zu erfassen und dadurch zu verbessern. Zum Erfassen von aerodynamischen Eigenschaften von Rädern werden traditionellerweise große Windkanäle eingesetzt, wie sie im Fahrzeugbau Verwendung finden. Derartige Windkanäle sind in der Anschaffung und im Betrieb sehr teuer.
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In der internationalen Veröffentlichung
WO 2014/01166 A1 wird ein Fahrzeugwindkanal zum Vermessen eines Rades beschrieben, bei dem das Rad freischwebend angetrieben wird.
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Die Druckschrift
WO 2014/01165 A1 beschreibt einen weiteren Fahrzeugwindkanal mit einem Laufband zum Antreiben eines zu vermessenden Rades.
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In der deutschen Patentschrift
DE 10 2005 006 081 B4 wird eine Testanlage zum Vermessen von aerodynamischen Eigenschaften einer Schutzkleidung eines Kraftradfahrers offenbart.
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Die europäische Patentschrift
EP 0 842 407 B1 offenbart eine Windkanalwaage zum Ermitteln von Kräften und Momenten, die auf ein Fahrzeug einwirken.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Windkanal für ein einzelnes Rad gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Vermessung eines einzelnen Rades in einem Windkanal gemäß Anspruch 15 vorgestellt.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
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Es wird somit ein Windkanal für ein einzelnes Rad vorgestellt, wobei der Windkanal mindestens ein Gebläse, eine Messstrecke mit einem Radantrieb zum Antreiben eines in dem Windkanal anzuordnenden Rades und eine Radhausgeometrie umfasst, wobei die Messstrecke durch die Radhausgeometrie begrenzt ist.
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Der vorgestellte Windkanal dient insbesondere zum energieschonenden und kostengünstigen Erfassen von aerodynamischen Eigenschaften eines jeweiligen Rades. Dadurch bedingt, dass der vorgestellte Windkanal explizit für ein einzelnes Rad zugeschnitten, d. h. in seinen Abmaßen und seiner Leistung angepasst ist, werden aufwendige Windkanaltests, wie sie im Automobilbau eingesetzt werden, d. h. Tests in einem großen Windkanal, wie bspw. zur Vermessung von Fahrzeugen, vermieden.
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Unter einer Radhausgeometrie ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Anordnung innerhalb des vorgestellten Windkanals zu verstehen, die einem Radhaus eines Fahrzeugs nachempfunden ist bzw. ein Radhaus simuliert. Dazu wird bspw. ein im Wesentlichen flächiges und horizontal ausgerichtetes Gebilde eingesetzt, dass seitlich durch bspw. eine Wand des Windkanals begrenzt wird.
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Durch eine Anpassung der Abmaße des vorgestellten Windkanals an eine jeweilige Radhausgeometrie kann der vorgestellte Windkanal gegenüber einem traditionellen Windkanal sehr klein umgesetzt werden, so dass auch ein entsprechend kleines Gebläse mit einer verhältnismäßig geringen Leistungsaufnahme gewählt werden kann.
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In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass die Radhausgeometrie in ihrer Ausrichtung zu dem in dem Windkanal anzuordnenden Rad veränderlich ausgestaltet ist.
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Durch eine veränderliche Ausrichtung der Radhausgeometire, d. h. bspw. einer oberen Begrenzung einer ein jeweiliges Rad umgebenden Radhausgeometrie, können verschiedene Bedingungen, wie sie bspw. bei verschiedenen Fahrzeugen oder Fahrzeugtypen typischerweise vorherrschen, simuliert werden. Da durch eine jeweilige Radhausgeometrie bedingte Maße, wie bspw. eine Bodenfreiheit oder ein Federweg, Einfluss auf die aerodynamischen Eigenschaften des jeweiligen Rades nehmen können, ist es für eine abschließende Betrachtung der aerodynamischen Eigenschaften eines Rades sinnvoll, verschiedene Radhausgeometrien einzustellen und zu vermessen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass das mindestens eine Gebläse derart im Bezug auf das in dem Windkanal anzuordnende Rad auszurichten ist, dass das Rad durch einen von dem Gebläse zu erzeugenden Luftstrom seitlich versetzt anzuströmen ist.
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Um Einflüsse von Querströmungen einer ein jeweiliges Rad anströmenden Luft zu erfassen, ist vorgesehen, dass Querströmungen durch bspw. ein verstellbares Gebläse innerhalb des vorgestellten Windkanals simuliert werden können. Es ist ebenfalls denkbar, dass Windleitbleche eingesetzt werden, um einen Luftstrom in eine geforderte Richtung, d. h. in eine Querströmung zu leiten.
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Um ein jeweiliges Rad beim Betrieb eines Fahrzeugs zu simulieren, ist vorgesehen, dass der vorgestellte Windkanal einen Antrieb zum Antreiben des jeweiligen Rades umfasst. Der Antrieb kann bspw. als Flachbahneinheit oder als Rollenantrieb ausgestaltet sein. Weiterhin ist denkbar, dass der Antrieb direkt an dem jeweiligen Rad, bspw. über eine Achse angeordnet wird.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass die Messstrecke im Wesentlichen offen ausgestaltet ist.
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Unter einer Messstrecke ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Strecke innerhalb des vorgestellten Windkanals zu verstehen, auf der Messdaten von bspw. einem jeweiligen zu vermessenden Rad oder einer Luftströmung erfasst werden. Es ist denkbar, dass die Messstrecke offen ausgestaltet ist, um bspw. eine Fahrt im Freien zu simulieren, oder dass die Messstrecke geschlossen ausgestaltet ist, um bspw. eine Fahrt in einem Tunnel zu simulieren. Um die Messstrecke zu schließen, können bspw. adaptive Wände verwendet werden, die auf die Messstrecke einwirken und diese bspw. in ihren Abmessungen entsprechend einer jeweiligen Messanordnung begrenzen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass die Radhausgeometrie unter Einbeziehung mindestens einer Wand des Windkanals gebildet ist.
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Um Platz und, dadurch bedingt, Energie beim Betrieb des vorgestellten Windkanals zu sparen, ist denkbar, dass die Radhausgeometrie in den Windkanal, d. h. in mindestens eine den Windkanal bildende Wand, integriert ist. Da eine Radhausgeometrie stets eine durchgehende Begrenzung umfasst, kann diese Begrenzung in Form einer Wand des Windkanals bereitgestellt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass an einer Achse des in dem Windkanal anzuordnenden Rades Kraftaufnehmer zur Bestimmung von auf das Rad einwirkenden Kräften angeordnet sind.
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Da der vorgestellte Windkanal insbesondere zur Erfassung von Messdaten zu beim Antrieb eines Rades entstehenden Kräften dient, ist vorgesehen, dass an einem jeweiligen zu vermessenden Rad Kraftaufnehmer, d. h. Messgeräte zum Erfassen von auf das Rad einwirkenden Kräften, angeordnet werden. Derartige Kraftaufnehmer können insbesondere im Bereich einer Achse des Rades angeordnet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass an einem Auflager des Radantriebs Kraftaufnehmer zur Bestimmung von auf das Rad einwirkenden Kräften angeordnet sind.
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Neben der Möglichkeit zur Anordnung von Kraftaufnehmern an dem zu vermessenden Rad selbst, ist es auch möglich, dass Kraftaufnehmer an einem Antrieb, wie bspw. an einem Auflager eines Laufband- oder Rollenantriebs, angeordnet sind.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass das Rad mit einer Schnellspannvorrichtung befestigt ist.
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Mittels einer Schnellspannvorrichtung, wie bspw. einer Ratsche oder Klinke, ist es möglich, verschiedene Räder schnell und effizient auszutauschen und entsprechende Messreihen von verschiedenen Rädern schnell und effizient zu erzeugen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals ist vorgesehen, dass das Rad schwenkbar ist.
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Mittels eines schwenkbaren Rades können Lenkbewegung simuliert und vermessen werden, die auf die aerodynamischen Eigenschaften eines Fahrzeug bzw. eines Rades erheblichen Einfluss haben.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vermessung eines einzelnen Rades in einem Windkanal, wobei das Rad in einem Windkanal angeordnet wird, der mindestens ein Gebläse, eine Messstrecke mit einem Radantrieb zum Antreiben des Rades und eine Radhausgeometrie umfasst, wobei die Messstrecke durch die Radhausgeometrie begrenzt wird.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Betrieb des vorgestellten Windkanals.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Windkanals mit einem zu vermessenden Rad.
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2 zeigt den Windkanal aus 1 in einer Draufsicht.
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In 1 ist ein Windkanal 1 dargestellt, der ein Gebläse 3 umfasst, das einen Luftstrom durch ein Ausrichtgitter 5 in den Windkanal 1 bläst. Um aerodynamische Eigenschaften eines in dem Windkanal 1 angeordneten Rades 11 zu erfassen, wird ein durch das Gebläse 3 erzeugter Luftstrom über Luftleitbleche 7 auf das Rad 11 und ein das Rad 11 umgebendes Radhaus 9 bzw. eine Radhausgeometrie geleitet. Zur Analyse von Änderungen in aerodynamischen Eigenschaften des Rades 11 beim Betrieb, d. h. bei einer Bewegung bzw. Rotation des Rades 11, ist vorgesehen, dass das Rad 11 durch einen Antrieb 13 in Form einer Flachbahneinheit angetrieben wird, wobei jeweilige auf das Rad 11 einwirkende Kräfte bspw. durch eine Wägezelle 15 für eine aktuelle Antriebskraft erfasst werden. Nachdem der durch das Gebläse 3 erzeugte Luftstrom das Rad 11 bzw. das Radhaus 9 passiert hat, kann der Luftstrom durch einen Auffangtrichter 17 zurück zu dem Gebläse 3 geleitet werden, um erneut durch den Windkanal 1 geleitet zu werden.
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Es ist vorgesehen, dass der Windkanal 1 in seinen Abmaßen durch die Luftleitbleche 7 bzw. den Auffangtrichter 17 derart ausgestaltet ist, dass lediglich das Radhaus 9 und das Rad 11 zu vermessen sind, so dass das Gebläse 3 im Verhältnis zu traditionellen Windkanälen, die für komplette Fahrzeuge konzipiert sind, d. h. komplette Fahrzeuge aufnehmen, eine sehr geringe Leistung zu erbringen hat, um aerodynamische Eigenschaften des Rades 11 zu vermessen.
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In 2 ist der Windkanal 1 in einer Draufsicht dargestellt, so dass ein Lagerblock 21 zur Fixierung des Rades 11 erkennbar ist. Das Rad 11 ist mit dem Lagerblock 21 über eine Achse 19 verbunden. Das Rad 11 und/oder das Radhaus 9 können entlang einer Drehachse 22 in ihrer Ausrichtung seitlich gedreht werden, um Einflüsse auf aerodynamische Eigenschaften des Rades 11 durch schräg einfallende Luftströmungen mittels der Wägezelle 15 zu messen.
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Das Radhaus 9 ist selbst kein reales Radhaus wie es beim Fahrzeugbau tatsächlich eingesetzt wird, sondern in etwaiger Form und Geometrie einem Radhaus eines Fahrzeugs nachgebildet und simuliert dessen aerodynamische Eigenschaften. Das Radhaus 9 kann zur Simulation verschiedener Bedingungen bei verschiedenen Fahrzeugtypen für verschiedene Messungen gewechselt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/01166 A1 [0003]
- WO 2014/01165 A1 [0004]
- DE 102005006081 B4 [0005]
- EP 0842407 B1 [0006]
