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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands eines Fahrzeugs gemäß der Gattung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Der Luftwiderstand eines Fahrzeugs hat einen Einfluss auf eine vom Fahrzeug erreichbare Höchstgeschwindigkeit und auf einen Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs. Der Luftwiderstand kann durch einen Energietransfer vom bewegten Fahrzeug an die Hauptströmung entstehen, welche das Fahrzeug umströmt. Hierbei kann sich bei einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs zunächst die Luft vor dem Fahrzeug aufstauen, so dass der statische Druck in diesem Gebiet steigt. Um das Fahrzeug herum beschleunigt die Hauptströmung und der Druck sinkt. Im Bereich eines Fahrzeughecks nimmt die Geschwindigkeit der Hauptströmung wieder ab und der statische Druck steigt wieder an. In einem reibungsfreien Fall würden sich dabei Druckkräfte in Fahrtrichtung aufheben. In der Realität, in welcher beispielsweise Wärme durch Reibung entsteht, verliert die Hauptströmung aufgrund von Reibung bereits während des Umströmung des Fahrzeugs an Energie und kann deshalb dem steigenden Druck am Fahrzeugheck nicht bis zum Ende folgen. Die Hauptströmung löst vor Ende des Fahrzeugs ab, so dass der Druck am Fahrzeugheck niedriger ist, als jener vor dem Fahrzeug. Der Druckunterschied führt schließlich zum aerodynamischen Luftwiderstand. Das Ablösen der Hauptströmung am Fahrzeugheck führt im Windschatten des Fahrzeugs zu großen energiereichen Nachlaufwirbeln, welche ihre Energie schließlich in Form von Wärme an die Umgebung abgeben.
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Vorrichtungen zur Verringerung dieses Luftwiderstands sind in zahlreichen Variationen bekannt und weisen üblicherweise mindestens ein Luftleitelement im Bereich des Fahrzeughecks auf. Das Luftleitelement kann eine Hauptströmung, welche das Fahrzeug umströmt im Wesentlichen in einer vorgegebenen Richtung am Fahrzeugheck entlang leiten und dadurch ein Ablösen der Hauptströmung vom Fahrzeug am Heck hinauszögern.
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Aus der
DE 42 07 501 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands eines Fahrzeugs bekannt, welche an einem Fahrzeugheck ein verschiebbares Luftleitelement aufweist. Das verschiebbare Luftleitelement kann so ausgerichtet werden, dass die Hauptströmung im Wesentlichen ungestört abfließen kann, wodurch die Ausbildung von Nachlaufwirbeln in einem Windschattenbereich des Fahrzeugs teilweise unterbunden werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche mit geringem Aufwand eine Verbesserung des aerodynamischen Verhaltens des Fahrzeugs erzielt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche mit geringem Aufwand eine Verbesserung des aerodynamischen Verhaltens des Fahrzeugs erzielt, weist die Vorrichtung mindestens ein Luftstörelement auf, welches im Windschattenbereich am Fahrzeugheck angeordnet ist, wobei eine wirksame Oberfläche des mindestens einen Luftstörelements in eine Strömung von mindestens einem Nachlaufwirbel ragt. In vorteilhafter Weise kann das mindestens eine Luftstörelement einfach und unkompliziert an einem Fahrzeugheck angeordnet werden. Zudem kann die wirksame Oberfläche des mindestens einen Luftstörelements den korrespondierenden Nachlaufwirbel stören, wodurch der Druck am Fahrzeugheck zunehmen kann. Des Weiteren gibt ein gestörter Nachlaufwirbel weniger Wärmeengerie durch Reibung an die Umwelt ab, wodurch eine Energierückgewinnung stattfinden kann. Durch den zusätzlichen vom Luftstörelement erzeugten Druck am Fahrzeugheck, kann die Druckdifferenz zwischen Fahrzeugfront und Fahrzeugheck und dadurch der Luftwiderstand in vorteilhafter Weise verringert werden. Zudem kann das mindestens eine Luftstörelement in vorteilhafter Weise zusätzlich oder alternativ zu üblichen Maßnahmen zur Reduzierung des Luftwiderstands eingesetzt werden. So kann das mindestens eine Luftstörelement beispielsweise zusätzlich oder alternativ zu einer günstigen Form des Fahrzeughecks eingesetzt werden. Hierbei kann das mindestens eine Luftstörelement unabhängig vom Fahrzeugmodell und unabhängig von der geometrischen Form des Fahrzeughecks zur weiteren Reduzierung des Luftwiderstandes des Fahrzeugs verwendet werden. Dadurch, dass der Luftwiderstand des Fahrzeugs durch das mindestens eine Luftstörelement verringert werden kann, kann die Form des Hecks in vorteilhafter Weise zu Gunsten einer Geräumigkeit des Fahrzeuginnenraums, wie beispielsweise eine Vergrößerung eines Kofferraumvolumens von einer aerodynamischen Idealform abweichen. Des Weiteren kann das mindestens eine Luftstörelement zusätzlich oder alternativ zur Pfeilung und/oder zusätzlich oder alternativ zu runden Kanten und/oder zusätzlich oder alternativ zu einem Luftleitelement, welche die Hauptströmung führen, eingesetzt werden. Hierbei kommt das mindestens eine Luftstörelement im Wesentlichen nicht mit der Hauptströmung in Berührung.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement in einem Bereich zwischen einer Scheibenwurzel und einem Stoßfänger angeordnet werden. Üblicherweise ist die Ausbildung von Nachlaufwirbeln in diesem Bereich am größten, so dass das mindestens eine Luftstörelement in vorteilhafter Weise möglichst effektiv genutzt werden kann. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge mit einem Vollheck. Bei Fahrzeugen mit einem Stufenheck oder einem Fließheck sind die Luftstörelemente vorzugsweise zwischen einer Heckdeckelkante und dem Stoßfänger angeordnet, da die Scheibenwurzel noch in der Hauptströmung angeordnet ist.
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In einer vorteilhaften ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Hierbei kann das mindestens eine Luftstörelement beispielsweise parallel zur Scheibenwurzel und/oder parallel zur Heckdeckelkante und/oder parallel zum Stoßfänger verlaufen. Zudem kann das mindestens eine Luftstörelement im Bereich der Scheibenwurzel und/oder im Bereich der Heckdeckelkante und/oder am Stoßfänger angeordnet werden. Die genaue Anordnung der Luftstörelemente ist auch von der Ausführung des Fahrzeughecks als Vollheck, Stufenheck oder Fließheck abhängig, da die Form des Fahrzeughecks den Windschattenbereich bestimmt. Durch den parallelen Verlauf des mindestens einen Luftstörelements zur Fahrzeugquerrichtung, kann die mindestens eine wirksame Oberfläche des mindestens einen Luftstörelements in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung aufgespannt werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Nachlaufwirbel, deren Strömungen sich in einer von der Fahrzeughochrichtung und der Fahrzeuglängsrichtung aufgespannten Ebene im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen gestört werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement spiegelsymmetrisch ausgeführt und spiegelsymmetrisch zur Fahrzeugmittelhochachse angeordnet werden. Hierbei kann das mindestens eine Luftstörelement mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 40 und 60% der Heckbreite überdecken. In vorteilhafter Weise kann die Überdeckung von 50% der Heckbreite ausreichen, um eine maximal mögliche Reduzierung des Luftwiderstands zu erzielen, da sich die Geschwindigkeit der Strömung der Nachlaufwirbel in Richtung Fahrzeugaußenkante verringert und eine Störung der Nachlaufwirbel am seitlichen Fahrzeugrand kaum möglich ist.
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In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung verlaufen. Durch den parallelen Verlauf des mindestens einen Luftstörelements zur Fahrzeughochrichtung, kann die mindestens eine wirksame Oberfläche des mindestens einen Luftstörelements in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung aufgespannt werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Nachlaufwirbel, deren Strömungen sich in einer von der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeugquerrichtung aufgespannten Ebene im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen, gestört werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 40 und 60% der Heckhöhe überdecken, welche durch den Abstand zwischen Scheibenwurzel und Fahrzeugboden definiert ist. In vorteilhafter Weise kann die Überdeckung von 50% der Höhe des Fahrzeughecks ausreichen, um die maximal mögliche Reduzierung des Luftwiderstands zu erzielen, da sich die Geschwindigkeit der Strömung der Nachlaufwirbel in Richtung Scheibenwurzel bzw. Fahrzeugboden verringern und im Bereich der Fahrzeugkanten eine Störung der Wirbel kaum möglich ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands können mindestens zwei Luftstörelemente spiegelsymmetrisch zur Fahrzeugmittelhochachse angeordnet werden. Hierbei kann ein erstes Luftstörelement in vorteilhafter Weise einen Nachlaufwirbel stören, welcher sich in Fahrtrichtung links von der Fahrzeugmitte ausbildet, und ein zweites Luftstörelement kann in vorteilhafter Weise einen Nachlaufwirbel stören, welcher sich in Fahrtrichtung rechts von der Fahrzeugmitte ausbildet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann das mindestens eine Luftstörelement zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition bewegt werden, wobei das mindestens eine Luftstörelement in der Arbeitsposition sichtbar und in der Ruheposition nicht oder nur teilweise sichtbar ist. In vorteilhafter Weise kann das mindestens eine in der Ruheposition nicht oder nur teilweise sichtbare Luftstörelement das Fahrzeugdesign nicht stören.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands kann ein Antrieb das mindestens eine Luftstörelement in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit von der Ruheposition in die Arbeitsposition oder von der Arbeitsposition in die Ruheposition überführen. Hierbei können zwei Schwellwerte für die Fahrzeuggeschwindigkeit zur Ausbildung einer Schalthysterese in einer Speichereinheit hinterlegt werden. In vorteilhafter Weise kann der Antrieb das mindestens eine Luftstörelement in die Arbeitsposition überführen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten Schwellwert überschreitet. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen zweiten Schwellwert unterschreitet, kann der Antrieb das mindestens eine Luftstörelement wieder in die Ruhestellung überführen. Hierbei ist der erste Schwellwert größer als der zweite Schwellwert gewählt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vollhecks eines Fahrzeugs mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands,
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2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vollhecks eines Fahrzeugs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands,
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3a eine schematische Schnittdarstellung des Vollhecks eines Fahrzeugs mit dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands aus 1 in einer Ruhestellung,
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3b eine schematische Schnittdarstellung des Vollhecks eines Fahrzeugs mit dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands aus 1 und 3a in einer Arbeitsstellung,
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4 eine schematische Schnittdarstellung eines Stufenhecks eines Fahrzeugs mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands,
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5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Fließhecks eines Fahrzeugs mit dem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands,
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6 eine schematische perspektivische Darstellung eines Vollhecks eines Fahrzeugs mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands für ein Fahrzeug,
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7a eine schematische Schnittdarstellung des Vollhecks eines Fahrzeugs mit dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands für ein Fahrzeug aus 6 in einer Ruhestellung, und
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7b eine schematische Schnittdarstellung des Vollhecks eines Fahrzeugs mit dem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands für ein Fahrzeug aus 6 und 7a in einer Arbeitsstellung.
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In 1 bis 7b ist jeweils ein hinterer Bereich eines Fahrzeugs 1 dargestellt, welcher ein Fahrzeugheck 2a, 2b, 2c mit einer Vorrichtung 3a, 3b, 3c, 3d zur Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs 1 umfasst. Das dargestellte Fahrzeug 1 fährt vorwärts, d. h. in den Darstellungen von rechts nach links. Der Luftwiderstand bildet sich aus mindestens einer Hauptströmung S1, S2, S3, S4, welche das Fahrzeug 1 umströmt, und aus mindestens einem Nachlaufwirbel W1, W2, W3, W4 aus, welcher in einem Windschattenbereich 20a, 20b, 20c, 20d des Fahrzeughecks 2a, 2b, 2c auftritt. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung 3a, 3b, 3c, 3d zur Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs 1 mindestens ein Luftstörelement 30a, 30b, 30c1, 30c2 auf, welches im Windschattenbereich 20a, 20b, 20c, 20d am Fahrzeugheck 2a, 2b, 2c angeordnet ist. Die wirksame Oberfläche 32a, 32b, 32c1, 32c2 des mindestens einen Luftstörelements 30a, 30b, 30c1, 30c2 ragt in eine Strömung des mindestens einen Nachlaufwirbels W1, W2, W3, W4. Dadurch wird die Strömung des jeweiligen Nachlaufwirbels W1, W2, W3 W4 gestört und es entstehen energetisch günstigere gestörte Nachlaufwirbel W1.1, W1.2, W3.1, W3.2, W4.1, W4.2, welche kleiner als die ungestörten Nachlaufwirbel W1, W2, W3, W4 sind.
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Wie aus 1 bis 7b weiter ersichtlich ist, repräsentiert die mindestens eine Hauptströmung S1, S2, S3, S4 beispielsweise eine Dachströmung S1, welche oben am Fahrzeugs 1 über das Dach strömt, eine Bodenströmung S2, welcher unten am Fahrzeug 1 über den Boden 4 strömt, und zwei seitliche Strömungen S3, S4, welche links bzw. rechts am Fahrzeug 1 vorbeiströmen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 3a, 3b, 3c, 3d zur Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs 1 mindestens ein Luftleitelement 3.1, 3.2 auf. Dieses Luftleitelemente 3.1, 3.2 sind als Spoiler ausgeführt und beeinflussen die Dachströmung S1. Zusätzlich kann die Vorrichtung 3a, 3b, 3c, 3d nicht näher dargestellte Abrisskanten aufweisen, welche die Hauptströmungen S1, S2, S3, S4 beeinflussen können.
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Wie aus 1 bis 7b weiter ersichtlich ist, ist die wirksame Oberfläche 32a, 32b, 32c1, 32c2 des jeweiligen Luftstörelements 30a, 30b, 30c1, 30c2 so angeordnet, dass sie in die Strömung des bei der Fahrt entstehenden Nachlaufwirbels W1, W2, W3, W4 ragt. Somit stört die wirksame Oberfläche 32a, 32b, 32c1, 32c2 des jeweiligen Luftstörelements 30a, 30b, 30c1, 30c2 den mindestens einen Nachlaufwirbel W1, W2, W3, W4 und wird nicht von der der mindestens einen Hauptströmung S1, S2, S3, S4 angeströmt. Das bedeutet, dass die wirksame Oberfläche 32a, 32b, 32c1, 32c2 des jeweiligen Luftstörelements 30a, 30b, 30c1, 30c2 die Hauptströmungen S1, S2, S3, S4 am Fahrzeug 1 nicht direkt beeinflusst. Die genaue Positionierung der Luftstörelemente 30a, 30b, 30c1, 30c2 im Windschattenbereich 20a, 20b, 20c, 20d des Fahrzeughecks 2a, 2b, 2c kann beispielsweise durch entsprechende Strömungsversuche im Windkanal ermittelt werden.
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Wie aus 1 bis 7b weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Luftstörelement 30a, 30b, 30c1, 30c2 in einem Bereich zwischen einer Scheibenwurzel 22 und einem Stoßfänger 24 angeordnet. Hierbei definiert ein Abstand zwischen Scheibenwurzel 22 und Fahrzeugboden 4 die Höhe 28a, 28b, 28c des Fahrzeughecks 2a, 2b, 2c.
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Die in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3a, 3b, 3c zur Verringerung des Luftwiderstands unterscheiden sich von dem in 6 bis 7b dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3d zur Verringerung des Luftwiderstands dadurch, dass das mindestens eine Luftstörelement 30a, 30b im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung y verläuft. Bei dem in 6 bis 7b dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3d zur Verringerung des Luftwiderstands verlaufen die Luftstörelemente 30c1, 30c2 im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung z.
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Das in 1, 3a und 3b dargestellte Fahrzeug 1 umfasst ein als Vollheck 2a ausgeführtes Fahrzeugheck, welches an einer Dachkante ein als Spoiler ausgeführtes Luftleitelement 3.1 aufweist, und ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3a zur Verringerung des Luftwiderstands, welches ein dicht unterhalb der Scheibenwurzel 22 verlaufendes erstes Luftstörelement 30a aufweist. Wie aus 3a weiter ersichtlich ist, bilden sich durch die Vorwärtsbewegung ein oberer Nachlaufwirbel W1 und ein unterer Nachlaufwirbel W2 aus. Wie aus 3b weiter ersichtlich ist, stört das erste Luftstörelement 30a den oberen Nachlaufwirbel W1 und erzeugt zwei energetisch günstigere Nachlaufwirbel W1.1, W1.2. Der untere Nachlaufwirbel W2 wird durch das erste Luftleitelement 30a nicht gestört.
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Das in 2 dargestellte Fahrzeug 1 umfasst ein als Vollheck 2a ausgeführtes Fahrzeugheck, welches an einer Dachkante ein als Spoiler ausgeführtes Luftleitelement 3.1 aufweist, und ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3b zur Verringerung des Luftwiderstands, welches ein am Stoßfänger 24 angeordnetes zweites Luftstörelement 30b aufweist. Das zweite Luftstörelement 30b stört den unteren Nachlaufwirbel W2 und erzeugt zwei nicht näher dargestellte energetisch günstigere Nachlaufwirbel. Der obere Nachlaufwirbel W2 wird vom zweiten Luftstörelement 30b nicht gestört.
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Das in 4 dargestellte Fahrzeug 1 umfasst ein als Stufenheck 2b ausgeführtes Fahrzeugheck, welches an einer Kofferraumkante ein als Spoiler ausgeführtes Luftleitelement 3.2 aufweist, und ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3c zur Verringerung des Luftwiderstands, welches zwei Luftstörelemente 30a, 30b aufweist. Hierbei verläuft ein erstes Luftstörelement 30a unterhalb der Kofferraumkante und stört einen oberen Nachlaufwirbel W1 und erzeugt zwei nicht näher dargestellte energetisch günstigere Nachlaufwirbel. Ein zweites Luftstörelement 30b ist am Stoßfänger 24 angeordnet und stört einen unteren Nachlaufwirbel W2 und erzeugt zwei nicht näher dargestellte energetisch günstigere Nachlaufwirbel.
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Das in 5 dargestellte Fahrzeug 1 umfasst ein als Fließheck 2c ausgeführtes Fahrzeugheck, welches an einer Kofferraumkante ein als Spoiler ausgeführtes Luftleitelement 3.2 aufweist, und das dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3c zur Verringerung des Luftwiderstands mit zwei Luftstörelementen 30a, 30b. Hierbei verläuft ein erstes Luftstörelement 30a unterhalb der Kofferraumkante und stört einen oberen Nachlaufwirbel W1 und erzeugt zwei nicht näher dargestellte energetisch günstigere Nachlaufwirbel. Ein zweites Luftstörelement 30b ist am Stoßfänger 24 angeordnet und stört einen unteren Nachlaufwirbel W2 und erzeugt zwei nicht näher dargestellte energetisch günstigere Nachlaufwirbel.
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Wie aus 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, sind die dargestellten Luftstörelemente 30a, 30b spiegelsymmetrisch ausgeführt und spiegelsymmetrisch zur Fahrzeugmittelhochachse angeordnet. Die Luftstörelemente 30a, 30b überdecken hierbei mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 40 und 60% der Heckbreite 26. Vorzugsweise ist die wirksame Oberfläche sichelförmig ausgeführt und in Fahrzeuglängsrichtung x und Fahrzeugquerrichtung y aufgespannt.
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Wie aus 3a bis 5 weiter ersichtlich ist, ist die Ausprägung der Nachlaufwirbel W1 und W2 von der Ausführung des Hecks 2a, 2b, 2c des Fahrzeugs 1 abhängig. Hierbei ist das in 4 dargestellte Stufenheck 2b und das in 5 dargestellte Fließheck 2c aerodynamisch günstiger als das in 3a und 3b dargestellte Vollheck 2a. Deshalb sind die Nachlaufwirbel W1, W2 des Stufenhecks 2b und des Fließhecks 2c weniger stark ausgeprägt.
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Wie aus 3a und 3b weiter ersichtlich ist, ist der obere Nachlaufwirbel W1 des Vollhecks 2a ausgeprägter als der untere Nachlaufwirbel W2. Demzufolge ist das erste Luftstörelement 30a, welches direkt unterhalb der unteren Scheibenwurzel 22 angeordnet ist, bei Fahrzeugen mit Vollheck besonders effizient, da dieses den größten Nachlaufwirbel W1 maximal stören kann. Man erhält in etwa einen Cw-Vorteil von ΔCw = –0,006. Dies entspricht einer CO2-Ersparnis von ca. 0,5 g CO2/km. Zudem kann man das zweite Luftstörelemente 30b im Bereich des Stoßfängers 24 anordnen, um den zweiten weniger dominanten Nachlaufwirbel W2 zu stören, wodurch sich ein weiterer Cw-Vorteil erreichen lässt.
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Das in 6 bis 7b dargestellte Fahrzeug 1 umfasst ein als Vollheck ausgeführtes Fahrzeugheck 2a und ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3d zur Verringerung des Luftwiderstands. Wie aus 6 bis 7b weiter ersichtlich ist, weist das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3d zur Verringerung des Luftwiderstands zwei Luftstörelemente 30c1, 30c2 auf, welche im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung z verlaufen. Hierbei überdecken die Luftstörelemente 30c, 30c jeweils mindestens 20%, vorzugsweise zwischen 40 und 60% der Höhe 28a des Fahrzeughecks 2a, welche durch den Abstand zwischen Scheibenwurzel 22 und Fahrzeugboden 4 definiert ist. Die Luftstörelemente 30c, 30c sind spiegelsymmetrisch zur Fahrzeugmittelhochachse angeordnet. Die beiden Luftstörelemente 30c, 30c sind jeweils um ein Viertel der Heckbreite 26 nach innen eingerückt und stören die beiden seitlichen Nachlaufwirbel W3, W4, deren Strömungen sich in einer von der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeugquerrichtung aufgespannten Ebene im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Hierbei ist die wirksame Oberfläche 32c1, 32c2 sichelförmig ausgeführt und in Fahrzeuglängsrichtung x und Fahrzeughochrichtung z aufgespannt. Selbstverständlich kann das vierte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 3d zur Verringerung des Luftwiderstands auch bei Fahrzeugen 1 eingesetzt werden, deren Heck als Stufenheck 2b oder als Fließheck 2c ausgeführt ist.
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Wie aus 3a, 3b, 7a und 7b weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine Luftstörelement 30a, 30b, 30c1, 30c2 zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition bewegbar ausgeführt, wobei das mindestens eine Luftstörelement 30a, 30b, 30c1, 30c2 in der in 3b und 7b dargestellten Arbeitsposition sichtbar und in der in 3a und 7a dargestellten Ruheposition nicht sichtbar ist. Ein nicht näher dargestellter Antrieb kann das mindestens eine Luftstörelement 30a, 30b, 30c1, 30c2 in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit von der Ruheposition in die Arbeitsposition oder von der Arbeitsposition in die Ruheposition überführten.
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Wie aus 3a, 3b, 7a und 7b weiter ersichtlich ist, werden durch die Luftstörelemente 30a, 30c1, 30c2 in der Arbeitsposition die korrespondierenden Nachlaufwirbel W1, W3, W4 geteilt und es entstehen die energetisch günstigeren gestörten Nachlaufwirbel W1.1, W1.2, W3.1, W3.2, W4.1, W4.2.
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Des Weiteren ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands mit einer Kombination aus in Fahrzeugquerrichtung y und in Fahrzeughochrichtung z verlaufenden Luftstörelementen 30a, 30b, 30c1, 30c2 vorstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2a, 2b, 2c
- Fahrzeugheck
- 3a, 3b, 3c, 3d
- Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands
- 3.1, 3.2
- Luftleitelement
- 4
- Fahrzeugboden
- 20a, 20b, 20c, 20d
- Windschattenbereich
- 22
- Scheibenwurzel
- 24
- Stoßfänger
- 26
- Heckbreite
- 28a, 28b, 28c
- Heckhöhe
- 30a, 30b, 30c1, 30c2
- Luftstörelement
- 32a, 32b, 32c1, 32c2
- wirksame Oberfläche
- S1
- Hauptströmung (Dachströmung)
- S2
- Hauptströmung (Bodenströmung)
- S3, S4
- Hauptströmung (seitliche Strömung)
- W1, W2, W3, W4
- Nachlaufwirbel
- W1.1, W1.2
- gestörter Nachlaufwirbel
- W3.1, W3.2
- gestörter Nachlaufwirbel
- W4.1, W4.2
- gestörter Nachlaufwirbel
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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