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Die Erfindung betrifft ein Luftführungselement zum Reduzieren des Luftwiderstandes eines Lastfahrzeuges gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 stehenden Merkmalen.
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Unter einem Lastfahrzeug werden insbesondere Lastkraftwagen und deren Anhängefahrzeuge sowie Busse verstanden. Das Lastfahrzeug weist stets einen Laderaumaufbau auf, welcher die zum Transport vorgesehenen Güter oder Personen aufnimmt. Der Laderaumaufbau ist durch ganz oder teilweise geschlossene Seitenwände sowie eine Dachwand begrenzt. Bei schneller Vorausfahrt des Lastfahrzeuges entsteht in dem Bereich hinter dem Laderaumaufbau ein Unterdruck, welcher zu einer Sogwirkung führt und den Kraftstoffverbrauch des Lastfahrzeuges erhöht.
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Im Stand der Technik wurde vielfach versucht, die Kontur des Hecks mittels eines daran angeformten Konus zu verlängern, so dass die den Laderaumaufbau überströmende Luft an dem Konus anliegt und dadurch die Sogwirkung verringert wird. So schlägt die
US 2011/0068603 A1 vor, am Heck des Lastfahrzeugs eine schlauchförmige Wulst anzubringen, welche die Kontur des Laderaumaufbaus in Umfangsrichtung annähernd vollständig umgibt.
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Die
US 8,360,509 B2 offenbart dagegen, anstelle einer schlauchförmigen Wulst klappbare Wandelemente vorzusehen, wohingegen die
US 2007/0001481 A1 einen in axialer Richtung telekopierbaren geschlossenen Konus vorschlägt.
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All diese Vorrichtungen haben gemeinsam, dass die den Konus bildenden Luftleitflächen ausschließlich hinter dem Laderaumaufbau angeordnet sind, um den Luftwiderstandsbeiwert nicht zusätzlich zu erhöhen.
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Die
WO 2010/053409 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Reduzierung des Windwiderstandes eines Fahrzeugs oder eines Anhängers, die an oder in der Nähe des hinteren Endes eines Fahrzeugs angebracht wird. Die Vorrichtung umfasst ein flexibles Folienmaterial, das an dem Fahrzeug so angeordnet ist, dass es in einer Ruheposition entlang der Fahrzeugstruktur hängt und sich im ausgefahrenen Zustand über das hintere Ende des Fahrzeugs hinaus erstreckt. Das flexible Folienmaterial ist so an der Fahrzeugstruktur befestigt, dass es sich infolge des Coanda-Effekts entfaltet, der einen geringeren Druck auf die Außenseite als auf die Innenseite des flexiblen Folienmaterials bewirkt, wenn sich das Fahrzeug bewegt.
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Die
DE 40 21 337 A1 offenbart eine am Heck eines Fahrzeugs aerodynamisch wirkende Vorrichtung zur Reduzierung des Strömungswiderstandes in Form eines während der Fahrt sich selbsttätig aufblasenden Luftschlauches. Der Luftschlauch ist Bestandteil der Heckplane zu beiden Seiten des Hecks und an der Oberseite doppelwandig ausgeführt ist, so dass ein dreiseitig geschlossener Schlauchkörper gebildet ist. Dieser steht mit einem Lufteinlass in Verbindung und ist während der Fahrt durch den hierbei entstehenden Luft-Staudruck aufblasbar.
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Der wesentliche Nachteil dieser heckseitig angebauten Luftleitflächen liegt darin, dass der Laderaumaufbau nur mit großem Aufwand entladen werden kann, da sich dessen Hecktüren nur nach einer vorausgehenden Demontage der Luftleitflächen öffnen lassen. Darüber hinaus wird aufgrund des heckseitigen Anbaus der Luftleitflächen die zulässige Fahrzeuglänge in erheblichem Maß überschritten, so dass es notwendig ist, den effektiv nutzbaren Laderaumaufbau zu kürzen.
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Die
EP 1 860 023 A2 schlägt vor, mittels eines formsteifen, rohrförmigen Aufbaus die während der Fahrt den Laderaumaufbau überströmende Luft im Heckbereich abzunehmen und kanalisiert dem hinter dem Heck befindlichen Unterdruck-Bereich zuzuführen. Der rohrförmige Aufbau hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, da dieser zu einer Erhöhung des Fahrzeugs führt, was insbesondere beim Rangieren an überdachten Ladeterminals zu einem Kontakt mit dem Dach des Ladeterminals und entsprechenden Beschädigungen sowohl an dem Dach als auch an dem rohrförmigen Aufbau führen kann. Die Höhe des rohrförmigen Aufbaus lässt sich aufgrund der Anbringung am Heck und auf der Oberseite des Laderaumaufbaus aus dem Fahrerhaus nicht einsehen und daher kaum abschätzen.
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Aus diesem Grund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Luftführungselement zu entwickeln, dass bei langsamer Fahrt oder Stillstand keine Vergrößerung der Abmessungen des Laderaumaufbaus hervorruft.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die aus einem flexiblen Flächengebilde hergestellte Kappe ist beweglich gegenüber dem Laderaumaufbau angeordnet und sinkt bei Unterschreiten einer vorgegebenen Luftgeschwindigkeit in Richtung des Laderaumaufbaus ab. Bei Überschreiten der Luftgeschwindigkeit wird die Kappe von der Luftströmung gegenüber dem Laderaumaufbau angehoben.
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Unter einer gegenüber dem Laderaumaufbau beweglichen Anordnung der Kappe wird eine Lagerung verstanden, die insbesondere ein Auswehen der Kappe gegenüber der nächstgelegenen Wand des Laderaumaufbaus derart ermöglicht, dass der Luftleitkanal in dieser ausgestellten Position einen vergrößerten lichten Querschnitt aufweist. Das Absenken oder die zum Laderaumaufbau beabstandete Position der Kappe erfolgt vorzugsweise ausschließlich mittels der über das Lastfahrzeug streichenden Luftströmung, so dass keine weiteren Aggregate oder Steuergeräte notwendig sind. Da der Luftwiderstand beim Rangieren ohnehin zu vernachlässigen ist, kann das Luftführungselement bei langsamer Fahrt in der abgesenkten Position verbleiben und benötigt dadurch lediglich geringen Bauraum. Mit schnellerer Fahrt nimmt der Einfluss des Luftführungselementes zu, wobei dann jedoch kaum mit in den Fahrbahnraum hineinragenden Hindernissen zu rechnen ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders bevorzugt an einer Dachwand des Laderaumaufbaus befestigt, wobei sich der Luftwiderstand weiter senken lässt, wenn auch die weiteren Wände des Laderaumaufbaus, beispielsweise dessen Seitenwände, mit der Vorrichtung versehen sind.
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Die Kappe endet in Fahrzeuglängsrichtung über dem heckseitigen Ende des Laderaumaufbaus oder geht über dieses hinaus.
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Unter einem flexiblen Flächengebilde wird eine Gewebe oder eine Folie verstanden, die im unbelasteten Zustand in sich zusammenfällt. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass mit Unterschreiten der Luftgeschwindigkeit das Luftführungselement keine nennenswerte Erhöhung des Fahrzeuges verursacht, sondern flächig an dem Laderaumaufbau anliegt. Um seitliche Druckverluste zu verringern, sollte die Kappe an beiden seitlichen Endabschnitten über ihre gesamte Länge dichtend mit dem Laderaumaufbau verbunden sein.
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Anders als ein am Heck des Laderaumaufbaus angeordneter Spoiler ist der Luftleitkanal des Luftführungselementes vorzugsweise in Umfangsrichtung im Wesentlichen geschlossen und weist allenfalls kleinflächige Durchbrüche zur Druckentlastung auf, die in Fahrtrichtung nur teilweise die Kappe oder gegebenenfalls vorhandene Seitenwände durchsetzen.
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Zweckmäßigerweise ist die Kappe mittels von Distanzelementen an dem Laderaumaufbau gehalten. Die Distanzelemente beschränken das Anheben der Kappe oberhalb der entsprechenden Luftgeschwindigkeit. Hierdurch wird die Kappe nicht nur in ihren seitlichen Bereichen fixiert, sondern auch an mehreren Stellen quer zur Fahrtrichtung, wodurch die Belastung in den seitlichen Bereichen der Kappe erheblich verringert wird.
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Die Distanzelemente können hierfür an der Kappe und dem Laderaumaufbau angreifen und sollten in Bewegungsrichtung der Kappe flexibel und derart bemessen sein, dass ein vollständiges Absenken und Anheben der Kappe möglich ist.
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Vorteilhafterweise sind die Distanzelemente aus Gurten oder Seilen gebildet, die einen verhältnismäßig geringen Luftwiderstand aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend zu Gurten oder Seilen können die Distanzelemente auch im Wesentlichen in Fahrtrichtung verlaufende Rippen sein. Mit Hilfe der Rippen kann die über die Lufteintrittsöffnung in den Luftleitkanal eintretende Luftströmung gelenkt und innerhalb des Luftleitkanals ein homogener Staudruck eingestellt werden. Dadurch wird insbesondere das Risiko eines Einfallens der Kappe in dessen seitlichen Randbereichen verringert.
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Vorzugsweise sind die Rippen ebenfalls aus einem flexiblen Flächengebilde hergestellt und daher geeignet, ein Absenken oder Aufstellen der Kappe zuzulassen.
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Günstigerweise ist an der Kappe eine bis zur Luftaustrittsöffnung verlaufende Schürze befestigt. Die Schürze verlängert den Luftleitkanal insbesondere bis in den entgegen der Fahrtrichtung hinter dem Laderaumaufbau gelegenen Bereich. Hierfür bildet die Schürze gegenüber dem im Wesentlichen longitudinal verlaufenden Luftleitkanal eine Abwinklung, durch welche der Luftstrom in den während der Fahrt einen Unterdruck aufweisenden Bereich hinter dem Laderaumaufbau gelangt. Die Schürze ist mit ihrem ersten Ende dauerhaft an der Kappe angebracht und spannt mit ihrem gegenüberliegenden zweiten Ende die Luftaustrittsöffnung auf. Der Luftleitkanal ist durch die Kappe und die Schürze definiert.
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Sofern die Schürze aus einem formsteifen Material hergestellt ist, wandert die Luftaustrittsöffnung in vertikaler Richtung zusammen mit der Kappe auf und nieder. Hierfür ist es sinnvoll, die Schürze in Bewegungsrichtung an dem Laderaumaufbau mittels einer Führung zu befestigen.
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Vorzugsweise kann auch die Schürze aus einem flexiblen Flächengebilde hergestellt sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Bewegung der Kappe von der Luftaustrittsöffnung entkoppelt, so dass diese stets ortsfest hinter dem Laderaumaufbau verbleibt. Bei langsamer Fahrt oder Stillstand des Lastfahrzeuges fällt die aus einem flexiblen Flächengebilde beschaffene Schürze in sich zusammen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind in der Lufteintrittsöffnung elastische Spangen angeordnet, welche von der Kappe zu dem Laderaumaufbau verlaufen. Die elastischen Spangen verformen sich durch Auflast der Kappe reversibel und unterstützen bei Vorliegen eines durch Luftströmung hervorgerufenen Auftriebs der Kappe dessen Anheben und Lösen vom Laderaumaufbau. Hierdurch erfolgt bereits bei vergleichsweise langsamer Fahrt des Lastfahrzeuges eine günstige Füllung des Luftleitkanals durch den Luftstrom und damit ein rechtzeitiges Abheben der Kappe.
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Vorzugsweise ist die Kappe mit einem Flügelprofil ausgebildet. Als Flügelprofil bezeichnet man in der Strömungslehre die Form des Querschnitts eines Körpers in Strömungsrichtung. Durch die spezifische Form und die Umströmung durch eine Flüssigkeit oder ein Gas entstehen an diesen Körpern angreifende Kräfte. Ein Flügelprofil eignet sich besonders für die Erzeugung von dynamischem Auftrieb bei geringem Strömungswiderstand.
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Das Flügelprofil kann durch das flexible Flächengebilde ausgeformt sein, wobei sich das Flügelprofil erst bei Vorliegen einer ausreichend großen Luftströmung ausbildet.
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Zweckmäßigerweise ist dann in dem flexiblen Flächengebilde eine in Fahrtrichtung und/oder in Richtung des Laderaumaufbaus offene Tasche ausgebildet, die von der Luftströmung füllbar ist. Hierdurch wird die Tasche ausgesteift und das in dem flexiblen Flächengebilde vorgegebene Flügelprofil stabilisiert.
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Vorteilhafterweise ist die Tasche von einem Obersegel und einem Untersegel gebildet. Das Obersegel ist mit dem Untersegel an deren Leeseite miteinander verbunden. Ebenso sollten Obersegel und Untersegel an der luvseitigen Anströmkante miteinander verbunden sein, wobei die offene Tasche vorzugsweise eine zwischen Obersegel und Untersegel angeordnete Füllöffnung aufweist.
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Die Füllöffnung kann mittels Spreizen offengehalten sein, so dass zum Beispiel auch bei nassem Ober- und Untersegel eine Füllung der Tasche erfolgt und sich das Flügelprofil ausbilden kann.
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Günstigerweise weist der Luftleitkanal ausgehend von der Lufteintrittsöffnung in Richtung der Luftaustrittsöffnung einen konisch zulaufenden Abschnitt auf. Hierdurch wird vorzugsweise ergänzend zu dem Auftriebseffekt der Kappe ein Staudruck innerhalb des Luftleitkanals aufgebaut und ein maximaler Innenquerschnitt dessen erzielt.
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Vorteilhafterweise weist der Luftleitkanal einen variablen Querschnitt in Abhängigkeit der Position der Kappe auf. Bei Stillstand oder langsamer Fahrt des Lastfahrzeuges hat der Luftleitkanal seinen geringsten Querschnitt, wobei dieser bei der aus einem flexiblen Flächengebilde ausgebildeten Kappe vollständig geschlossen sein kann. Die Kappe liegt dann vollflächig auf dem Laderaumaufbau oder schmiegt sich an diesen an.
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Zur besseren Nachvollziehbarkeit wird die Erfindung nachfolgend anhand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigen die
- 1: eine Seitenansicht auf ein Lastfahrzeug mit mehreren im Heckbereich eines Lastfahrzeuges angeordneten Luftfüh rungselementen;
- 2: eine vergrößerte Seitenansicht des Luftführungselementes gemäß 1;
- 3: eine Vorderansicht auf das Luftführungselement gemäß 2 und
- 4: eine Draufsicht auf ein Luftführungselement gemäß der 1 bis 3.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht auf ein Lastfahrzeug 1 bestehend aus einer Sattelzugmaschine 1a und einem mittels einer Sattelkupplung 23 lösbar daran befestigten Sattelauflieger 1b. Der Sattelauflieger 1b weist einen Laderaumaufbau 2 auf, in welchem vor äußeren Einflüssen geschützt Waren transportiert werden können.
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Der Laderaumaufbau 2 ist durch eine Dachwand 2a, zwei gegenüberliegende, sich in Fahrtrichtung x erstreckende Seitenwände 2b, eine in Fahrtrichtung x den Laderaumaufbau 2 zur Sattelzugmaschine 1a abgrenzende Frontwand 2d sowie eine Heckwand 2c gebildet. Insbesondere die Heckwand 2c kann zum Be- und Entladen mit schwenkbaren Türen (nicht gezeigt) versehen sein.
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Im Heckbereich 3 des Laderaumaufbaus 2 befinden sich an der Dachwand 2a sowie an den Seitenwänden 2b jeweils ein Luftführungselement 4. Jedes der drei Luftführungselemente 4 weist einen in Fahrtrichtung x ausgerichteten Luftleitkanal 5 mit einer in Fahrtrichtung x befindlichen Lufteintrittsöffnung 6 sowie einer am gegenüberliegenden Ende liegenden Luftaustrittsöffnung 7 auf. Die Luftaustrittsöffnung 7 sollte mit einem gegenüber dem Luftleitkanal 5 und auch der Lufteintrittsöffnung 6 größeren Querschnitt ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Diffusor-Wirkung mit einer verringerten Geschwindigkeit der das Luftführungselement 4 durchströmenden Luft bei gleichzeitiger Erhöhung dessen Druckes erzielt. Die Luftaustrittsöffnung 7 liegt außerdem innerhalb der Querschnittskontur des Laderaumaufbaus 2 und somit in einem Bereich, in dem sich während des Fahrbetriebes ein Unterdruck ausbildet. Die Ausrichtung der Luftaustrittsöffnung 7 liegt grundsätzlich in einer Ebene mit der Fahrtrichtung x.
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Die Luftführungselemente 4 befinden sich in der Darstellung der 1 bezüglich des Laderaumaufbaus 2 in einer abgehobenen Position, das heißt während schneller Fahrt des Lastfahrzeuges 1.
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In den 2 und 3 ist das Luftleitelement 4 mit einer als Flügelprofil 16 ausgebildeten Kappe 8 im Detail dargestellt, wobei die Kappe 8 aus einem flexiblen Flächengebilde 9 hergestellt ist und sich das Flügelprofil 16 nach Überschreiten der erforderlichen Luftgeschwindigkeit aufbläht. Die Kappe 8 weist vorzugsweise ein Obersegel 21 und ein Untersegel 22 auf, die an dem der Fahrtrichtung x entgegengesetzten Ende miteinander verbunden sind und dadurch eine Tasche 18 formen. An dem in Fahrtrichtung x liegenden Ende der Tasche 18 ist das Obersegel 21 um bis zu 180° nach unten umgelegt und bildet dadurch eine Anströmkante 24, die wiederum mit dem Untersegel 22 verbunden ist. Über einen Großteil der Breite der Kappe 8 befindet sich zwischen Anströmkante 24 und dem Untersegel 22 eine Füllöffnung 19, durch welche Luft in die Tasche 18 einströmt und durch Stauwirkung die Kappe 8 bis in die seitlichen Bereiche aussteift.
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Um insbesondere bei Nässe und einem am Laderaumaufbau 2 anhaftenden flexiblen Flächengebilde 9 ein Abheben der Kappe 8 zu gewährleisten, können die Füllöffnungen 19 durch Spreizen 20 offengehalten werden. Diese sollten aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Kunststoff oder Draht, gefertigt sein und beidseitig der Füllöffnung 19 an dem Obersegel 21 und dem Untersegel 22 angreifen.
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Darüber hinaus kann ein Abheben der Kappe 8 verbessert werden, in dem die Anströmkante 24 der Kappe 8 mittels elastischer Spangen 15 gegenüber dem Laderaumaufbau 2 unterstützt und hierdurch die Lufteintrittsöffnung 6 zumindest teilweise offengehalten ist. Aus Übersichtsgründen sind in der 3 lediglich drei elastische Spangen 15 angedeutet; in der Praxis sollten jedoch eine Vielzahl von elastischen Spangen 15 über die gesamte Breite der Füllöffnung 19 verteilt angeordnet sein.
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In der Darstellung der 3 sind das Obersegel 21 und das Untersegel 22 jeweils mit dem Laderaumaufbau 2 verbunden. Es wäre jedoch ebenso möglich, in seitlichen Endabschnitten 8a der Kappe 8 das Obersegel 21 und das Untersegel 22 zu vereinen und den jeweiligen Endabschnitt 8a dann einlagig mit dem Laderaumaufbau 2 zu verbinden.
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Zwischen Untersegel 22 und Dachwand 2a können als Distanzelemente 10 im Wesentlichen in Fahrtrichtung x verlaufende Rippen 13 vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise auch aus einem flexiblen Flächengebilde 9 beschaffen sind. Die Rippen 13 ermöglichen dadurch eine Vertikalbewegung der Kappe 8 zwischen einer abgesenkten und einer angehobenen Position. Die Rippen 13 dienen auch der Befestigung der Kappe 8 an dem Laderaumaufbau 2. Anstelle oder ergänzend zu den Rippen 13 können als Distanzelemente 10 auch Gurte 11 zum Einsatz kommen, die äußerst hohe Lasten aufnehmen und zudem unanfällig gegen Verdrehen sind.
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Das Distanzelement 10 kann alternativ auch als Seil 12 ausgebildet sein, welches vorzugsweise im Bereich der Lufteintrittsöffnung 6 angeordnet ist. Das Seil 12 sorgt für einen geringeren Luftwiderstand, ermöglicht allerdings lediglich eine punktförmige Lastaufnahme gegenüber einer sich linienförmig erstreckenden Rippe 13.
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Der Niveauunterschied des Luftleitkanals 5 zwischen der Lufteintrittsöffnung 6 und der Luftaustrittsöffnung 7 ist mittels der Schürze 14 überbrückt, die an der Kappe 8 angebracht ist. Auch die Schürze 14 ist aus einem flexiblen Flächengebilde 9 hergestellt und lässt dadurch die vertikale Bewegung der Kappe 8 zu.
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Die 4 zeigt ein Luftführungselement 4 in der Draufsicht, wobei die Kappe 8 entgegen der Fahrtrichtung x einen konisch zulaufenden Abschnitt 17 aufweist.
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Dieser dient dazu, einen Staudruck unter der Kappe 8 aufzubauen und dadurch das Anheben der Kappe 8 zu unterstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastfahrzeug
- 1a
- Sattelzugmaschine
- 1b
- Sattelauflieger
- 2
- Laderaumaufbau
- 2a
- Dachwand
- 2b
- Seitenwand
- 2c
- Heckwand
- 2d
- Frontwand
- 3
- Heckbereich Laderaumaufbau
- 4
- Luftführungselement
- 5
- Luftleitkanal
- 6
- Lufteintrittsöffnung
- 7
- Luftaustrittsöffnung
- 8
- Kappe
- 8a
- seitlicher Endabschnitt
- 9
- flexibles Flächengebilde
- 10
- Distanzelement
- 11
- Gurt
- 12
- Seil
- 13
- Rippe
- 14
- Schürze
- 15
- elastische Spangen
- 16
- Flügelprofil
- 17
- konischer Abschnitt
- 18
- Tasche
- 19
- Füllöffnung
- 20
- Spreizen
- 21
- Obersegel
- 22
- Untersegel
- 23
- Sattelkupplung
- 24
- Anströmkante
- x
- Fahrtrichtung
