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Die Erfindung betrifft eine Windleitvorrichtung für einen Sattelzug zum Beeinflussen einer Strömung von Luft im Bereich eines Zwischenraums zwischen einer Sattelzugmaschine und einem Sattelauflieger des Sattelzugs, sowie einen Sattelzug mit einer ebensolchen Windleitvorrichtung.
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Im Stand der Technik sind diverse Winterleiteinrichtungen insbesondere für Nutzfahrzeuge bekannt, um einen Luftwiderstand der jeweiligen Fahrzeuge zu reduzieren. Die
DE 10 2012 010 002 A1 betrifft hierzu eine Windleiteinrichtung für ein Nutzfahrzeug, insbesondere für einen Sattelauflieger, mit einem Luftleitsystem, das zur Reduzierung eines Luftwiderstands des Nutzfahrzeugs zumindest ein an einem Heck angeordnetes Luftleitelement aufweist, wobei das am Heck angeordnete Luftleitelement als ein Diffusor ausgebildet ist, und das Luftleitsystem einen aerodynamischen Anströmkörper als weiteres Luftleitelement aufweist, der auf den Diffusor abgestimmt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den aerodynamischen Widerstand bei einer Vorwärtsfahrt eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Sattelzugs, weiter zu verringern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Windleitvorrichtung für einen Sattelzug zum Beeinflussen einer Strömung von Luft im Bereich eines Zwischenraums zwischen einer Sattelzugmaschine und einem Sattelauflieger des Sattelzugs, wobei die Windleitvorrichtung Segmente mit Rundungen aufweist, wobei die Segmente dazu geeignet und ausgeführt sind, an einem vorderen Ende des Sattelaufliegers angeordnet zu werden, und wobei ein jeweiliger Ursprungspunkt der Radien der Rundungen zumindest eines der Segmente, insbesondere zumindest zweier der Segmente, auf einem gemeinsamen Referenzpunkt an einem Königszapfen oder auf einer gemeinsamen durch den Königszapfen verlaufenden Hochachse liegen, wobei der Königszapfen an der Sattelzugmaschine angeordnet ist und einen Auflagerpunkt auf der Sattelzugmaschine für den Sattelauflieger bildet, wobei die Segmente mit Dichtelementen der Windleitvorrichtung aerodynamisch zusammen wirken, wobei die Dichtelemente elastisch deformierbar sind und dazu geeignet und ausgeführt sind, an einer Hinterseite der Sattelzugmaschine angeordnet zu werden.
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Ein Sattelzug weist typischerweise eine Sattelzug-Zugmaschine, kurz Sattelzugmaschine, auf, die mit einem Antrieb ausgestattet ist. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Antrieb ein Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselmotor, ist, oder ein elektrischer Antrieb, oder eine Kombination aus beiden, oder ob eine andere Antriebsart verwendet wird.
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An die Sattelzugmaschine ankoppelbar ist ein Sattelauflieger. Der Sattelauflieger weist die Funktion eines Anhängers auf, da insbesondere die Sattelzugmaschine und der Sattelauflieger über eine spezielle Anhängerkupplung, den Königszapfen, miteinander verbunden sind. Ein Teil der Gewichtskraft des Sattelaufliegers wird dabei von dem Königszapfen aufgenommen. Für Kurvenfahrten und zum Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten sowie Krümmungen, unter anderem angehende oder auslaufende Steigungen der Fahrbahn, ist der Sattelauflieger am Königszapfen gelenkig gelagert. Der Freiheitsgrad einer Drehung um eine Hochachse, die durch den Königszapfen verläuft, dient dabei insbesondere dem Ermöglichen von Kurvenfahrten. Diese Hochachse verläuft daher insbesondere entlang einer vertikalen Geraden. Dagegen gleichen Freiheitsgrade in einer Torsionsbewegung um eine gemeinsame Längsachse sowie mögliche Knickbewegungen zwischen Sattelauflieger und Sattelzugmaschine Unebenheiten in der Fahrbahnoberfläche aus, sodass eine Bremskraft und eine Antriebskraft auf den Sattelauflieger übertragen wird, nicht aber andere Momente, die nur hohe Kräfte auf die Strukturelemente des Sattelaufliegers und auf die Sattelzugmaschine bewirken würden, insbesondere am Königszapfen der Sattelzugmaschine.
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Aus diesen konstruktiven Gegebenheiten ergibt sich, dass typischerweise zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger ein Spalt besteht. Einerseits weisen nicht alle Sattelauflieger die gleichen Abmessungen auf, sodass durch die Berücksichtigung dieses Umstands bei der Auslegung der Abmessungen der Sattelzugmaschine unter Umständen hierdurch bereits ein Spalt entsteht, der größer als eigentlich technisch notwendig ist. Eine weitere Ursache für den typischen Spalt zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger ist, die oben genannten Freiheitsgrade zwischen dem Sattelauflieger und der Sattelzugmaschine zu ermöglichen. Durch die erfindungsgemäße Windleitvorrichtung wird die Strömung der Luft bei einer Vorwärtsfahrt des Sattelzugs vorteilhaft aus diesem Spalt herausgehalten, indem die zusammenwirkenden Segmente und Dichtelemente den Spalt größtenteils aerodynamisch verschließen. Dadurch bilden sich keine oder zumindest weniger Luftwirbel im Spalt zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger, welche grundsätzlich den aerodynamischen Widerstand des Sattelzugs erhöhen. Es würde sich in diesem Spalt eine turbulente Strömung aufbauen, die ungünstige Druckgebiete erzeugt und zudem eine erhöhte Reibungskraft gegenüber der vorbeiströmenden Luft erzeugt.
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Vorteilhaft wird dabei die vorbeiströmende Luft aus dem Spalt zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger durch die Windleitvorrichtung so herausgehalten, dass trotzdem die Freiheitsgrade durch die Windleitvorrichtung nicht beeinträchtigt werden. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht, dass einerseits die Dichtelemente elastisch verformbar sind, sowie durch die Rundungen der Segmente.
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Zumindest eines der Segmente weist dabei eine solche Rundung auf, dass sämtliche Radien, die die Rundung beschreiben, einen gemeinsamen Ursprungspunkt aufweisen. Im Falle einer kugelsegmentförmigen Rundung des zumindest einen Segments schneiden sich sämtliche Radien des Kugelsegments im Königszapfen der Sattelzugmaschine. Im Falle einer kegelförmigen Struktur eines Segments entspringen sämtliche Radien einer Hochachse, die durch den Königszapfen verläuft und somit eine Rotationsachse für das Kegelsegment ausbildet. Bevorzugt weisen diese Eigenschaften des gemeinsamen Ursprungspunktes im Königszapfen bzw. der Ursprünge auf der Hochachse mindestens zwei der Segmente, insbesondere bevorzugt alle Segmente der Windleitvorrichtung auf. Diese Eigenschaft der Rundungen ermöglicht eine besonders vorteilhafte Relativbewegung der Sattelzugmaschine gegenüber dem Sattelauflieger.
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Dadurch, dass eine Relativbewegung zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger erfolgt, können Dichtelemente, wenn sie an der Sattelzugmaschine angeordnet sind, nicht auch schlüssig mit dem Sattelauflieger verbunden sein. Vielmehr ergibt sich ein kleiner Spalt zwischen den Dichtelementen und dem Sattelauflieger, insbesondere den Segmenten der Windleitvorrichtung, die am Sattelauflieger angeordnet sind. Je größer dieser Spalt ist, umso geringer fällt der Effekt der Widerstandsverminderung durch Abschottung der Strömung vom Spalt zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger aus. Andererseits besteht bei einem größeren Spalt zwischen den Dichtelementen und dem Sattelauflieger nur eine geringere Gefahr des Anfrierens bei kalten Temperaturen der Dichtelemente am Sattelauflieger, insbesondere an den Segmenten des Sattelaufliegers, wenn diese am Sattelauflieger angeordnet sind. Weiterhin bevorzugt sind Bürsten an den sattelaufliegerseitigen Enden der Dichtelemente angeordnet, sodass der Spalt zwischen den Dichtelementen und dem Sattelauflieger, insbesondere den Segmenten der Windleitvorrichtung, die am Sattelauflieger angeordnet ist, möglichst reduziert wird, ohne die Relativbewegung zwischen den Dichtelementen und dem Sattelauflieger einzuschränken.
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Es ist daher eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass die Aerodynamik eines Sattelzugs dahin gehend verbessert wird, dass die Luftströmungen in einem Spalt zwischen dem Sattelauflieger und der Sattelzugmaschine vermindert werden und daher der gesamte aerodynamische Widerstand des Sattelzugs bei einer Vorwärtsfahrt des Sattelzugs verringert wird. Diese vorteilhafte Wirkung ergibt sich, ohne dass kinematische Freiheitsgrade zwischen dem Sattelauflieger und der Sattelzugmaschine eingeschränkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest zwei der Segmente der Windleitvorrichtung gestufte Kugelsegmente. Durch diese Ausführungsform wird die theoretisch ideale Kugelform als einziges Segment entsprechend einer Fresnell-Linse in mehrere gestufte Kugelsegmente aufgeteilt. Diese Kugelsegmente erlauben weiterhin eine weiträumige Bewegung zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger. Gleichzeitig verbrauchen die gestuften Segmente jedoch weniger Raum, als das einzelne ideale Kugelsegment. Die Höhe der Kugelsegmente wird vorteilhaft so gewählt, dass das jeweils gegenüberliegende, eher horizontal liegende, Dichtelement jeweils in der Mitte der Fläche zwischen zwei Kugelsegmenten ihre Normallage bei Geradeausfahrt auf ebener Straße findet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Segmente ein unteres Kugelsegment, ein oberes Kugelsegment und ein zwischen dem unteren Kugelsegment und dem oberen Kugelsegment angeordnetes Kegelsegment. Diese Ausführungsform bietet vorteilhaft eine besonders platzsparende Formgebung der Segmente unter Beibehaltung der Freiheitsgrade zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegen ein jeweiliger Ursprungspunkt des Radius des oberen Kugelsegments und des Radius des unteren Kugelsegments auf einem gemeinsamen Referenzpunkt an einem Königszapfen der Sattelzugmaschine.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt ein Ursprung eines jeweiligen Radius des Kegelsegments auf einer durch den Königszapfen verlaufenden Hochachse.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Dichtelemente eine obere horizontale Dichtung, eine untere horizontale Dichtung, sowie eine linke vertikale Dichtung und eine rechte vertikale Dichtung. Die Dichtelemente dienen insbesondere dazu, trotz der Relativbewegung zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger den Spalt zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger möglichst zu verschließen. Indem eine obere horizontale Dichtung, eine untere horizontale Dichtung, sowie eine linke und eine rechte jeweils vertikale Dichtung an der Zugmaschine angeordnet werden, die nach hinten Richtung Sattelauflieger entlang der äußeren Konturen der Zugmaschine zum Sattelauflieger hin verlaufen und den Spalt verschließen und bevorzugt die Segmente berühren oder zumindest diesen nahekommen, wird der Spalt zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger besonders gut abgedichtet, und die Konturen zwischen Sattelzugmaschine und Sattelauflieger laufen nahezu ohne Spalt und sehr glatt ineinander über. Dies vermindert den aerodynamischen Widerstand des Sattelzugs erheblich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform greifen eine Vielzahl von Dichtelementen mit einer Vielzahl von Segmenten mit Rundungen verzahnt ineinander. Dies erlaubt eine effektive Abschottung der Luftströmung von dem Spalt zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform überlappen sich die Dichtelemente und die Segmente zumindest abschnittsweise. Indem sich die Dichtelemente zumindest abschnittsweise gegenseitig überlappen, ergibt sich eine besonders dichte Abschottung des Spalt zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger von der den Sattelzug umströmenden Luft. Die Überlappungen bieten weiterhin den Vorteil, dass sie bei einer Bewegung gegeneinander gleiten können und somit die einzelnen Dichtelemente nicht knicken oder beulen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Sattelzug mit einer Windleitvorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind an einer linken Seite und an einer rechten Seite der Sattelzugmaschine im Bereich einer jeweiligen Hinterseite von die Hinterräder der Sattelzugmaschine aufnehmenden Rahmenelementen nach hinten zulaufende Abströmkörper angeordnet. Die nach hinten zulaufenden Abstromkörper verbessern weiterhin die Widerstandsreduktion des Sattelzugs, indem der Nachlauf der Luft hinter den hinteren Rädern der Sattelzugmaschine gemäß dem Coandaeffekt länger laminar geleitet wird, und ein ungünstiges Totwassergebiet mit Unterdruckbereichen vermieden wird.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Sattelzugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Windleitvorrichtung vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 einen Abschnitt eines Sattelzugs mit einer Windleitvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 Dichtungen einer Windleitvorrichtung an einer Zugmaschine des Sattelzugs gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
- 3 eine Windleitvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 4 Dichtungen einer Windleitvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt einen Sattelzug 100 mit einer Windleitvorrichtung 1. Die Windleitvorrichtung 1 dient zum Beeinflussen einer Strömung von Luft im Bereich eines Zwischenraums zwischen einer Sattelzugmaschine 105 und einem Sattelauflieger 103 des Sattelzugs 100. Der Sattelauflieger 103 ist in der 1 nur mit seinem vorderen Abschnitt gezeichnet, der hintere ist zur Vereinfachung weggelassen. Die Windleitvorrichtung 1 ist außerdem im am Sattelzug 100 montierten Zustand gezeigt. Segmente 3 der Windleitvorrichtung 1 sind an einer vorderen zur Sattelzugmaschine 105 gewandten Seite des Sattelaufliegers 103 angeordnet. Hierbei sind drei Segmente 3 gezeigt, wobei jedes der Segmente Rundungen aufweist. Die Segmente 3 umfassen ein unteres Kugelsegment, ein oberes Kugelsegment und ein zwischen dem unteren Kugelsegment und dem oberen Kugelsegment angeordnetes Kegelsegment. Ein jeweiliger Ursprungspunkt der Radien des oberen Kugelsegments und der Radien des unteren Kugelsegments liegen auf einem gemeinsamen Referenzpunkt an einem Königszapfen 5 der Sattelzugmaschine 105. Dagegen bildet eine durch den Königszapfen 5 verlaufenden Hochachse 7 eine Punkteschar der Ursprünge aller Radien des Kegelsegments, wodurch diese Hochachse 7 eine Rotationsachse des Kegelsegments ausbildet. Der Königszapfen 5 ist an der Sattelzugmaschine 105 angeordnet und bildet einen Auflagerpunkt auf der Sattelzugmaschine 105 für den Sattelauflieger 103. Die Segmente 3 wirken außerdem mit Dichtelementen 7 der Windleitvorrichtung 1 aerodynamisch zusammen. Diese Dichtelemente 7 sind aus Elastomerkunststoff und daher elastisch deformierbar. An einer linken Seite und an einer rechten Seite der Sattelzugmaschine 105 im Bereich einer jeweiligen Hinterseite von die Hinterräder der Sattelzugmaschine 105 aufnehmenden Rahmenelementen sind zudem nach hinten zulaufende Abströmkörper 107 angeordnet, um den Nachlauf zu beeinflussen.
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2 zeigt die Dichtelemente 7 der 1 aus einer anderen Perspektive, und zur Verdeutlichung ist der Sattelauflieger 103 nicht gezeigt. Diese Dichtelemente 7 umfassen eine obere horizontale Dichtung, eine untere horizontale Dichtung, sowie eine linke vertikale Dichtung und eine rechte vertikale Dichtung.
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3 zeigt eine Alternative zu den Dichtelementen 7 der 2. Die Vielzahl von Dichtelementen 7 der 3 interagieren mit einer Vielzahl von Segmenten 3 mit kugelsegmentförmigen Rundungen. Die Segmente 3 greifen verzahnt mit den Dichtelementen 7 ineinander. Die Segmente 3 der Windleitvorrichtung 1 sind hierbei gestufte Kugelsegmente, deren Radien alle dem Referenzpunkt im Königszapfen 5 entspringen.
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4 zeigt weitere Möglichkeiten von Dichtelementen 7. Die Perspektive der Teilbilder (A), (B) und (C) ist dabei von der Vorderseite des Sattelaufliegers 103 in Richtung der Hinterseite der Sattelzugmaschine 105 gerichtet. In Teilbild (A) überlappen sich vertikale Dichtungen der Dichtelemente 7, um die Abdichtung des Spalts zwischen der Sattelzugmaschine 105 und dem Sattelauflieger 103 zu verbessern. In Teilbild (B) sind diese vertikalen Dichtungen angeschrägt, so dass die Dichtungen geschachtelt liegen. In Teilbild (C) dagegen verlaufen die Dichtelemente 7 rein horizontal.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012010002 A1 [0002]
