DE102020131958A1 - Landfahrzeug und Straßenfahrzeug mit verbesserter Aerodynamik sowie Karosserie für ein Landfahrzeug und Straßenfahrzeug mit verbesserter Aerodynamik - Google Patents

Landfahrzeug und Straßenfahrzeug mit verbesserter Aerodynamik sowie Karosserie für ein Landfahrzeug und Straßenfahrzeug mit verbesserter Aerodynamik Download PDF

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Abstract

Mindestens eine Karosserieanordnung (K) für ein Straßenfahrzeug (SF), diese mit einer Oberfläche (O), welche die Karosserieanordnung (K) hin zum Fluid Luft hin abgrenzt, wobei die Karosserieanordnung (K) bei Fahrt unter Relativbewegung zum Fluid Luft auf eben dieses eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Luftmassenstrom in ihrer Umgebung ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die lokalen Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) mit orientieren.wobei:in das Stromlinienfeld, das durch die Karosserieanordnung (K) auf das Fluid Luft in seiner Umgebung induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung (A), auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K), abschnittsweise richtungsverschieden zur Fahrtrichtung (FR) ist, mindestens ein Flügelabschnitt (FA) eingebracht ist und vom Luftmassenstrom angeströmt wird, welcher• an der Karosserieanordnung (K) befestigt ist und• eine Quererstreckung in Form einer Spannweite (S) aufweist, und• dieser Flügelabschnitt (FA) zumindest in Richtung seiner Spannweite (S) im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) nach entsprechend umgibt, und• über einen Großteil seiner Spannweite (S) ein Abstand (D) zur Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite (US) - als auch auf seiner Oberseite (OS) von der Luft bei Fahrt umströmt werden kann so,dass dieser Flügelabschnitt (FA) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Fahrtrichtung (FR) richtungsverschiedenen Luftmassenstroms, eine solche resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, welche von ihrer Wirkrichtung in Fahrtrichtung (FR) geneigt ist und damit eine in Fahrtrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Fahrtrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) entgegen ihrer Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.

Description

  • Straßenfahrzeuge verfügen über eine nach außen ummantelnde Formgebung in Gestalt einer Außenhaut, die landläufig meist als Karosserie bezeichnet wird. Diese Außenhaut wird im Fahrbetrieb als Teil des Fahrzeuges mit dem Fahrzeug gegenüber der umgebenden Luft bewegt und wird während der Fahrt durch die Relativbewegung gegenüber der umgebenden Luft auf ihrer Außenseite von der Luft bespült. Dabei entsteht der geläufig bekannte Luftwiderstand des Fahrzeuges, der sich aus einem Reibungswiderstandsanteil durch die Reibung der bespülten Außenoberfläche mit der Luft und einem Form- und Druckwiderstand durch die Verdrängungswirkung des von der Außenhaut begrenzten Stromkörpers gegenüber der Luft zusammen setzt.
  • Für einen geringen wirksamen Luftwiderstand des Fahrzeuges ist es dem Stand der Technik nach bekannt, diese Karosserie von ihrer Form und Gestaltung möglichst aerodynamisch stromlinienförmig günstig auszulegen. Auf diese Weise erreicht das Auto mit seiner speziell ausgeformten Karosserie im Betrieb eine möglichst günstige Verdrängungswirkung gegenüber Luft und somit einen möglichst geringen Form- und Druckwiderstand des Fahrzeuges.
  • Durch die möglichst aerodynamische Formgebung der Außenhaut bzw. Karosserie des Fahrzeuges können die Stromlinien der Kontur der Karosserie möglichst gut folgen und die Strömung kann dadurch an der Kontur der Außenhaut möglichst lange anliegen ohne, dass sich dabei eine frühe Ablösung mit begleitender Verwirbelung der Strömung ergibt.
  • Als zweite zusätzliche Maßnahme ist es in der Fahrzeugaerodynamik bekannt, die Größe der von der Luft bespülten Oberfläche insgesamt möglichst gering zu halten, um somit einen geringen Reibungswiderstand der Karosserie gegenüber der Luft zu erreichen. Auf diese Weise ergibt sich ein geringer Reibungswiderstand für das Fahrzeug.
  • Sowohl eine Senkung des Reibungswiderstandes als auch des Formwiderstandes des Fahrzeuges führt zu einem vorteilhaft niedrigerem Gesamtluftwiderstandes des Fahrzeuges, was einen effizienten, sparsamen aber auch leistungsgerechten Betrieb des Fahrzeuges ermöglicht.
  • Dadurch, dass sich die Formgebung der Karosserie bzw. Außenhaut jedoch maßgeblich auch an den inneren Gegebenheiten und Anforderungen des Fahrzeuges orientiert, wie zum Beispiel ausreichend Nutzvolumen für Fahrer, Mitfahrer, Antrieb und Technik bereitzustellen, unterliegt die Formgebung und die Gestaltung der Außenhaut bzw. Karosserie in der Praxis zahlreichen verschiedenartigen Randbedingungen und ist damit hinsichtlich der Freiheiten in der Formgebung für eine gute Aerodynamik in bedeutender Weise eingeschränkt.
  • Hinzu kommen weitere Anforderungen, die die Formgebungsmöglichkeiten der Karosserie bzw. Außenhaut weiter einschränken, wie etwa die Sicherheit, das Design und die Ästhetik, die Funktionalität, etwa beim Ein- und Ausstieg, die Bodenfreiheit, die Crashsicherheit, die Einfachheit bei Produktion und Fertigung und der Fußgängerschutz, und nicht zuletzt die Wirtschaftlichkeit. Im Endeffekt kann eine gute Aerodynamik für das Fahrzeug dem Stande der Technik nach nur mit erheblichen Einschränkungen und generell vor dem Hintergrund der verschiedenartigen mannigfaltigen technischen Anforderungen an die Gestaltung der Außenhaut nur im Sinne eines bestmöglichen Gesamtkompromisses überhaupt erreicht werden, der derzeit im Ergebnis zu substantiellen Einschränkungen in der Fahrzeugaerodynamik und damit zu einem unvorteilhaften Luftwiderstand des Fahrzeuges führt, der sich derzeit leistungs- und effizienzmindernd für das Fahrzeug auswirkt.
  • Eine gute Aerodynamik mit möglichst wenig Luftwiderstand für das Fahrzeug ist jedoch weiterhin von zentraler Bedeutung, gerade insbesondere auch bei Fahrzeugen, die hinsichtlich ihrer Motorisierung oder ihrer Reichweite auf einen möglichst effizienten Gesamtbetrieb ausgelegt sind, wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge. Zudem ist es so, dass sich letztendlich auch der Gesamtantriebsbedarf des Fahrzeuges maßgeblich mit am Luftwiderstand orientiert, insbesondere dann, wenn das Fahrzeug mittlere bis hohe Geschwindigkeiten erreichen soll, und dieser für einen geringen Energieverbrauch möglichst gering sein sollte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb neue Wege zu finden, den wirksamen Luftwiderstand des Land-oder Straßenfahrzeuges im Betrieb wirksam zu senken und somit einen effizienteren und leistungsgerechten Betrieb des Fahrzeuges auf der Straße zu ermöglichen.
  • Auch bei Flugzeugen ist eine gute Aerodynamik für die Leistungsfähigkeit und für die grundsätzliche Funktionsfähigkeit von maßgeblicher Bedeutung und auch hier besteht ein wichtiges Auslegungsziel darin, den Luftwiderstand des Flugzeuges im Betrieb möglichst klein zu halten. In der Luftfahrt sind Winglets bekannt, deren Funktionsweise an dieser Stelle kurz erläutert werden soll.
  • Bei einem Flugzeug erzeugt eine Tragflächenanordnung den für den Flug notwendigen Auftrieb des Flugzeuges. Dabei wird die Tragflächenanordnung im Flug durch die Relativbewegung zum Fluid Luft angeströmt. Durch die spezielle Formgebung der Tragfläche wird in vertikaler Richtung eine Auftriebskraft erzeugt, die der Eigengewichtskraft des Flugzeuges entgegenwirkt und damit das Flugzeug trägt.
  • Diese Auftriebskraft ergibt sich durch geeignete geometrische Profilgebung der Tragfläche im jeweiligen 2-dimensionalen Profilschnitt der Tragfläche mit einem geeigneten Flügelprofil. Zur Erzeugung der aerodynamischen Auftriebskraft ist das Profil im Profilquerschnitt dabei zur Anströmrichtung der Luft in einem Anstellwinkel angestellt und/oder das Profil weist im Profischnitt eine relevante Wölbung auf. Die Wölbung kann beispielsweise durch die Skelettlinie im Profischnitt verdeutlicht werden. Das Profil wird dabei zusätzlich eine geeignete kontinuierliche Dickenverteilung entlang seiner Profilerstreckung in Tiefenrichtung im Profilschnitt auf.
  • Im Profilschnitt führt diese geeignete Ausformung des Profils bei einem Flugzeug dazu, dass sich bei geeigneter Anströmung auf der Oberseite in Bezug zum Außendruck der freien Anströmung ein Unterdruck aufbaut und respektive auf der Unterseite des Profils ein Überdruck im Relation zum Druck der freien Anströmung entsteht. Zusammen führt dies in der Theorie zur Ausformung einer aerodynamischen Kraft, die zunächst senkrecht d. h. genau im rechten Winkel auf dem Vektor der Anströmung des Profils steht und an der Tragfläche eines Flugzeuges genutzt wird, um die Auftriebskraft des Flugzeuges zu erbringen.
  • In der Realität führen jedoch die Widerstandkräfte, die am Profil und an der Tragfläche wirken, bekannter Weise dazu, dass der Vektor der resultierenden Luftkraft einen Winkel zum Vektor der örtlichen Anströmung im Profilschnitt ausbildet, der etwas größer als 90 Grad ist, was heißt, dass die der Vektor der resultierenden Anströmung sowohl im zweidimensionalen Profilschnitt als auch an der 3-dimensionalen Tragfläche um wenige Winkelgrade leicht nach hinten gekippt ist, was dem aerodynamischen Eigenwiderstand der Tragfläche geschuldet ist.
  • Im dreidimensionalen Strömungsbild der Tragfläche des Flugzeuges kommt es dann in der Gesamtheit auf der Oberseite der Tragfläche zur Ausformung eines Unterdruckes im Bezug zum Umgebungsdruck der freien und ungestörten Anströmung, im Bereich der Unterseite der Tragfläche entsteht dabei ein Überdruckgebiet gemessen an dem Druck der freien und ungestörten Anströmung. Dies beides führt zur Ausbildung einer Auftriebskraft an der Tragfläche, die das Flugzeug im Fluge wirksam trägt.
  • Bei der Erzeugung der Auftriebskraft des Flugzeuges an der Tragfläche entsteht jedoch ein weiterer wesentlicher Randeffekt, der für die Erklärung der Wirkungsweise von Winglets wichtig ist, welche bei Flugzeugen dafür bekannt sind, den Luftwiderstand des Flugzeuges wirksam wie vorteilhaft senken zu können.
  • Da die Tragfläche des Flugzeuges in Spannweitenrichtung aus Handhabungsgründen am Boden eine begrenzte Erstreckung einnehmen muss, versucht die Luft an den beiden Tragflächenenden einen Druckausgleich zwischen dem Überdruck auf der Unterseite der Tragfläche und dem Unterdruck auf der Oberseite herzustellen. Dabei ergibt sich eine Strömung und Geschwindigkeitskomponente, die vom Überdruck auf der Unterseite zum Unterdruck auf der Oberseite gerichtet ist. Auf der Oberseite der Tragfläche führt dies zu einer Geschwindigkeitskomponente in Spannweitenrichtung, d.h. eine Geschwindigkeit, die in etwa quer zur Flugrichtung und von der Tragflächenspitze zum Rumpf des Flugzeuges hin gerichtet ist. Überlagert man diese zusätzliche Geschwindigkeitskomponente, die durch die Funktion der 3-dimensionalen und endlichen Tragflächen entsteht, mit der Eigenfluggeschwindigkeit des Flugzeuges gegenüber der Luft, die ja bekanntermaßen Voraussetzung dafür ist, dass überhaupt im Flug an den Tragflächen eine Auftriebskraft erzeugt wird, so ergibt sich an den Tragflächenspitzen eine resultierende Anströmung, die schräg von der Seite, d. h. in einem Winkel zur Flugrichtung des Flugzeuges erfolgt.
  • Winglets sind nun Anformungen an die Tragflächenenden des Flugzeuges, die die Ebene des Flügels in einem Winkel abgeknickt in vertikaler Richtung, meist nach oben hin, verlassen. Sie stellen selbst kleine Tragflächen dar, die aerodynamisch in einer anderen geometrischen Ebene als der Flügelebene arbeiten. In ihrem jeweiligen 2-dimensionalen Profilschnitten sind Winglets ähnlich wie Tragflächen mit geeigneten Tragflügelprofilen profiliert, die durch geometrischer Anstellung im Winkel gegenüber der Anströmungsgeschwindigkeit und/ oder Wölbung dazu geeignet sind ähnlich einem Auftrieb eine wirksame aerodynamische und gerichtete Strömungskraft zu erzeugen.
  • Gemäß des Leitsatzes der Aerodynamik entsteht dabei die Strömungskraft, die beispielweise als Auftrieb genutzt werden kann, grundsätzlich senkrecht zum Vektor der aerodynamischen Geschwindigkeitsanströmung der Tragfläche. Durch den Eigenluftwiderstand des Winglets ist dieser Vektor in Wirklichkeit etwas nach hinten gekippt so, dass der Winkel der erzeugten resultierenden Luftkraft durch das Winglet zur aerodynamischen Anströmung etwas mehr als 90 Grad ausmacht.
  • Winglets, die ja bekanntlich an den Tragflächenenden der Tragfläche angebracht sind, nutzen nun die Schräganströmung, die, wie eingangs beschrieben, im Bereich der Tragflächenenden herrscht, gezielt aus, um den Luftwiderstand des Flugzeuges vorteilhaft herabzusenken.
  • Dafür sind die Winglets in Bezug zur relevanten aerodynamischen Anströmung entsprechend absichtlich ausgerichtet und so von ihrem Einstellwinkel an den Tragflächenenden positioniert, dass sie bei Anströmung mit der relevanten Geschwindigkeitsrichtung, die ja, wie beschrieben schräg von der Seite her erfolgt und damit die Anströmung einen Winkel zur Flugrichtung einnimmt, eine resultierende Luftkraft erzeugen, die eine Kraftkomponente in Flugrichtung des Flugzeuges enthält und damit für das Flugzeug vortriebswirksam wirkt.
  • Anders ausgedrückt sind die Winglets als kleine Tragflächen so im Bezug auf die Flugrichtung gekippt angebracht, dass sie vor dem Hintergrund der Schräganströmung an den Tragflächenenden - abgesehen von ihrem Anstellwinkel der Anströmung - durch ihrer gekippte Position annähernd gerade angeströmt werden und dabei eine resultierende Strömungskraft erzeugen, die gemäß dem Leitsatz der Aerodynamik ungefähr im 90 Grad Winkel auf der Anströmung steht. Durch die gekippte Position der Winglets in Bezug zur Flugrichtung ist die resultierend Luftkraft, die sich in der Realität in einem Winkel von etwas mehr als 90 Grad zur Anströmung ausbildet, ebenfalls in Flugrichtung gekippt und enthält damit eine maßgeblich wirksame Kraftkomponente, die in Flugrichtung gerichtet ist und widerstandsabschwächend und somit vortriebwirksam und damit leistungssteigernd für das Luftfahrzeug wirkt.
  • Die Nutzung von aerodynamischer Schräganströmung zur Erzeugung einer aerodynamisch vortriebserzeugenden Kraft für ein Fahrzeug ist generell für die Erklärung der folgenden Erfindung förderlich.
  • Wie eingangs beschrieben verfügt das Straßenfahrzeug über eine formgebende Außenhaut, oft auch als Karosserie bezeichnet, die das Fahrzeug im Betrieb zum umgebenden und bewegten Fluid hin nach außen abgrenzt.
  • Grundsätzlich ist es bei Bewegung des Fahrzeuges durch die Luft dabei so, dass die Stromlinien, die die Richtungsabfolge des des Fahrzeuges umgebenden Luftstroms anzeigen, sich an der Kontur und Formgebung der Außenhaut orientieren.
  • Da sich die Formgebung der Außenhaut auch maßgeblich danach richtet, dass im Fahrzeuginnenraum genügend Volumen für Fahrer, Mitfahrer, Innenraum, Antrieb, Technik und Zuladung bereit gestellt wird, übt die geometrische Gestaltform des Fahrzeuges, die durch die Außenbegrenzung des Fahrzeuges ersichtlich wird, bei Bewegung durch die Luft eine Verdrängungswirkung auf die umgebende Luft aus.
  • In diesem Zusammenhang wird die Luft bekanntermaßen um das Fahrzeug herum geführt. Das wiederum führt dazu, dass um die Außenhaut des Fahrzeuges Bereiche mit Luftströmen existieren, in denen der Luftstrom in der Umgebung der Außenhaut des Fahrzeuges in eine Richtung strömen muss, die von der Fahrtrichtung des Fahrzeuges maßgeblich abweicht und in denen insbesondere der Luftstrom um das Fahrzeug im Winkel maßgeblich nicht parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges orientiert ist.
  • Da die Stromlinien das Richtungsfeld des Luftstromes bei Umströmung um die Außenhaut des Fahrzeuges anzeigen, gilt auch für die Stromlinien, dass es Bereiche um die formgebende Außenhaut des Fahrzeuges geben muss, in denen ebenso wie der Luftstrom, die umgebenden Stromlinien zumindest abschnittsweise an einer deutlich abweichenden Richtung ausgerichtet sind als der Fahrtrichtung.
  • Zusammenfassend bedeutet dies, dass in Abhängigkeit der Kontur der Außenhaut zumindest abschnittsweise Stromlinien und Fahrtrichtung zueinander einen deutlichen Winkel zueinander bilden. Es bedeutet zugleich, weil die Stromlinien den Richtungsverlauf des Luftstroms anzeigen, dass natürlich der das Fahrzeug umgebende Luftstrom zumindest abschnittsweise ebenso einen merkbaren Winkel zur Fahrtrichtung ausbildet.
  • Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Karosserieanordnung K für bei einem Land-oder Straßenfahrzeug der folgenden Art:
    • Mindestens eine Karosserieanordnung K, diese mit einer Oberfläche O, welche die Karosserieanordnung K hin zum Fluid Luft hin abgrenzt, wobei die Karosserieanordnung K bei Fahrt unter Relativbewegung zum Fluid Luft auf dieses eben eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Luftmassenstrom in ihrer Umgebung ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die lokalen Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Karosserieanordnung K mit orientieren.
    • wobei:
      • in das Stromlinienfeld, das durch die Karosserieanordnung K auf das Fluid Luft in seiner Umgebung induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung A, auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Karosserieanordnung K, abschnittsweise richtungsverschieden zur Fahrtrichtung FR ist, mindestens ein Flügelabschnitt FA eingebracht ist und vom Luftmassenstrom angeströmt wird, welcher
        • • an der Karosserieanordnung K befestigt ist und
        • • eine Quererstreckung in Form einer Spannweite S aufweist, und
        • • dieser Flügelabschnitt FA zumindest in Richtung seiner Spannweite S im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Karosserieanordnung K nach entsprechend gekrümmt umgibt
        • • über einen Großteil seiner Spannweite S ein Abstand D zur Oberfläche O der Karosserieanordnung K besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite US - als auch auf seiner Oberseite OS von der Luft bei Fahrt umströmt werden kann so,
    dass dieser Flügelabschnitt FA unter lokaler Anströmung A dieses von der Fahrtrichtung FR richtungsverschiedenen Luftmassenstroms, eine solche resultierende Strömungskraft SK erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Fahrtrichtung FR geneigt ist und damit eine in Fahrtrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Fahrtrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Karosserieanordnung K entgegen ihrer Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
  • Gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch die Erzeugung einer Vortriebskraft VOR für ein Land- oder Straßenfahrzeug der folgenden Ausprägung:
    • Erzeugung von Vortrieb VT durch zumindest einen, die Karosserieanordnung K zumindest abschnittsweise umgebenden, und an ihr angebundenen Flügelabschnitt FA durch Anströmung dieses mindestens einen Flügelabschnittes FA bei Fahrt durch das Fluid Luft mit einer von der Fahrtrichtung FR richtungsverschiedenen lokalen Anströmung A durch das insbesondere von der Karosserieanordnung K im Fluid Luft in der Umgebung induzierte richtungsgebendes Stromlinienfeld.
    • Erfindungsgemäß wird nun genau in einem solchen Bereich, in dem der Luftstrom bzw. die die Richtung des Luftstroms indizierenden Stromlinien bei Umströmung der Kontur der Außenhaut des Fahrzeuges einen deutlichen Winkel zur Betriebsrichtung des Fahrzeuges bilden, zumindest ein Flügelabschnitt eingebracht.
  • Dieser Flügelabschnitt abschnitt wird in einem Abstand zur Außenhaut des Fahrzeuges angebracht, so, dass er sowohl an seiner Außenseite, als auch an seiner Innenseite vom dem das Fahrzeug umgebenden Luftmassenstrom im Fahrbetrieb umspülend umströmt wird. Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Flügelabschnitt so angeordnet ist, dass ein Luftmassenstrom zwischen der Innenseite des Flügelabschnittes und der Außenhaut des Fahrzeuges passieren kann. Weiterhin wird der Flügelabschnitt zumindest abschnittsweise frei vom Luftstrom umströmt, dass heißt ein Luftmassenstrom, der die Innenseite des Tragflächenabschnittes bis zu Hinterkante passiert, trifft hinter der Hinterkante des Flügelabschnittes auf den Luftmassenstrom, der den Flügelabschnitt auf der Außenseite passiert. Vorder- und Hinterkante des Flügelabschnittes werden also somit umströmt.
  • Dieser Flügelabschnitt wird dabei in Abhängigkeit von der Kontur der Außenhaut, die dem Luftmassenstrom im Wesentlichen ihrer Strömungsrichtung erteilt, von seinem Einstellwinkel so ausgerichtet, dass er mit der, zumindest abschnittsweisen zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges im Winkel verschiedenene aerodynamischen Anströmung, die er durch seine geeignete Anbringung im Strömungsfeld des Fahrzeuges erfährt, eine resultierende Strömungskraft ausbildet, welche eine wirksame Kraftkomponente in Betriebsrichtung des Fahrzeuges umfasst.
  • Kennzeichen der Erfindung ist es dabei, dass die Vortriebskraft, die durch das Tragflächenelement erzeugt wird größer ist als der Eigenluftwiderstand des Flügelabschnittes samt seiner Befestigungen, so, dass sich eine resultierende Luftkraft ergibt, die eine Kraftkomponente umfasst, die in Fahrtrichtung des Fahrzeuges gerichtet ist und somit aktiv widerstandsabschwächend, vortriebserzeugend und damit leistungssteigernd wirkt.
  • Der Flügelabschnitt ist dabei so mit dem Fahrzeug verbunden, dass sich zumindest die aus der Strömungskraft des Tragflächenelementes wirksame Vortriebskraft im Fahrbetrieb auf das Fahrzeug übertragen läßt. Dabei kann der Flügelabschnitt beispielsweise strukturell mit dem Fahrzeug verbunden sein. Auch können Gelenke und Lager benutzt werden so, dass sich die in Betriebsrichtung des Fahrzeuges erzeugte Vortriebskraft auf das Fahrzeug überträgt, andere Kräfte aber keinen Eingang in die Fahrzeugstruktur finden.
  • Der erfindungsgemäße Flügelabschnitt kann dabei an verschiedenen Stellen am Fahrzeug positioniert sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich zumindest eins eines solchen Flügelabschnitt ähnlich wie ein Dachspoiler im Bereich des Daches eines Fahrzeuges installiert. Der zumindest eine Flügelabschnitt ist dabei in einem Abstand zur Fahrtrichtung schrägen Außenkontur des Dachspoilers installiert. Durch die Neigung des Dachspoilers und durch die Strömungsführung in einem bedeutenden Winkel zur Fahrtrichtung ist die durch den zumindest einen Flügelabschnitt erzeugte Vortriebskraft bedeutend wirksam. Diese Ausführungsform lässt sich besonders gut an Transportern, LKWs und Gespannzügen mit Hängern anwenden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich zumindest ein Paar solcher Flügelabschnitte als Seitenspoiler installiert. Auch seitlich muss die Strömung um das Fahrzeug herumgelenkt werden, was zu einer Richtungsänderung der Strömung führt. Im begrenzten Maße wird die Strömung durch die Kontur des Fahrzeuges am Heck auch wieder zusammengeführt.
  • Das zumindest eine Paar von Flügelabschnitten ist dabei links und rechts, an beiden Seiten des Fahrzeuges, in einem Abstand zu der - zur Fahrtrichtung schrägen seitlichen Außenkontur - des Fahrzeuges installiert. Durch die Neigung der Seitenkontur und durch die Strömungsführung in einem bedeutenden Winkel zur Fahrtrichtung ist die durch das zumindest eine Paar von Flügelabschnitten erzeugte Vortriebskraft für das Fahrzeug bedeutend wirksam. Diese Anwendungsmöglichkeit ließe sich vorzugsweise jeweils im seitlichen Front- und Heckbereich des Fahrzeuges installieren.
  • In einer bevorzugten beispielhaften Anwendungsform könnte zumindest ein solches Paar von Flügelabschnitten statt der seitlichen Windleitbleche in Front insbesondere bei LKWs Klein-LKWs und Transportern installiert werden, um den Luftwiderstand signifikant zu vermindern.
  • In einer weiteren bevorzugten Anwendungsform könnte zumindest ein solches Paar von Flügelabschnitten in dem Bereich installiert werden in dem eine seitliche Vergrößerung bei der Breite des Fahrzeuges stattfindet. Dies ist insbesondere bei LKWs Klein-LKWs und Transportern der Fall in dem Bereich in dem sich die Breite des Fahrzeuges von der Fahrkabine zum Kofferaufbau hin - je nach Design manchmal sogar sprunghaft - verbreitert. Auch hier könnten die Flügelabschnitte installiert werden, um den Luftwiderstand signifikant zu vermindern.
  • Das Gleiche gilt für Bereiche in dem sich die Höhe oder Tiefe des Fahrzeuges kontinuierlich oder sprunghaft verändert.
  • In einer weiteren bevorzugten Anwendungsform könnte zumindest ein solches Paar von Flügelabschnitte in einem Bereich der Frontschürze des Fahrzeuges installiert sein. Auch eine versenkte oder teilversenke Installation währe in einer Ausführungsform denkbar. Auch mehrere Paare in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet oder eine Matrixanordnung wären denkbar.
  • In einer weiteren Ausführung könnte ein solcher erfindungsgemäßer Flügelabschnitt im Bereich des Unterbodens eines Fahrzeuges installiert sein.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform könnte zumindest ein Flügelabschnitt in dem Bereich installiert werden, in dem die Front des Fahrzeuges kontinuierlich oder sogar sprunghaft in eine Schräge übergeht. Dies wäre zum Beispiel an dem Übergang zwischen steiler Front des Fahrzeuges und der eher in die Länge gestreckten Fahrzeugmotorhaube oder bei einer Querschnittserweiterung der Karosserie der Fall. Ein weiteres beispielhaftes Anwendungsgebiet entsteht beim Übergang der Fahrzeugfrontscheibe, die in den meisten Fällen zwecks Übersichtlichkeit und Blickfeld nur über eine moderate Schräge verfügt und dem Dachbereich, der meist entsprechend der Schräge deutlich weniger geneigt ausfällt. Auch hier findet jeweils eine Änderung der Strömungsrichtung bedingt durch die Kontur statt, was es empfiehlt mindestens ein solchen Flügelabschnitt in einem solchen Bereich z.B. auch optisch als Front- oder Dachverblendung zu installieren, um eine wirksame Vortriebskraft aerodynamisch in Fahrtrichtung für das Fahrzeug zu erzeugen, die den Luftwiderstand des Fahrzeuges abschwächt.
  • In einer weitern Ausführungsform könnte zumindest ein solcher Flügelabschnitt an oder in einer Motorhaube integriert sein, die von ihrer Kontur eine gewisse Schräge zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges einnimmt. In einem Bereich einer solchen Motorhaube würde eine Kontur die Strömung z.B. in Form einer Schräge umlenken und zumindest ein Flügelabschnitt könnte sowohl an seiner Unter- als auch an seiner Oberseite vom Luftstrom wirksam im Betrieb umspült werden. Dabei kann das Flügelabschnitt auch versenkt oder teilweise versenkt angeordnet sein. Generell ist auf diese Weise eine Erzeugung einer Vortriebskraft möglich.
  • In einer weiteren bevorzugten Anwendungsform könnte zumindest ein solches Paar von Flügelabschnitten in dem Bereich eines oder mehrerer Außenspiegel des Fahrzeuges installiert sein. Auch diese sind oft geneigt zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges angebracht und verfügen ihrerseits meist über eine Kontur, die abschnittsweise deutlich zur Betriebsrichtung des Fahrzeuges geneigt ist. Auch im Abstand zu Abschnitten dieser Kontur des Außenspiegels ließen sich Flügelabschnitte installieren, die an Innen- und Außenseite von der Luft umströmt und in einem Winkel angeströmt werden so, dass sie mit ihrem Einstellwinkel eine resultierende Luftkraft erzeugen, die auf das Fahrzeug vortriebswirksam und widerstandsabschwächend wirkt. Dies ist insbesondere bei Bussen, LKWs Klein-LKWs und Transportern attraktiv, die - auch flächenmäßig - über entsprechend große Außenspiegel zur Generierung einer Vortriebskraft verfügen.

Claims (12)

  1. Mindestens eine Karosserieanordnung (K) für ein Straßenfahrzeug (SF), diese mit einer Oberfläche (O), welche die Karosserieanordnung (K) hin zum Fluid Luft hin abgrenzt, wobei die Karosserieanordnung (K) bei Fahrt unter Relativbewegung zum Fluid Luft auf eben dieses eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Luftmassenstrom in ihrer Umgebung ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die lokalen Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) mit orientieren. wobei: in das Stromlinienfeld, das durch die Karosserieanordnung (K) auf das Fluid Luft in seiner Umgebung induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung (A), auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K), abschnittsweise richtungsverschieden zur Fahrtrichtung (FR) ist, mindestens ein Flügelabschnitt (FA) eingebracht ist und vom Luftmassenstrom angeströmt wird, welcher • an der Karosserieanordnung (K) befestigt ist und • eine Quererstreckung in Form einer Spannweite (S) aufweist, und • dieser Flügelabschnitt (FA) zumindest in Richtung seiner Spannweite (S) im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) nach entsprechend umgibt, und • über einen Großteil seiner Spannweite (S) ein Abstand (D) zur Oberfläche (O) der Karosserieanordnung (K) besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite (US) - als auch auf seiner Oberseite (OS) von der Luft bei Fahrt umströmt werden kann so, dass dieser Flügelabschnitt (FA) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Fahrtrichtung (FR) richtungsverschiedenen Luftmassenstroms, eine solche resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, welche von ihrer Wirkrichtung in Fahrtrichtung (FR) geneigt ist und damit eine in Fahrtrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Fahrtrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) entgegen ihrer Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.
  2. Wenigstens eine Karosserieanordnung (K) für ein Straßenfahrzeug (SF), diese mit einer Außenhaut als Oberfläche (O), welche diese Karosserieanordnung (K) zu dem Fluid Luft abgrenzt, und bei Fahrt als Begrenzung dem Fluid ein zumindest abschnittsweise von der Fahrtrichtung (FR) richtungsverschiedenes Stromlinienfeld aufprägt, wobei diese Karosserieanordnung (K) mindestens eine zumindest abschnittsweise ausgeführte weitere Haut hat, welche die Karosserieanordnung (K) zumindest abschnittsweise radial umgibt, jedoch von beiden Seiten, das heißt auf ihrer Oberseite (OS) und auf ihrer Unterseite (US), bei Fahrt vom Fluid umspült werden kann, und so aerodynamisch ausgestaltet ist, dass diese bei Fahrt in Fahrtrichtung (FR) eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine vortriebswirksame Kraftkomponente (VOR) in Fahrtrichtung (FR) mit umfasst, welche auf diese wenigstens eine Karosserieanordnung (K) übertragen werden kann.
  3. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-2, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Bereich der Außenspiegel angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  4. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-3, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Bereich der Seitenbegrenzungen (SB) der Karosserieanordnung (K) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  5. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Dachbereich (DB) der Karosserieanordnung (K) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  6. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Bereich des Unterbodens (BU) der Karosserieanordnung (K) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  7. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Wirkungsbereich eines Windabweisers (WA), Spoilers (SP) oder einer Blende (B) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  8. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im Bereich einer Querschnittserweiterung (QE) der Karosserieanordnung (K) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  9. Eine Karosserieanordnung (K) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-8, wobei mindestens ein Flügelabschnitt (FA) im als Motorhaubenbereich (MH) bekannten Bereich der Karosserieanordnung (K) angeordnet ist, so, dass er dort unter richtungsverschiedener lokaler Anströmung (A) zur Fahrtrichtung (FR) eine Vortriebskraftkomponente (VOR) auf die Karosserieanordnung (K) erzeugen kann.
  10. Ein Straßenfahrzeug(SF) mit wenigstens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-9.
  11. Verwendung einer Karosserieanordnung (K) oder eines Straßenfahrzeuges (SF) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-10.
  12. Erzeugung einer Vortriebskraft (VOR) durch zumindest einen abschnittsweisen ausgeführten Flügelabschnitt (FA), der mit Abstand (D) zu mindestens einer Karosserieanordnung (K) an dieser befestigt ist, und diese Karosserieanordnung (K) zumindest abschnittsweise umgebend, in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Luftmassenstrom bei Fahrt in Fahrtrichtung (FR) im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung wenigstens einer Karosserieanordnung (K) zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Fahrtrichtung (FR) bewegt, und dieser zumindest abschnittsweise ausgeführter Flügelabschnitt (FA) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Fahrtrichtung (FR) richtungsverschiedenen Luftmassenstroms eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine in Fahrtrichtung (FR) wirksame Vortriebskraft (VOR) enthält so, dass die in Fahrtrichtung(FR) wirksame Vortriebskraft (VOR) auf wenigstens eine Karosserieanordnung (K) vortriebswirksam wirken kann.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102023114046A1 (de) 2022-05-29 2023-12-14 Malte SCHWARZE Fluiddynamisches Element zur Widerstandsabschwächung

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