DE19524825A1

DE19524825A1 - Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes am Heck eines Fahrzeuges, vorzugsweise Nutzfahrzeuges

Info

Publication number: DE19524825A1
Application number: DE1995124825
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl Ing Dr Lechner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-09

Description

Stand der Technik

Nutzfahrzeuge, z. B. Lkw oder Anhänger, besitzen üblicherweise ein stumpf und praktisch rechteckig geformtes Heck. An einem solchen Heck reißt der Fahrtwind an der Außenkante ab und erzeugt hinter dem Heck ein großes Wirbelfeld, den sog. Strömungsnachlauf, der einen Teil des Gesamtwiderstandes des Fahrzeuges, den sog. Heckwiderstand induziert.

Um diesen Luftwiderstand zu verringern, wurden bisher Vorrichtungen vorgeschlagen (z. B. Canada 1079772, US 4,142,255), die die Kontur des Fahrzeuges rückwärts strömungsgünstig verjüngen und die als Zubehörteil am Heck des Fahrzeugs befestigt werden. Diese Vorrich tungen verlängern aber die Gesamtlänge der Fahrzeuge, so daß deren Anwendung gesetzliche Vorschriften entgegenstehen.

Die meisten Lkw bzw. Lkw-Anhänger besitzen heckseitig Beladetüren, die vollständig aufge schlagen werden und an die Seitenwände des Aufbaus so eingehängt werden, daß nur noch ein kleiner Freiraum zwischen Tür und Seitenwand bleibt (siehe Fig. 3). Besonders nachteilig ist daher, daß durch diese Vorrichtungen das vollständige Öffnen der Hecktüren behindert wird bzw. diese Vorrichtungen erst entfernt oder mittels einer aufwendigen Zusatzvorrichtung weggeschwenkt werden müssen.

In US 4,214,787 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der Luftleitfläche gelenkig am hinte ren Ende der Fahrzeugseitenwand gelagert ist und durch einen pneumatischen Druckzylinder in eine Wirkposition aufgeklappt wird. Im Ruhezustand des Fahrzeuges ist die Luftleitfläche parallel zu der Heckfläche eingeklappt. Damit wird zwar dem Problem der ständigen Fahr zeugverlängerung begegnet, das vollständige Öffnen der Hecktüren ist aber ebenso behindert, weil die Luftleitfläche gelenkig mit der Seitenwand, während der Druckzylinder an der Heck fläche gelagert sind. Dadurch ist aus kinematischen Gründen das Öffnen der Hecktüre bis zur Seitenwand unmöglich. Außerdem ist die Konstruktionshöhe der Vorrichtung durch die nach innen gerichtete Betätigungsrichtung des Druckzylinders zwangsläufig am Gelenk der Luft leitfläche relativ groß, weil das Zylindergehäuse dort Platz finden muß. Wie vorher erwähnt, steht aber gerade dort bei aufgeschlagener Tür am wenigsten Freiraum zur Verfügung. Außer dem ist durch die vorgeschlagene rechteckige Form der Luftleitfläche die Anbringung dersel ben nur an der Seite möglich, wie es auch beschrieben wird. Die Luftströmung wird also dachseitig nicht geführt und die Möglichkeit zur Verringerung des Luftwiderstands dort nicht genutzt.

In DE 40 21 337 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der Luftleitflächen mittels eines vom Fahrtwind aufgeblasenen Druckschlauches ab einer gewissen Fahrgeschwindigkeit in ihre Wirkposition geklappt werden. Diese Konstruktion ist in erster Linie für Planenaufbauten geeignet, wo der Druckschlauch kostengünstig in die Heckplane integriert werden kann und die Vorrichtung zusammen mit der Heckplane zum Beladen hochgeschlagen wird. Für Kof feraufbauten mit Portaltüren ist sie problematisch, weil sie auf die Türen draufgesattelt wer den muß und wegen der notwendigen Konstruktionshöhe das vollständige Öffnen der Türen behindern kann. Außerdem ist es wegen des naturgemäß geringen Staudrucks und der daraus resultierenden geringen Betätigungskraft des Druckschlauches nur bei sehr hohen Geschwin digkeiten möglich, auch an der Dachseite eine stabile Luftleitfläche entgegen ihres Gewichtes aufzuklappen.

Nachteilig bei allen bekannten klappbaren Vorrichtungen ist es, daß im Stand oder bei gerin ger Geschwindigkeit ein starker Wind die Luftleitfläche aufreißen und u. U. beschädigen kann, weil keine Mittel, z. B. Dämpfer, vorgesehen sind, die dieses ungewollte Aufschlagen verhindern können.

Ein wesentlicher Nachteil der bisherigen Konstruktionen besteht darin, daß die Luftleitfläche nur in einer einzigen Wirkposition steht, nämlich in einem Winkel zur Fahrzeuglängsachse geneigt ist und die Kontur somit verjüngt. Z.B. bei einem Lkw, der zeitweise auch einen An hänger mitführt, ist es vorteilhaft, wenn die Luftleitfläche in zwei Wirkpositionen gebracht werden kann: Fährt der Lkw solo, so soll sie die Kontur, wie vorher beschrieben, verjüngen. Führt der Lkw jedoch einen Anhänger mit sich, so ist eine Konturverjüngung eher nachteilig, weil die Luftströmung sogar mehr auf die Anhängerfront gelenkt und der Luftwiderstand er höht wird.

Für alle bisherigen Vorschläge gilt, daß sie, weil sie auf die vorhandene Heckfläche nachträg lich befestigt werden und über dem ursprünglichen Umriß des Fahrzeuges vorstehen, beschä digungsanfällig sind und das Aussehen der Fahrzeuge eher verschlechtern. Dem gefälligen Aussehen kommt aber bei den Nutzfahrzeugen, insbesondere beim Omnibus, steigende Be deutung zu.

Erfinderische Lösung der Aufgabe

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst (siehe Fig. 1 u. 2), die ausschließlich auf der Hecktüre (2) aufgebracht ist, bei der eine oder auch mehrere Luft leitflächen (1) mittels eines steuerbaren Betätigungsmittels (6) geschwindigkeitsabhängig in eine oder mehrere Wirkpositionen gebracht werden können und deren Konstruktionshöhe so klein gehalten werden kann, daß die Hecktüre in eine vollständig geöffnete Position (anliegend an der Fahrzeug-Seitenwand) gebracht werden kann. Die Vorrichtung besteht aus einer im Querschnitt im wesentlichen ebenen Luftleitklappe (1), die an den Außenrändern der Hecktüre drehbar (3) gelagert und einem steuerbaren Betätigungsmittel (6), z. B. Druckluftzy linder oder elektrischen Stellmotor (Spindelantrieb), das ebenfalls an der Hecktüre drehbar gelagert und mit der Luftleitfläche (1) gelenkig verbunden ist (Fig. 3). Die Betätigungsrich tung, bzw. die Kolbenstange zeigt in Richtung der Drehachse der Luftleitfläche. Damit kann die Konstruktionshöhe der Vorrichtung am kritischen Bereich in der Nähe des Drehgelenks (3) minimiert werden, weil das Betätigungsmittel naturgemäß den größten Querschnitt an der der Kolbenstange entgegengesetzten Seite aufweist. Ebenso kann vorteilhaft der Hub und damit die Länge des Betätigungsmittel minimiert werden. Zusätzlich ist es z. B. bei Kühlauf bauten, wo die Hecktüre üblicherweise aus einer relativ dicken Kunststoff-Sandwichbauweise besteht, vorteilhaft, wenn die Türe eine Vertiefung (4) aufweist, die im eingeklappten, also nichtbetätigten Zustand die gesamte Vorrichtung oder zumindest das Betätigungsmittel (6) aufnimmt, so daß die Luftleitklappe mit der Hecktüre eben abschließen kann. Vorteilhaft kann also die Vorrichtung in die Kontur des Fahrzeuges integriert werden, ohne daß beschädi gungsanfällige oder das Aussehen des Fahrzeugs störende Teile vorstehen. Sind 2 oder drei Luftleitflächen an der Hecktüre vorgesehen (Fig. 1), werden diese an den Seiten um 45 grd (5) abgeschrägt, um ein völliges und ebenes Einklappen im Ruhezustand zu ermöglichen. Der Klappwinkel (7) wird im Falle des Solo- Fahrzeuges zwischen 70 und 80 Grad so gewählt, daß die vorbei streichende Strömung möglichst ablösefrei der Luftleitfläche folgen kann (Fig. 3) und der Strömungsquerschnitt eingeschnürt wird oder er kann im Falle, daß das Zugfahr zeug noch einen Anhänger mitführt, auf 90 oder mehr Grad (8) eingestellt werden, so daß die Strömung parallel zu den Seitenwänden über die Lücke zwischen den beiden Fahrzeugen hinweggeführt wird.

Günstig ist es auch, die Luftleitfläche um ein Maß (10) von einigen cm vom äußersten Rand nach innen zurückzuversetzen, weil durch die dadurch entstehende kleine Wirbelschleppe (9) die träge Strömungsgrenzschicht durchmischt wird und dadurch eine Strömungsablösung weniger wahrscheinlich ist.

Es kann auch noch auf die Außenseite der Luftleitfläche, d. h. der der Luftströmung zugewand ten Seite, ein weiteres geeignetes Mittel aufgebracht werden (Fig. 4), das dazu dient, die Ab lösung der Strömung bei zu kleinen Klappwinkeln zu vermeiden. Z.B. kann durch eine An ordnung von vorstehenden Strömungskanälen (11) "gesunde" Außenluft in die ablösegefähr dende Grenzschichtzone geführt werden, die Strömung dort beschleunigt und dadurch eine Strömungsablösung vermieden werden. Damit lassen sich vorteilhaft kleinere Klappwinkel, d. h. größere Strömungseinzüge und höhere Luftwiderstandsreduzierungen erreichen.

Die Luftleitflächen werden im nichtbetätigten Zustand durch geeignete Mittel, z. B. eine starke Rückholfeder (21), Fig. 5, die beispielsweise auch im pneumatischen Druckzylinder eingebaut sein kann, in der eingeklappten Position parallel zur Hecktür gehalten. Fig. 5 zeigt die Schal tung für einen Druckzylinder. Dieser steht mit dem bordeigenen Druckluftsystem in Verbin dung. Dazwischengeschaltet ist ein gesteuertes Magnetventil (14), welches von einem Ge schwindigkeitsmesser (15), z. B. bordeigenem Tachometer, Antiblockiersystem des Anhängers oder auch von einem Windrad ein Steuersignal bekommt, wenn eine vorbestimmbare Fahr zeuggeschwindigkeit anliegt. Das Ventil (14) öffnet dann die Verbindung zu Druckzylinder und fährt die Luftleitfläche aus. Fig. 5 zeigt auch, wie der erfinderische Gedanke des mehrfa chen Klappwinkels beispielhaft gelöst werden kann: im Handel erhältlich sind z. B. Druckluft zylinder mit Positionsschalter S1 (16), S2 (17), die bei Erreichen eines bestimmten Kolben hubs ansprechen. Damit kann das Steuerventil (14) in der gezeichneten Weise steuerungsmä ßig so verknüpft werden, daß der Kolbenhub in der durch den Schalter S3 (18) vorgewählten Stellung stehenbleibt.

Dieselbe Schaltungslogik kann auch mit einem elektrischen Stellmotor als Betätigungsmittel statt dem Druckzylinder erfüllt werden. In diesem Falle wird die elektrische Verbindung zur bordeigenen Stromversorgung über einen steuerbaren Schalter analog zur vorher geschilderten Schaltung erst dann hergestellt, wenn am Geschwindigkeitsmesser ein entsprechendes Signal anliegt.

Ein Vorteil dieser Ausführung besteht auch darin, daß es handelsüblich elektrische Antriebe gibt, die in der jeweils angefahrenen Endstellung blockieren. Damit kann die Luftleitfläche in der gewünschten Winkelposition sicher gehalten und ein ungewolltes Aufschlagen beispiels weise bei einer Windböe vermieden wird. Im Falle eines pneumatischen Betätigungsmittels, wo diese Gefahr besteht, wird eine Dämpfungsvorrichtung, z. B. Drosselventile (19) in den Entlüftungsleitungen oder ein handelsüblicher Öldämpfzylinder (20), der parallel zum Druck zylinder eingebaut werden kann (Fig. 2), vorgeschlagen, um eine langsame Bewegung der Luftleitflächen zu gewährleisten.

Der erfinderische Gedanke der mehrfach einstellbaren Klappwinkel ist auch mit einer um stellbaren mechanischen Winkelbegrenzung, z. B. einem längenveränderlichen Abspannseil möglich.

Beim Omnibus spielt das gefällige Aussehen eine große Rolle. Allgemein ist das Omnibus- Heck aus einem Formteil, bevorzugt aus glasfaserverstärktem Kunststoff geformt. Vorteilhaft kann dieses Formteil mit Vertiefungen so ausgebildet werden, daß die luftwiderstandsverrin gernde Vorrichtung oder Teile davon, z. B. das Betätigungsmittel, wie Druckzylinder oder E- Motoren, darin Platz finden und somit die Vorrichtung im Ruhezustand in den Fahrzeugumriß integriert ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstands von Fahrzeugen, die eine im wesentlichen rechteckige und ebene Heckfläche mit darin befindlichen Beladetüren auf weisen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Luftleitfläche vorgesehen ist, die drehbar an der Beladetüre befestigt ist und die mittels eines ebenfalls an der Beladetür drehbar gelagerten und an der Luftleitfläche gelenkig befestigten Betätigungsmittels von einer Ruheposition in eine Winkelposition zur Beladetür geklappt werden kann, so daß da durch die Luftströmung widerstandsverringernd beeinflußt wird.

2. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstands von Fahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladetür zusammen mit dieser Vorrichtung bis zur Fahrzeug-Seitenwand aufgeschlagen werden kann, ohne daß die Vorrichtung demontiert oder manipuliert werden muß.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitfläche im wesentli chen eben ausgebildet und seitlich in einem Winkel von 45 Grad abgeschrägt ist, und daß eine solche Luftleitfläche sowohl seitlich als auch oben (dachseitig) bzw. unten an der Be ladetür angebracht ist und diese Luftleitflächen ohne zu überlappen in ihre Ruheposition eingeklappt werden können.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, Betätigungsrichtung des Betätigungsmittels für die Luftleitfläche beim Aufklappen zur Drehachse der Luftleitfläche hin erfolgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitfläche in mindestens zwei vorwählbaren Winkelpositionen aufklappbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Winkelposition in der einen wählbaren Position 70 bis 80 Grad, in der anderen mindestens 90 Grad, bezogen auf die Fahrzeugquerachse, beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladetür eine eingeformte Vertiefung aufweist, die die Vorrichtung oder Teile davon aufnimmt.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante der Luftleitfläche von der Außenkante der Fahrzeug-Heckfläche nach innen versetzt ist und damit eine Luftwirbelschleppe entlang der Luftleitfläche erzeugt wird, die geeignet ist, dort die Strömungsführung zu verbessern.

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitfläche an ihrer der Strömung zugewandten Seite ein Mittel aufweist, das geeignet ist, die Strömungsablösung dort zu verhindern.

10. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitfläche erst ab einer vorwählbaren Fahrzeuggeschwindigkeit aufgeklappt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das geschwindigkeitsab hängige Signal von einem bordeigenen, aber nicht zur Vorrichtung gehörenden Geschwin digkeitsmeßgerät, z. B. Tachometer oder Antiblockiersystem stammt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitssignal von einem separaten, zur Vorrichtung gehörenden Geschwindigkeitsmeßgerät, z. B. Rad drehzahlmesser oder Fahrtwindmesser stammt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel ein Druckluftzylinder oder ein elektrischer Antrieb ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Dämpfungsmittel vorgesehen sind, die die Bewegungsgeschwindigkeit der Luft leitfläche dämpfen.

15. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitfläche entgegen der Kraft einer Feder aufgeklappt wird.

16. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes eines Nutzfahrzeuges, speziell Omnibusses, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heckformteil des Omnibusses Vertiefungen aufweist, die die Vorrichtung oder Teile davon aufnehmen können, dergestalt, daß die Vorrichtung in das Heckformteil integriert ist.