DE19602602A1

DE19602602A1 - Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes eines Fahrzeuges, bevorzugt Nutzfahrzeuges

Info

Publication number: DE19602602A1
Application number: DE19602602A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr Lechner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-07-31
Also published as: US5842734A

Description

Stand der Technik

Nutzfahrzeuge, z. B. Lkw, Anhänger oder Busse, besitzen üblicherweise ein stumpf und prak tisch rechteckig geformtes Heck. An einem solchen Heck reißt der Fahrtwind an der Außenkan te ab und erzeugt hinter dem Heck ein großes Wirbelfeld, den sog. Strömungsnachlauf, der ei nen erheblichen Teil des Gesamtwiderstandes des Fahrzeuges, den sog. Heckwiderstand indu ziert.

Um diesen Luftwiderstand zu verringern, wurden bisher starre oder aufblasbare Vorrichtungen vorgeschlagen (z. B. DE-OS 31 15 742, US-PS 4,142,755), die den Abrißquerschnitt der Strö mung am Heck verkleinern und die als Zubehörteil am Heck des Fahrzeugs befestigt werden können. Diese Vorrichtungen verlängern die Gesamtlänge der Fahrzeuge, so daß deren Anwen dung gesetzliche Vorschriften entgegenstehen.

Es gibt auch Vorrichtungen (z. B. US 4,214,787), bei denen Luftleitflächen manuell oder pneumatisch aufgeklappt werden. Nachteilig ist aber, daß sie auf die bestehenden Fahrzeuge befestigt werden und damit die ursprüngliche Fahrzeuglänge auch etwas verlängern, beschädi gungsanfällig sind, weil sie über dem eigentlichen Umriß des Fahrzeuges vorstehen und das Aussehen der Fahrzeuge, z. B. der Omnibusse stören. Für den Omnibus kommt dem Design und gefälligem Aussehen große Bedeutung zu. Die bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen inte grieren sich nicht in das Fahrzeug und stören das Gesamtaussehen, so daß hier eine andere Lö sung wünschenswert ist.

Infolge des Windeinflusses werden in Fahrt befindliche Fahrzeuge i. d. R. schräg angeströmt. Dadurch kommt es zu einer Umströmung der dachseitigen Fahrzeug-Längskanten. Sind diese relativ scharf ausgebildet, wie es z. B. bei Lkw-Anhängern üblich ist, so löst die Strömung dort ab und erzeugt einen nicht unerheblichen Luftwiderstand und Seitenkraft.

Omnibusse haben deshalb z. B. abgerundete Ecken. Rundungen sind aber fertigungstechnisch relativ aufwendig herzustellen. Außerdem ist bekannt, daß an runden Oberflächen die S unde finiert und oszillierend ablösen kann und dadurch ein günstigerer sog. "Bernoullischer Druckaufbau" verhindert wird.

Spezielle Eckenkonturen werden z. B. in DE 22 18 300 vorgeschlagen, deren Ausbildungen aber ebenfalls herstellungsmäßig aufwendig sind und über den eigentlichen Fahrzeugumriß hinaus ragen, so daß auch hier Verbesserungen wünschenswert sind.

Nutzfahrzeuge sind heutzutage an der oberen Hälfte der Frontfläche stark abgeflacht, um die Strömung abzuleiten und keinen starken Staudruck entstehen zu lassen. Im unteren Bereich jedoch kann sich nach wie vor die Strömung stauen. Außerdem können die Übergänge von Front- zu Seitenwände nicht beliebig abgerundet oder keilförmig ausgebildet werden, weil in nen der Nutzraum für Fahrer, Instrumententafel etc. nicht geschmälert werden soll. Infolgedes sen kann es z. B. unter Bedingungen mit großer Schräganströmung zu Strömungsablösungen (sog. "Ablöseblase") in diesem Bereich kommen, die einen erhöhten Luftwiderstand hervorru fen und auch die Verschmutzung gerade im Bereich der Einstiegstüren durch diese örtlichen Turbulenzgebiete fördern. Es ist daher erfinderische Aufgabe, eine Vorrichtung so zu gestalten, daß der Staudruck in der unteren Hälfte der Frontseite abgebaut wird, ohne daß den Innenraum schmälernde große Außenformradien oder eine keilförmige Form der Fahrzeugfront nötig wä ren.

Erfinderische Lösung der Aufgabe

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch folgende Vorrichtungen gelöst:

Um den Luftwiderstand an den Seitenwänden und am Heck zu verringern (Fig. 1 , 2, 3) werden die Ecken am Dach (1) und am Heck (2) nicht gerundet, sondern in einem definierten Winkel bereich β (6) heckseitig bzw. δ (5) dachseitig von 8 bis 20 grd am Dach bzw. Seitenwänden zur Fahrzeugquer- bzw. -längsachse abgeknickt. Wird der Knickwinkel zu groß gewählt, löst die Strömung ab. Vorteilhaft ist, daß ebene Flächen fertigungstechnisch einfacher als Rundun gen herzustellen sind. Durch diesen definierten Konturknick (7) kann die Strömung der Kontur auf Grund des sog. "Coanda- Effekts" ablösungsfrei folgen und es wird am Dach an der Leesei te im Gegensatz zur gerundeten Kante eine definierte Abrißkante (4) erzeugt. Heckseitig kann dadurch ein größerer Einzug des Strömungsquerschnitts, bezogen auf die Einzugslänge, erreicht werden als bei einem gerundeten oder parabolischen Übergang. Außerdem ist, wie Fig. 4 zeigt, unter Seitenwindbedingungen mit der Form des Konturknicks (7) die in Anströmrichtung pro jezierte Luftwiderstandsfläche A1 (Querschnittsfläche des um den Anströmwinkel seitlich ge stellten Fahrzeuges) geringer als die Luftwiderstandsfläche A2 bei einem gerundeten oder para bolischen Heckabschlusses (20), so daß auch dadurch der Luftwiderstand und die Seitenkraft verringert wird.

Der Effekt der geknickten Kontur kann noch erheblich verstärkt werden, wenn, wie Windka naluntersuchungen gezeigt haben, am Heck (2) am äußersten Rand Luftausströmdüsen (8) an geordnet sind, über die Luft in einem gewissen Winkel zur Außenkontur so ausgeblasen wird, daß der äußere Strahlmantel die eingezogene Kontur praktisch verlängert und die anliegenden Strömungsschichten mitreißt. Die dazu benötigte Luft kann z. B. über einen dachseitig befindli chen Lufteinlauf ((10), Fig. 1, 3) in einen Ringkanal (9) des Hecks geleitet werden oder man benützt z. B. beim Bus die Abluft der Klima- Ventilatoren oder des Motorlüfters. Bei letzteren ist es noch vorteilhaft, daß die sonst ungenutzte Kühlleistung als Strömungsimpuls (Schub) der Ausströmdüsen teilweise wiedergewonnen wird. Es ist auch denkbar, einen eigenen Ventilator (11) vorzusehen, wobei die aufzubringende Ventilatorleistung erheblich geringer ist als der Leistungsgewinn durch den Schub der Düsen und den erheblichen Druckrückgewinn an der Heckfläche. Der Ventilator kann über einen z. B. mit dem Tachometer verknüpften Schalter so geschaltet werden, daß er erst ab einer vorwählbaren Geschwindigkeit läuft.

Z.B. ist es beim Omnibus weiter vorteilhaft, aus einigen Düsen an der Dachseite die Luft nach unten (12) über das Heckfenster zu leiten, um so die Verschmutzung durch die Heckwirbel zu vermeiden.

Um den Staudruck an der Fahrzeugfront (13), insbesondere in der unteren Hälfte unterhalb der Windschutzscheibe zu verringern, wird eine hinter der Fahrzeugfront und unterhalb der Wind schutzscheibe liegende Strömungsverbindung (14) vorgeschlagen (Fig. 1, 5), in der die Luft im Staudruckbereich einströmen und nach hinten und unten oder auch zusätzlich seitlich nach dem Übergangsradius (15) von Bug und Seitenwand wieder ausströmen kann.

An diesem Übergangsradius herrscht nämlich wegen der schnellen Umströmung der Kante ein hoher Unterdruck und unter Umständen, z. B. bei starker Schräganströmung, reißt die Strömung dort ab, was zu einer sog. Ablöseblase (16) und einem hohen Luftwiderstand führt. Durch den erfinderischen Gedanken der gezielten Luftführung und Ausblasung in diesem ablösegefährde ten Bereich wird also sowohl der Staudruck vermindert als auch eine mögliche Ablösung ver hindert und insgesamt der Luftwiderstand insbesondere unter Seitenwindbedingungen erheblich verringert. Im Windkanal ergaben sich Verbesserungen von bis zu 10% des Luftwiderstands beiwertes.

Claims

1. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes eines Nutzfahrzeuges, vorzugs weise Omnibusses, dadurch gekennzeichnet, daß die Dach- und/oder Seitenwand des Fahrzeuges am Ende heckseitig eine Strömungsführung der Gestalt besitzt, daß der statische Druck an dieser Strömungsführung höher ist als bei gera der Dach- oder Seitenwand und daß an dieser Strömungsführung und/oder am äußersten Rand der Heckfläche Luftaustrittsöffnungen vorgesehen sind, durch die die Luft rückwärts ausgebla sen und der Strömungswiderstand günstig beeinflußt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Luftaustrittsöffnungen ausströmende Luft entweder vom Fahrtwind oder von im Fahrzeug auch zu anderen Zwecken verwendeten Ventilatoren, z. B. zur Motorkühlung oder zur Klimaanlage, oder von einem eigenen Ventilator gespeist wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftausblasung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dachseitig die aus den Luftaustrittsöffnungen ausströmende Luft ganz oder teilweise nach unten über das Heckfenster des Fahrzeuges geleitet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsführung so ausgebildet ist, daß die Dach- bzw. Seitenwand heckseitig am Ende einen verjüngenden, geraden Knick aufweist und daß der Knickwinkel zwischen 10 und 20 grd liegt.

6. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes von Nutzfahrzeugen, vorzugswei se Omnibussen, dadurch gekennzeichnet, daß das Dach an den Seitenrändern einen geraden Knick nach unten aufweist und daß dieser Knickwinkel zwischen 5 und 20 grd liegt.

7. Vorrichtung zur Verringerung des Strömungswiderstandes von Nutzfahrzeugen, vorzugswei se Omnibussen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Frontfläche des Nutzfahrzeugen unterhalb der Frontscheibe sich eine oder mehrere Öffnungen befinden und von dort Strömungsverbindungen zur Fahrzeugunterseite und/oder zur Seitenwand bestehen, wodurch der sich an der Frontseite stauende Fahrtwind abgeleitet wird.