DE29721562U1

DE29721562U1 - Fahrzeug mit Mitteln zur Verringerung des heckseitig induzierten Luftwiderstandes

Info

Publication number: DE29721562U1
Application number: DE29721562U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2007-12-06
Also published as: WO1999029560A1

Description

Dr. Anton Lechner 85774 Unterföhring, Eichenweg 6

14.11.1997

Fahrzeug mit Mitteln zur Verringerung des heckseitig induzierten Luftwiderstandes

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit Hinterrädern und hinter diesen angeordneten Mitteln zur Verringerung des heckseitig induzierten Luftwiderstandes.

Der Grund für den heckseitigen Luftwiderstand eines Fahrzeuges beherrschenden induzierten Druckwiderstand liegt im wesentlichen in der Ablösung der Strömung an der Dachkante und an der Fahrzeugbodenkante und der daraus entstehenden typischen Strömungswirbelstruktur mit zwei entgegengesetzt drehenden Wirbeln (siehe Fig. 1). Insbesondere der größere untere Hauptwirbel (1 ) ist sehr energiereich und induziert ein starkes Unterdruckfeld an der Heckfläche.

Bekannt sind Heckformen mit deutlichen Heckeinzügen der Seiten- und Dachwand oder auch verschiedene mechanische Klappen oder Formteile, die die Heckform über die eigentliche Kontur weiter nach hinten verjüngen (&ldquor;boat- tailing") und dadurch die Wirbelstruktur verkleinern und den Luftwiderstand verringern. Heckseitige Formeinzüge können jedoch nur begrenzt angewandt werden, da sie den Nutzraum schmälern. Zusätzliche Klappen und Formteile sind aufwendig und störungsanfällig. Es werden auch Spoiler an der Dachkante oder Kofferraumkante angebracht, die für einen definierten Strömungsabriß sorgen und ebenfalls den Luftwiderstand verringern können. Ebenso bekannt sind Vorrichtungen, die durch Ausblasen oder Absaugen in der Grenzschicht der Heckströmung den Luftwiderstand günstig beeinflussen. Nachteilig ist aber auch hier der zusätzliche mechanische und energetische Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mitteln anzugeben, mit denen durch Beeinflussung der heckseitigen Wirbelstruktur der induzierte Luftwiderstand verringert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Verkleinerung und rückwärtigen Verlagerung des unteren Hauptwirbels. Als in Versuchen sehr wirksam hat sich die Kombination aus einem nach den Hinterrädern in einem bestimmten Winkeibereich nach oben geneigten Unterboden und der Aufteilung der Strömung in eine untere, weiter nach oben gerichtete Strömung und eine im Strömungsquerschnitt kleinere obere Strömung in einem Strömungskanal derart, daß diese obere Strömung am Austritt in einem bestimmten Winkelbereich entgegengesetzt der unteren Unterbodenströmung nach unten gelenkt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 beschrieben, wovon Fig. 1 die Wirbelstruktur am Heck eines herkömmlichen Fahrzeuges, Fig. 2 diejenige eines Fahrzeuges mit erfindungsgemäßen Mitteln zeigt. Fig. 3 ist die Heckansicht eines Fahrzeuges mit erfindungsgemäßen Mitteln. Fig. 4 und 5 sind Schnitte durch das untere Fahrzeugheck in Längsebene und zeigen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Mittel.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man, daß die Wirbelstruktur hinter dem Fahrzeugheck einen großen, energiereichen, iinksdrehenden unteren Hauptwirbel (1), der von der Ablösung der Unterbodenströmung herrührt und einen, mit dem Hauptwirbel verbundenen, entgegengesetzt drehenden kleineren oberen Wirbel (2) aufweist. Der untere große Wirbel (1) ist in erster Linie verantwortlich für das induzierte Unterdruckfeld am Heck. Der Grund für das Entstehen dieses unteren Wirbels ist die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Dach (3)- und Unterbodenströmung (4). Die Unterbodenströmung ist schneller als die Dachströmung und rollt sich in einem Wirbel auf.

Fig. 2 zeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Mitteln der untere Hauptwirbel (1) so verändert, d.h. sowohl verkleinert, als auch nach hinten verlagert wird, so daß der induzierte Heckwiderstand sinkt.

• t	• * *	•	• •	•	• · ···	····
• ·	•			•

In Fig. 4 werden die erfindungsgemäßen Mittel erläutert. Der Unterboden (5) wird nach dem Hinterrad möglichst glatt und eben in einem möglichst großen Winkel (16) so nach oben gezogen, daß die Unterbodenströmung diesem zwischen Fahrbahn und Unterboden gebildeten Strömungskanal (6) noch ablösefrei folgen kann. Seitliche Schürzen (7 ) können vorteilhaft die Strömung in diesem Kanal halten und seitliche Randwirbel verhindern. Aufgrund des Kontinuitätsgesetzes folgt, daß in diesem so gebildeten Strömungskanal die mittlere Strömungsgeschwindigkeit und damit die Differenzgeschwindigkeit zur Dachströmung verringert wird, d.h. der Hauptwirbel (1 ) energieärmer und kleiner wird. Gleichzeitig steigt der Druck an der schrägen Unterbodenwand (5) an und der Impulsverlust der Unterbodenströmung sinkt. Außerdem ist die mit dem Unterdruck beaufschlagte Heckfiäche H 2 kleiner als diejenige (H1) eines Fahrzeuges ohne erfindungsgemäße Mittel, was den Luftwiderstand des Fahrzeuges ebenfalls verringert.

Nachteilig einer nur nach oben gezogenen Unterbodenfläche ist jedoch, daß eine mehr nach oben gelenkte Unterbodenströmung die Aufrolltendenz des unteren Wirbels verstärkt, was den Luftwiderstand wiederum erhöht. Außerdem wird unerwünscht Schmutz und Sprühwasser nach oben auf die Heckfläche (15) und in das Wirbelgebiet hinter dem Heck geleitet. Dieses Wirbelgebiet hinter einem Fahrzeug, der sog. Strömungsnachlauf, erzeugt auf nassen Straßen einen für nachfolgende Fahrzeuge äußerst unangenehmen Wassergischtschleier.

Diese Nachteile können wirkungsvoll dadurch vermieden werden, daß die Unterbodenströmung (6) durch eine feste Scheidewand (8 ) in eine (kleinere) obere Strömung (9) und in eine (größere) untere Strömung (10) aufgeteilt wird. Während die Wand (11) der Scheidewand (8) an der Unterseite ebenfalls stetig, parallel zu den Stromlinien nach oben geneigt ist, so daß die untere Strömung (10) weiter in einem sich vergrößerndem Strömungsquerschnitt verläuft, bildet die obere Wand (14) der Scheidewand (8) mit dem Unterboden (5) und Heckschürze (17) einen Strömungskanal (9 ), der anfangs ebenfalls, sich erweiternd, nach oben gerichtet ist, am Ende jedoch in einem gewissen Winkel (14)

nach unten, entgegengesetzt zum unteren Teil der Unterbodenströmung gerichtet ist. Damit kann erreicht, werden, daß a) die Aufrolltendenz des Hauptwirbels (1) verringert und b) der Hauptwirbel etwas nach hinten verlagert wird. Beides verändert die Wirbelstruktur hinter dem Fahrzeugheck günstig, so daß das Unterdruckfeld an der Heckfläche H2 verkleinert und der induzierte Luftwiderstand verringert wird. Als besonders wirkungsvoll haben sich Ablenkungswinkel (14) der oberen Strömung zwischen 15 und 40 grd erwiesen, während der Unterboden in einem Winkel (16) nicht größer als 15 grd nach oben gerichtet sein soll. Fig. 5 zeigt eine sehr einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Mitteln. Hier wurde auf die Scheidewand (8 ) verzichtet. Der obere Teil der Unterbodenströmung wird nur noch an der Unterbodenwand (5) am Ende nach unten abgelenkt. Diese Form ist zwar baulich sehr einfach, jedoch nicht so effektvoll wie die Bauweise in Fig. 4.

Bei modernen Pkws können hintere Stoßstange (12) und Heckschürze (17) aus zwei miteinander verbundenen Teilen (Fig. 4) oder sogar aus einem Teil (12, Fig. 5 ) bestehen. Wie Fig. 4 und 5 zeigen, können die der Strömungsführung der oberen Unterbodenströmung dienenden Kanäle (9) bzw. Wandflächen (5) in die Heckschürze bzw. Stoßstange kostengünstig eingeformt werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sowohl durch die Verkleinerung des Heckwirbels als auch durch seine rückwärtige Verlagerung weniger Schmutz und Sprühwasser auf die Heckfläche gelangen kann.

Außerdem wird das gesamte Wirbelgebiet hinter einem Fahrzeug, der sog. &ldquor;Nachlauf, der für nachfolgende Fahrzeuge auf regennassen Straßen äußerst unangenehm ist, verkleinert und damit die passive Sicherheit erhöht.

Claims

t M ·· -Paten^jmsprüche

1. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug mit Hinterrädern und hinter diesen angeordneten Mitteln zur Strömungsführung der Unterbodenströmung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mitteln dazu dienen, den sich an der Heckunterkante ausbildenden Ablösewirbel (1), welcher eine Drehachse im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse hat, energieärmer zu machen und ihn stromabwärts zu verlagern und dadurch den heckseitig induzierten Luftwiderstand zu verringern.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbodenströmung nach den Hinterrädern in zwei Strömungskanäle aufgeteilt wird, wobei der untere Kanal gebildet wird von a) der Fahrbahn und b) einer zum Fahrzeug gehörenden, z.B. von der Stoßstange gebildeten Trennwand, die an der der Fahrbahn zugewandten Seite im wesentlichen eben und stromabwärts nach oben geneigt ist, verläuft, und einem oberen Strömungskanal, der aus dem Fahrzeugboden, Heckschürze bzw. Stoßstange einerseits und Oberseite der Trennwand andererseits gebildet wird und der am Ende nach unten zur Fahrbahn gekrümmt ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des oberen Strömungskanals kleiner ist als derjenige des unteren Strömungskanals.

4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbodenströmung nach den Hinterrädern in einem einzigen Strömungskanal geführt wird, der einerseits von der Fahrbahn (untere Wand) und andererseits vom Fahrzeug- Unterboden und der Heckschürze bzw. Stoßstange (obere Wand) gebildet wird und daß die obere Wand sich heckseitig in einem Winkel kleiner als 15 grd nach oben erstreckt und am Ende eine Krümmung nach unten zur Fahrbahn hin aufweist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Strömungskanal am Ende in einem Winkel zwischen 15 und 40 grd nach unten gerichtet ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungswinkel der oberen Wand am Ende zur Horizontalen zwischen 15 und 40 grd nach unten geneigt ist.

7. Fahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbodenströmung an der Oberseite innerhalb zweier seitlicher Wände geführt wird.