DE3132369A1

DE3132369A1 - Personenkraftwagen mit fliess-stufenheck und luftleiteirichtungen

Info

Publication number: DE3132369A1
Application number: DE19813132369
Authority: DE
Inventors: Lutz J. 5060 Bergisch Gladbach Janssen; Friedl W. 5024 Pulheim Wülfing
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1981-08-17
Publication date: 1983-03-03
Also published as: FR2511331A1; DE3132369C2; GB2108057A; US4533168A; GB2108057B; FR2511331B1

Description

Personenkraftwagen mit Fließ-Stufenheck und Luftleiteinrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Personenkraftwagen mit F ließ-Stufenheck und Luftleiteinrichtungen in Form einer Flügel-Spoiler -Kombination.

Die in letzter Zeit erheblich gestiegenen Kraftstoffkosten haben dazu geführt, daß sich die gesamte Kraftfahrzeugindustrie intensiv mit der aerodynamischen Optimierung neuer Fahrzeugmodelle befaßt.

Dieses Bestreben nach möglichst niedrigem CW-Wert führt dabei häufig zu Fahrzeugformen, die die Funktion von Teilbereichen am Fahrzeug stark einschränken. So weist z. B. ein aerodynamisch günstiges Fließheck einen hohen Heckabschluß auf, der die Sicht aus dem Fahr zeuginnern nach hinten einschränkt.

Sitz der Gesellschaft: Köln ■ Registergericht Köln, HRB 84 · Vorsitzender des Aufsichtsrates: Robert A. Lutz

Vorstand: Daniel Goeudevert, Vorsitzender · Albert Caspers ■ Hermann Dederichs · Waldemar Ebers ■ Hans Wilhelm Gab ■ Paul A. Guckel · Wilhelm Inden

Alfred Langer ■ Hans-Joachim Lehmann ■ Dieter Ullsperger

Ford/D-387/?4. Juni 1981

Das technische Problem besteht somit darin, einerseits die aerodynamischen Eigenschaften eines günstigen hohen Heckab-Schlusses zu erhalten, andererseits aber eine Karosserie-Ausführungsform zu wählen, bei der noch eine günstige Sicht nach hinten gewährleistet wird»

Aus der DE-OS 27 37 638 ist eine Lösung dieses Problems zu entnehmen, die darin besteht, daß die flachgeneigte Heckscheibe im Bereich des sie frei überspannenden Spoilers abgeknickt und nach unten weitergeführt ist. Die auf diese Weise angestrebte Verbesserung der Sichtverhältnisse nach hinten kann jedoch nur erzielt werden, wenn der normalerweise unterhalb der Heckklappe angeordnete Gepäckraum nicht in seiner vollen Höhe genutzt wird.

Aus der DE-OS 29 18 234 ist eine andere Lösung dieses Problems zu entnehmen, bei der das für eine Sichtnach hinten und für eine Gepäckraumausnutzung günstige Stufenheck beibehalten wird und dessen aerodynamischer Nachteil in Form einer umfangreichen Strömungsablösung im Bereich des Überganges von der Heckscheibe zum Stufenheck durch ein oberhalb der Dachhinterkante angeordnetes aerodynamisches Tragflügelprofil vermindert werden soll. Die hierdurch erzielte Verbesserung der Heckscheibenüberströmung wird hierbei durch den Nachteil erkauft, daß das Tragflügelprofil, da es über den Querschnitt des Personenkraftwagens vorsteht, dessen Querschnittsfläche erhöht und es außerdem zu einer Auftriebserhöhung führt, die wie in der Schrift erläutert wird, in Kauf genommen werden muß.

^;,Fcrd/D-387/24. Juni 1981

-X-

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Personenkraftwagen mit Fließ-Stufenheck und Luftleiteinrichtungen derart zu gestalten, daß die gewählte Karosserieform noch eine günstige Sicht nach hinten und eine günstige Gepäckraumausnutzung. gewährleistet, darüberhinaus aber auch den Gesamtluft wider stand des Personenkraftwagens verringert und gleichzeitig anstelle des unerwünschten Auftriebes einen erwünschten Abtrieb an der Hinterachse bereitstellt.

Die Erfindung geht hierbei aus von einer Luftleiteinrichtung in Form einer Flügel-Spoiler-Kombination wie sie z. B„ aus dem DE-GM 73 35 831 bekannt ist, wo sie einerseits zur Verringerung des Luftwiderstandes und andererseits und insbesondere, da es sich um ein Rennsportfahrzeug handelt, zur erheblichen Erhöhung des Abtriebes an der Hinterachse und damit zur Erhöhung des Beschleunigungsvermögens des Fahrzeuges ausgelegt ist. Die Erfindung berücksichtigt weiterhin eine Spoiler-0 Anordnung wie sie aus dem DE-GM 78 14 o79 zu entnehmen ist,

bei der Teile des Spoilers nach vorne gezogen sind.

Gemäß der Erfindung wird die vorhergehend erwähnte Aufgabe gelöst, indem ein Personenkraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs erläuterten Art die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.

In den Ansprüchen 2 und 3 sind zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung erläutert, für die Sdiutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspiu ch begehrt wird.

Ford/D-337/24. Juni 1981

-y-

Dadurch, daß das Fließ-Stufenheck mit einem Heckscheibenneigungswinkel ausgeführt ist, der eine ablösungsfreie Dachhinterkantenab- und Heckscheibenüberströmung sicherstellt und der Flügel gegenüber dem am Heck befestigten Spoiler derart nach vorn und oben versetzt angeordnet ist, daß er vor und oberhalb des von einer Strömungsablösung bedrohten Bereiches liegt, wird durch die durch den Flügel bewirkte Flügel-Überströmung und - Unterströmung die Zuströmung zum Heckspoiler verbessert und hierdurch dessen Konturdruck in dem mit einer gestrichelten Linie bezeichneten Bereich verstärkt, so daß sich ein erhöhter resultierender Druck R ergibt, der sich in einem negativen Auftrieb - CAH = Abtrieb und in einem negativen Luftwiderstand- CW = Vortrieb auswirkt.

Dadurch, daß der Flügel eine große Nasenrundung aufweist, mit seiner konvexen Wölbung zur Heckscheibe liegt und in einem optimierten Anstellwinkel angeordnet ist, wird die erwünschte Wirkungsverbesserung des Spoilers erzielt.

Dadurch, daß der Flügel mit dem Spoiler über entlang des Rahmens der Heckscheibe nach vorn hochgeführte Stege zu einer Baueinheit verbunden ist, wird die Einhaltung der optimal abgestimmten Lage der beiden aerodynamischen Bauteile zueinander bei der Montage sichergestellt.

-.Ford/D J387/24. Juni 1981

Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt :

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines

Personenkraftwagens mit F ließ-Stufenheck und einem Spoiler ;

Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung der

Strömungsverhältnisse im Kreis II in Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines

Personenkraftwagens mit F ließ-Stufenheck

5 und einer erfindungs gemäßen Flügel-Spoiler -

Kombination ;

Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung der

Strömungsverhältnisse im Bereich IV in Fig. 3

und

Fig. 5 eine Schrägrißansicht eines erfindungs -

gemäßen Fließ-Stufenhecks mit Flügel-

5 Spoiler-Kombination.

In den Figuren sind nur diejenigen Teile des Personenkraftwagens bezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind. Eine Heckklappe 1 besteht hierbei aus einem 0 Scheibenrahmen 2, einer Heckscheibe 3 und einem unteren

Klappenbereich 4. Ein Flügel 5 überspannt die Heckscheibe und ist in geeigneter Weise seitlich am Scheibenrahmen 2 befestigt.

Ford/D-387/24. Juni 1981

Ein Spoiler 6 ist in herkömmlicher Weise an dem unteren Klappenbereich 4 befestigt.

In Verbindung mit den Figuren 1 und 2 werden hierbei die Strömungsverhältnisse erläutert, wie sie bei der bisher üblichen Anordnung nur eines Heckspoilers auftraten. Im Bereich des Überganges von der Heckscheibe 3 zum Spoiler 6 trat hierbei in dem mit Strich-X-Linien gekennzeichneten Bereich eine Strömungsablösung auf, deren durch Wirbellinien angedeutete Ablösungsblase die Wirkung des Spoilers 6 verringerte.

Wie insbesondere aus Fig. 5 zu ersehen ist, ist gemäß der Erfindung vor und oberhalb des von der Strömungsablösung

bedrohten Bereiches ein Flügel 5 angeordnet, der die Heckscheibe 3 überspannt und vorzugsweise über vom Spoiler 6 nach vorn hochgeführte Stege 7 verbunden und an dem Scheibenrahmen befestigt ist.
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In Fig. 5 ist hierbei die ablösungsfreie Umströmung der Karosserieseitenwand 8 und die ablösungsfreie Uberströmung des Karosseriedaches 9 durch entsprechende Pfeile 10, 11 und 12 angedeutet. Diese die HeckscheibenüberstrÖmung bildenden Strömungskomponenten 10, 11 und 12 werden hierbei durch den Flügel 5 in eine Flügelüberströmung 13 und eine F lüge lunter strömung 14 aufgeteilt, deren Wirkungsweise nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 erläutert wird.

0 Der Flügel 5 liegt wie aus den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist,

vor und oberhalb des Spoilers 6 und weist eine große Nasenrundung 15 auf und liegt mit seiner konvexen Wölbung 16 zur Heckscheibe

:Ford/D-387/24. Juni 1981

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Durch das aerodynamische Profil des Flügels 5 bildet sich an seiner Hinterkante ein vergleichsweise nur kleines Totwassergebiet 17 aus. Ohne den Flügel 5 würde sich, wie bereits in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 erläutert, in dem mit Strich-X-Linien angedeuteten Bereich 18 im Übergang von der Heckscheibe 3 zum Spoiler 6 eine Strömungsablösung ausbilden, die die Wirkung des Spoilers 6 beeinträchtigen würde. Durch den Flügel 5 liegt die Strömung 19 unterhalb des Flügels im Bereich 18 noch voll an. Die Zuströmung 20 zum Spoiler 6 erfolgt hierdurch ebenfalls ungestört.

Zur Erläuterung der Funktion der erfindungsgemäßen Flügel-Spoiler-Kombination wird kurz auf die Wirkung eines Spoilers alleine zurückgegriffen.

Bei einem Fahrzeugheck ohne Spoiler befindet sich die Heckablöselinie (Beginn des Hecktotwassers) an der Linie 21. Es bildet sich ein vergleichsweise kleines Totwassergebiet 23 aus. Durch die Montage eines Spoilers 6 verschiebt sich die Heckablöselinie zur höher gelegenen Linie 22. Dadurch vergrössert sich das Totwassergebiet 24 am Fahrzeugheck. Bewertet man nun die Wirkung des Heckspoilers nur hinsichtlich des Hecktotwassers, so müsste sich durch Anbau eines Spoilers gemäß dem vergrösserten Hecktotwasser auch ein erhöhter Luftwiderstand ergeben.

Tatsächlich aber verringert sich der Luftwiderstand eines Kraftfahrzeuges durch Montage eines Spoilers 6 und zwar dadurch, daß in dem mit gestrichelten Linien angedeuteten Bereich 25 in Folge der verzögerten Heckumströmung eine Erhöhung des Konturdruckes auftritt, dessen resultierender Druck R = 26 sich in einen negativen Auftrieb minus CAH = Abtrieb und in einen negativen Luftwiderstand minus CW = Vortrieb, zerlegen läßt.

Ford/D-38 7/Z4. Juni 1981

Der günstige Einfluß dieser Änderung des Konturdruckes ist höher als der negative Einfluß der Vergrösserung des Hecktotwassers, so daß sich insgesamt eine Widerstandsverringerung ergibt.

Der Vorteil der Flügel-Spoiler-Kombination gegenüber dem Spoiler 6 alleine liegt darin, daß der Flügel 5 di© Zuströmung zum Spoiler 6 verbessert und hierdurch der Konturdruck im Bereich 25 stärker angehoben ist als ohne Fl ügel 5.

Der erhöhte Konturdruck 27 ist durch die größere resultierende R kenntlich gemacht. Die Kraftzerlegung ergibt sowohl einen niedrigeren Luftwiderstand als auch einen niedrigeren hinteren Auftrieb gegenüber einer Lösung mit nur dem Spoiler 6.

Selbstverständlich muß die optimale Lage 28 des Flügesl 5 und dessen Anstellwinkel 29 durch entsprechende Messungen im Windkanal festgelegt werden.

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Claims

Ford/D-387/24. Juni 1981
Patentansprüche

.1. j Personenkraftwagen mit Fließ -Stufenheck und Luftleiteinrichtungen in Form einer Flügel-Spoiler-Kombination,

dadurch gekennzeichnet, daß das Fließ-Stufenheck

(1) mit einem Heckscheibenneigungswinkel ausgeführt ist, der eine ablösungsfreie Dachhinterkantenab- und Heckscheibenüberströmung (10, 11 und 12) sicherstellt und der Flügel (5) gegenüber dem am Heck befestigten Spoiler (6) derart nach vorne und oben versetzt angeordnet ist, daß der vor und oberhalb des von einer Strömungsablösung bedrohten Bereiches (18) liegt.
2. Personenkraftwagen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (5) eine größe Nasenrundung (15) aufweist, mit seiner konvexen Wölbung (16) zur Heckscheibe (3) liegt und in einer optimierten Lagen (28) und einem optimierten Anstellwinkel (29) angeordnet ist.
3. Personenkraftwagen nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (5) mit dem Spoiler (6) über entlang des Rahmens (2) der Heckscheibe (3) nach vorne hochgeführte Stege (7) zu einer Baueinheit verbunden ist.