DE4012277C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung des Luftwiderstandes eines motorgetriebenen Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Anordnung ist durch die FR 9 65 352 bekannt. Sie konnte jedoch in die Praxis kei­ nen Eingang finden, da solche Leitbleche darstellende Umlenkorgane als zusätzliche Widerstandskörper inner­ halb des Radkastens die von den rauhen Reifen mitge­ rissenen Luftmassen lediglich verwirbeln und daher den Druckwiderstandsanteil des Luftwiderstandes des Fahr­ zeuges erheblich vergrößern. Darüber hinaus bilden die­ se Umlenkorgane ideale Schmutzfänger, die sehr schnell, insbesondere bei schlechtem Wetter, zugesetzt sind und dadurch den Druckwiderstand weiter erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe durch eine neue Anordnung und Ausbildung solcher Um­ lenkorgane zu schaffen, um den Druckwiderstandsanteil des Luftwiderstandes eines motorgetriebenen Fahrzeuges zu verringern, der sich aus der durch die Drehbewegung des Rades des Fahrzeugs bewirkten Verwirbelung der an­ strömenden Luft ergibt.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß ein An­ triebs- oder Rollelement in Form eines Rades an seinem Auflagepunkt mit der Straße - dem Rastpol - im Betrach­ tungszeitpunkt Null auch die Geschwindigkeit Null hat. Der in gleicher Höhe wie der Achsmittelpunkt liegende vordere oder hintere Punkt des Rades bewegt sich dann mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Geschwin­ digkeit am höchsten Punkt des Rades ist dann gleich der zweifachen Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die das rotierende Rad umgebende Luft wird vom Auflagepunkt - dem Rastpol - von der Geschwindigkeit Null auf die zweifache Geschwindigkeit am oberen Punkt des Rades - dem Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit - beschleunigt, so daß die vom auf der Fahrbahn ab­ rollenden Rad mitgerissenen Luftmengen eine Wirbelströ­ mung ausbilden, die in Fahrtrichtung mit annähernd der doppelten Fahrgeschwindigkeit fließen will und dabei seitlich des Radkastens austritt; vgl. "ROAD VEHICLE AERODYNAMICS", 1984, D.M. Sykes, Seiten 29 bis 45.

Diese Verwirbelungen sind bei Regen sichtbar und wirken sich besonders störend auf die Sichtverhältnisse nach­ folgender Fahrzeuge aus. Sie verursachen ferner einen höheren Fahrwiderstand, wodurch Leistung verbraucht wird, und störende Fahrgeräusche im Inneren und außerhalb des Fahrzeuges.

Hier setzt nun die Erfindung ein, gemäß der die Strö­ mung am Rollelement des Fahrzeugs im Bereich der größ­ ten Strömungsgeschwindigkeit gesammelt in den Umlenkka­ nal geleitet, dabei um 130° bis 180° umgelenkt und ent­ gegen der ursprünglichen Bewegungsrichtung wieder aus­ geleitet wird, um so die genannten Wirbelbildungen weitgehend zu vermeiden. Die Führung der Luftmassen in den Umlenkkanal wird durch die resultierende aus der maximalen Zentrifugalkraft und der der zweifachen Fahr­ zeuggeschwindigkeit proportionalen horizontalen Kraft­ komponente im Bereich der größten Strömungsgeschwindig­ keit begünstigt.

Die erfindungsgemäßen, als Kanäle mit vorzugsweise gleichen Querschnittsflächen am Anfang und am Ende aus­ gebildeten Umlenkorgane sind im Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit der durch die Fahrzeugräder mitgerissenen Luftmassen über die gesamte Wirkungsbrei­ te angeordnet, so daß dort eine Umlenkung der mitgeris­ senen Luftmassen bis zu 180° und ein Ableiten der in den Kanal umgelenkten Luftmassen am Kanalende erfolgt, so daß die in den Radkasten geförderten Luftmassen au­ ßerhalb des dem Fahrzeugrad zugeordneten Raumes entge­ gen der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges austreten kön­ nen, so daß Antriebsleistung und damit Kraftstoff ein­ gespart wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Umlenkorgane als geschlossene Luftkanäle hat den weiteren Vorteil, daß die durch die innerhalb der Radkästen umlaufenden Räder bewirkte Erhöhung des Druckwiderstandes des Fahrzeuges wesentlich verringert wird, was sich insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeuges auswirkt und den Lärmpegel erniedrigt. Auf diese Weise werden aber auch vom Fahrzeugrad verursachte Verschmutzung durch Wasserverwirbelungen verringert.

Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rollelements ei­ nes Fahrzeuges mit einem Umlenkkanal ge­ mäß der Erfindung und den Strömungsverlauf am Rollelement und im Umlenkbereich,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Umlenkkanal nach Fig. 1 im Umlenkbereich,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Umlenkkanal nach Fig. 1 im rückleitenden Kanal,

Fig. 4 ein Umlenkkanalende eines Kfz-Vorderrades mit am Fahrzeug seitlich angeordneten Schlitzen,

Fig. 5 einen Schnitt eines im Heck eines Fahrzeu­ ges angeordneten Umlenkkanalendes, durch das die Strömung über den hinteren Stoß­ fänger des Fahrzeges ausgeleitet wird,

Fig. 6 eine Teilansicht der Umlenkkanalaustritts­ öffnungen des Stoßfängers nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Personenkraftwa­ gen mit Durchsicht auf die Umlenkkanäle und den Strömungsverlauf über das Fahrzeug und durch die Umlenkkanäle,

Fig. 8 einen Querschnitt eines Umlenkkanals und der seitlichen Abdeckung,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Umlenkkanal mit einem darin angeordnetem Kühler und dem zugehörigen Strömungsverlauf,

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine Fahrwerks­ verkleidung und einem Umlenkkanal, in den ein zweiter Umlenkkanal eingeleitet wird,

Fig. 11 einen Teilquerschnitt des Umlenkkanals nach Fig. 10 mit seitlicher abnehmbarer Fahrwerksverkleidung und Zwillingsreifen,

Fig. 12 einen Längsschnitt einer Motorradvorder­ radverkleidung mit einem Umlenkkanal,

Fig. 13 einen Querschnitt einer Motorradvorder- oder -hinterradverkleidung mit Umlenkka­ nal,

Fig. 14 den Geschwindigkeitsverlauf eines Rollele­ mentpunktes während des Abrollvorganges auf einer Ebene und einer ganzen Umdre­ hung,

Fig. 15 einen Längsschnitt eines Umlenkkanalteil­ stücks mit einem Anschlußstutzen für einen Schalldämpfer,

Fig. 16 ein Umlenkkanalanfang in vergrößerter Dar­ stellung im Längsschnitt mit dem Strö­ mungsverlauf und einem Vektorbild der am Kanaleingang auftretenden Strömungskräfte.

In einer Verkleidung 7 eines Personenkraftwagens sind, wie Fig. 7 zeigt, gestrichelt dargestellte Umlenk­ kanäle 6 vorgesehen, von denen in Fig. 1 die Aus­ bildung des Umlenkkanalanfangs 4 vergrößert dargestellt ist. Ausgehend von einem Auflagepunkt 1 bildet sich ein Strömungsverlauf 5 zwischen einem rollenden Rad 2 und der Verkleidung 7 aus. Im Bereich der größten Strö­ mungsgeschwindigkeit und über die gesamte Wirkungsbrei­ te 8 gelangen sowohl die tangential als auch die radial beschleunigten Luftmassen in den unmittelbar über dem Rad 2 befindlichen Umlenkkanalanfang 4, der in den Um­ lenkkanal 6 mündet, welcher entgegen der Fahrtrich­ tung R des Fahrzeugs als rückleitender Kanal mit einer Umlenkkanalaustrittsöffnung 15 (vgl. Fig. 7) angeord­ net ist.

Die Ausbildung von Querschnitten des Umlenkkanals nach Fig. 1 im Umlenkbereich sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt, wobei die Fig. 3 einen Querschnitt durch den Umlenkkanal nach Fig. 1 im rückleitenden Kanal zeigt. Das Umlenkkanalende, bei dem die Luftmassen durch seitlich am Fahrzeug angebrachte Umlenkkanalsei­ tenauslaßschlitze 13 austreten, zeigt Fig. 4.

Eine weitere Ausbildung des Umlenkkanalendes zeigt Fi­ gur 5, bei der die Luftmassen der Strömung 5 durch den Umlenkkanal 6 in der Verkleidung 7 durch eine in einem Stoßfänger 16 untergebrachte Umlenkkanalaustrittsöff­ nung 15 ausgeleitet werden; vgl. auch Fig. 6, die die Teilansicht des Stoßfängers 16 mit darin untergebrach­ ten Umlenkkanalaustrittsöffnungen 15 zeigt.

Wie Fig. 7 zeigt, ergibt sich ein Strömungsverlauf mit einem Strömungsanteil 17 über dem Fahrzeug und einem Strömungsanteil 18 unterhalb des Fahrzeugs. Im vorderen Bereich des Fahrzeugs ist, wie in Fig. 4 gezeigt, die Form der Umlenkkanalaustrittsöffnung durch Umlenkkanal­ seitenauslaßschlitze 13 dargestellt. Aus Fig. 5 ist die im Bereich des Fahrzeughecks befindliche Ausbildung des Umlenkkanals 6, seine Weiterführung durch die Verkleidung 7, und sein Austritt zu ersehen. Der Querschnitt des Umlenkkanals 6 ist entsprechend den baulichen Gegebenheiten quadratisch, rechteckig, oval oder rund ausgebildet, wobei jeder Umlenkkanal die gleiche Querschnittsfläche am Anfang und Ende aufweisen kann. Im Bereich des Umlenkkanals 6 können Kühler, Ventilatoren oder Turbinen eingebaut werden, wie dies die Fig. 9, 10 und 11 zeigen.

Eine Fahrwerksverkleidung für ein Fahrzeug mit Zwil­ lingsachsen ist in Fig. 10 gezeigt; dort ist der erste Umlenkkanal 6 des Rades 2 der ersten Achse in den Um­ lenkkanal des Zwillingsrades der zweiten Achse einge­ leitet. Wie die Fig. 11 zeigt, ist eine solche Anord­ nung auch für zwillingsbereifte Achsen möglich, wobei ferner eine Umlenkkanalabdeckung 21 zusätzlich vorge­ sehen ist.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 12 und 13 der Umlenkkanal in einer Motorrad-Vorderradver­ kleidung 7 gezeigt, wie sie in analoger Form auch für das Motorrad-Hinterrad zu verwenden ist.

Die Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Um­ lenkkanals 6, bei dem Motorabgase aus dem Schalldämpfer oder Abluft aus dem Fahrgastraum der Strömung 5 über einen Auspuffanschluß 28 einem Umlenk- und Abgaskanal 30 zugeleitet wird. Die Fig. 16 stellt den Strömungs­ verlauf 5 in Radnähe und im Umlenkkanal 6 sowie die auftretenden Strömungskräfte, nämlich die zur zweifa­ chen Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale horizontale Kraftkomponente 2F und die vertikale Zentrifugalkraft Z sowie der daraus Resultierenden Ru, die die Strömung 5 vorzugsweise in den Umlenkkanalanfang 4 beschleunigt einleitet, in vektorieller Form dar.

Allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam der in Fig. 14 dargestellte, beim Abrollen des Rades 2 entstehende Geschwindigkeitsverlauf 25 eines dem Aufla­ gepunkt 1 entsprechenden Radlaufbezeichnungspunktes a auf dem Rad 2, der beim Abrollvorgang des Rades eine Zykloide 25 beschreibt, und der nach einer abrollenden Drehung um 180° des Rades 2 die maximale Geschwindig­ keit Vmax im Punkt 3 erreicht und, wie in Fig. 16 dar­ gestellt, im Mediumwendebereich 8 in den Umlenkkanal geführt wird.

Durch die Umlenkung der Strömung 5 und Weiterführung entgegen der Bewegungsrichtung R des Fahrzeugs werden Verwirbelungen am Rad 2 weitgehend vermieden, was zu einer Cw-Wert-Verbesserung führt, und damit eine Kraft­ stoffersparnis bewirkt.

Die vorstehend offenbarte Erfindung ist bei allen Fahr­ zeugen mit Rollelementen, also Walzen, Rollen, breit und schmale Reifen und Räder einsetzbar.

Claims (7)

1. Anordnung zur Beeinflussung des Luftwider­ standes eines motorgetriebenen Fahrzeuges durch im obe­ ren Umfangsbereich der Fahrzeugräder angeordnete Um­ lenkorgane für die durch die Fahrzeugräder während des Fahrbetriebes mitgerissenen Luftmassen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umlenkorgane als Kanäle (6) ausgebil­ det sind, daß jeder Umlenkkanalanfang (4) dem Bereich der größten Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Wirkungsbreite (8) der durch die Fahrzeugräder mitge­ rissenen Luftmassen zugeordnet und derart ausgebildet ist, daß eine Umlenkung der mitgerissenen Medien (Luft­ massen) jeweils um 130° bis 180° erfolgt und daß für das Ableiten der in den Kanal umgelenkten Luftmassen ein Kanalende (13, 15) vorgesehen ist, durch das die im Kanal befindlichen Luftmassen entgegen der Bewegungs­ richtung des Fahrzeuges außerhalb des dem Fahrzeugrad zugeordneten Raumes (Verkleidung 7) austreten.

2. Anordnung nach dem Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Vorderrädern und/oder Hinter­ rädern des Fahrzeuges zugeordneten Kanalausgäng als seitliche Schlitze (13) ausgebildet sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kanalausgänge (15) in der hinteren Stoßstange (16) des Fahrzeuges angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem Kanal (6) zwei Umlenkkanalanfänge zugeordnet sind; vgl Fig. 12.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den oder die Kanäle (6) Abgas des das Fahrzeug antreibenden Motors zugeleitet wird.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Kanal (6) die gleiche Querschnitts­ fläche am Anfang und am Ende aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt der Kanäle (6) quadra­ tisch, rechteckig, oval oder rund ausgebildet ist.