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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, das mit einer
Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands und des Auftriebs
ausgestattet ist.
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Kraftfahrzeuge
unterliegen während
der Fahrt einer Reihe von Kräften,
die sich ihrem Vorankommen widersetzen. Diese Kräfte sind insbesondere die Haftreibung,
das heißt
der Kontakt der Reifen mit dem Boden, sowie aerodynamische Reibung,
wie zum Beispiel die Reibung der Luft an den Karosseriewänden des
Fahrzeugs.
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Zusätzlich zu
diesen Reibungen unterliegen die Kraftfahrzeuge einer dritten Quelle
von Kräften, die
sich ebenfalls ihrem Vorankommen widersetzen. Diese Kräfte sind
die aerodynamischen Kräfte,
die auf das Fahrzeug über
Regionen des Überdrucks und
des Unterdrucks wirken. In der Tat werden diese Kräfte bei
hoher Geschwindigkeit relativ zu den anderen Kräften dominant und spielen eine
wesentliche Rolle für
den Verbrauch und die Stabilität
des Fahrzeugs.
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Diese
aerodynamischen Kräfte
werden im Wesentlichen durch die Unterdruckzonen erzeugt, die durch
das Abreißen,
die Rezirkulation und die Längswirbel
der Luft entstehen. Die Rezirkulationen und somit die Niederdruckregionen
sind auf dem hinteren Teil des Fahrzeugs und insbesondere auf Höhe der Heckscheibe
und des Kofferraums stark ausgeprägt. In der Tat ist das Strömungsverhalten
der Luft am hinteren Teil von Kraftfahrzeugen komplex, und im Allgemeinen
stellt sich ein Gleichgewicht zwischen den Strömungsabrissen und den Längswirbeln ein.
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Die
in der Aerodynamik von Fahrzeugen verwendeten Vorrichtungen wirken
auf die Abreißzonen, die
am hinteren Teil des Fahrzeugs auftreten, insbesondere in der Übergangszone
zwischen dem Dach und der Heckscheibe einerseits und der Heckscheibe und
dem Kofferraum andererseits.
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Wenn
die stärksten
Unterdrücke
und die hauptsächlichen
Verwirbelungsstrukturen sowie die Abrisszonen auch an dem hinteren
Teil des Kraftfahrzeugs entstehen, ist die Region der Räder und
der Raddurchgänge
dennoch ebenfalls eine kritische Zone. In der Tat verfängt sich
der Luftstrom in dem Raddurchgang, und man beobachtet sehr oft ein
Abreißen
unterhalb desselben.
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Man
beobachtet ebenfalls immer einen starken Sog hinter den Rädern des
Fahrzeugs, und der Sog der Vorderräder trifft auf die Hinterräder und
modifiziert deren Sog. Der Sog der Räder und der Luftstrom in den
Raddurchgängen
wirken auch direkt auf den Luftstrom auf Höhe des Fahrzeugunterbaus, wodurch
die Luftmenge, die unterhalb des Fahrzeugs austritt, modifiziert
wird, und modifizieren dadurch auch die Struktur des Luftstroms
auf dem hinteren Teil des Kraftfahrzeugs selbst.
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Das
Dokument
DE10213188A1 beschreibt ein
Kraftfahrzeug, das oberhalb eines Raddurchgangs einen Flügel umfasst,
der eine zur Vorderseite des Fahrzeugs gerichtete Einlassöffnung aufweist, wobei
der Flügel
im Raddurchgang hinter dem Vorderrad angeordnet ist.
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Somit
ist auch die Region der Räder
und der Raddurchgänge
eine sehr sensible Region für
die Aerodynamik des Fahrzeugs, und die Konstrukteure schätzen, dass
diese Bereiche im Durchschnitt bis zu 15 % zu dem Wert für den Koeffizienten
der Eindringtiefe in Luft des Kraftfahrzeugs beitragen.
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Die
Erfindung hat das Ziel, eine Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands
und des Auftriebs eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die es erlaubt,
die Struktur der Luftströmung
auf Höhe
der Hinterräder
und der hinteren Raddurchgänge
zu modifizieren, und die es erlaubt, nicht nur den Hinterauftrieb
zu verringern und dadurch die Stabilität zu verbessern, sondern auch
eine Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs und dadurch
den Verbrauch desselben zu begünstigen.
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Die
Erfindung hat daher eine Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands
und des Auftriebs eines Kraftfahrzeugs zum Ziel, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass sie oberhalb eines Raddurchgangs wenigstens eines Hinterrades
des Fahrzeugs einen Flügel
umfasst, der unterhalb des Unterbaus angeordnet ist und eine zur
Vorderseite des Fahrzeugs gerichtete Einlassöffnung aufweist, wobei der
Flügel über einen
Kanal mit wenigstens einem, in dem Raddurchgang vor dem Hinterrad
ausgesparten Schlitz verbunden ist, um einen vertikalen Luftvorhang
zu schaffen, der verhindert, dass sich die Außenströmung in diesem Raddurchgang
verfängt.
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Gemäß anderen
Merkmalen der Erfindung:
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- – ist
der Flügel
unterhalb des Unterbaus des Fahrzeugs befestigt;
- – ist
der Flügel
zwischen einer versenkten, in den Unterbau des Fahrzeugs integrierten
Stellung und einer ausgefahrenen, unbeweglichen Stellung, welche
unterhalb des Unterbaus vorsteht, verschiebbar, wobei die Verschiebung
des Flügels zwischen
diesen Stellungen durch wenigstens ein Steuerelement in Abhängigkeit
von Informationen, die von wenigstens einem in die Karosserie des
Kraftfahrzeugs eingesetzten Fahrzeuglage- und/oder Druck- und oder
Geschwindigkeits- und/oder Reibungssensor geliefert werden, angetrieben
wird,
- – ist
der Flügel
zwischen einer versenkten, in den Unterbau des Fahrzeugs integrierten
Stellung und einer ausgefahrenen Stellung, welche unterhalb des
Unterbaus vorsteht, verstellbar, wobei die Höhe des Überstands des Flügels variabel
ist und durch wenigstens ein Steuerorgan in Abhängigkeit von Informationen,
die von wenigstens einem in die Karosserie des Kraftfahrzeugs eingesetzten Fahrzeuglage-
und/oder Druck- und oder Reibungssensor geliefert werden, gesteuert
wird.
- – wird
der Querschnitt der Lufteinlassöffnung
des Flügels
in seiner ausgefahrenen Stellung gesteuert, um die Luftmenge in
Abhängigkeit
von Informationen, die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder
Druck- und/oder Reibungssensor geliefert werden, zu regeln.
- – beträgt das Verhältnis zwischen
dem Querschnitt der Lufteinlassöffnung
des Flügels
und dem Querschnitt des Schlitzes zwischen 0,1 und 3.
- – weist
der Boden des Flügels
ein abgerundetes Längsprofil
auf,
- – weist
der Flügel
eine Länge
zwischen 10 und 60 cm auf,
- – ist
der Schlitz für
den Luftaustritt unbeweglich und ist die Richtung des Luftvorhangs
konstant,
- – ist
der Schlitz für
den Luftaustritt beweglich, um die Richtung des Luftvorhangs in
Abhängigkeit von
Informationen, die von wenigstens einem in die Karosserie des Kraftfahrzeugs
eingesetzten Fahrzeuglage- und/oder Druck- und oder Reibungs- und/oder
Geschwindigkeitssensor geliefert werden, zu steuern,
- – ist
der Schlitz auf dem äußeren Rand
des Raddurchgangs angeordnet,
- – erstreckt
sich der Schlitz im Wesentlichen vom unteren Rand des Raddurchgangs
bis zum Scheitel des Raddurchgangs,
- – verengt
sich der Kanal von der Einlassöffnung zu
dem Schlitz und konvergiert zu dem Schlitz hin.
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Die
Erfindung wird durch die Lektüre
der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich gemacht, die rein beispielhaft
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, in
welchen:
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1 eine
schematische Unteransicht eines Kraftfahrzeugs ist, das mit zumindest
einer Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands und des Auftriebs
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgestattet ist;
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2 eine
schematische Seitenansicht des hinteren Teils des mit einer Vorrichtung
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgestatteten Kraftfahrzeugs ist,
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3 eine
schematische, perspektivische Ansicht des hinteren Raddurchgangs
ist, der mit einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung
ausgestattet ist.
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Kraftfahrzeuge
sind während
der Fahrt Kräften
ausgesetzt, die ihrem Vorankommen entgegenwirken und die aus Festkörperreibung,
aerodynamischer Reibung und bei hoher Geschwindigkeit aerodynamischen
Kräften
bestehen, welche durch die Unterdruckzonen, die Rezirkulationen
und die Längswirbel
der Luft erzeugt werden.
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Somit
umfasst eine Karosserie 2 eines Kraftfahrzeugs 1 einen
hinteren Teil, der durch Karosserieelemente gebildet wird, welche
Unterdruckzonen erzeugen, wo diese Erscheinungen besonders stark sind.
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Doch
die Vorderräder 3 und
die Hinterräder 4 sowie
die vorderen Raddurchgänge 5 und
die hinteren Raddurchgänge 6,
wie in 1 gezeigt, sind ebenso kritische Regionen, wo
diese Unterdruckerscheinungen ebenfalls auftreten.
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Jedes
Rad erzeugt einen starken Sog, und dieser Sog ist für den individuellen
Luftwiderstand eines jeden der Räder
verantwortlich.
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In
der Tat verfängt
sich der Luftstrom in den Raddurchgängen 5 und 6,
und es kommt sehr oft zu einem Abreißen unterhalb derselben. Die
Räder 3 und 4 erzeugen
ebenfalls einen starken Sog hinter sich, wenn der Sog der Vorderräder 3 auf
die Hinterräder 4 trifft
und deren Sog verändert.
Somit wirkt der Sog der Räder 3 und 4 des
Luftstromes in den Raddurchgängen 5 und 6 auch
direkt auf den Luftstrom auf dem Unterbau 7 des Kraftfahrzeugs,
wodurch er die Luftmenge verändert,
die unter dem Fahrzeug heraustritt, und dadurch auch die Struktur
des Luftstroms am hinteren Teil des Kraftfahrzeugs verändert.
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Wie
ebenfalls in den Figuren gezeigt, ist das Kraftfahrzeug 1 auf
Höhe der
Raddurchgänge 5 der Vorderräder 3 und/oder
der Raddurchgänge 6 der Hinterräder 4 mit
einer Vorrichtung 10 zur Verringerung des Luftwiderstands
und des Auftriebs ausgestattet.
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Jede
Vorrichtung 10 wird durch einen Flügel 11 gebildet, der
unterhalb des Unterbaus 7 des Fahrzeugs und oberhalb des
Raddurchgangs 5 des entsprechenden Vorderrads 3 und/oder
des Raddurchgangs 6 des entsprechenden Hinterrads 4 angeordnet
ist. Dieser Flügel 11 umfasst
eine Einlassöffnung 12,
die zur Vorderseite des Fahrzeugs gerichtet ist und sich vorzugsweise
senkrecht zur Längsachse des
Kraftfahrzeugs erstreckt.
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Im
Folgenden wird eine Beschreibung für einen Flügel 11 gegeben, der
vor einem Hinterrad 3 angeordnet ist, wobei der Flügel 11,
der vor einem Vorderrad 3 angeordnet ist, identisch ist.
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Wie
in den 2 und 3 noch deutlicher gezeigt wird,
umfasst der Flügel 11 an
seinem oberen Teil eine Öffnung 13,
die durch einen Kanal 14 mit wenigstens einem in dem Raddurchgang 6 ausgesparten
Schlitz 15 verbunden ist.
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Vorzugsweise
weist der Boden 11a des Flügels 11 ein abgerundetes
Längsprofil
auf, und der Flügel 11 hat
eine Länge
zwischen 10 und 60 cm.
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Der
Schlitz 15 ist vorzugsweise auf dem äußeren Rand 6a des
Raddurchgangs 6 angeordnet, wie ebenfalls in der 3 gezeigt,
und der Schlitz 15 erstreckt sich im Wesentlichen vom unteren
Rand dieses Raddurchgangs bis zum Scheitel des Raddurchgangs 6.
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Gemäß einer
Variante können
mehrere Schlitze 15 parallel zueinander angeordnet und
mit der Einlassöffnung 12 des
Flügels 11 durch
den Kanal 14 verbunden sein. Der Kanal 14 verengt
sich von der Einlassöffnung 12 zu
dem Schlitz 15 und konvergiert zu dem Schlitz 15n hin,
wie ebenfalls in 1 gezeigt wird.
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Der
Flügel 11,
der vor jedem Hinterrad 4 angeordnet ist, erlaubt es, die
Luft dort, wo der Druck stark ist, wiederzugewinnen, was es möglich macht, eine
große
Luftmenge zu erhalten, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit
fährt.
Dieser Luftstrom wird mit Hilfe des Kanals 14 zu dem entsprechenden
Raddurchgang 6 geleitet und dieser Luftstrom strömt derart
durch den in dem Raddurchgang 6 ausgesparten Schlitz 15 wieder
aus, dass, wie in den 2 und 3 durch
die Pfeile "f' dargestellt, ein
vertikaler Luftvorhang gebildet wird.
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Dieser
Luftstrom "f" schützt das
Hinterrad 4 vor dem Aufprall der auftreffenden Luft, was
somit auch erlaubt, einen fließenden
Vorhang zu bilden, das heißt,
einen fließenden
Schutz vor dem Hinterrad 4 und eine fließende Verkleidung,
dass heißt,
einen fließenden
Schutz des Raddurchgangs 6.
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Die
Schaffung dieser fließenden
Verkleidung hat das Ziel, zu verhindern, dass die um das Fahrzeug
herum strömende
Luft sich in dem entsprechenden Raddurchgang 6 verfängt, und
auch die Schaffung von beachtlichen und komplexen Zonen der Rezirkulation
und der Ströme
zu vermeiden, welche nachteilig für den Luftwiderstand und den
Auftrieb des Fahrzeugs sind.
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Darüber hinaus
erlaubt die Anordnung des Flügels 11 vor
dem Hinterrad 5, dieses Rad vor dem Aufprall der auftreffenden
Luft zu schützen
und somit die Abrissregionen um den vorderen Teil dieses Hinterrades 4 herum
zu reduzieren.
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Vorzugsweise
beträgt
das Verhältnis
zwischen dem Querschnitt Ae der Einlassöffnung 12 des Flügels 11 und
dem Querschnitt As des Schlitzes 15 zwischen 0,1 und 3.
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Aus
diesem Grund ist die Geschwindigkeit des so geschaffenen Luftstromes
kleiner als oder gleich der Geschwindigkeit der Luft um das Fahrzeug herum,
was eine gute Wirksamkeit dieser Vorrichtung sicherstellt.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist der Flügel 11 unbeweglich
unterhalb des Unterbaus 7 des Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ist der Flügel 11 zwischen
einer versenkten, in den Unterbau 7 des Fahrzeugs integrierten
Stellung und einer ausgefahrenen, unbeweglichen Stellung, welche unterhalb
des Unterbaus 7 vorsteht, verschiebbar.
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Die
Verschiebung des Flügels 11 zwischen diesen
beiden Stellungen wird durch wenigstens ein Steuerorgan vom klassischen
Typ (nicht dargestellt) in Abhängigkeit
von Informationen, die von wenigstens einem in die Karosserie des
Kraftfahrzeugs eingesetzten Fahrzeuglage- und/oder Druck- und oder Geschwindigkeits-
und/oder Reibungssensor (nicht dargestellt) geliefert werden, angetrieben.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
ist die Höhe
des Überstands
des Flügels 11 in
seiner ausgefahrenen Stellung unterhalb des Unterbaus 7 variabel
und wird durch wenigstens ein Steuerorgan vom klassischen Typ (nicht
dargestellt) in Abhängigkeit von
Informationen, die von wenigstens einem in die Karosserie des Kraftfahrzeugs
eingesetzten Fahrzeuglage- und/oder Druck- und/oder Geschwindigkeits-
und/oder Reibungssensor (nicht dargestellt) geliefert werden, gesteuert.
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Gemäß einer
anderen Variante ist der Schlitz 15 für den Luftaustritt unbeweglich
und die Richtung des Luftvorhangs konstant, und dies unabhängig von den äußeren Bedingungen,
wie zum Beispiel der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß noch einer
anderen Variante ist der Schlitz 15 für den Luftaustritt beweglich,
was es ermöglicht,
die Richtung des Luftvorhangs in Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen
zu steuern. Rein beispielhaft kann die Richtung dieses Luftvorhangs
durch geeignete Mittel vom klassischen Typ gesteuert werden, zum
Beispiel durch einen Lage- und/oder
Druck- und/oder Reibungs- und/oder Geschwindigkeitssensor (nicht
dargestellt).
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Die
Vorrichtung zur Verringerung des Luftwiderstands und des Auftriebs
ist auf Kraftfahrzeuge anwendbar, die einteilig, zweiteilig oder
dreiteilig sein können,
und erlaubt es somit, den Luftwiderstand und den Auftrieb dieses
Fahrzeugs zu reduzieren, und dadurch den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu
senken und dessen Stabilität
zu verbessern.