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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Verringern aerodynamischer
Kräfte
und insbesondere des Luftwiderstandes und des aerodynamischen Auftriebs
eines Kraftfahrzeugs und außerdem ein
Kraftfahrzeug, das mit wenigstens einem solchen System ausgestattet
ist.
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Kraftfahrzeuge
sind während
ihrer Fahrt einer bestimmten Anzahl von Kräften unterworfen, die ihrer
Fortbewegung entgegenwirken. Diese Kräfte sind insbesondere die Festkörperreibungen,
d. h. die Kontakte der Räder
mit dem Boden, und die aerodynamischen Reibungen wie beispielsweise
die Reibungen der Luft an den Wänden
der Karosserie des Fahrzeugs.
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Neben
diesen Reibungen sind Kraftfahrzeuge einer dritten Quelle von Kräften unterworfen,
die gleichfalls ihrer Fortbewegung entgegenwirken. Diese Kräfte sind
die aerodynamischen Kräfte,
die durch Überdruck-
und Unterdruckbereiche auf das Fahrzeug ausgeübt werden. Tatsächlich werden
diese Kräfte
bei hoher Geschwindigkeit dominant im Verhältnis zu den anderen und wirken
sich wesentlich auf den Verbrauch und die Stabilität des Fahrzeugs aus.
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Diese
aerodynamischen Kräfte
werden im Wesentlichen durch die Unterdrücke erzeugt, die durch die
Strömungsabrisse,
die Rezirkulationen und die Längswirbel
der Luft hervorgerufen werden. Die Rezirkulationen und somit die
Niederdruckbereiche sind an der Hinterseite des Fahrzeugs und vor
allem auf Höhe
der Heckscheibe und des Kofferraums beträchtlich. Tatsächlich sind
die Strömungen
der Luft an der Hinterseite der Kraftfahrzeuge komplex, wobei sich
im Allgemeinen ein Gleichgewicht zwischen den Strömungsabrissen
und den Längswirbeln
ergibt.
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Die
für die
Kraftfahrzeug-Aerodynamik verwendeten Vorrichtungen greifen vor
allem im Bereich der Verbindung zwischen dem Autodach und der Heckscheibe
zum einen und der Heckscheibe und dem Kofferraum zum anderen in
den an der Hinterseite des Fahrzeugs stattfindenden Strömungsabriss ein.
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Herkömmliche
Vorrichtungen sind im Wesentlichen durch Spoiler, Flossen oder Leitbleche
gebildet, die in diesen Zonen an der Hinterseite des Fahrzeugs angeordnet
sind.
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Der
Spoiler wird häufig
dazu verwendet, den Luftwiderstandsbeiwert zu verringern, während die anderen
Systeme vielmehr dazu verwendet werden, den Auftrieb zu verringern.
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Aus
dem Dokument
US-A-4
441 752 ist ebenfalls ein System zum Verringern aerodynamischer
Kräfte
und insbesondere des Luftwiderstandes und des aerodynamischen Auftriebs
eines Kraftfahrzeugs, das eine Karosserie aufweist, dessen hinterer Teil
Karosserieelemente enthält,
die zwischen sich Wirbelzonen erzeugen, und die vor wenigstens einer der
Wirbelzonen Mittel zum Ansaugen von Luft in Richtung der Längsachse
des Fahrzeugs und hinter der wenigstens einen Wirbelzone Mittel
zum Ausblasen dieser angesaugten Luft in Richtung der Längsachse
des Fahrzeugs umfassen, um die Strömung der Luft auf Höhe des hinteren
Teils des Kraftfahrzeugs zu steuern, bekannt.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, ein aerodynamisches System vorzuschlagen,
das das Steuern der Längswirbel
und der Strömungsabrisse
und allgemein der Gesamtstruktur der Strömung der Luft an der Karosserie
eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Die
Erfindung hat daher ein System zum Verringern aerodynamischer Kräfte und
insbesondere des Luftwiderstandes und des aerodynamischen Auftriebs
eines Kraftfahrzeugs, das eine Karosserie aufweist, dessen hinterer
Teil Karosserieelemente enthält,
die zwischen sich Wirbelzonen erzeugen, zum Gegenstand, wobei das
System vor wenigstens einer der Wirbelzonen Mittel zum Ansaugen
von Luft in Richtung der Längsachse
des Fahrzeugs und hinter der wenigstens einen Wirbelzone Mittel
zum Ausblasen dieser angesaugten Luft in Richtung der Längsachse
des Fahrzeugs umfasst, um die Strömung der Luft auf Höhe des hinteren
Teils des Kraftfahrzeugs zu steuern, wobei die Mittel zum Ansaugen
und zum Ausblasen durch wenigstens einen Kanal miteinander verbunden
sind und senkrecht zur Längsachse des
Fahrzeugs wenigstens einen Schlitz oder Öffnungen, die in dem entsprechenden
Karosserieelement ausgebildet sind, umfassen, um einen Luftvorhang
bzw. Luftstrahlen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt
der Luft aus dem Schlitz oder aus den Öffnungen bei einer bestimmten
Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von Informationen,
die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder Reibungs- und/oder Drucksensor geliefert
werden, der in wenigstens eines der Karosserieelemente des Kraftfahrzeugs
implantiert ist, mit einem veränderlichen
Winkel und/oder einer veränderlichen
Geschwindigkeit und/oder einer veränderlichen Frequenz ausgelöst wird.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung:
- – ist die Austrittsgeschwindigkeit
der Luft aus dem Schlitz oder aus den Öffnungen veränderlich
und liegt im Bereich der 0,01- bis 2,5-fachen Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs,
- – ändert sich
der Winkel der Austrittsrichtung der Luft aus dem Schlitz oder aus
den Öffnungen
zwischen –90° und +90°,
- – ist
die aus dem Schlitz oder den Öffnungen
austretende Luftdurchflussmenge kontinuierlich,
- – ist
die aus dem Schlitz oder den Öffnungen
austretende Luftdurchflussmenge diskontinuierlich und wird gemäß einer
gegebenen Frequenz in Abhängigkeit
von Informationen vorgesteuert, die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder
Druck- und/oder Reibungssensor, der in wenigstens eines der Karosserieelemente
des Kraftfahrzeugs implantiert ist, geliefert werden.
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Die
Erfindung hat außerdem
ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass es
wenigstens ein System zum Verringern aerodynamischer Kräfte wie
es oben erwähnt
worden ist, enthält.
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Die
Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der folgenden Beschreibung,
die anhand von Beispielen gegeben wird und unter Bezugnahme auf die
beigefügte
Zeichnung erstellt worden ist, worin:
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1 bis 4 schematische
Ansichten des hinteren Teils eines Kraftfahrzeugs, das mit einem
erfindungsgemäßen aerodynamischen
System ausgestattet ist, gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
sind,
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5 eine
schematische Ansicht in größerem Maßstab einer
ersten Ausführungsform
der Ansaug- und Ausblasmittel des erfindungsgemäßen aerodynamischen Systems
ist,
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6 eine
schematische Ansicht in größerem Maßstab einer
zweiten Ausführungsform
der Ansaug- und Ausblasmittel des erfindungsgemäßen aerodynamischen Systems
ist.
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Kraftfahrzeuge
sind während
ihrer Fahrt sich ihrer Fortbewegung entgegenrichtenden Kräften wie etwa
Festkörperreibungen,
aerodynamischen Reibungen und bei hoher Geschwindigkeit aerodynamischen
Kräften,
die durch die Unterdrücke
und die Strömungsabrisse,
die Rezirkulationen und die Längswirbel
der Luft erzeugt werden, unterworfen.
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So
umfasst eine Karosserie 2 eines Kraftfahrzeugs 1,
wie in den 1 bis 4 gezeigt
ist, einen hinteren Teil, der durch Karosserieelemente gebildet
ist, die Niederdruckbereiche erzeugen, wo diese Phänomene besonders
ausgeprägt
sind.
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Der
hintere Teil der Karosserie 2 des Fahrzeugs umfasst herkömmlicherweise
ein Autodach 3, eine Heckscheibe 4, einen Kofferraumdeckel 5 und zwei
Seitenwände 6.
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Diese
verschiedenen Karosserieelemente bestimmen zwischen sich insbesondere
eine Querkante 10 zwischen dem Autodach 3 und
der Scheibe 4, zwei Längskanten 11,
die durch die Chassisstreben zwischen der Heckscheibe 4 und
jeder Seitenwand 6 gebildet sind, und zwei Kanten 12,
die zwischen dem Kofferraumdeckel 5 und den Seitenwänden 6 gebildet
sind.
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Diese
Kanten 10, 11 bzw. 12 sowie der Mittelteil 13 des
Kofferraumdeckels 5 bilden Niederdruckzonen, wo die Strömungsabrisse,
die Rezirkulationen und die Längswirbel
der Luft besonders ausgeprägt
sind.
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Das
erfindungsgemäße aerodynamische System
ermöglicht
das Steuern der Strömungsabrisse
und der Längswirbel
und damit der Gesamtstruktur der Strömung der Luft an der Hinterseite
der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1, indem sie
die Randbedingungen der Strömung
der Luft in diesen Zonen verändert
und diese zwischen den Längswirbeln
und dem Strömungsabriss
durch Stören
dieser Längswirbel
oder Begünstigen
oder Nichtbegünstigen
dieser Strömungsabrisse
ausbalanciert,
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Dazu
sind eine oder mehrere oder sämtliche dieser
Wirbelzonen, die durch die Verbindungskanten 10, 11 und 12 sowie
durch den Mittelteil 13 des Kofferraumdeckels 5 gebildet
werden, mit einem erfindungsgemäßen aerodynamischen
System versehen, das vor dieser Wirbelzone Mittel zum Ansaugen von
Luft und hinter dieser Wirbelzone Mittel zum Ausblasen dieser angesaugten
Luft umfasst, um die Strömung
der Luft auf Höhe
des hinteren Teils des Kraftfahrzeugs 1 zu steuern.
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Allgemein
saugen und blasen die Ansaugmittel und die Ausblasmittel die Luft
in Richtung der Längsachse
des Fahrzeugs an bzw. aus.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist die durch die Querkante 10 zwischen
dem Autodach 3 und der Heckscheibe 4 gebildete
Wirbelzone einen quer verlaufenden Ansaugschlitz 20, der
vor der Kante 10 angeordnet ist, und einen quer verlaufenden
Ausblasschlitz 21, der hinter dieser Kante 10 angeordnet
ist, auf. Diese Schlitze 20 und 21 sind beispielsweise durch
wenigstens einen Kanal, nicht gezeigt, verbunden, wobei die durch
den Schlitz 20 angesaugte Luft durch den Schlitz 21 ausgestoßen wird.
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Wie
in 2 gezeigt ist, weist jede hintere Chassisstrebe 11 einen
Ansaugschlitz 22, der vor dieser Chassisstrebe 11 angeordnet
ist, und einen Ausblasschlitz 23, der hinter der Chassisstrebe 11 angeordnet
ist, auf. Diese Schlitze 22 und 23 sind durch
einen Kanal, nicht gezeigt, verbunden, wobei die durch den Schlitz 22 angesaugte
Luft durch den Schlitz 23 ausgestoßen wird.
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Ebenso,
wie in 3 gezeigt ist, weist jede durch eine Kante 12 gebildete
Wirbelzone einen Ansaugschlitz 24, der vor dieser Kante 12 angeordnet ist,
und einen Ausblasschlitz 25, der hinter dieser Kante 12 angeordnet
ist auf. Diese Schlitze 24 und 25 sind durch einen
Kanal, nicht gezeigt, verbunden, wobei die durch den Schlitz 24 angesaugte
Luft durch den Schlitz 25 ausgestoßen wird.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist die durch den Mittelteil 13 des
Kofferraumdeckels 5 gebildete Wirbelzone mit einem Ansaugschlitz 26,
der vor dem Mittelteil 13 dieses Kofferraums 5 angeordnet
ist, und einen Ausblasschlitz 27, der hinter dem Mittelteil 13 de Kofferraumdeckels 5 angeordnet
ist, auf. Die Schlitz 26 und 27 sind gleichfalls
durch einen Kanal, nicht gezeigt, verbunden, wobei die durch den
Schlitz 26 angesaugte Luft durch den Schlitz 27 ausgestoßen wird.
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Die
vorderen Chassisstreben des Kraftfahrzeugs können ebenfalls mit einem Ansaugschlitz
und einem Ausblasschlitz versehen sein.
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Die
Ansaugschlitze 20, 22, 24 bzw. 26 dienen
zum einen zur Versorgung der Ausblasschlitze 21, 23, 25 bzw. 27 und
gleichzeitig zum Absaugen der an der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 entstandenen
Grenzschicht, was ebenfalls eine günstige Auswirkung auf die Gesamtstruktur
der Strömung der
Luft und somit auf die aerodynamischen Kräfte hat.
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Vorzugsweise
verlaufen die Ansaugschlitze 20, 22, 24 und 26 und
die Ausblasschlitze 21, 23, 25 und 27 im
Wesentlichen parallel zueinander, wie in 5 gezeigt
ist.
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Um
die Luftdurchflussmenge zwischen dem Ansaugschlitz 20, 22, 24 und 26 oder
den Öffnungen 25 und
dem Ausblasschlitz 21, 23, 25 und 27 oder den Öffnungen 29 zu
erhöhen,
kann ein Motorgebläse,
nicht gezeigt, zwischen den Schlitzen oder den Öffnungen vorgesehen sein.
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Gemäß einer
Variante, die in 6 gezeigt ist, sind die Ansaugmittel
durch Öffnungen 28 gebildet,
die vorzugsweise in einer Linie angeordnet sind, während die
Ausblasmittel durch Öffnungen 29 gebildet
sind, die vorzugsweise ebenfalls in einer Linie angeordnet sind,
die im Wesentlichen parallel zu der durch die Öffnungen 28 gebildeten
Linie verläuft.
In diesem Fall wird die aus den Ausblasöffnungen 29 austretende
Luft in Form von Strahlen ausgestoßen.
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Die
Ansaugschlitze oder die Öffnungen
erstrecken sich senkrecht zur Längsachse
des Fahrzeugs.
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Die
Ansaugschlitze 20, 22, 24 bzw. 26 oder die
Ansaugöffnungen 28 sind
in einem zwischen 5 und 50 cm betragenden Abstand von der Kante,
die zwei der Karosserieelemente trennt, angeordnet, während die
Ausblasschlitze 21, 23, 25 bzw. 27 oder die
Ausblasöffnungen 29 in
einem zwischen 0 und 30 cm betragenden Abstand von dieser Kante
angeordnet sind.
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Um
die am Ausgang der Ausblasschlitze 21, 23, 25 und 27 oder
der Ausblasöffnungen 29 verfügbaren Durchflussmengen
zu erhöhen,
können
gepulste oder nicht gepulste Motorgebläsegruppen auf Höhe dieser
Schlitz oder dieser Öffnungen
angeordnet sein.
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Um
einen optimalen Wirkungsgrad des aerodynamischen Systems zu erzielen,
können
mehrere physikalische Parameter gesteuert oder vorgesteuert werden.
Diese Parameter sind die Austrittsgeschwindigkeit der Luft aus den
Ausblasschlitzen oder den Ausblasöffnungen und/oder der Winkel
der Ausblasrichtung und/oder die Pulsationsfrequenz der Ausblasung.
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Tatsächlich kann
die Austrittsgeschwindigkeit der Luft auf Höhe der Ausblasschlitze 21, 23, 25 und 27 oder
der Öffnungen 29 von
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs streng abhängig sein. Sie kann entweder
ebenfalls durch Vorsteuern der Austrittsquerschnitte dieser Schlitze
oder dieser Öffnungen oder
mit Hilfe eines Pulsators gesteuert werden. Vorzugsweise liegen
die notwendigen Ausblasgeschwindigkeiten im Allgemeinen im Bereich
der 0,01- bis 2,5-fachen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Im Übrigen ist
der Ausblaswinkel der Luft, der durch die Ausblasschlitze 21, 23, 25 und 27 oder die
Ausblasöffnungen 29 gebildet
wird, entweder für alle
Fahrbedingungen des Kraftfahrzeugs fest oder wird in Abhängigkeit
von verschiedenen Informationen, die die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder Reibungs-
und/oder Drucksensor, nicht gezeigt, der in wenigstens ein Element
der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 implantiert
ist, geliefert werden, vorgesteuert.
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Im
Fall eines statischen Ausblaswinkels ist es erforderlich, den optimalen
Winkel, der die maximale Verstärkung
des aerodynamischen Drehmoments ermöglicht, zu bestimmen.
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Im
Fall eines vorgesteuerten Ausblaswinkels kann dieser Ausblaswinkel
im Verhältnis
zur Oberfläche
des entsprechenden Karosserieelements zwischen –90° und +90° variieren.
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Die
aus den Ausblasschlitzen 21, 23, 25 und 27 oder
den Ausblasöffnungen 29 austretende
Luftdurchflussmenge kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich
sein und gemäß einer
gegebenen Frequenz in Abhängigkeit
von Informationen, die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder
Reibungs- und/oder Drucksensor, nicht gezeigt, der in wenigstens
eines der Elemente der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 implantiert
ist, geliefert werden, vorgesteuert sein.
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Außerdem kann
der Austritt der Luft aus dem Ausblasschlitz 21, 23, 25 und 27 oder
den Ausblasöffnungen 29 bei
einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit einem
festen Winkel, einer festen Geschwindigkeit und einer festen Frequenz
ausgelöst
werden. Gemäß einer
Variante kann der Austritt der Luft aus dem Ausblasschlitz 21, 23, 25 und 27 oder
den Ausblasöffnungen 29 bei
einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit einem
variablen Winkel und/oder einer variablen Geschwindigkeit und/oder
einer variablen Frequenz in Abhängigkeit
von Informationen, die von wenigstens einem Geschwindigkeits- und/oder
Reibungs- und/oder Drucksensor, nicht gezeigt, der in wenigstens
eines der Elemente der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 implantiert
ist, geliefert werden, ausgelöst
werden.
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Im
Fall von Ausblasöffnungen 29 wird
der Abstand zwischen den durch diese Öffnungen gebildeten Strahlen
so eingestellt, dass für
einen bestimmten Fahrzeugtyp eine maximale Verstärkung gewährleistet ist. Der Raum zwischen
den Strahlen oder auch die Wellenlänge ist ein für die Wirksamkeit des
aerodynamischen Systems bestimmender Parameter, wobei diese Wellenlänge vorzugsweise
im Bereich des 1- bis 5-fachen Durchmessers eines Strahls liegt.
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Das
erfindungsgemäße aerodynamische System
findet Anwendung auf ein Kraftfahrzeug, unabhängig davon, ob dieses ein Volumen,
zwei Volumen oder drei Volumen besitzt, und ermöglicht folglich das Verringern
des Luftwider standes und des Auftriebs dieses Fahrzeugs und daher
das Vermindern des Energieverbrauchs und das Erhöhen der Stabilität des Fahrzeugs.