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Einleitung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet von Fahrzeugen und insbesondere ein passives Strahlsystem, das dafür konfiguriert ist, Luftströme an den Vorderrädern des Fahrzeugs zu unterbrechen.
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Wenn sich Fahrzeuge durch eine Luftströmung hindurch bewegen, entsteht Luftwiderstand. Luftströme treffen auf die exponierten Fahrzeugflächen auf und erzeugen Luftwiderstand. Luftwiderstand übt eine Verzögerungskraft auf das Fahrzeug aus. Diese Verzögerungskraft wirkt sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und somit auf die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs aus. Von Luftwiderstandseffekten sind Elektrofahrzeuge besonders betroffen, da bei ihnen Reichweite und verfügbare Ladestationen von besonderer Relevanz sind. Verschiedene stationäre Flächen tragen zum Luftwiderstand bei. Flache, nach vorne zeigende Flächen wie etwa Kühlergrills, Scheinwerfer, Karosseriekomponenten und dergleichen tragen alle dazu bei, die Gesamtreichweite eines Fahrzeugs zu reduzieren.
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Zusätzlich zu stationären Flächen tragen auch dynamische Flächen wie etwa Räder zu Luftwiderstandseffekten bei. Um den Luftwiderstand an den Rädern zu reduzieren, haben Kraftfahrzeughersteller sogenannte „Strakes“ in die Innenflächen von Radkästen eingebaut und/oder Abweiser vor den Rädern angeordnet. Die Abweiser haben zwar eine positive Auswirkung auf den Luftwiderstand, sie tragen jedoch selbst zu Luftwiderstandseffekten bei. Dementsprechend ist es erwünscht, ein System zur Unterbrechung der Luftströmung an den nach vorne zeigenden Flächen eines Fahrzeugrades bereitzustellen, ohne weitere Flächen hinzuzufügen, die zusätzlichen Luftwiderstand erzeugen würden.
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Zusammenfassung
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Ein passives Strahlsystem zur Unterbrechung einer Luftströmung an einer Oberfläche eines Fahrzeugvorderrades umfasst einen Luftkanal, der einen Einlass, der einer Luftströmung ausgesetzt ist, einen Auslass, der fluidtechnisch zu einer nach vorne zeigenden Fläche des Vorderrades ausgerichtet ist, und einen Durchlass, der ein strömungsbeschleunigendes Profil, das eine Geschwindigkeit der Luftströmung vom Einlass zum Auslass erhöht, aufweist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale enthält der Luftkanal ein erstes Element mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem Zwischenabschnitt mit einer ersten Innenfläche und ein zweites Element mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und einem Zwischensegment mit einer zweiten Innenfläche, die in einem Abstand von der ersten Innenfläche angeordnet ist, wobei die erste Innenfläche und/oder die zweite Innenfläche das strömungsbeschleunigende Profil definieren.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist das erste Ende des ersten Elements direkt neben dem ersten Endabschnitt des zweiten Elements angeordnet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale weist das zweite Element einen Querschnitt in Form eines Tragflügels auf.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das erste Element eine erste laterale Seite und eine zweite laterale Seite und das zweite Element enthält einen ersten lateralen Seitenabschnitt und einen zweiten lateralen Seitenabschnitt, die im Wesentlichen parallel sind, wobei die erste laterale Seite mit dem ersten lateralen Seitenabschnitt durch eine erste Stirnplatte und die zweite laterale Seite mit dem zweiten lateralen Seitenabschnitt durch eine zweite Stirnplatte verbunden sind.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale verläuft der Einlass vom ersten Ende zum Zwischenabschnitt konisch.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale läuft der Einlass vom ersten Ende in Richtung Zwischenabschnitt auseinander.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfassen der Einlass des Luftkanals einen ersten Bereich und der Auslass des Luftkanals einen zweiten Bereich, wobei der zweite Bereich kleiner als der erste Bereich ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale weisen der Zwischenabschnitt eine erste Krümmung und das Zwischensegment eine zweite Krümmung, die sich von der ersten Krümmung unterscheidet, auf.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist der Einlass relativ zum Auslass axial versetzt.
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Ein Fahrzeug gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst eine Karosserie, die einen nach vorne zeigenden Abschnitt, der eine untere Kante aufweist, einen nach hinten zeigenden Abschnitt und einen Fahrgastraum, der zwischen den nach vorne und nach hinten zeigenden Abschnitten angeordnet ist. Ein Radkasten ist hinter der unteren Kante des nach vorne zeigenden Abschnitts definiert. Ein Rad, das eine Lauffläche aufweist, wird im Radkasten drehbar getragen. Ein passives Strahlsystem ist an der Unterkante des nach vorne zeigenden Abschnitts montiert. Das passive Strahlsystem umfasst einen Luftkanal, der einen Einlass, der einer Luftströmung ausgesetzt ist, einen Auslass, der fluidtechnisch zur Lauffläche des Rades gerichtet ist, und einen Durchlass, der ein strömungsbeschleunigendes Profil, das eine Geschwindigkeit der Luftströmung vom Einlass zum Auslass erhöht, aufweist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale enthält der Luftkanal ein erstes Element mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende und einem Zwischenabschnitt mit einer ersten Innenfläche und ein zweites Element mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt und einem Zwischensegment mit einer zweiten Innenfläche, die in einem Abstand von der ersten Innenfläche angeordnet ist, wobei die erste und/oder die zweite Innenfläche das strömungsbeschleunigende Profil definieren.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist das erste Ende des ersten Elements direkt neben dem ersten Endabschnitt des zweiten Elements angeordnet.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale weist das zweite Element einen Querschnitt in Form eines Tragflügels auf.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das erste Element eine erste laterale Seite und eine zweite laterale Seite und das zweite Element enthält einen ersten und einen zweiten lateralen Seitenabschnitt, die im Wesentlichen parallel sind, wobei die erste laterale Seite mit dem ersten lateralen Seitenabschnitt durch eine erste Stirnplatte und die zweite laterale Seite mit dem zweiten lateralen Seitenabschnitt durch eine zweite Stirnplatte verbunden sind.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale verläuft der Einlass vom ersten Ende zum Zwischenabschnitt konisch.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale läuft der Einlass vom ersten Ende in Richtung Zwischenabschnitt auseinander.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfassen der Einlass des Luftkanals einen ersten Bereich und der Auslass des Luftkanals einen zweiten Bereich, wobei der zweite Bereich kleiner als der erste Bereich ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale weisen der Zwischenabschnitt eine erste Krümmung und das Zwischensegment eine zweite Krümmung, die sich von der ersten Krümmung unterscheidet, auf.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist der Einlass relativ zum Auslass axial versetzt.
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Die oben beschriebenen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden genauen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen lediglich beispielhaft in der folgenden genauen Beschreibung, wobei die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
- 1 eine perspektivische, linke Vorderansicht eines Fahrzeugs, das ein passives Strahlsystem gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel enthält;
- 2 eine linke Seitenansicht eines Vorderrad-Abschnitts des in 1 gezeigten Fahrzeugs, die einen Querschnitt des passiven Strahlsystems gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel darstellt;
- 3 eine Ansicht des in 2 gezeigten passiven Strahlsystems im zerlegten Zustand gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel;
- 4 eine linke Seitenansicht eines Vorderrad-Abschnitts des in 1 gezeigten Fahrzeugs, die einen Querschnitt des passiven Strahlsystems gemäß einem weiteren, nicht einschränkenden Beispiel darstellt;
- 5 eine perspektivische, linke Draufsicht des in 4 gezeigten passiven Strahlsystems gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel; und
- 6 eine Unteransicht des in 5 gezeigten passiven Strahlsystems gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel.
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Ausführliche Beschreibung
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu vorgesehen, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen. Es ist zu verstehen, dass im Verlauf der Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen ähnliche oder entsprechende Abschnitte und Merkmale angeben.
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Ein Fahrzeug gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel ist in 1 allgemein bei 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Karosserie 12, die einen nach vorne zeigenden Abschnitt 14 und einen nach hinten zeigenden Abschnitt 16 aufweist. Ein Radkasten 18 ist hinter dem nach vorne zeigenden Abschnitt 14 an einer linken Seite (in den Zeichnungen nicht separat gezeigt) des Fahrzeugs 10 angeordnet. Ein Vorderrad 20 wird im Radkasten 18 drehbar getragen. Das Vorderrad 20 weist eine Lauffläche 22 auf. Die Lauffläche 22 ist eine Oberfläche des Vorderrads 20, die zum Beispiel mit einer Straße in Kontakt ist. Im gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel enthält das Fahrzeug 10 vier Radkästen 18, wovon jeder ein entsprechendes Rad (z. B. Vorderräder und Hinterräder) aufweist.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel umfasst das Fahrzeug 10 ein passives Strahlsystem 30, das an eine untere Fläche 32 des nach vorne zeigenden Abschnitts 14 montiert ist. Die untere Fläche 32 kann ein Bestandteil eines Unterbodens (in den Zeichnungen nicht separat gezeigt) des Fahrzeugs 10 sein. Wie hier ausführlicher gezeigt ist, leitet das passive Strahlsystem 30 eine Luftströmung zur Lauffläche 22 des Rades 20, um Luftströme zu unterbrechen und den Luftwiderstand zu reduzieren. In diesem Zusammenhang ist der Begriff „passiv“ so zu verstehen, dass dieser ein System beschreibt, das mittels Strömungsbeeinflussung einen auf die Lauffläche 22 gerichteten Luftstrahl erzeugt. Das passive Strahlsystem 30 stützt sich nicht auf aktive Luftstromerzeugungssysteme, wie etwa Gebläse, Motoren und dergleichen, um die zur Lauffläche 22 gerichtete Luftströmung zu erzeugen und/oder zu modifizieren.
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In den 2 und 3 enthält das passive Strahlsystem 30 einen Luftkanal 34, der einen Einlass 36, einen Auslass 38 und einen Durchlass 40, der sich zwischen dem Einlass 36 und dem Auslass 38 erstreckt, aufweist. In einem nicht einschränkenden Beispiel verläuft der Auslass 38 über 50 % bis 80 % der Lauffläche 22. Der Auslass 38 kann direkt in Richtung einer Mitte der Lauffläche 22 oder, abhängig von den Leistungsmerkmalen des Fahrzeugs, d. h. Karosseriestyling, Motortyp und dergleichen, seitlich zur Mitte der Lauffläche 22 ausgerichtet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel weist der Durchlass 40 ein strömungsbeschleunigendes Profil auf, das eine Geschwindigkeit der Luftströmung vom Einlass 36 zum Auslass 38 erhöht. Der Einlass 36 empfängt eine Luftströmung, wenn sich das Fahrzeug 10 vorwärts durch eine Luftströmung hindurch bewegt. Dieser Luftstrom wird durch den Durchlass 40 hindurch durch das strömungsbeschleunigende Profil beschleunigt und durch den Auslass 38 zur Lauffläche 22 hin abgeführt.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält der Luftkanal 34 ein erstes Element 44, das von einem zweiten Element 46 durch den Durchlass 40 getrennt angeordnet ist. Das erste Element 44 umfasst ein erstes Ende 50, ein zweites Ende 52 und einen Zwischenabschnitt 54, der sich zwischen dem ersten Ende 50 und dem zweiten Ende 52 erstreckt. Der Zwischenabschnitt 54 weist eine erste Krümmung auf, die durch einen Radius definiert ist. Der Radius der Krümmung des Zwischenabschnitts 54 hängt von zahlreichen Eigenschaften ab, wie etwa von der Geometrie der Karosseriefront. Das zweite Element 46 enthält einen Querschnitt in Form eines Tragflügels und umfasst einen ersten Endabschnitt 60, ein zweites Endsegment 62 und ein Zwischensegment 64, das sich zwischen dem ersten Endabschnitt 60 und dem zweiten Endsegment 62 erstreckt. Der erste Endabschnitt 60 ist gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel abgerundet. Das Zwischensegment 64 weist eine zweite Krümmung auf. In einem nicht einschränkenden Beispiel unterscheiden sich die erste und die zweite Krümmung voneinander. Jedoch kann die erste Krümmung bei Vorliegen bestimmter konstruktionstechnischer Merkmale mit der zweiten Krümmung übereinstimmen. Die erste und die zweite Krümmung bestimmen das strömungsbeschleunigende Profil.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält das erste Element 44 eine erste laterale Seite 74 und eine zweite laterale Seite 76. Das zweite Element 46 weist einen ersten lateralen Seitenabschnitt 80 und einen zweiten lateralen Seitenabschnitt 82 auf. Die erste laterale Seite 74 und die zweite laterale Seite 76 sind im Wesentlichen parallel. Ebenso sind der erste laterale Seitenabschnitt 80 und der zweite laterale Seitenabschnitt 82 parallel. Eine erste Stirnplatte 86 verbindet die erste laterale Seite 74 und den ersten lateralen Seitenabschnitt 80. Eine zweite Stirnplatte 88 verbindet die zweite laterale Seite 76 und den zweiten lateralen Seitenabschnitt 82. Die erste Stirnplatte 86 und die zweite Stirnplatte 88 sind im Wesentlichen parallel.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel tritt dann, wenn das Fahrzeug 10 sich mit einer typischen Straßengeschwindigkeit vorwärtsbewegt, Luft in den Einlass 36 ein, fließt durch den Durchlass 40 hindurch und wird durch das durch die erste und die zweite Krümmung erzeugte strömungsbeschleunigende Profil beschleunigt. Die Luft strömt als Luftstrahl oder beschleunigte Luftströmung aus dem Auslass 38 heraus und wird nach außen und nach unten zur Lauffläche 22 des Rades 20 geleitet. Die zur Lauffläche 22 geleitete, beschleunigte Luftströmung unterbricht Luftwiderstand erzeugende Luftströme, die durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 10 entstehen. Durch Unterbrechung der Luftwiderstand erzeugenden Luftströme wird der Luftwiderstand an der Lauffläche 22 jedes Vorderrades 20 reduziert. Die Reduktion des Luftwiderstands an Komponenten des Fahrzeugs 10 erzeugt aerodynamische Effizienzen, die die Reichweite verbessern.
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Nun wird auf 4, 5 und 6 verwiesen, die ein passives Strahlsystem 96 gemäß einem weiteren, nicht einschränkenden Beispiel beschreiben. Das passive Strahlsystem 96 enthält einen Luftkanal 100, der an die untere Fläche 32 des Fahrzeugs 10 montiert oder in diese integriert ist (d. h. gemeinsam mit dieser gebildet wird). Der Luftkanal 100 weist einen Einlass 102, einen Auslass 104 und einen Durchlass 110, der sich zwischen dem Einlass 102 und dem Auslass 104 erstreckt, auf. In einem nicht einschränkenden Beispiel verläuft der Auslass 104 über 50 % bis 80 % der Lauffläche 22. Der Auslass 104 kann direkt in Richtung einer Mitte der Lauffläche 22 oder, je nach den Leistungsmerkmalen des Fahrzeugs, d. h. Karosseriestyling, Motortyp und dergleichen, seitlich zur Mitte der Lauffläche 22 ausgerichtet sein. Der Durchlass 110 weist ein strömungsbeschleunigendes Profil auf, das eine Geschwindigkeit der Luftströmung vom Einlass 102 zum Auslass 104 erhöht. Der Einlass 102 enthält einen ersten Bereich und der Auslass 104 enthält einen zweiten Bereich. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der erste Bereich größer als der zweite Bereich. Somit kann der erste Bereich die dreifache Größe des zweiten Bereichs aufweisen oder sogar noch größer sein.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält der Luftkanal 100 ein erstes Element 114 und ein zweites Element 116. Das zweite Element 116 ist in einem Abstand vom ersten Element 114 angeordnet, wodurch der Durchlass 110 gebildet wird. Das erste Element 114 umfasst ein erstes Ende 118, ein zweites Ende 120 und einen Zwischenabschnitt 122. Der Zwischenabschnitt 122 weist eine erste Krümmung auf. Das zweite Element 116 enthält einen ersten Endabschnitt 128, einen zweiten Endabschnitt 130 und ein Zwischensegment 132. Das Zwischensegment 132 weist eine zweite Krümmung auf. In einem nicht einschränkenden Beispiel unterscheiden sich die erste und die zweite Krümmung voneinander. Jedoch kann die erste Krümmung bei Vorliegen bestimmter konstruktionstechnischer Merkmale mit der zweiten Krümmung übereinstimmen. Die erste und zweite Krümmung bestimmen zumindest teilweise das strömungsbeschleunigende Profil.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der erste Endabschnitt 128 des zweiten Elements 116 ein abschließendes Endsegment, dass sich über den Zwischenabschnitt 122 des ersten Elements 114 erstreckt. In einem nicht einschränkenden Beispiel steht somit ein Abschnitt des Durchlasses 110 vor. Das heißt, dass ein Segment des Durchlasses 110 nicht durch das zweite Element 116 abgedeckt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das erste Element 114 eine Aussparung 140, die sich vom ersten Ende 118 durch einen Abschnitt des Zwischenabschnitts 122 hindurch erstreckt, enthalten. Die Aussparung 140 verläuft vom ersten Ende 118 zum ersten Endabschnitt 128 des zweiten Elements 116 konisch. In einem nicht einschränkenden Beispiel läuft die Aussparung 140 vom ersten Ende 118 in Richtung des ersten Endabschnitts 128 auseinander.
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In einem nicht einschränkenden Beispiel enthält der Durchlass 110 eine erste laterale Seite 144 und eine zweite laterale Seite 146. Die erste und die zweite laterale Seite 144 und 146 sind nicht parallel. Das heißt, die erste und die zweite laterale Seite 144 und 146 folgen dem Auseinanderlaufen der Aussparung 140. Die besondere Geometrie des Durchlasses 110 trägt dazu bei, das strömungsbeschleunigende Profil zu bilden. Ähnlich wie zuvor beschrieben strömt Luft durch den Durchlass 110 und wird durch das strömungsbeschleunigende Profil beschleunigt. Die Luft strömt als Luftstrahl oder beschleunigte Luftströmung aus dem Auslass 104 heraus und wird nach außen und nach unten zur Lauffläche 22 des Rades 20 geleitet. Die zur Lauffläche 22 geleitete, beschleunigte Luftströmung unterbricht Luftwiderstand erzeugende Luftströme, die durch die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 10 entstehen. Durch Unterbrechung der Luftwiderstand erzeugenden Luftströme wird der Luftwiderstand an der Lauffläche 22 jedes Vorderrades 20 reduziert. Die Reduktion des Luftwiderstands an Komponenten des Fahrzeugs 10 erzeugt aerodynamische Effizienzen, die die Reichweite verbessern.
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Die Begriffe „ein“ und „eine“ bezeichnen keine Begrenzung einer Anzahl, sondern bezeichnen vielmehr das Vorliegen mindestens eines des referenzierten Elements. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern es durch einen Kontext nicht klar anders angegeben ist. Ein Bezug im Verlauf des Anmeldungstexts auf „einen Aspekt“ bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das in Verbindung mit dem Aspekt beschrieben wird, in mindestens einem Aspekt, der hier beschrieben ist, enthalten ist und in weiteren Aspekten vorhanden sein kann oder nicht. Zusätzlich ist zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten in einer beliebigen geeigneten Weise kombiniert werden können.
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Wenn ein Element wie z. B. eine Schicht, eine dünne Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „an“ einem weiteren Element bezeichnet wird, kann es direkt an dem weiteren Element angeordnet sein oder können außerdem dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Dagegen sind dann, wenn ein Element als „direkt an“ einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
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Sofern hier nicht das Gegenteil festgelegt ist, sind alle Prüfnormen die jüngste gültige Norm zu dem Anmeldetag dieser Anmeldung oder, wenn Priorität beansprucht wird, dem Anmeldetag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
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Sofern es nicht anders definiert ist, besitzen technische und wissenschaftliche Begriffe, die hier verwendet werden, dieselbe Bedeutung, die üblicherweise durch einen Fachmann auf dem Gebiet, dem diese Offenbarung angehört, verstanden wird.
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Während die oben beschriebene Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente durch ihre Entsprechungen ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Zusätzlich können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Unterweisungen der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Deshalb ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die bestimmten offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen enthält, die in ihren Umfang fallen.