Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Strukturelement zur Anbringung an einer Aussenhaut eines Fahrzeugs, insbesondere eines Transportfahrzeugs, eines Personenwagens, eines Schienenfahrzeugs, eines Flugzeugs und/oder eines Wasserfahrzeugs, welches eine Hauptfinne und mindestens eine erste und eine zweite Nebenfinne umfasst, welche derart neben der Hauptfinne angeordnet sind, dass zwischen der ersten Nebenfinne und der Hauptfinne ein erster Kanal und zwischen der zweiten Nebenfinne und der Hauptfinne ein zweiter Kanal gebildet wird.

Stand der Technik

Die Reduktion eines Strömungswiderstands bei überströmten Oberflächen ist ein bekanntes Problem in diversen technischen Gebieten. Beim Fahrzeugbau wurden unterschiedliche Ansätze getestet, um den Strömungswiderstand zu reduzieren. Typische Ansätze betreffen die Form der Fahrzeughülle - durch eine geeignete Formgebung (z.B. Tropfenform oder dergleichen) kann ein Strömungswiderstand verringert werden.

Insbesondere bei Lastkraftwagen, welche ein möglichst grosses Transportvolumen aufweisen sollen, ist jedoch der Gestaltungsspielraum für die Formgebung beschränkt. Auch bei Personenkraftwagen respektive Personenwagen werden geringe Strömungswiderstände angestrebt. Auch hier ist ein Gestaltungsspielraum der Formgebung der Karosserie aus technischer, aber auch ästhetischer Sicht beschränkt.

Daher kommt es aufgrund der heutigen Fahrzeugformen durch die Relativbewegung zwischen dem Medium (Luft und/oder Wasser) nach wie vor zu Strömungsabrissen und folglich zu Turbulenzen, welche den Strömungswiderstand und damit den Energieverbrauch des Fahrzeugs erhöhen. Dieser Effekt verstärkt sich bei höheren Geschwindigkeiten, da sich der Luftwiderstand im Quadrat zur Geschwindigkeit erhöht. Insbesondere beim Fernverkehr fällt dieser Umstand stark ins Gewicht.

Es besteht daher ein Bestreben, den Strömungswiderstand eines Fahrzeugs zu verringern - einerseits aus ökonomischen Gründen, insbesondere um die Kosteneffizienz eines Transportes zu erhöhen, anderseits aus ökologischen Gründen, da der Energiebedarf von Fahrzeugen zum grossen Teil aus fossilen Brennstoffen bezogen wird.

Die Problemstellung der Reduktion des Strömungswiderstands beschränkt sich jedoch nicht nur auf Strassenfahrzeuge, sondern gleichermassen auf Schienenfahrzeuge, Flugzeuge, Wasserfahrzeuge wie Boote, U-Boote etc. oder auch auf Anzüge wie Sportanzüge für Aktivitäten wie z.B. Skifahren. Selbst bei statischen Objekten die Strömungen ausgesetzt sind, z.B. Häuserfassaden sowie Wasser- oder Luftleitungen, spielen analoge Überlegungen eine Rolle. Hier besteht das Problem nicht in einem Kraftstoffverbrauch sondern in Krafteinwirkungen, die beispielsweise ungewollte Schwingungen, Geräusche oder sogar Schäden verursachen können.

Ein Ansatz zur Optimierung des Strömungsverhaltens respektive zur Verringerung des Strömungswiderstands, sind Veränderungen der Oberflächenstruktur eines Fahrzeuges bzw. eines anderen Objekts. Dies kann beispielsweise durch Strukturen erfolgen, die im Vergleich zum Fahrzeug bzw. zum Objekt eine geringe Grösse aufweisen. Diese Strukturen interagieren lokal mit dem Medium, das über die Aussenhaut des Fahrzeugs bzw. des Objekts strömt und beeinflussen damit das Strömungsverhalten.

Die bisherigen Lösungen umfassen in der Regel lokal eine oder mehrere einfache Erhebungen oder Senken in der Fahrzeugaussenhaut bzw. in der Objektoberfläche. Auch Lösungen mit mehreren unterschiedlich grossen Erhebungen, die als Finnen ausgebildet sind, sind bekannt.

Die GB 2481640 A (Adil Shazad), offenbart beispielsweise Zubehörteile für Fahrzeuge, um deren Energieeffizienz zu erhöhen. Das Zubehörteil umfasst dabei eine Basisplatte, eine zentrale Finne und ein Paar von Seitenfinnen. Dieses Zubehörteil kann auf einer Oberfläche eines Fahrzeugs befestigt werden, um mittels der Bildung von Schleppwirbeln die Effizienz des Fahrzeugs zu erhöhen.

Die bekannten Ansätze zur Reduktion des Strömungswiderstands eines Fahrzeugs oder eines anderen Objekts sind jedoch zu wenig effektiv und führen zu einer relativ geringfügigen Verringerung des Strömungswiderstands.

Darstellung der Erfindung

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Vorrichtung zu schaffen, die den Strömungswiderstand, der auf ein Fahrzeug wirkt, effektiv reduziert und dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung weist der erste Kanal und der zweite Kanal jeweils eine Querschnittsveränderung derart auf, dass bei einer Durchströmung eines Fluids durch den ersten Kanal oder den zweiten Kanal eine Veränderung einer Durchströmungsgeschwindigkeit des Fluids auftritt.

Bei der Vorrichtung handelt es sich um ein Strukturelement zur Anbringung an einer Aussenhaut eines Fahrzeugs, insbesondere eines Transportfahrzeugs, eines Personenwagens, eines Schienenfahrzeugs, eines Flugzeugs und/oder eines Wasserfahrzeugs. Es umfasst eine Hauptfinne, mindestens eine erste und eine zweite Nebenfinne. Die Nebenfinnen sind derart neben der Hauptfinne angeordnet, dass zwischen der ersten Nebenfinne und der Hauptfinne ein erster Kanal und zwischen der zweiten Nebenfinne und der Hauptfinne ein zweiter Kanal gebildet wird.

Die Veränderung des Kanalquerschnitts erzeugt eine Wirkung auf das Fluid die vergleichbar ist mit der Wirkung eines von dem Fluid durchströmten Rohres, dessen Innendurchmesser sich ändert. Gemäss einer Venturidüse wird beispielsweise bei einer Querschnittsverjüngung des Rohres, die Durchströmungsgeschwindigkeit hinter der Verjüngung zunehmen, wobei gleichzeitig der hydrostatische Druck des Fluids abnimmt. Ein analoger Effekt tritt beim ersten und/oder dem zweiten Kanal des Strukturelements auf. Die Querschnittsveränderung des Kanals erzeugt vorzugsweise beim Durchströmen eines Fluids durch den Kanal also eine Veränderung der Durchströmungsgeschwindigkeit. Dies erlaubt es wiederum, durch Veränderungen des Kanalquerschnitts vorteilhafte Veränderungen des Strömungsverhaltens um ein Fahrzeug herum zu erzeugen. Anders als bei einem geschlossenen Rohr hat die Änderung der Strömung innerhalb des Kanals wiederum auch eine Wirkung auf die Fluidströmungen oberhalb des Kanals.

So kann auch über dem Strukturelement und über den Kanälen eine Sog- bzw. Injektorwirkung erzeugt werden. Experimente und Simulationen haben gezeigt, dass bei einem auf der Fahrzeugaussenhaut angebrachten Strukturelement während der Fahrt ein Unterdrück oberhalb des Strukturelements entsteht, welcher Querströmungen zu dem Strukturelement hinleitet. Diese werden dann wiederum in den Kanälen des Strukturelements umgeleitet und können so der Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gleichgerichtet werden. Hier wirkt dann wiederum auch die Querschnittsveränderung auf die umgeleiteten Querströmungen.

Es hat sich nun überraschend herausgestellt, dass eine Veränderung und insbesondere eine Verbreiterung des Kanalquerschnitts entlang der Durchströmungsrichtung einen positiven Effekt auf den Strömungswiderstand eines Fahrzeugs hat und damit ein Energieverbrauch (z.B. Benzin, Diesel, elektrische Energie etc.) reduziert werde kann. Der Strömungswiderstand, den das Fahrzeug durch das umgebende Fluid erfährt, wird damit wirksam verringert. Dies wiederum erlaubt es dem Fahrzeug, eine Strecke mit verringertem Kraftstoffverbrauch zurückzulegen, verglichen zu einer Fahrt über die selbe Distanz und mit derselben Geschwindigkeit, aber ohne entsprechende Strömungselemente auf seiner Aussenhaut.

Es handelt sich bei dem Strukturelement um ein Bauteil, welches sich über die Aussenhaut des Fahrzeugs erstreckt. Dadurch wird das Strukturelement zusätzlich zu dieser, oder auch anstelle der Aussenhaut, von dem das Fahrzeug umgebenden Fluid umströmt, sobald das Fahrzeug sich bewegt. Durch Rückwirkung des Strömungselements auf die Fluid- Strömungen, die sich bei Bewegung des Fahrzeugs um das Fahrzeug herum bilden, verändert das Strukturelement die Wechselwirkung zwischen dem Fahrzeug und dem Fluid. So kann das Strömungselement durch strömungsmechanische Effekte den Strömungswiderstand, der auf das Fahrzeug ausgeübt wird, verändern. Es kann in der Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs beispielsweise der Gesamtströmungswiderstand des Fahrzeugs teilweise verringert werden. Auch können strömungsmechanische Kräfte, die auf Teile der Aussenhaut des Fahrzeugs wirken, so verändert werden, dass ein Auftreten von Schwingungen oder Vibrationen vermindert oder unterdrückt wird.

Mit einem Fahrzeug ist jegliche Art von Vorrichtung gemeint, die sich durch ein sie zumindest teilweise umgebendes Fluid bewegt. Insbesondere handelt es sich um ein Transportfahrzeug, einen Personenwagen, ein Schienenfahrzeug, ein Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug. In der Regel weisen die Fahrzeuge eine oder mehrere Hauptfahrtrichtungen auf. Sie sind also dafür vorgesehen, sich hauptsächlich in dieser Hauptfahrtrichtung durch das sie teilweise umgebende Fluid zu bewegen.

Unter dem Begriff der Aussenhaut wird vorliegend zumindest ein Bereich einer Fahrzeugoberfläche verstanden, entlang welcher das Fluid während einer Fahrt des Fahrzeugs in der Hauptfahrtrichtung strömt. Somit ergibt sich während der Fahrt des Fahrzeugs in der Hauptfahrtrichtung eine Relativbewegung zwischen dem Fluid und der besagten Aussenhaut. Die Aussenhaut ist zumindest in einer Umgebung des Strukturelements im Wesentlichen eben und glatt. Die Aussenhaut kann durchaus Wölbungen aufweisen. Solche Wölbungen weisen im Bereich des Strukturelements vorzugsweise einen grossen Krümmungsradius auf, welcher insbesondere grösser ist als eine Länge des Strukturelements, insbesondere grösser als eine fünffache Länge des Strukturelements.

Unter einem Fluid wiederum ist jeglicher fliessende Stoff zu verstehen, der in der Lage ist, einen Körper zu umströmen. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um das Fluid, das ein Fahrzeug bei seiner Fahrt umströmt, insbesondere ist dies Luft oder Wasser. Bei einer Fahrt erfährt ein Fahrzeug typischerweise einen Strömungswiderstand durch das ihn umströmende Fluid, welcher Strömungswiderstand das Fahrzeug abbremst und von diesem überwunden werden muss. Insbesondere bei Wasserfahrzeugen können auch mehrere Fluide, hier Wasser und Luft, das Fahrzeug umströmen und jeweils einen Strömungswiderstand auf das Fahrzeug auswirken. Dem Fachmann ist klar, dass das Fluid auch inhomogen sein kann und insbesondere zum Beispiel Aerosole, Rauch, Nebel etc. umfassen kann.

Ein relevanter Beitrag zum Strömungswiderstand stellt der induzierte Widerstand dar. Das Fahrzeug erzeugt innerhalb des Fluids Bewegungen, die nicht parallel zur Hauptfahrtrichtung sind. Die Bewegungsenergie dieser Fluidbewegungen wird dem Fahrzeug zumindest teilweise entzogen. Diese, im Folgenden auch als Querströmungen bezeichneten Bewegungen des Fluids, sind aus strömungstechnischer Sicht in der Regel unerwünscht. Bei einem Transportfahrzeug können beispielsweise auf der Oberseite Ausgleichsströmungen quer zur Hauptfahrtrichtung auftreten, die durch eine Luftverdrängung hervorgerufen werden.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe oben, unten, oberhalb, unterhalb, Oberseite, Unterseite o.ä., verwendet.

Das Strukturelement umfasst eine Auflagefläche, welche insbesondere die Fläche darstellt, mit der das Strukturelement in Kontakt mit einer Fahrzeugaussenhaut kommt. Die Auflagefläche ist vorzugsweise eben. Bei gewissen Ausführungsformen können die Strukturelemente zumindest geringfügig derart elastisch oder plastisch verformbar sein, dass diese auf einer nicht ebenen Oberfläche, insbesondere zum Beispiel einer gewölbten Oberfläche so befestigt werden können, dass die gesamte Auflagefläche die Oberfläche kontaktiert. In dieser Situation nimmt die Auflagefläche im Wesentlichen die Form der Oberfläche an und bildet somit keine Ebene mehr. In Varianten kann die Auflagefläche des Strukturelements aber auch nicht eben sein.

Der Teil des Strukturelements, der von der Auflagefläche wegweist, ist die Oberseite des Strukturelements. Analog ist dessen Unterseite der Teil des Strukturelements, der in dieselbe Richtung weist, wie die Auflagefläche. Zur Orientierung von Längen und Höhe wird eine Ebene, genannt Hauptebene, eingeführt. Diese Hauptebene hat dieselbe Orientierung wie die Auflagefläche und enthält diese, so lange das Strukturelement nicht verformt ist. Eine Höhe ist dabei, wenn nicht anders angegeben, die kleinste Distanz eines Punktes zur Hauptebene. Wird Höhe als Richtungsangabe genannt, so ist dies eine Richtung senkrecht zur Hauptebene. Eine Länge bezeichnet wiederum Distanzen zwischen zwei Punkten auf dem Strukturelement, die eine selbe Höhe aufweisen, also parallel zur Auflagefläche verlaufen. Wird die Länge wiederum als Richtungsangabe verwendet, so bezeichnet dies die Richtung parallel zur Auflagefläche, bzw. zur oben eingeführten Hauptebene.

Mit einer Finne, also der Hauptfinne oder einer Nebenfinne, ist ein zusammenhängender Bereich des Strukturelements gemeint, der sich an der Oberseite des Strukturelements befindet und sich über diese erhebt. Dabei wächst die Höhe der Finne vom Randbereich der Finne zur Finne hin an. Eine Finne ist in der Lage das relevante Fluid wenigstens teilweise zu verdrängen und so umzulenken. Die Länge einer Finne bezeichnet die maximale Länge parallel zur Auflagefläche, die zwischen zwei Punkten gefunden werden kann, die sich auf der Finne befinden. Die Höhe der Finne entlang ihrer Länge bezeichnet die maximale Höhe, die an einer Position entlang ihrer Länge gefunden werden kann und wird senkrecht zur Auflagefläche gemessen.

Die Hauptfinne ist diejenige Finne, welche vorzugsweise in einem zentralen Bereich des Strukturelements angeordnet ist und/oder die grösste Höhe und/oder die grösste Länge unter den Finnen aufweist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Hauptfinne um eine im zentralen Bereich des Strukturelements angeordnete Finne welche sowohl die grösste Höhe als auch die grösste Länge aufweist.

Eine Nebenfinne ist wiederum eine weitere von der Hauptfinne verschiedene Finne. Dabei sind die Seitenwände der Nebenfinne von den Seitenwänden der Hauptfinne oder anderen Nebenfinnen verschieden. Die Nebenfinne respektive Nebenfinnen sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Hauptfinne angeordnet.

Ein Kanal bezeichnet einen Raumbereich über der Oberseite des Strukturelements, zwischen der Hauptfinne und einer Nebenfinne, der von einem Fluid durchströmt werden kann. Der Kanal wird dabei in einer ersten Richtung von den Seitenwänden benachbarter Finnen eingegrenzt. In einer zweiten Richtung quer zu dieser ersten Richtung, entlang des Kanals, ist der Kanal gegen ein Fluid nicht abgegrenzt, sondern offen. Auch nach unten hin (zur Hauptebene hin), ist der Kanal durch die Oberfläche des Strömungselements, oder nach Anbringung an einem Fahrzeug, von dessen Aussenhaut begrenzt. Nach oben, also von der Hauptebene wegzeigend, ist der Kanal nicht notwendigerweise begrenzt, bevorzugter Weise ist der Kanal nach oben hin nicht oder zumindest nicht vollständig begrenzt. Der als Kanal bezeichnete Raumbereich ist zusammenhängend mit einem positiven Querschnitt. Die Länge des Kanals entspricht der Länge der kürzeren Finne, welche den Kanal begrenzt.

Der Querschnitt ist ein Schnitt des Kanals entlang einer Ebene, die senkrecht zur Richtung der der Kanallänge liegt. Der Kanalquerschnitt wird durch eine Begrenzungslinie zwischen den Kämmen der Finnen, welche den Kanal begrenzenden, definiert. Ein positiver Kanalquerschnitt existiert, wenn innerhalb des Querschnitts ein zusammenhängender Flächenbereich vorhanden ist, der durch das Strukturelement, bzw. die Seitenwände der den Kanal begrenzenden Finnen, so eingegrenzt wird, dass er durch die oben eingeführte Begrenzungslinie und höchstens noch die oben eingeführte Hauptebene komplett eingeschlossen werden kann.

Eine Querschnittsveränderung bezeichnet eine Veränderung des Kanalquerschnitts, wobei der Kanalquerschnitt an einer ersten Position entlang der Kanallänge sich von einem Kanalquerschnitt an einer zweiten Position entlang der Kanallänge unterscheidet. Damit ist der Kanalquerschnitt an der ersten Position mit dem Kanalquerschnitt der zweiten Position nicht identisch, vorzugsweise nicht kongruent und insbesondere bevorzugt nicht Flächengleich.

Vorzugsweise ist die Hauptfinne und die erste Nebenfinne sowie die Hauptfinne und die zweite Nebenfinne nicht parallel zueinander ausgerichtet. In Varianten können die Hauptfinne und die erste Nebenfinne respektive die Hauptfinne und die zweite Nebenfinne auch parallel zueinander ausgerichtet sein. In diesem Fall kann zum Beispiel die Hauptfinne eine Querschnittsveränderung entlang der Längsrichtung aufweisen, womit der erste Kanal und der zweite Kanal ebenfalls eine Querschnittsveränderung entlang der Längsachse erfahren.

Vorzugsweise ist der erste Kanal und/oder der zweite Kanal krümmungsfrei, das heisst, die Seitenwände (im Wesentlichen rechtwinklig zur Auflagefläche) der Hauptfinne und insbesondere der ersten und zweiten Nebenfinne sind derart ausgebildet, dass innerhalb des ersten und zweiten Kanals keine Umlenkung des Fluids erfolgt. Damit wird dem Fluid einen möglichst geringen Widerstand entgegengesetzt. In Varianten kann der erste Kanal und/oder der zweite Kanal eine Krümmung umfassen, womit der Fluidstrom parallel zur Auflagefläche umgelenkt werden kann.

Vorzugsweise weist die Hauptfinne und insbesondere die erste und die zweite Nebenfinne in einer Schnittebene parallel zur Auflagefläche konvex ausgebildet. Damit weisen die Hauptfinne und insbesondere die erste und die zweite Nebenfinne bevorzugt keine seitlichen Einbuchtungen oder dergleichen auf. Versuche haben gezeigt, dass damit ein Strukturelement geschaffen wird, womit ein Strömungswiderstand in besonders hohem Masse reduziert werden kann. In Varianten kann die Hauptfinne und insbesondere die erste und die zweite Nebenfinne auch konkave Bereiche und damit insbesondere Einbuchtungen, Nuten und dergleichen umfassen.

Bevorzugt vergrössert sich eine maximale Breite quer zur Längsrichtung des ersten Kanals und/oder des zweiten Kanals in Richtung der Längsrichtung, vorzugsweise über die Gesamtlänge des ersten Kanals und/oder des zweiten Kanals, unter einem Öffnungswinkel zwischen 0.1° und 20°, vorzugsweise zwischen 0.5° und 10°, insbesondere bevorzugt zwischen 2.5° und 4.5°. Anhand vieler Prototypen und Experimenten im Strömungskanal konnte schliesslich überraschend gezeigt werden, dass mit den obigen Öffnungswinkeln eine besonders effektive Reduktion des Strömungswiderstands erreicht werden kann.

Die maximale Breite des Kanals bemisst sich parallel zur Auflagefläche, quer zur Längsrichtung des Kanals. Sofern der erste und oder zweite Kanal zwei parallele Begrenzungswände aufweist, sind diese Begrenzungswände unter einem obig beschriebenen Öffnungswinkel zueinander angeordnet. Grundsätzlich kann der erste und/oder zweite Kanal eine, in nicht einfacher weise geometrisch beschreibbare Form aufweisen. Eine Form des Querschnitts des Kanals ist daher typischerweise an verschiedenen Stellen entlang der Längsrichtung nicht zwingend geometrisch ähnlich. Die maximale Breite verläuft damit entlang der Längsachse nicht zwingend über eine konstante Höhe über der Auflagefläche. Die maximale Höhe, in welcher die maximale Breite des Kanals an einem Ort in der Längsrichtung bestimmt werden kann, ist vorzugsweise durch die Höhe der niedrigeren Finne an diesem Ort bestimmt. Besonders bevorzugt vergrössert sich die maximale Breite quer zur Längsrichtung des ersten Kanals und/oder des zweiten Kanals in Richtung der Längsrichtung stetig. In Varianten kann der erste Kanal und/oder der zweite Kanal auch in Längsrichtung einen oder mehrere Bereiche aufweisen, in welchen die maximale Breite konstant ist.

Bevorzugt ist der Hauptfinnenkamm zum ersten Nebenfinnenkamm respektive zum zweiten Nebenfinnenkamm nicht parallel. Insbesondere bevorzugt weist ein Hauptfinnenkamm zum ersten Nebenfinnenkamm respektive zum zweiten Nebenfinnenkamm einem Winkel zwischen 0.1° und 20°, vorzugsweise zwischen 0.5° und 10°, insbesondere bevorzugt zwischen 2.5° und 4.5° auf. In Varianten kann der Hauptfinnenkamm zum ersten Nebenfinnenkamm respektive zum zweiten Nebenfinnenkamm auch parallel ausgerichtet sein.

Mit Vorteil weisen die Kanäle in einem mittleren Bereich entlang einer jeweiligen längsten Kanallänge in einem Querschnitt einen gekrümmten Kanalboden auf. Damit ist gemeint, dass der Kanal in seinem Querschnitt zumindest Teilweise einen nach oben weisenden Bogen beschreibt.

Durch eine solche Form wird eine Strömung effektiv kanalisiert wobei gleichzeitig die Wandfläche, die diese Strömung berührt, (bei gleichbleibendem Strömungsvolumen des Fluids) minimiert wird. Dies wiederum verringert die Reibung, welche entsteht, wenn das durchströmende Fluid mit dem Kanalboden in Kontakt tritt. Gleichzeitig erlaubt diese Form auch eine stabile Bauweise der Strukturelemente.

Alternativ kann der Kanal auch einen beispielsweise rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dabei wird bei einem gleichbleibenden Kanalvolumen allerdings die Fläche des Kanalbodens erhöht und somit auch die Reibung.

Bevorzugt weist die Hauptfinne in Richtung des ersten Kanals und/oder des zweiten Kanals (d.h. in der Längsrichtung) eine Querschnittsveränderung auf. Damit kann die Querschnittsveränderung des ersten und/oder des zweiten Kanals zumindest teilweise durch die Form der Hauptfinne erreicht werden. Besonders bevorzugt weist die Hauptfinne entlang der Längsrichtung eine Querschnittsveränderung derart auf, dass sich eine Höhe der Hauptfinne verändert. Weiter bevorzugt weist die Hauptfinne entlang der Längsrichtung eine Querschnittsveränderung derart auf, dass sich eine Breite der Hauptfinne verändert.

In Varianten kann auf die Querschnittsveränderung der Hauptfinne auch verzichtet werden. Die Querschnittsveränderung des ersten und/oder des zweiten Kanals kann auch durch eine Orientierung der Hauptfinne relativ zur der ersten respektive zweiten Nebenfinne erreicht werden (z.B. nicht parallele Anordnung der Hauptfinne zur ersten respektive zweiten Nebenfinne). Weiter kann die Querschnittsveränderung auch alleine oder zusätzlich durch eine Querschnittsveränderung der ersten und/oder zweiten Nebenfinne erreicht werden.

Bevorzugter Weise weist die Hauptfinne, insbesondere auch die erste Nebenfinne und die zweite Nebenfinne, in einem endseitigen Bereich der Finnenlänge und auf einer lokal mittleren Finnenhöhe eine Breite auf, die mindestens 30 %, bevorzugt mindestens 40 % der Kanalbreite entspricht. Mit einem endseitigen Bereich der Finnenlänge ist dabei eine Position entlang der jeweiligen Finnenlänge gemeint, die nicht weiter als 30 % von einem Finnenende entfernt ist. Die lokal mittlere Höhe ist dabei eine Höhe zwischen 30 % und 70 % der maximalen Finnenhöhe auf dieser Position. Die Finnenbreite ist wiederum die auf dieser Höhe und dieser Längenposition maximale Ausdehnung der Finne parallel zur Auflagefläche und quer zur Finnenlänge. Die Kanalbreite wiederum ist die Breite des Kanals (bzw. dessen lichtes Mass) quer zur Länge der Hauptfinne und parallel zur Auflagefläche, auf derselben Höhe. Besonders bevorzugt weist die Hauptfinne, insbesondere auch die erste und zweite Nebenfinne, in einem endseitigen Bereich der Finnenlänge einen Querschnitt auf, der wenigstens 30 % insbesondere 40 % des Kanalquerschnitts entspricht.

Vorteil dieser Ausdehnungen ist es, dass die Finne im Verhältnis zur Kanalbreite damit auch relativ breit ist. Damit stellt der (erste oder zweite) Kanal selber, zusammen mit den angrenzenden Finnen, also der Hauptfinne und der ersten oder zweiten Nebenfinne, eine Verjüngung gegenüber dem Raum vor dem Strukturelement dar. D.h. Strömungen, die sich bisher auf dieser Höhe entfalten konnten, werden bei Eintritt in den Kanal in einen engeren Raumbereich eingeschlossen. Dies hat wiederum bereits einen Venturieffekt, bzw. einen Sogeffekt zur Folge, da die Kanalöffnung wie eine Querschnittsverjüngung auf die Strömung wirkt. Sie bewirkt also eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und eine Abnahme des Hydrostatischen Drucks des Fluids. Dies kann wiederum weitere Strömungen, insbesondere Querströmungen, zur Kanalöffnung hinleiten, wodurch diese dann im Kanal zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet werden.

Bevorzugt umfasst die Hauptfinne einen Hauptfinnenkamm und die erste Nebenfinne einen ersten Nebenfinnenkamm, wobei ein minimaler Abstand zwischen dem Hauptfinnenkamm und dem Nebenfinnenkamm zwischen 50 % und 300 %, vorzugsweise zwischen 100 % und 150 % einer maximalen Höhe der Hauptfinne liegt.

Der Finnenkamm ist dabei eine zusammenhängende Linie der höchsten Finnenhöhe, mindestens über mindestens 50 %, vorzugsweise über 100 % der Finnenlänge. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass der Kanal damit ähnlich hoch wie breit ist. Eine Strömung eines gewissen Volumens wird so einer möglichst geringen Kanaloberfläche ausgesetzt.

Alternativ können die Finnen auch einen grösseren oder einen kleineren Abstand zueinander haben. Dabei wird die Kanaloberfläche pro Strömungsvolumen/Strömungsquerschnitt allerdings grösser, womit die Reibung erhöht wird.

Bevorzugter Weise ist die Hauptfinne in ihrer Form symmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht auf der Auflagefläche steht und den Finnenkamm enthält. Damit wird erreicht, dass sich keine Querströmungen oberhalb der Hauptfinne bilden und die Kraftwirkung bei Strömungen entlang der Hauptfinne symmetrisch verläuft.

Vorzugsweise beschreibt der Hauptfinnenkamm der Hauptfinne, und insbesondere ein erster Nebenfinnenkamm der ersten Nebenfinne und ein zweiter Nebenfinnenkamm der zweiten Nebenfinne, eine Kurve in einer Ebene rechtwinklig zur Auflagefläche, wobei die Kurve einen ersten Kurvenabschnitt und einen sich dem ersten Kurvenabschnitt direkt anschliessenden zweiten Kurvenabschnitt umfasst, wobei der erste Kurvenabschnitt einen mittleren Steigungswinkel zwischen 5° und 15°, insbesondere zwischen 7° und 9°, besonders bevorzugt zwischen 7.4° und 8.0° aufweist. Besonders gute Resultate wurden bei einem Steigungswinkel zwischen 7.6° und 7.8°, insbesondere bevorzugt bei ungefähr 7.7° erreicht. Unter dem Begriff des mittleren Steigungswinkels ist zu verstehen, dass die Steigung des ersten Abschnitts zwischen der Auflagefläche des Strukturelements und dem höchsten Punkt der Kurve (d.h. die maximale Höhe der Hauptfinne) ermittelt wird. Zwischenliegend kann die Kurve geringfügig von einer Geraden mit der obigen Steigung abweichen, insbesondere in einem Bereich von weniger als +/-20 %, insbesondere weniger als +/- 10 %, besonders bevorzugt weniger als +/- 5 % der maximalen Höhe der Kurve. Vorzugsweise weist der Hauptfinnenkamm eine Einbuchtung auf, welche eine Tiefe von weniger als 20 %, insbesondere weniger als 10 % der maximalen Höhe der Hauptfinne aufweist. Anhand von Versuchen konnte gezeigt werden, dass damit bessere Ergebnisse bei der Verringerung des Strömungswiderstands erreicht werden können. In Varianten kann auf die Einbuchtung auch verzichtet werden. Bevorzugt weist der erste Kurvenabschnitt eine Wellenform mit einer Amplitude von weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % der maximalen Höhe der Hauptfinne auf. Weiter bevorzugt umfasst die Wellenform genau zwei Wellenberge. Vorzugsweise beträgt eine senkrecht auf die Auflagefläche projizierte Länge des ersten Kurvenabschnitts mindestens 75 %, vorzugsweise mindestens 85 %, insbesondere zwischen 88 % und 92 % der Gesamtlänge der Hauptfinne.

In Varianten kann der erste Kurvenabschnitt auch einen mittleren Steigungswinkel von weniger als 5° oder mehr als 15° aufweisen. Die auf die Auflagefläche projizierte Länge des ersten Kurvenabschnitts kann auch kleiner als 75 % der Gesamtlänge der Hauptfinne sein. Der erste Kurvenabschnitt kann auch geradlinig verlaufen oder anderweitige Abweichungen von einer Gerade aufweisen.

Vorzugsweise beschreibt die Kurve des Hauptfinnenkamms im Bereich des zweiten Kurvenabschnitts einen Kreisbogen über einen Winkel zwischen 85° und 95°, insbesondere ungefähr 90°. Die Kurve muss dabei nicht zwingend exakt der Form eines Kreisbogens folgen, sondern kann vorzugsweise in einem Bereich von weniger als +/-10 %, insbesondere weniger als +/-5 %, besonders bevorzugt weniger als +/- 2 % der maximalen Höhe der Kurve von der idealen Kreisbogenlinie abweichen. In Varianten kann der zweite Kurvenabschnitt auch anderweitig geformt sein.

Besonders bevorzugt umfasst das Strukturelement eine dritte Nebenfinne und eine vierte Nebenfinne, wobei die dritte Nebenfinne unmittelbar neben der ersten Nebenfinne derart angeordnet ist, dass zwischen der dritten Nebenfinne und zweiten Nebenfinne ein dritter Kanal gebildet wird, und wobei die vierte Nebenfinne unmittelbar neben der zweiten Nebenfinne derart angeordnet ist, dass zwischen der vierten Nebenfinne und zweiten Nebenfinne ein vierter Kanal gebildet wird. Eine Erhöhung der Anzahl an Kanälen hat eine effektivere Führung der Fluidströmungen zur Folge. Da die Kanäle insbesondere nach oben hin offen sind, beeinflusst ein Kanal auch das Strömungsverhalten des Fluids, welches sich in Kanalnähe befindet. Der dritte und vierte Kanal können so eine Nebenströmung erzeugen, welche die auch die Fluidströmung innerhalb des ersten und zweiten Kanals beeinflusst. Zusätzlich erlauben die dritte und vierte Nebenfinne, sowie der dritte und vierte Kanal, eine zusätzliche Variation der konkreten Ausformung, basierend z.B. auf ihrer jeweiligen Distanz zur Hauptfinne. Es können so z.B. grössere und kleinere Kanäle kombiniert werden und Querströmungen am Fahrzeug stufenweise aufgenommen und umgeleitet werden. Auch können die Formen der Finnen so variiert werden, dass weiter aussenliegende Finnen, welche Finnen stärkeren Querströmungen ausgesetzt sind, diesen Strömungen eine schrägere Seitenwand entgegensetzen, als z.B. die Hauptfinne. Die Hauptfinne selber kann dann wiederum eine Form annehmen, die effektiv auf die Strömungen wirkt, die grösstenteils parallel zur Hauptfinne verlaufen. Schliesslich kann mit der grösseren Anzahl Finnen respektive Kanäle erreicht werden, dass bereits mit relativ wenigen Strukturelementen pro Flächeneinheit eine hinreichend effiziente Reduzierung des Strömungswiderstands erreicht werden kann, währen die einzelnen Strukturelemente dennoch relativ klein sind.

Bevorzugter Weise sind die dritte und vierte Nebenfinne jeweils asymmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht zur Auflagefläche steht und insbesondere den jeweiligen Finnenkamm enthält. Insbesondere wächst die Höhe der zweiten bzw. dritten Nebenfinne dabei an der Seite der zweiten bzw. dritten Nebenfinne, die von der Hauptfinne weg weist, zum Finnenkamm hin weniger steil an, als auf der gegenüberliegenden Seite. Damit kann erreicht werden, dass Querströmungen vom Strukturelement effektiv in die Kanäle hineingeleitet werden. In den Kanälen wiederum werden die Strömungen durch die steileren Wände gehalten und damit effektiv abgelenkt. Alternativ kann die zweite bzw. dritte Nebenfinne auch eine andere Form, z.B. eine zur oben genannten Ebene symmetrische Form aufweisen. Alternativ kann auch auf zusätzliche Nebenfinnen und Kanäle verzichtet werden.

Mit Vorteil sind der erste Kanal und der zweite Kanal länger als der dritte Kanal und der vierte Kanal. Mit der Länge ist hierbei die maximale Länge des jeweiligen Kanals gemeint. Da Seitenströmungen quer zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs die kanalisierten Strömungen wieder verwirbeln, können kürzere Kanäle diese Seitenströmungen gezielt ablenken, während die Kanäle, die zum Teil von der Hauptfinne gebildet werden, ihre volle Wirkung auf die Strömungen entfalten, die bereits parallel zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufen.

Alternativ können die Kanäle auch gleich lang sein. Weiter können die äusseren Kanäle (z.B. der dritte und vierte Kanal) auch länger als die inneren Kanäle (vorliegend der erste und zweite Kanal) sein.

In einer bevorzugten Ausführung ist das Strukturelement spiegelsymmetrisch zu einer quer zur Hauptfinne verlaufenden Ebene. Mit quer zur Hauptfinne verlaufend ist hierbei gemeint, dass die Symmetrieebene im Wesentlichen senkrecht zur Länge der Hauptfinne liegt und senkrecht zur Auflagefläche des Strukturelements liegt. Damit wird ein Strukturelement erreicht, welches einer sich ändernden Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs Rechnung trägt. Das heisst, das Strukturelement entfaltet auf Strömungen dieselbe Wirkung, unabhängig davon, ob das Fahrzeug beispielsweise vorwärts oder rückwärts fährt. Auch Fahrzeuge, die zwei Hauptfahrtrichtungen aufweisen, wie z.B. viele Züge, profitieren von einer solchen Ausformung. Vorzugsweise weist ein entsprechendes Strukturelement im Querschnitt senkrecht zur Auflagefläche und parallel zur Längsrichtung die Form eines Doppelkeils (d.h. im Wesentlichen die Form eines gleichschenkligen stumpfwinkligen Dreiecks) auf. Insbesondere kann gemäss obiger Ausführung der Hauptfinnenkamm (und analog der erste und zweite Nebenfinnenkamm, sowie allfällig weitere Nebenfinnenkämme) dem ersten Kurvenabschnitt entsprechen und damit von der Idealform eines gleichschenkligen Dreiecks in einem gewissen Masse abweichen. Versuche haben gezeigt, dass damit in einem Kompromiss ein Strukturelement geschaffen wird, welches für entgegengesetzte Hauptfahrtrichtungen zu einer erheblichen Verringerung des Strömungswiderstands führt. In einer alternativen bevorzugten Ausführung weist das Strukturelement eine solche Symmetrie nicht auf. Für Fahrzeuge, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder LKWs ist der Strömungswiderstand bei einer Rückwärtsfahrt normalerweise unerheblich. Hier ist ein Strömungselement von Vorteil, dass besonders für eine Hauptfahrtrichtung optimiert ist.

Bevorzugter Weise ist das Strukturelement spiegelsymmetrisch zu einer parallel zur Hauptfinne verlaufenden Ebene, welche insbesondere rechtwinklig zur Auflagefläche und parallel zur Längsrichtung ist. Damit ist gemeint, dass die Ebene eine gerade enthält, die parallel zur Hauptfinne verläuft oder die Ebene die maximale Länge der Hauptfinne enthält. Ein solches Strukturelement reagiert auf Querströmungen aus beiden Richtungen quer zur Hauptfinne gleich. Auch die durch das Strömungselement selber verursachten Reibungskräfte von Strömungen parallel zur Hauptfinne, symmetrisch. Wird das Strömungselement so an einem Fahrzeug angebracht, dass die Hauptfinne parallel zur Hauptfahrtrichtung liegt, wirkt kein Drehmoment auf das Strukturelement. Dies wiederum reduziert die Kräfte auf die Verbindung zwischen Fahrzeug und dem Strukturelement.

Alternativ kann, besonders für ausgewählte Flächen des Fahrzeugs, wie beispielsweise seitliche Bereiche, auch ein in dieser Ebene nicht symmetrisches Strukturelement dienlich sein. Ein solches kann unter dem Vorwissen, dass Querströmungen bevorzugt aus einer Richtung angreifen werden, entworfen sein und diese Querströmungen dann gezielt umlenken. Dies kann zum Beispiel entlang einer in der Strömungsrichtung ausgerichteten Kante eines Fahrzeugs sinnvoll sein. Dem Fachmann sind weitere Anwendungen bekannt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Hauptfinne, bevorzugter weise weisen auch alle Nebenfinnen, an einem Ende zu einer Auflagefläche des Strukturelements einen Tangentenwinkel von höchstens 30°, vorzugsweise zwischen 10° und 20° auf. Dies bedeutet, dass auch eine ebene Aussenhaut eines Fahrzeugs einen solchen Tangentenwinkel mit den Finnen bilden wird. Mit Tangentenwinkel ist hier der kleinste Winkel gemeint, den eine Tangente mit einer parallel zur des Strukturelements verlaufenden geraden bilden kann, wobei dieser Winkel höchstens 10 % der maximalen Länge der Finne von einem Finnenende entfernt liegt. Mit Tangente wiederum wird hier eine Gerade bezeichnet, die den Finnenkamm berührt aber nicht schneidet. Dies hat den Vorteil, dass sich bei Anbringung des Strukturelements an einem Fahrzeug, ein zur Aussenhaut des Fahrzeugs spitzes Finnenende ergibt. Dieses ist in der Lage, einen Fluidstrom umzuleiten, ohne dabei Turbulenzen zu erzeugen. Alternativ kann die Hauptfinne bzw. die Hauptfinne und eine oder alle Nebenfinnen einen anderen Tangentenwinkel zur einer Unterseite des Strukturelements aufweisen.

Bevorzugter Weise nimmt eine maximale Höhe der Nebenfinnen zur Hauptfinne hin zu und insbesondere weist die Hauptfinne die höchste Maximale Höhe auf. Dies bedeutet, dass die maximale Höhe der Nebenfinnen grösser ist, je näher die Nebenfinne sich bei der Hauptfinne befindet. Die aussenliegenden Nebenfinnen haben somit die geringste Höhe. Insbesondere hat die Hauptfinne die höchste maximale Höhe, also eine maximale Höhe, die höher ist als die maximale Höhe aller Nebenfinnen. Besonders bevorzugt ist die Höhe der Finnen auch entlang der gesamten Finnenlänge der Hauptfinne so gewählt, dass sie zur Hauptfinne hin zunimmt.

Damit wird erreicht, dass Querströmungen, die nicht in Richtung der Kanäle auf das Strukturelement treffen, von den Finnen stufenweise aufgenommen und umgelenkt werden. Es können so Querströmungen auch von mehreren Kanälen aufgenommen werden, ohne, dass die weiter innen liegenden Kanäle zu stark im Windschatten der äusseren liegen.

In einer bevorzugten Ausführung nimmt eine Höhe der Hauptfinne und insbesondere eine Höhe der ersten, zweiten, dritten und vierten Nebenfinne, über wenigstens 60 %, insbesondere wenigstens 80 % einer gesamten Länge der Hauptfinne bzw. Nebenfinne stetig zu, wobei insbesondere die Hauptfinne und vorzugsweise die erste, zweite, dritte und vierte Nebenfinne ein im Wesentlichen keilförmiges Seitenprofil aufweist bzw. aufweisen.

Eine so stetig anwachsende Höhe der Finnen erlaubt es die Finnen so ausgerichtet an einem Fahrzeug anzubringen, dass ein Fluidstrom entgegen der Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs auf eine stetig anwachsende Finnenhöhe trifft. Damit wird der Fluidstrom effektiv geführt, ohne lokale Verwirbelungen des Fluids in Nähe der Kanäle zu erzeugen.

Alternativ kann die Finnenhöhe auch einen anderen Verlauf haben. Dies hätte bei einer falsch gewählten Form aber den Nachteil, dass Verwirbelungen noch über dem Strömungselement entstehen können, womit die Kanäle möglicherweise weniger effektiv auf den Fluidstrom wirken können.

Bevorzugter Weise befindet sich dieselbe Anzahl an Nebenfinnen zu beiden Längsseiten der Hauptfinne. Längsseiten bezeichnet die beiden Seiten einer Ebene, die durch die Höhe und die maximale Länge der Hauptfinne aufgespannt wird. Diese Anordnung an Nebenfinnen sorgt analog auch für dieselbe Anzahl an Kanälen auf beiden Seiten der Hauptfinne. Wird ein solches Strukturelement entsprechend mit der Hauptfinne zur Hauptfahrtrichtung ausgerichtet, entsteht eine grösstenteils symmetrische Kraftwirkung auf das Strukturelement, wodurch es kein starkes Drehmoment erfährt. Ebenso wird das Strukturelement keine oder kaum eine asymmetrische Rückwirkung auf das Fahrzeug haben, wodurch das Strukturelement sehr frei auf der Fahrzeugaussenhaut platziert werden kann.

Alternativ können sich unterschiedliche Anzahlen von Nebenfinnen zu beiden Längsseiten der Hauptfinne befinden.

Bevorzugt weisen alle Finnen jeweils ein Finnenende auf, dass sich innerhalb einer Fläche befindet, deren Ausdehnung parallel zur Länge der Hauptfinne höchstens 20 % der Länge der Hauptfinne beträgt. Damit ist gemeint, dass entlang der Hauptfinne die Enden der Nebenfinnen auf zumindest einer Seite der Hauptfinne, alle auf derselben Länge entlang der Hauptfinne liegen. Bei geeigneter Ausrichtung des Strukturelements auf der Aussenhaut eines Fahrzeugs, kann dadurch erreicht werden, dass alle Enden der Finnen (Haupt und Nebenfinnen) sich in derselben Position relativ zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs befinden und von dieser wegzeigen. Im Falle einer Wirbelgenerierung durch die, einer Fluidströmung abgewandten Enden einer Finne, wird so erreicht, dass die Wirbel nicht auf eine benachbarte Finne treffen und deren Umströmung stören bzw. beeinflussen.

Alternativ können die Enden auch anders angeordnet sein, beispielsweise gestaffelt. Bei einem Strömungselement, welches symmetrisch für zwei entgegengesetzte Hauptfahrtrichtungen vorgesehen ist, müssen die Verwirbelungen in Kauf genommen werden. Besonders bevorzugt ist eine Länge der ersten, zweiten dritten und vierten Nebenfinne jeweils geringer, als eine Länge der Hauptfinne und die Länge der Nebenfinnen nimmt zur Hauptfinne hin zu. Damit ist gemeint, dass die maximale Länge pro Finne mit der Nähe zur Hauptfinne hin zunimmt und die Länge der Hauptfinne grösser ist, als die Länge aller Nebenfinnen. Neben der Länge der Kanäle kann durch die unterschiedliche Länge der Finnen auch erreicht werden, dass die Kanalenden bezogen auf die Finnenlänge angewinkelt sind. Dadurch werden Querströmungen besser in die Kanäle aufgenommen und zur Hauptfahrtrichtung hin ausgerichtet. Alternativ können die Finnen aber auch dieselbe Länge aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt eine Länge des Strukturelements in Richtung des ersten Kanals zwischen 30 mm und 120 mm, vorzugsweise zwischen 50 mm und 100 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 80 mm und 90 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Länge zwischen 80 mm und 86 mm, insbesondere bei ungefähr 83 mm. Mit einer Länge ist die maximale Länge des Strukturelements parallel, oder in einem Winkel bis zu maximal 20° zur maximalen Länge des ersten Kanals gemeint. In dieser Ausdehnung ist das Strukturelement effektiv in Geschwindigkeitsbereichen, die für den Betrieb von Fahrzeugen relevant sind. Ausserdem ist es gross genug, um vor der Anbringung am Fahrzeug einfach handhabbar zu sein. Auch die Anbringung selber ist einfacher als bei beispielsweise kleineren Elementen. Ebenfalls wird die Reinigung gegenüber kleineren Elementen vereinfacht. Grössere Strukturelemente wiederum sind beispielsweise in der Herstellung mit höheren Kosten verbunden. Ausserdem wirken bei grösseren Elementen stärkere Kräfte pro Strukturelement auf das Strukturelement bzw. auf das Fahrzeug. Dies kann die Anbringung zum Fahrzeug erschweren. Ein weiterer Vorteil dieser Grösse ist es, dass ein solches Strukturelement in einem 3D Druckverfahren herstellbar ist, und dabei die übliche Grösse von Bauteilen, die ein 3D Drucker herstellen kann, nicht überschreitet. Gleichzeitig wird die geringste Auflösung des 3D Druckers nicht unterschritten.

Alternativ kann das Strukturelement auch eine kleinere Länge als 30 mm oder eine grössere Länge als 120 mm annehmen. Bevorzugter Weise liegt eine Breite des Strukturelements quer zum ersten Kanal zwischen 20 mm und 100 mm, vorzugsweise zwischen 40 mm und 80 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 60 mm und 70 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Breite zwischen 61 mm und 67 mm, insbesondere bei ungefähr 64 mm. Mit der Breite quer zum ersten Kanal ist hier die maximale Länge des Strukturelements in einer Richtung, die quer, oder in einem Winkel von zwischen 90° und 80°, zur maximalen Länge des ersten Kanals liegt, gemeint. Diese Breite hat den Vorteil, dass eine effektive Beeinflussung der Strömungseigenschaften eines Fahrzeugs bei gleichzeitig einfacher Wartung und Anbringung, geringen Reibungskräften und geringen Kosten möglich ist.

Alternativ kann eine Breite des Strukturelements quer zum ersten Kanal auch unter 20 mm oder über 100 mm betragen.

Bevorzugter Weise liegt eine maximale Höhe der Hauptfinne zwischen 5 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 7 mm und 14 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 9 mm und 1 1 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die maximale Höhe ungefähr 10 mm. Eine solche Höhe hat eine Reihe von Vorteilen. Das Strukturelement erhebt sich damit ausreichend über die Aussenhaut eines Fahrzeugs um dessen Strömungsverhalten effektiv positiv zu beeinflussen. Gleichzeitig wird die Struktur des Fahrzeugs, ergo dessen optischer Eindruck und dessen Design, nicht von dem Strukturelement gestört. Auch überragt das Strukturelement damit in der Regel keine Antennen am Fahrzeug. Weiter wird auch die Windanfälligkeit des Fahrzeugs durch ein Strukturelement dieser Höhe nicht in relevanter Weise verstärkt. Ebenso können Strukturelemente dieser Bauart selbst auf Teilen der Aussenhaut platziert werden, die sich vor der Fahrerkabine befinden, ohne die Sicht des Fahrzeugführers zu blockieren.

Alternativ kann ein Strukturelement auch mit geringerer Höhe als 5 mm geschaffen werden. Dies hätte möglicherweise den Nachteil, dass es an Effektivität gegenüber Höheren Finnenhöhen einbüsst. Auch Strukturelemente höherer Höhe als 20 mm sind möglich. Dies könnte allerdings die Windanfälligkeit des Fahrzeugs erhöhen.

Vorzugsweise beträgt eine maximale Höhe der ersten und der zweiten Nebenfinne zwischen 5 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 6 mm und 12 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 8 mm und 9 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die maximale Höhe ungefähr 8.5 mm. In Varianten kann die maximale Höhe der ersten und der zweiten Nebenfinne auch geringer als 5 mm oder grösser als 20 mm sein.

Vorzugsweise beträgt eine maximale Höhe der dritten und der vierten Nebenfinne zwischen 3 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 12 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 5 mm und 7 mm. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die maximale Höhe ungefähr 6 mm. In Varianten kann die maximale Höhe der dritten und der vierten Nebenfinne auch geringer als 3 mm oder grösser als 20 mm sein.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt die Masse des Strukturelements höchstens 20 g, vorzugsweise höchstens 15 g. Da auch die Gesamtmasse des Fahrzeugs den Treibstoffverbrauch beeinflusst, ist ein Strukturelement einer geringen Masse gegenüber einem zu schweren Strukturelement prinzipiell von Vorteil. Das Strukturelement sollte dabei aber seine Formfestigkeit auch bei relevanten Belastungen behalten, da eine Verformung dessen Strömungseigenschaften beeinflussen würde. Auch Strukturelemente über 20 g sind möglich, allerdings wird damit ihr Beitrag zum Fahrzeuggewicht relevanter. Insbesondere können Strukturelemente, die ganz oder Teilweise aus einem Kunststoff gefertigt sind dieses Gewicht erreichen.

Bevorzugter Weise umfasst das Strukturelement eine Befestigungsvorrichtung zur Anbringung des Strukturelements an der Aussenhaut eines Fahrzeugs, insbesondere eines Transportfahrzeugs, eines Personenwagens, eines Schienenfahrzeugs, eines Flugzeugs und/oder eines Wasserfahrzeugs. Eine Befestigungsvorrichtung ist dabei ein Bereich des Strukturelements, der eine Konfiguration umfasst, in der die Befestigungsvorrichtung mit der Aussenhaut eines Fahrzeugs unlösbar verbunden ist. Im verbundenen Zustand berührt mindestens eine Oberfläche der Befestigungsvorrichtung die Fahrzeugaussenhaut und ist nicht von dieser Fahrzeugaussenhaut ablösbar. Mit unlösbar ist wiederum gemeint, dass zumindest eine reguläre Fahrt mit dem Fahrzeug keine Strömungs-, Vibrations-, oder Reibungskräfte erzeugt, die geeignet sind, die Verbindung zu lösen.

Dabei kann die Befestigungsvorrichtung funktionelle Teile umfassen, die eine solche Befestigung ermöglichen. Beispielsweise können dies Klammern sein, mit denen das Strukturelement an der Aussenhaut des Fahrzeugs festklemmbar ist. Auch sind beispielsweise Schrauben und Aufnahmen für diese Schrauben möglich. Eine weitere Alternative ist eine präparierte Klebefläche mit einer Abziehfolie. Diese Abziehfolie (die kein Teil des Strukturelements ist) wird dann vor der Anbringung entfernt und das Strukturelement kann anschliessend auf die Aussenhaut des Fahrzeugs aufgeklebt werden.

Alternativ umfasst das Strukturelement keine Befestigungsvorrichtung. Es kann beispielsweise in einer vorgesehenen Eindellung auf der präparierten Fahrzeugaussenhaut aufgelegt oder eingeklemmt werden. Dies funktioniert allerdings nur bei gut vorhersehbaren Strömungskräften oder entsprechend gestalteten Fahrzeugen. Weiter kann das Strukturelement mit einem Klebstoff an der Aussenhaut des Fahrzeugs befestigt werden. Mehrere Strukturelemente können auch durch eine äussere Folie auf die Aussenhaut befestigt werden (Klebefolien). Dem Fachmann sind weitere Varianten bekannt.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Befestigungsvorrichtung wenigstens einen Permanentmagneten zur Fixierung des Strukturelements an der Aussenhaut eines Fahrzeugs. Permanentmagnete sind dabei alle hartmagnetischen Materialien. Ein solcher Magnet erlaubt es, das Strukturelement an magnetischen Aussenhäuten von Fahrzeugen zu befestigen, ohne die Aussenhaut des Fahrzeugs selber zu manipulieren (z.B. durch Bohrlöcher). Dabei kann der Magnet beispielsweise innerhalb eines Strukturelements formschlüssig eingebracht sein. Auch ein Strukturelement, das ausschliesslich aus hartmagnetischen Material besteht ist möglich.

Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung auch eine andere Ausführung haben und beispielsweise Klemmen umfassen (siehe oben). Alternativ dazu kann das Strukturelement auch keine Befestigungsvorrichtung umfassen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, umfassend eine Aussenhaut, welche während einer Fahrt in einer Hauptfahrtrichtung einem Fluid, insbesondere Wasser und/oder Luft, ausgesetzt ist, wobei an der Aussenhaut des Fahrzeugs mindestens 5, vorzugsweise mindestens 50, besonders bevorzugt mindestens 250 Strukturelemente gemäss der obigen Beschreibung, zur Reduktion eines Fahrwiderstands gegenüber dem Fluid, angebracht sind. Angebracht bedeutet hierbei beispielsweise, dass die Strukturelemente jeweils mittels einer Befestigungseinrichtung mit der Fahrzeugaussenhaut verbunden wurden. Alternativ dazu können die Strukturelemente auch von der Aussenhaut des Fahrzeugs so eingefasst werden, dass sie sich nicht ablösen können. Auch können mehrere Strukturelemente gemeinsam mit einer Befestigungsvorrichtung an der Aussenhaut des Fahrzeugs angebracht sein. Eine grössere Anzahl an Strukturelementen erhöht dabei die Flächenabdeckung der Fahrzeugaussenhaut mit Strukturelementen. Dies kann sich positiv auf die Strömungseigenschaften des Fahrzeugs auswirken.

Bevorzugter Weise weisen die Strukturelemente in einem Querschnitt eine Keilform mit einer Keilspitze auf, wobei die Strukturelemente so ausgerichtet sind, dass die Keilspitze in der Hauptfahrtrichtung ausgerichtet ist. Mit Querschnitt ist hierbei ein Schnitt durch das Strukturelement gemeint, bei dem die Schnittebene parallel zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs liegt.

Vorzugsweise beträgt ein kleinster Abstand zwischen zwei benachbarten Strukturelementen auf der Aussenhaut mindestens 50 mm, vorzugsweise mindestens 100 mm, insbesondere bevorzugt mindestens 150 mm. Versuche haben gezeigt, dass bereits mit einer relativ geringen Anzahl Strukturelemente pro Flächeneinheit eine gute Reduktion des Luftwiderstands erreicht werden kann. Damit kann mit relativ geringem Aufwand zum Beispiel ein Fahrzeug mit den Strukturelementen ausgerüstet werden. In Varianten kann der minimale Abstand zwischen zwei Strukturelementen auch weniger als 50 mm betragen.

Vorzugsweise beträgt ein kleinster Abstand zwischen zwei benachbarten Strukturelementen auf der Aussenhaut höchstens 500 mm, vorzugsweise höchstens 350 mm, insbesondere bevorzugt höchstens 250 mm. Wiederum konnte mit Versuchen gezeigt werden, dass bei sehr grossen minimalen Abständen zwischen zwei benachbarten Strukturelementen die Wirkung derselben stark verringert wird. Daher ist der minimale Abstand vorzugsweise kleiner als 500 mm. In besonderen Ausführungsformen, insbesondere, wenn zum Beispiel die Strukturelemente besonders gross bemessen sind, kann der minimale Abstand auch mehr als 500 mm betragen.

Bevorzugt weist ein mit den Strukturelementen versehender Flächenabschnitt der Aussenhaut des Fahrzeugs pro Quadratmeter höchstens 100 Strukturelemente, vorzugsweise höchstens 50, insbesondere bevorzugt höchstens 10 Strukturelemente, insbesondere zum Beispiel 8 Strukturelemente auf. In Varianten können auch mehr als 100 Strukturelemente pro Quadratmeter vorgesehen sein. Dadurch, dass die Strömungsverhältnisse und damit der Energieverbrauch des Fahrzeugs mit einer relativ geringen Anzahl Strukturelemente optimiert werden kann, können auch bestehende Fahrzeuge relativ einfach mit den Strukturelementen nachgerüstet werden. Dazu können die Strukturelemente zum Beispiel mit Karosserieteilen des Fahrzeugs stoffschlüssig verbunden werden.

Vorzugsweise sind die Strukturelemente in, rechtwinklig zur Strömungsrichtung versetzten Reihen hintereinander angeordnet. Damit wird eine effiziente Anordnung der Strukturelemente erreicht, wobei die Strukturelemente bei relativ dichter Packung einen grösstmöglichen Abstand untereinander aufweisen. In Varianten können die Strukturelemente auch in nicht versetzten Reihen (kartesisch) angeordnet sein.

Vorzugsweise weisen zwei benachbarte Strukturelemente auf der Aussenhaut des Fahrzeugs in den rechtwinklig zur Strömungsrichtung ausgerichteten Reihen einen minimalen Abstand (kleinste Verbindungslinie zwischen den benachbarten Strukturelementen) im Bereich von 100 % bis zu 800 %, insbesondere im Bereich von 250% bis 500% der maximalen Breite des Strukturelements auf. In Varianten kann der Abstand aber auch weniger als 100 % oder mehr als 800 % der maximalen Breite des Strukturelements betragen.

Vorzugsweise weisen zwei in der Strömungsrichtung hintereinander und benachbart angeordnete Strukturelemente einen minimalen Abstand (kleinste Verbindungslinie zwischen den benachbarten Strukturelementen) im Bereich von 100 % bis zu 800 %, insbesondere im Bereich von 250 % bis 500 % der maximalen Breite des Strukturelements auf. In Varianten kann der Abstand aber auch weniger als 100 % oder mehr als 800 % der maximalen Länge des Strukturelements betragen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Montagelehre zur Montage von

Strukturelementen auf einer Oberfläche, umfassend einen Rahmen und mindestens drei Ausrichtungselemente zur Ausrichtung der Strukturelemente, wobei die

Ausrichtungselemente mit dem Rahmen verbunden sind. Die Montagelehre erlaubt eine einfache und schnelle Parallelausrichtung mehrerer Strukturelemente auf der Aussenhaut eines Fahrzeugs. Damit kann ein Fahrzeug einfach und effizient mit den Strukturelementen ausgerüstet werden. Bevorzugter Weise umfasst die Montagelehre zur Anbringung an eine Fahrzeugaussenhaut zusätzlich Saugnäpfe, mit denen sie einfach und reversibel an eine Fahrzeugaussenhaut angebracht werden kann. Alternativ kann sie auch ohne Saugnäpfe ausgestaltet sein.

Ebenfalls bevorzugt ist eine Montagelehre, deren Rahmen aus einem Material gefertigt ist, das Aluminium umfasst. Dies erlaubt eine robuste Konstruktion bei geringem Gewicht. Alternativ kann der Rahmen auch aus einem Material gefertigt sein, das kein Aluminium umfasst, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder einem Kunststoff.

Eine Bevorzugte Ausführungsform der Montagelehre umfasst eine flexible Matte, insbesondere eine Gummimatte, bei der die Ausrichtungselemente aus Aussparungen innerhalb der Matte bestehen. Dabei kann die flexible Matte, insbesondere die Gummimatte, den Rahmen der Montagelehre bilden oder diesen ergänzen. Bevorzugter Weise werden die Aussparungen mittels Wasserstrahlschneidens in die flexible Matte geschnitten. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass eine solche Matte sehr robust und einfach zu lagern ist. Sie ist ausserdem sehr kompakt. Weiter ist das Auflegen der Matte auf eine Fahrzeugaussenhaut schnell und zuverlässig zu bewerkstelligen. Ausserdem können die Ausrichtungselemente in beliebiger Zahl und Ausrichtung in die Matte geschnitten werden, ohne weitere Materialkosten zu verursachen. Alternativ kann die Montagelehre allerdings auch anders aufgebaut sein und keine flexible Matte umfassen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fassadenelement zur Montage an einer Gebäudehülle eines Gebäudes welches mindestens 5, vorzugsweise mindestens 20 Strukturelemente zur Reduktion von durch Winde induzierte Kraftwirkungen am Fassadenelement umfasst, wobei sich die Strukturelemente bei an einer Gebäudehülle montiertem Fassadenelement von einer Aussenseite des Fassadenelements mit einer Höhe von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm abheben. Damit wird ein Fassadenelement erreicht, welches bei starken Windverhältnissen respektive bei einem Sturm einen besonders geringen Widerstand bietet. Damit können bei extremen Wetterbedingungen Beschädigungen an den Fassadenelementen vermindert werden.

Vorzugsweise sind die Strukturelemente analog zu den obigen, im Zusammenhang mit den Fahrzeugen beschriebenen Strukturelementen ausgebildet und angeordnet.

Bevorzugt wird eine Gebäudehülle eines Gebäudes mit mindestens einem solchen Fassadenelement eingekleidet.

Bevorzugt weist ein mit den Strukturelementen versehendes Fassadenelement pro Quadratmeter höchstens 100 Strukturelemente, vorzugsweise höchstens 50, insbesondere bevorzugt höchstens 10 Strukturelemente, insbesondere zum Beispiel 8 Strukturelemente auf. In Varianten können auch mehr als 100 Strukturelementen pro Quadratmeter vorgesehen sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Fluidleitung, insbesondere ein Lüftungskanal, mit einer Hauptströmungsrichtung und mindestens einer Innenwand, wobei die Fluidleitung mindestens 5, vorzugsweise mindestens 20 Strukturelemente zur Reduktion von Turbulenzen in der Fluidleitung im Betrieb der Fluidleitung umfasst, wobei sich die Strukturelemente von der Innenwand mit einer Höhe von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm abheben. Damit kann in einer Fluidleitung, insbesondere in einem Lüftungskanal eine weitgehend laminare Strömung erreicht werden. Damit können Turbulenzen und Aufwirbelungen vermindert werden. Weiter können ein Geräuschpegel und Vibrationen verringert werden. Weiter wird damit weniger Energie für die Lüftung benötigt. Die Strukturelemente können aber auch bei Wasserleitungen, insbesondere bei Wasserleitungen mit grossem Querschnitt eingesetzt werden. Weiter können die Fluidleitungen auch bei Wasserkraftwerken (hohe Fördergeschwindigkeit) oder als Pipelines für den Öl- oder den Gastransport (grosse Transportwege) vorgesehen sein. Dem Fachmann sind weitere Anwendungsgebiete bekannt.

Vorzugsweise sind die Strukturelemente analog zu den obigen, im Zusammenhang mit den Fahrzeugen, beschriebenen Strukturelementen ausgebildet und angeordnet.

Bevorzugt weist eine mit den Strukturelementen versehende Innenwand einer Fluidleitung pro Quadratmeter höchstens 100 Strukturelemente, vorzugsweise höchstens 50, insbesondere bevorzugt höchstens 10 Strukturelemente, insbesondere zum Beispiel 8 Strukturelemente auf. In Varianten können auch mehr als 100 Strukturelementen pro Quadratmeter vorgesehen sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Sportanzug, welcher getragen von einer Person im Einsatz eine Hauptfahrtrichtung aufweist, und eine Aussenhaut umfasst, welche während einer Fahrt in der Hauptfahrtrichtung einem Fluid, insbesondere Wasser und/oder Luft, ausgesetzt ist. Die Aussenhaut umfasst mindestens 5, vorzugsweise mindestens 20 Strukturelemente zur Reduktion des Fahrwiderstands gegenüber dem Fluid, wobei sich die Strukturelemente von der Aussenhaut mit einer Höhe von mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 8 mm abheben.

Vorzugsweise sind die Strukturelemente analog zu den obigen, im Zusammenhang mit den Fahrzeugen, beschriebenen Strukturelementen ausgebildet und angeordnet.

Bevorzugt weist ein mit den Strukturelementen versehener Sportanzug pro Quadratmeter höchstens 100 Strukturelemente, vorzugsweise höchstens 50, insbesondere bevorzugt höchstens 10 Strukturelemente, insbesondere zum Beispiel 8 Strukturelemente auf. In Varianten können auch mehr als 100 Strukturelemente pro Quadratmeter vorgesehen sein.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 a eine erste Ausführungsform des Strukturelements in direkter Draufsicht,

Fig. 1 b die erste Ausführungsform des Strukturelements als direkte Seitenansicht,

Fig. 1 c die erste Ausführungsform des Strukturelements in Querschnitten,

Fig. 1 d die Unterseite der ersten Ausführungsform des Strukturelements in isometrischer Draufsicht,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Strukturelements in isometrischer

Draufsicht,

Fig. 3 ein Fahrzeug mit Strukturelementen in isometrischer Draufsicht und

Fig. 4 eine erste Montagelehre für Strukturelemente in isometrischer Draufsicht,

Fig. 5 eine zweite Montagelehre für Strukturelemente in isometrischer Draufsicht.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Figuren 1 a - 1d zeigen ein erfindungsgemässes Strukturelement 10 zur Anbringung an einer Aussenhaut eines Fahrzeugs, in verschiedenen Ansichten. Fig. 1 a zeigt die Oberseite des Strukturelements 10 als direkte Draufsicht, Fig. 1 b zeigt eine direkte Seitenansicht des Strukturelements 10, Fig. 1 c zeigt mehrere Querschnitte durch das Strukturelement 10 und Fig. 1 d zeigt die Unterseite des Strukturelements 10 in isometrischer Draufsicht.

Das Strukturelement 10 umfasst eine, von oben gesehen (Fig. 1 a) mittig platzierte Hauptfinne 10a, eine erste Nebenfinne 10b, eine zweite Nebenfinne 10c, eine dritte Nebenfinne 10d und eine vierte Nebenfinne 10e. Die Nebenfinnen 10b und 10c befinden sich in der Draufsicht jeweils seitlich der Hauptfinne 10a, während die Nebenfinnen 10d und 10e sich aussenseitig und jeweils seitlich der Nebenfinne 10b bzw. 10c befinden.

Die erste Nebenfinne 10b ist derart angeordnet, dass sie zusammen mit der Hauptfinne 10a einen ersten Kanal 1 1 h bildet. Die zweite Nebenfinne 10c bildet zusammen mit der Hauptfinne 10a einen zweiten Kanal 1 1 i. Die dritte Nebenfinne 10d bildet zusammen mit der ersten Nebenfinne 10b einen dritten Kanal 1 1j. Analog dazu bildet die vierte Nebenfinne 10e zusammen mit der zweiten Nebenfinne 10c einen vierten Kanal 1 1 k.

Die Länge des Strukturelements 10, parallel zum ersten Kanal 1 1 h entspricht der maximalen Länge der Hauptfinne 10a und beträgt in dieser Ausführung 85 mm. Quer zu dieser Länge, also quer zum ersten Kanal 1 1 h oder der Hauptfinne 10a beträgt die maximale Ausdehnung des Strukturelements 10 67 mm. Die maximale Höhe des Strukturelements 10 entspricht wieder der maximalen Höhe der Hauptfinne 10a und beträgt 10 mm. Die Gesamtmasse des Strukturelements 10 beträgt 14.5 g.

Die Hauptfinne 10a ist eine längliche Erhebung, die sich mittig innerhalb des Strukturelements 10 befindet. Die Hauptfinne 10a ist länger als die Nebenfinnen 10b - 10e. Sie hat dabei einen länglichen horizontalen Umriss wobei ihre maximale Breite (in der Bildebene von Fig. 1 a vertikal) in etwa 17 % ihrer maximalen Länge (in der Bildebene von Fig. 1 a horizontal) ausmacht. Die Breite der Hauptfinne 10a unterscheidet sich je nach Höhe (senkrecht auf der Bildebene von Fig. 1 a). Innerhalb der oberen 10% ihrer Höhe verläuft die Breite der Hauptfinne 10a konstant über ihre gesamte Länge. In einem mittleren Bereich ihrer Höhe und entlang eines Grossteils ihrer Länge wächst die Breite der Hauptfinne 10a von einem ersten Ende bis vor einem zweiten Ende linear um ca. 100% an. Zum zweiten Finnenende verjüngt sich die Breite dann von ihrem Maximum wieder zum Ausgangswert.

Die Höhe der Hauptfinne 10a (vertikal in der Bildebene von Fig. 1 b) beträgt maximal in etwa 15% der maximalen Länge der Hauptfinne 10a. Die Position der maximalen Höhe hat entlang der Länge der Hauptfinne eine Distanz zu einem ersten Ende der Hauptfinne, die in etwa der maximalen Höhe entspricht. Damit teilt die maximale Höhe die Hauptfinne 10a entlang der Länge in einen ersten Streckenabschnitt zwischen der maximalen Höhe und dem ersten Ende der Hauptfinne 10a und einen zweiten Streckenabschnitt zwischen der maximalen Höhe und dem zweiten Ende der Hauptfinne 10a. Auf dem ersten Streckenabschnitt hat die Höhe vom Ende zur maximalen Höhe den Verlauf eines Viertelkreises, d.h. sie steigt am Finnenende vertikal an und verläuft am Maximum wieder horizontal. Auf dem zweiten, längeren Streckenabschnitt fällt die Höhe der Hauptfinne 10a stetig und nahezu linear von der maximalen Höhe zum zweiten Finnenende hin komplett ab. Damit ergibt sich ein im Wesentlichen keilförmiges Seitenprofil der Hauptfinne 10a.

Im Querschnitt (Fig. 1 c, A-A, B-B oder C-C), geschnitten an einer Ebene, die von einer Höhe der Hauptfinne 10a und einer Linie (A, B oder C in Fig. 1 c) quer zu ihrer maximalen Länge aufgespannt wird, verläuft die Höhe der Hauptfinne 10a um den Finnenkamm herum rundlich. Damit ist die maximale Höhe der Hauptfinne 10a an jedem Ort ihrer Länge mittig in Bezug auf ihre Breite. Die Seitenwände der Hauptfinne 10a verlaufen im Wesentlichen Konkav vom Finnenkamm der Hauptfinne 10a weg nach aussen, bis sie senkrecht zur Höhe der Hauptfinne 10a verlaufen (horizontal in der Bildebene von Fig. 1c, A - A, B - B, C- C).

Entlang ihrer Länge (in der Bildebene von Fig. 1 a horizontal) ist die Hauptfinne 10a stets höher als alle Nebenfinnen 10b - 10e und gibt so das Seitenprofil des Strukturelements 10 vor (Fig. 1 b).

Die erste Nebenfinne 10b und die zweite Nebenfinne 10c sind zueinander symmetrisch, wobei die Spiegelebene von der maximalen Länge und der maximalen Höhe der Hauptfinne aufgespannt wird. Der Finnenkamm der beiden Nebenfinnen 10b und 10c ist in der horizontalen Ebene (Fig. 1 a) jeweils zur Hauptfinne hin geneigt, d.h. die kleinste Distanz zwischen dem Finnenkamm an einem Finnenende einer Nebenfinne 10b oder 10c zum Finnenkamm der Hauptfinne 10a ist kürzer als am anderen Ende der Nebenfinne 10b oder 10c.

Auf einer mittleren Höhe haben die Nebenfinnen 10b und 10c einen dreieckigen horizontalen Umriss. Dies bedeutet, dass die Breite einer Nebenfinne 10b oder 10c entlang ihrer maximalen Länge von einem ersten Ende linear zu einem zweiten Ende hin zunimmt und am Punkt ihrer höchsten Breite sich zum zweiten Ende hin in Richtung der Hauptfinne 10a wieder verjüngt. Dabei beträgt die maximale Breite in etwa 200% der minimalen Breite der Nebenfinne 10b oder 10c auf einer selben Höhe.

Der Verlauf der Höhe der Nebenfinnen 10b und 10c ist derselbe, wie der der Hauptfinne 10a, wobei die Höhe entlang der Länge der Nebenfinnen 10b oder 10c stets kleiner ist, als die der Hauptfinne 10a (Fig. 1 b). Dabei beträgt die Höhe der Nebenfinne 10b oder 10c in etwa 90% der Höhe der Hauptfinne 10a.

Auch im Querschnitt (Fig. 1 c), geschnitten an einer Ebene, die von einer Höhe der Hauptfinne 10a und einer Linie (A, B oder C in Fig. 1 c) quer zu ihrer maximalen Länge aufgespannt wird ist der Verlauf der Seitenwände der Nebenfinne 10b oder 10c sehr ähnlich zu dem der Hauptfinne 10a. Lediglich in der Schnittebene C (Fig. 1 c) zeigt sich die zunehmende Breite der Nebenfinnen 10b oder 10 auf der Seite, die von der Hauptfinne 10a weg weist.

Die aussenseitig angeordneten Nebenfinnen 10d und 10e sind kürzer als die Hauptfinne 10a oder die Nebenfinnen 10b und 10c. Ihre maximale Länge beträgt in etwa 50% der maximalen Länge der Hauptfinne 10a. In einem Bereich ihrer mittleren Höhe, behalten die Nebenfinnen 10d und 10e ihre maximale Breite über einen Längenabschnitt von ca. 40% ihrer maximalen Länge, wobei ihr horizontaler Umriss eine Keilform beschreibt, die dem Höhenverlauf der Hauptfinne 10a ähnelt. Bei dieser Keilform wiederum ist die, der benachbarten Nebenfinne abgewandte Seite rundlich und verläuft zu einem Ende der Nebenfinne 10d oder 10e spitz zu.

Das Höhenprofil (Fig. 1 b) der dritten und vierten Nebenfinne 10d und 10e entspricht dabei wieder dem Höhenverlauf der Hauptfinne 10a oder der zweiten und dritten Nebenfinne 10b und 10c.

Die Kanäle 1 1 h und 1 1 i, gebildet von der Hauptfinne 10a und jeweils einer Nebenfinne 10b bzw. 10c, verlaufen im Wesentlichen parallel zur Hauptfinne 10a. Ihre Länge wird durch die Länge der Hauptfinne 10a und den Nebenfinnen 10b und 10c begrenzt. In einem mittleren Bereich entlang der Kanallänge ist der Kanal 1 1 h oder 1 1 i nach unten hin von den Seitenwänden der Hauptfinne 10a und einer Nebenfinne 10b bzw. 10c komplett eingegrenzt, d.h. im Querschnitt (siehe Fig. 1c) besteht nur eine Öffnung nach oben. Zu den Enden der Kanallänge hin, wird der Kanalboden erst beim Anbringen des Strömungselements an der Aussenhaut eines Fahrzeugs vervollständigt. An den Finnenenden besteht also in einer Richtung quer zur Länge der Hauptfinne 10a keine durchgehende Verbindung zwischen den Finnen ( 10a und 10b oder 10c).

Im Querschnitt (Fig. 1 c) sind die Kanäle durch die Seitenwände der jeweiligen Finne ( 10a, 10b, 10c) begrenzt. Die Seitenwände der Hauptfinne 10a und der Nebenfinnen 10b und 10c verlaufen konkav von der im Querschnitt jeweiligen höchsten Höhe der Finne weg. Dabei treffen sich die Seitenwände der Hauptfinne 10a und einer Nebenfinne 10b oder 10c in einem mittleren Bereich der Kanallänge so, dass sich ein stetiger, nach oben gewölbter Kanalboden ergibt. Der Querschnitt des Kanalbodens ändert sich dabei entlang der Länge der Hauptfinne 10a bzw. entlang der Kanallänge. So ist der Abstand der Seitenwände der Hauptfinne 10a zu einer Nebenfinne 10b oder 10c auf einer mittleren Höhe an der Position der Schnittlinie C geringer, als auf derselben Höhe, aber an der Position der Schnittlinie A.

Bei einer Durchströmung eines Fluids durch den ersten Kanal 1 1j oder den zweiten Kanal 1 1 i tritt so eine Veränderung einer Durchströmungsgeschwindigkeit des Fluids auf.

Der Kanal 1 1j wird von den Seitenwänden der ersten Nebenfinne 1 1 b und der dritten Nebenfinne 10d eingegrenzt. Analog wird der Kanal 1 1 k von den Nebenfinnen 10c und 10e gebildet. Auf Grund der kürzeren und flacheren Nebenfinnen 10d und 10e sind die Kanäle 1 1j und 1 1 k kürzer und flacher als die neben der Hauptfinne 10a liegenden Kanäle 1 1 h und 1 1 i.

Auch die Kanäle 1 1j und 1 1 k haben in einem mittleren Bereich ihrer Länge einen nach oben offenen runden Kanalboden, der durch die Seitenwände der jeweils benachbarten Nebenfinnen 10b und 10d oder 10c und 10e gebildet wird. Ihr Querschnitt verändert sich aber zwischen den Linien A und C nur unwesentlich.

Fig. 1 d zeigt die Unterseite des Strukturelements 10 in isometrischer Draufsicht. Das Strukturelement 10 umfasst eine Befestigungsvorrichtung 12 zur Anbringung des Strukturelements an der Aussenhaut eines Fahrzeugs, bestehend aus einer Ablagefläche und fünf Permanentmagneten 12a - 12e. Die Permanentmagneten 12a - 12e befinden sich jeweils innerhalb von Aussparungen auf der Unterseite der Finnen 10a - 10e. Die Form der Permanentmagneten 12a - 12e entspricht in etwa der Form der jeweiligen Finne 10a - 10e, bei einem kleineren Volumen. So ist der Permanentmagnet 12a unter der Hauptfinne 10a länger als die Permanentmagnete 12b - 12e unter den Nebenfinnen 10b - 10e.

Die Unterseite der Permanentmagneten 12a - 12e schliesst dabei bündig mit der Ablagefläche. Die Ablagefläche wiederum umgibt die Aussparungen innerhalb der Finnen 10a - 10e und ist eben. Mit der Befestigungsvorrichtung 12 kann das Strukturelement ohne weitere Manipulationen an der Aussenhaut eines Fahrzeugs angebracht werden. Ein Fahrzeug kann so mit einem oder mehrerer Strukturelemente 10 aus- oder nachgerüstet werden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, das Strukturelement 20. Beim Strukturelement 20 ähnelt sich die Finnenanordnung der des in Fig. 1 a - Fig. 1d gezeigten Strukturelements. Die Hauptfinne 20a ist auch hier länger als die benachbarte erste Nebenfinne 20b und die benachbarte zweite Nebenfinne 20c. Die erste und zweite Nebenfinne 20b bzw. 20c sind wiederum länger als die dritte Nebenfinne 20d und die vierte Nebenfinne 20e. Die Hauptfinne 20a bildet mit der ersten Nebenfinne 20b einen ersten Kanal 21 h. Analog bildet die Hauptfinne 20a mit der zweiten Nebenfinne 20b den zweiten Kanal 21 i. Die erste Nebenfinne 20b bildet ausserdem mit der dritten Nebenfinne 20d einen dritten Kanal 21 j und die zweite Nebenfinne 20c bildet mit der vierten Nebenfinne 20e den vierten Kanal 21 k.

Die Form, Länge und Höhe des Strukturelements 20 ergibt sich aus der Form des in Fig. 1 a - Fig. 1 d gezeigten Strukturelements 10 in Kombination mit einer Ebene, die von der maximalen Höhe und einer Linie quer zur maximalen Länge der Hauptfinne 10a aufgespannt wird. Auf einer Seite der so konstruierten Ebene liegt ein längeres Teilstück des Strukturelements 10 und auf der anderen Seite ein kürzeres. Zur Konstruktion des Strukturelements 20 aus Fig. 2 wird das kürzere Teilstück verworfen und das längere Teilstück an der konstruierten Ebene gespiegelt und mit dem ersten Teilstück zusammengesetzt. So ergibt sich ein Strukturelement 20, dass spiegelsymmetrisch zu einer quer zur Hauptfinne verlaufenden Ebene ist. Die Wirkung dieses Strukturelements 20 auf Strömungen ist dieselbe, wenn diese Strömungen an einer quer zur Hauptfinne verlaufenden Ebene gespiegelt verlaufen. Gerade für Schienenfahrzeuge ist eine solche symmetrische Wirkung geeignet.

Die Querschnittsänderung des ersten und zweiten Kanals 20h und 20i des Strukturelements 20 liegt dabei auch symmetrisch vor, d.h. der Querschnitt des Kanals 20h oder 20i unterscheidet sich auf zwei Positionen, auf derselben Seite der Symmetrieebene quer zur Hauptfinne 20a, allerdings nicht bei Positionen auf beiden Seiten der Symmetrieebene, mit dem selben Abstand zur Symmetrieebene.

Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schrägansicht eines Kleintransporters 30, wobei die Aussenhaut mit Strukturelementen 100 versehen ist.

Der Kleintransporter 30 umfasst eine Führerkabine 31 mit einem Spoiler 32 und einem Kastenaufbau 33 mit einer Aussenhaut 35. Vorliegend ist der Spoiler 32 sowie die Seitenflächen und die Deckfläche des Kastenaufbaus des Kleintransporters 30 in regelmässigen Abständen mit Strukturelementen 100 versehen. Damit wird ein Luftwiderstand des Kleintransporters 30 verringert, womit einerseits der Treibstoffverbrauch reduziert und anderseits auch Vibrationen und damit ein Lärmpegel verringert werden können. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Führerkabine 31 nicht mit den Strukturelementen versehen. In einer weiteren Variante sind die Seitenflächen der Führerkabine 31 zusätzlich mit Strukturelementen 100 versehen. Dem Fachmann ist klar, dass auch andere Fahrzeuge mit den Strukturelementen versehen werden können, insbesondere Fahrzeuge, welche auf Langstrecken mit grossen Durchschnittsgeschwindigkeiten eingesetzt werden (z.B. LKW’s im Fernverkehr etc.), Eisenbahnwagen, aber auch Frachtschiffe etc.

Die Strukturelemente 100 haben die selbe Form wie das Strukturelement 10 aus Fig. 1 a - Fig. 1d. Damit weisen sie in einem Querschnitt und in einer Seitenansicht eine Keilform auf. Die Strukturelemente 100 sind auf dem Kleintransporter 30 so ausgerichtet, dass die Keilspitze in der Hauptfahrtrichtung ausgerichtet ist.

Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Montagelehre 40 zur Montage von Strukturelementen ( 10, 20, 100) auf einer Aussenhaut. Die Montagelehre 40 umfasst einen Rechteckrahmen 41 , an welchem vorliegend drei Ausrichtungselemente 42a - 42c befestigt sind, mit welchen die drei Strukturelemente an einer Aussenhaut positioniert und befestigt werden können. Sie umfasst auch ein Anlegestück 43 mit welchem sie neben den Ausrichtungselementen 42a - 42c eine Aussenhaut kontaktieren kann, wobei das Anlegestück 43 die Montagelehre 40 zusätzlich stützt.

Die Figur 5 zeigt eine zweite Montagelehre 50 zur Montage von Strukturelementen ( 10, 20, 100). Diese Montagelehre 50 umfasst einen flexiblen Aluminiumrahmen 51 , mit welchem eine Vielzahl von Strukturelementen an einer Aussenhaut positioniert und befestigt werden können. Sie umfasst mehrere Anlegestücke, z.B. Anlegestück 53 und eine Vielzahl von Ausrichtungselementen, z.B. Ausrichtungselement 52. Die Montagelehre 50 kann über Saugnäpfe, z.B. Saugnapf 54, an einer Aussenhaut reversibel befestigt werden. Damit ist es sehr einfach, diese Montagelehre an einer Aussenhaut zu positionieren und dann fest anzubringen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die Finnen einen anderen Höhenverlauf haben und auch beispielsweise anders geformte Seitenwände. Das Strukturelement kann in Varianten auch mehr als fünf Finnen umfassen oder nur drei Finnen, also eine Hauptfinne und zwei Nebenfinnen. Die Kanäle können relativ zueinander eine andere Länge aufweisen. Auch können die Enden der Finnen eine andere als die hier ausgeführte Form haben. Auch andere als das dargestellte Fahrzeug können mit den erfindungsgemässen Strukturelementen ausgerüstet werden. Ebenso können die Strukturelemente in einer anderen als der dargestellten Anordnung an dem Fahrzeug angebracht werden. Auch die erfindungsgemässe Montagelehre hat alternative Ausführungsformen. Beispielsweise kann sie verschiedene Anzahlen an Ausrichtungselementen umfassen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch ein Strukturelement mit einer Hauptfinne und wenigstens zwei Nebenfinnen, die mit der Hauptfinne zusammen Kanäle mit einem sich ändern Querschnitt bilden, ein Strukturelement geschaffen wird, das dazu geeignet ist, den Strömungswiderstand, der auf ein Fahrzeug wirkt, effektiv zu reduzieren und dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist.