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Velomobildesign

Verkleidungsdesign

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Aerodynamische Grundlagen, die man beachten muss

Es ist ein grosser Unterschied, ob man eine Verkleidung für ein Zwei- oder ein Dreirad plant. Wenn man ein paar Grundlagen nicht beachtet, können beide Fahrzeugtypen unbeherrschbar werden.

Durch die Einwirkung von Seitenwind wird ein Liegerad weggedrückt. Je nach Windstärke und Grösse der Verkleidungs-Seitenfläche mehr oder weniger stark. Nun genügt es nicht, die Seitenfläche klein zu halten und zu hoffen, man könne schon dagegen ankämpfen. Die Verteilung der Seitenflächen-Inhalte vor und hinter dem Schwerpunkt ist wichtig.

Bei einem Zweirad muss die grössere Seitenfläche vor dem Schwerpunkt sein! Dann wird das Rad seitlich abgedrängt und kippt gleichzeitig noch in die Richtung, in die es wegdriftet. Das ist der gleiche Vorgang, wie als wenn man eine Kurve einleitet: Man lässt sich in die Kurve fallen und lenkt dann in die gleiche Richtung ein.

In Bezug auf den Seitenwind bedeutet dies: Erst mal lenkt man aus dem Wind und fängt das dann ab, indem man sich dagegen anlehnt. Dieser Vorgang ist leicht zu beherrschen.

Was passiert, wenn die grössere Seitenfläche hinten wäre?

Man würde bei Seitenwind z.B. von links nach rechts gekippt und gleichzeitig nach links, also in den Wind abgelenkt. Das ist als wenn man sich nach rechts lehnt und gleichzeitig nach links steuert. Unbeherrschbar!

Oftmals haben Liegeradfahrer Probleme, ihr Rad bei Seitenwind zu beherrschen, nachdem sie einen neuen Heckkoffer montiert haben. Nach meinen obigen Ausführungen ist das nun kein Wunder mehr. Was tun? Ganz einfach: Am Vorderrad (und nur hier) zum Ausgleich eine Speichenverkleidung montieren. Das erhöht die Seitenfläche vorne.

Beim Dreirad sieht das anders aus. Hier muss die grössere Seitenfläche hinter dem Schwerpunkt sein! So steuert das Dreirad immer in den Wind und gleicht das Abdriften durch den Winddruck aus. Wäre die grössere Seitenfläche vorne, so müsste man sich mit voller Lenkkraft gegen den Wind stemmen. Auch dies ist kaum zu beherrschen.

In beiden Fällen gilt: Runde Kanten verringern die Windkraft. An eckigen Kanten gibt es Verwirbelungen, die den Winddruck verstärken.

Aerodynamische Grundlagen, die man beachten soll

Eine günstige Aerodynamik wirkt sich auf die erreichbare Geschwindigkeit aus. Dabei wird oftmals nicht beachtet, dass die Auswirkungen erst ab ca. 25-30 km/h spürbar werden. Wer also ohne Verkleidung nur 20 km/h fährt wird auch mit Verkleidung nicht viel schneller, ausser bei Gegenwind ist keine Verbesserung zu spüren!

Ein Faktor für die 'Windschlüpfrigkeit' ist der Cw-Wert. Je niedriger umso besser. Der Cw-Wert alleine sagt aber noch nicht viel aus. Mitentscheidend ist auch die Stirnfläche A der Verkleidung. Anschaulich ist das die Fläche am grössten Querschnitt der Verkleidung, also meistens um den Fahrer herum. Erst der Wert Cw * A, oder kurz CwA ist ein praktischer Richtwert. Aber wir wollen ja hier keine Windkanalmessungen machen, sondern Verkleidungen bauen.

Eine kleine Stirnfläche ist also schonmal wichtig. Dann wäre da noch die Sache mit den Luftwirbeln. Wenn sich Luft verwirbelt nimmt sie Energie auf. Und die bezieht es direkt aus unserer schönen Verkleidung durch Reibung. Der Luftwiderstand erhöht sich also.

Luftwirbel entstehen an allen Kanten und Stufen, an denen der Wind quer entlangstreicht. Bei einer Frontverkleidung also an der Stelle, an der die Verkleidung zu Ende ist. Daher sollten Frontverkleidungen nicht zu kurz gehalten werden, je später der Wind verwirbelt, umso besser.

Das Profil der Verkleidung ist auch wichtig. Ein schlanker Bug macht die Luft unruhig, sie verwirbelt dann schon an kleinen Kanten stark. Ein dicker, runder Bug ist da günstiger, auch wenn es nicht so schnittig aussieht.

Im Endeffekt muss man also immer Kompromisse machen. Wenn man aber keine groben Fehler macht (kurze Frontverkleidung z.B.), dann wird man immer einen Vorteil spüren können.

Materialien, -es muss nicht immer High Tech sein

Ein oft gesehenes Material für den Verkleidungsbau ist faserverstärkter Kunststoff. Verwendet werden Polyester- oder Epoxydharze mit Glas-, Kohle- oder anderen teuren High-Tech-Fasern. Die Vorgehensweise wurde an vielen Stellen schon beschrieben, das spare ich mir hier.
Verkleidungen aus faserverstärkten Kunststoffen sind bei entsprechendem (Kosten- und Zeit-) aufwand eine schöne Sache. Sie haben aber auch einige gravierende Nachteile:

  • Sie bilden einen Resonanzboden für Vibrationen des Fahrzeugs. Dadurch dröhnt die ganze Verkleidung und der Fahrer sitzt in diesem Lärm. Wer das zum ersten Mal selbst erlebt ist erschrocken, wie laut das sein kann.
  • Sie sind spröde. Ich habe noch keine GFK-Verkleidung gesehen, die nicht ein paar Risse hatte. Selbst ohne Unfälle bleibt so eine Verkleidung nicht lange schön.
  • Sie sind schwer. Eine GFK-Vollverkleidung wiegt meist über 10kg, bei CFK/KFK etwas weniger. Dies sind aber immerhin ein gutes Drittel bis die Hälfte des Gesamtgewichts, und das immerhin für ein nichttragendes Teil.
  • Sie sind schwierig zu entwickeln. Da sich hinterher die Form kaum noch verändern lässt, muss für jede Veränderung eine neue Verkleidung gebaut werden und dazu auch eine neue Form. Und wer schafft es schon, die optimale Verkleidung am Reissbrett zu entwickeln? Der Aufwand lohnt sich höchstens für ein Serienmodell.

Elastische Materialien, -Verkleidungen aus Schaummatten und Schutzüberzug

Diese Nachteile beseitige ich mit meinem Prinzip des elastischen Verkleidungsaufbaus.

Dabei geht es darum, möglichst wenige starre Elemente und möglichst viele elastische Elemente zu einer Verkleidung zu kombinieren. Elastische Verkleidungen sind Dauerschwingfest, bilden keine Resonanzböden und geben bei Unfällen nach, ohne zu zerbrechen. Sie sind ausserdem in einer intuitiven Bauweise herstellbar und wiegen wenig.


Hier sind einige Beispiele von mir:

Meine Forelle-Vollverkleidung war ein erster Versuch, eine Verkleidung zu bauen, die nicht dröhnt, wenig wiegt, wenig kostet, nicht zerbricht und in der Entwicklungsphase leicht verändert werden kann.

Der Aufbau aus drei Teilen, die genau aufeinander passen müssen war aber ungünstig. Jedesmal, wenn sich eines der Alurohre etwas verzog, musste aufwendig nachgebogen werden. Die Alurohre selber stellten auch einen Schwachpunkt dar, da sie etwas empfindlich waren. Auch die flache Frontscheibe war nicht gut. Die Sicht war schlecht.

Mein nächster Versuch war die Nase. Hier habe ich nur einen Alubügel eingebaut. Die nötige Stabilität wurde durch Hohlkammertechnik und Sandwichbauweise erreicht. In diesem Ansatz war schon fast alles sehr elastisch. Nur die Verarbeitung war noch nicht so gut.

Eine andere Möglichkeit der Aussteifung kann man mit Kunstoffrohren realisieren, wie ich es bei der Verkleidung des jive beschrieben habe.



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