2.3.3. Aerodynamische Formgebung

Die Fahrstabilität und die erforderliche Motorleistung eines Anhängerzuges werden entscheidend von der aerodynamischen Formgebung des Campinganhängers beeinflusst. Messungen im Windkanal ergaben c_w-Werte von 0,35 bis 0,83 je nach Form des Anhängeraufbaus. PKWs liegen zum Vergleich in c_w-Bereichen von 0,4 bis 0,55. Im Bild 2.38 ist an einem Beispiel die Abhängigkeit der erforderlichen Motorleistung zur Überwindung des Luftwiderstandes eines PKW und eines Anhängerzuges dargestellt. Benötigt der PKW bei 80 km/h nur 8 kW zur Überwindung seines eigenen Luftwiderstandes, so muss der gleiche PKW mit einem Campinganhänger bereits 20 kW an Motorleistung zur Überwindung des Luftwiderstandes aufbringen. Zwischen der Formgebung und dem Luftwiderstand bestehen Gesetzmäßigkeiten, die beachtet werden sollten, ansonsten kann sich ein nicht zu vertretender hoher Luftwiderstand ergeben, der nachträglich mit Hilfe zusätzlicher Anbauteile reduziert werden muss. Diese zusätzlichen Ausrüstungen sind oft nur Stückwerk, und ihre aerodynamische Wirksamkeit bleibt begrenzt. Es gilt daher, einen guten Kompromiss zwischen Wohnkomfort und Luftwiderstand zu finden.

Wie sollte ein aerodynamisch gut gestaltetes Bugteil aussehen?

Betrachten wir uns zunächst die Luftströmung bei einem glattflächigen, eckigen, senkrechten Bugteil (Bild 2.39). Die vom Zugfahrzeug kommende Luftströmung prallt auf das eckige Bugteil und verwirbelt dabei so sehr, dass sich keine anliegende Strömung bis zum Heck des Anhängeraufbaus mehr einstellt. Dies hat einen Widerstand zur Folge, der um so größer ist, je länger die am Bugteil ausgelösten Verwirbelungen auf der Außenfläche des Anhängers wirken können. Durchgeführte Messungen verschiedener Anhängerfirmen ergaben bei eckig ausgeführten Bugteilen einen c_w-Wert von 0,78 bis 0,85 je nach Aufbauhöhe der Anhänger. Zur Überwindung dieses Luftwiderstandes muss bei einer Fahrgeschwindigkeit von 100 km/h zusätzlich etwa 35 bis 40 kW Motorleistung aufgebracht werden.

Wird das Bugteil vom Auftreffpunkt der vom Zugfahrzeug kommenden Luftströmung senkrecht belassen und nur an der Bugoberkante eine Schräge von etwa 20° mit einem Radius von 200 mm angebracht, so kann durch eine sichtbar gemachte Luftströmung beobachtet werden, dass die Strömung an diesem Übergang abreißt (Bilder 2.40 und 2.41). Die dabei entstehenden Verwirbelungen sind wesentlich kleiner und ermöglichen eine Beruhigung der Strömung im ersten Drittel des Anhängeraufbaus. Die erreichbaren c_w-Werte liegen im Bereich von 0,50 bis 0,55 und fordern eine Mehrleistung des Zugfahrzeuges, bezogen auf 100 km/h Fahrgeschwindigkeit, von nur noch 18 bis 25 kW. Gegenüber der geraden Bugfläche ergibt das eine Verringerung der erforderlichen anteiligen Motorleistung von 15 bis 17 kW. Dies entspricht fast der Motorleistung des PKW Trabant.

Bild 2.39. Campinganhänger mit einem glattflächigen, eckigen Bugteil
Die sich einstellende Luftströmung verwirbelt bis zum Heck des Anhängers.

Bild 2.40. Luftwiderstandsbeiwerte c_w in Abhängigkeit vom Radius der oberen Bugkante
ß = 0° bei Frontalanströmung; ß = 20° bei Schräganströmung
Schräganströmung ergibt sich durch Überlagerung von Fahrtrichtung und Windrichtung.

Bild 2.41. Campinganhänger mit einem glattflächigen Bugteil, an dem im oberen Bereich eine Schräge und ein Radius angebracht wurden.
Die sich einstellende Strömung reißt am Übergang ab, um sich aber kurz danach zu beruhigen.

Bild 2.42. Campinganhänger mit einer aerodynamisch gestalteten Außenform

Um eine weitere Absenkung der zur Überwindung des Luftwiderstandes erforderlichen Motorleistung zu erreichen, wird der senkrechte Bug bis unter den Auftreffpunkt der Luftströmung schräg eingezogen (Bild 2.42). Der Übergangsradius an der oberen Bugkante von 200 mm wird beibehalten. Zusätzlich werden aber die Seitenflächen des Bugteiles bis auf Zugwagenbreite eingezogen, damit die stabile Luftströmung vom Zugwagen aufgenommen wird und möglichst störungsfrei an den Seitenwänden des Anhängers entlang strömt.

Um auch die unter dem Anhänger entstehenden Verwirbelungen und somit auftretenden Luftwiderstände zu senken, wird der Fahrwerksrahmen in die Bodengruppe des Anhängeraufbaus eingebaut.

Um die sich am Anhängerheck ablösende Dachströmung zu berücksichtigen, wird das Dach im letzten Viertel leicht nach unten eingezogen. Nun wird die Strömung ohne wesentliche Verwirbelungen vom Anhängerbug aufgenommen und über die Seiten-, Dach- und Bodenflächen abgeleitet. Der erreichbare c_w-Wert liegt zwischen 0,35 und 0,42. Die erforderliche Mehrleistung zur Überwindung des Luftwiderstandes beträgt wiederum auf 100 km/h Fahrgeschwindigkeit bezogen, nun nur noch 12 bis 14 kW.

Beachte:
Bei einer senkrechten Bugfläche wird die Kupplungslast auf die Kugelkupplung mit steigender Fahrgeschwindigkeit immer kleiner und nimmt negative Werte an, bei einer schrägen Bugfläche wird die Kupplungslast mit steigender Fahrgeschwindigkeit immer größer.

Die Größe der Kupplungslast hängt im wesentlichen von der Schräge der Bugfläche, der Fahrgeschwindigkeit und den geometrischen Bedingungen ab.

Der Tabbert-Wind (Bild 2.43) war einer der ersten Campinganhänger, bei dem der Versuch unternommen wurde, durch einen strömungsgünstig gestalteten Oberbau den Luftwiderstand zu verringern und dadurch den Kraftstoffverbrauch zu senken. Der optisch gut wirkende Campinganhänger wurde als Energiesparer auf den Markt gebracht. Wie dies so oft bei Pionierleistungen vorkommt, trat durch eine kleine Unachtsamkeit das Gegenteil ein. Der Energiesparer wurde zum Energieverschwender und benötigte mehr Kraftstoff als die bisher üblichen Campinganhänger gleicher Aufbaugröße und Masse. Die Ursache lag in dem kantigen Übergang der Bugschräge zum Dach. An dieser Stelle trat eine Verwirbelung der von der Bugschräge gut aufgenommenen und strömungsgünstig umgelenkten Luftströmung auf, die einen erhöhten Luftwiderstand verursachte.

Bild 2.43. Campinganhänger Tabbert-Wind [20]
Seitenansicht und korrigierte Außenform an der Bugkante [18]

Die Firma Tabbert brachte im darauf folgenden Jahr an diesem Übergang einen Radius von etwa 300 mm an und korrigierte die äußere Form nach aerodynamischen Erkenntnissen (Bild 2.43b).

Seitenwand und Dach

Von allen bisher gebauten Campinganhängern haben über 90 % glattflächige Seitenwände ohne Übergangsradius. Fährt man mit einem Anhänger und es überholt ein großflächiges Fahrzeug (Bus, LKW), so drückt die dem Fahrzeug vorausgehende Druckwelle auf die Seitenwand des Anhängers und sucht diesen wegzudrücken (Bild 2.44). Das an den Seiten des überholenden Fahrzeuges vorhandene Unterdruckgebiet versucht den Anhänger zum überholenden Fahrzeug hinzuziehen. Je größer nun die Angriffsfläche der Seitenwand des Anhängers ist, desto größer sind die wirkenden Kräfte. Das Ergebnis ist oftmals ein Schlingern oder Schleudern des Anhängerzuges. Ähnliche Situationen treten beim unverhofften Auftreten von Windböen auf die Seitenwand des Anhängers ein (Bild 2.45). Grundsätzlich lässt sich dieser negative Einfluss nicht vermeiden. Er lässt sich aber durch aerodynamische Anpassung der Seitenwand an die Fahrbedingungen vermindern.

Bild 2.44. Druckwelle auf die Seitenwand eines Campinganhängers, verursacht durch einen überholenden LKW-Zug [21]

Bild 2.45. Schleudern eines Anhängerzuges durch plötzlich wirkenden Seitenwind [3]

Versuche an verschieden gestalteten Seitenwandflächen haben ergeben, dass bereits ein Übergangsradius zwischen Seitenwand und Dach sowie zwischen Seitenwand und Boden von 300 mm eine spürbare Absenkung der wirkenden Druckkräfte ergibt. Der Übergangsradius zwischen Seitenwand und Boden ist aber nur sinnvoll, wenn der Fahrwerksrahmen in die Bodengruppe eingearbeitet wurde bzw. die Druckwelle unter den Fahrwerksrahmen geleitet wird und nicht auf das Längsprofil des Rahmens trifft. Zur Verringerung des Luftwiderstandes ist der Übergang Seitenwand-Bug mit einem Radius > 100 mm auf die durchschnittliche Breite des Zugfahrzeuges einzuziehen. Außerdem ist die Seitenwand am Heckende im Dachbereich auf einer Länge von 600 bis 700 mm mit einem Winkel unter 5° zu verjüngen. Der Übergang Seitenwand-Heck sowie Dach-Heck sollte möglichst scharfkantig ausgeführt werden. Dadurch wird das Totgebiet der Luftströmung im Auslauf eines Anhängers verkleinert. Die Übergangsradien an den Bugkanten sollten 10 bis 15 % der Anhängerhöhe bzw. Anhängerbreite betragen.

Abstand Zugfahrzeug - Bug

Der Abstand zwischen Kugelkupplung und Bugoberfläche des Anhängers sollte nur so groß gewählt werden, wie er für den kleinsten Wendekreis des Zugfahrzeuges erforderlich ist. Beim Wenden darf das Heck des Zugfahrzeuges die Bugoberfläche des Anhängers nicht berühren. Wird der Abstand unnötig groß gewählt, so kann sich die vom Zugfahrzeug kommende stabile Strömung in ihrer Strömungsrichtung verändern und auf eine größere Bugfläche auftreffen. Dies hätte zwangsläufig einen größeren Widerstand und somit einen schlechteren c_w-Wert zur Folge. Messungen haben ergeben, dass der c_w-Wert vom Ende der Dachkante des Zugfahrzeuges auf einer Länge von 1,20 . . . 1,40 m noch konstant bleibt und danach ansteigt. Einige Zugfahrzeuge haben aber bereits vom Dachende bis zur Anhängerkupplung einen Abstand von 1,20 m, so dass bei diesen eine negative Beeinflussung des c_w-Wertes zu erwarten ist.

Je näher der Anhängerbug an den angegebenen Bereich kommt, desto geringer ist die negative Beeinflussung!

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2.4. Zubehör

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2.4.1. Fenster und Dachhauben

Fenster und Dachhauben sind erforderlich für gute Belüftung und ausreichende Helligkeit im Inneren des Anhängers. Je nach Belüftungskonzeption können die Fenster als Festfenster oder als Ausstellfenster (Bild 2.46) vorgesehen werden. Als Fenstermaterial kommt auf Grund seines geringen Eigengewichtes fast ausschließlich Polymethylmethacrylat, dessen Handelsname Plexiglas oder Piacryl ist, zur Anwendung. Vereinzelt wird auch Sicherheitsglas eingesetzt, dessen Oberfläche wesentlich kratzfester ist als die von Plexiglas:Piacryl.

Gegenüberstellung beider Werkstoffe:

Der für die Fenster eines Campinganhängers entscheidende Unterschied zwischen beiden Materialien liegt in der Dichte und der Wärmeleitfähigkeit.

Die Fenstergröße sollte den jeweiligen Erfordernissen angepasst sein. Welche Masse sich bei der gewählten Fensterfläche für Sicherheitsglas und Piacryl ergibt, ist aus Bild 2.47 zu entnehmen. Im allgemeinen hat ein Quadratmeter Fensterfläche eine größere Masse als ein Quadratmeter Karosseriefläche. Da auch noch der Wärmedurchgang durch das Fenstermaterial, gegenüber einer isolierten Karosseriefläche, wesentlich höher Ist, sollten die Abmessungen der Fensterflächen nicht unnötig groß gewählt werden (Bild 2.48). Auf Grund des relativ hohen Wärmedurchganges haben Fensterinnenflächen die niedrigste Innenwandtemperatur aller inneren Karosserieflächen. Das ist auch die Ursache dafür, dass an den Fensterinnenflächen die Kondenswasserbildung bei niedrigen Temperaturen zuerst sichtbar wird. Es ist deshalb günstig, im unteren Fensterausschnitt eine Wasserauffangrinne vorzusehen, die über einen Plasteschlauch das anfallende Wasser nach außen ableitet. Diese Maßnahmen sind aber nur bei einwandigen Fenstern erforderlich.

Bild 2.46. Nachträglich am Campinganhänger QEK Junior angebautes Ausstellfenster

Bild 2.47. Masse von Fensterglas in Abhängigkeit von der Fensterfläche
Die Werte sind auf die übliche Wandstärke von 4 mm bezogen.
Kurve 1 für Sicherheitsglas; Kurve 2 für Plexiglas

Bild 2.48. Zur Gesamtkonzeption des Anhängers gut abgestimmte Fenstergröße

Um den Wärmedurchgang durch die Fensterfläche zu vermindern, werden Doppelfenster vorgesehen. Bei diesen wird auf eine 3 bis 4 mm dicke, im Vakuumverfahren verformte Piacrylscheibe eine 2 mm glatte Innenscheibe aufgeklebt. Der Wärmedurchgang wird noch vermindert, wenn das Aufkleben der Innenscheibe im Vakuum erfolgt. Ist diese Möglichkeit nicht gegeben, so müssen zwischen Innen- und Außenscheibe ein bis zwei 0,5-mm-Bohrun-gen angebracht werden. Bei intensiver Sonneneinstrahlung erwärmt sich die zwischen der Außen- und Innenscheibe eingeschlossene Luft. Dabei entsteht ein Druck, der das Fenstermaterial zerstören kann. Durch die Entlüftungsbohrungen wird dies verhindert.

Beachte:

Vor dem Zusammenkleben von Außen- und Innenscheibe müssen die Innenflächen der Fenster absolut sauber sein. Die Innenscheibe muss in ihren Abmessungen so groß sein, dass bei rahmenlosen Fenstern der Dichtgummi auf der Innenscheibe anliegt. Liegt der Dichtgummi auf der Außenscheibe an, entsteht zwischen Innen- und Außenscheibe eine Kältebrücke, an der wiederum Kondenswasserbildung auftritt.

Für die Behaglichkeit in einem Campinganhänger sind die Werte Wärmeverlust je Quadratmeter Fensterfläche, Fenster-Innenwandtemperatur und die sich in Abhängigkeit von der Luftfeuchte einstellende Kondenswasserbildung von entscheidender Bedeutung. Um diese Werte ohne größeren Rechenaufwand ermitteln zu können, wurden sie in Diagrammform im Bild 2.49 erfasst.

Bild 2.49. Richtwerte zur Ermittlung der Fensterinnenwandtemperatur und der ausfallenden Kondenswassermenge in Abhängigkeit von der Luft-außen- und Luftinnentemperatur
Beispiel:
In einem Campinganhänger sind 19 °C Innenlufttemperatur bei einer Raumluftfeuchte von φ = 0,7 und einer Außentemperatur von -2 °C. Welche Fensterinnenwandtemperatur ergibt sich bei Einfachfenster und bei Doppelfenster? Welche Kondenswassermenge fällt aus der Innenraumluft an den Fensterflächen aus?
Lösung:

1. Einfachfenster t_wi ≈ 8,4 °C
   Doppelfenster t_wi ≈ 12,0 °C
2. Bei t_wi ≈ 12,4 °C beginnt die Kondenswasserbildung an der Fensterinnenfläche. Beim Doppelfenster wird es nur zu einem leichten Beschlagen der Fensterinnenflächen kommen, während bei einem Einfachfenster mit einer Temperatur der Innenfläche von t_wi ≈ 8,4 °C eine Wassermenge von x_s ≈ 2,5 g/kg Luft ausfällt.

Um im Sommer mitunter lästige Sonneneinstrahlung zu dämpfen, ohne den Campinganhänger mit Rollos abzudunkeln, werden an der Innenwand aus Aluminium bestehende Jalousetten (Bild 2.50) angebracht. Die Lamellenwender ermöglichen eine stufenlose Regulierung des Lichteinfalls. Eine zweite Möglichkeit die durch Sonneneinstrahlung auftretende Aufheizung des Wohnraumes zu vermindern, besteht im Anbau eines kombinierten Rollos (Bild 2.51). Dieses Rollo besteht aus einem Sonnenschutzrollo, das an der Außenseite mit einer Aluminiumfolie beklebt ist, und aus einem Fliegenschutzgazerollo. Beide Rollos können ober- oder unterhalb der Fenster angeordnet werden. Die seitliche Führung und Abdichtung wird durch Plastprofile übernommen. Die Fliegenschutzgaze bewährt sich besonders auf mückenreichen Stellplätzen. Diese Lösungen können übrigens auch an der Dachluke sowie an der Eingangstür verwendet werden (Bild 2.52).

Der Aufbau von Fest- und Ausstellfenstern wird im Abschnitt 4.3.4. beschrieben. Dachhauben sind grundsätzlich ausstellbar. Diese sind auf dem Dach so anzuordnen, dass Regenwasser weder im geöffneten noch im geschlossenen Zustand in das Wageninnere laufen kann. Bild 2.53 zeigt die Anordnung einer Dachhaubenabdichtung, bei der auch im geschlossenen Zustand noch eine Zwangsentlüftung möglich ist.

Bild 2.50. Jalousetten als Sonnenschutz

Bild 2.51. Kombiniertes Sonnen-Mückenschutz-Rollo
Um eine möglichst große Reflexion der Sonnenstrahlen zu erreichen, ist das Sonnenrollo auf der Außenseite mit Alu-Folie beschichtet [10].

Bild 2.52. Mückenschutz-Rollo vor der Eingangstür
An heißen Sommerabenden kann die Tür zur Lüftung geöffnet bleiben, ohne dass Mücken und Fliegen in das Wageninnere kommen [10].

Bild 2.53. Konstruktive Lösung der Abdichtung einer Dachhaube mit Zwangsentlüftung

Bild 2.54. Bausatz einer Dachhaube mit eingebautem Lüfter [10]

 

Dachhauben sollten so geformt werden, dass bereits durch die Formgebung eine mehrfache Sicherung gegen eindringendes Regenwasser erreicht wird.

Um die Belüftungsmöglichkeiten zu erhöhen, sind in Dachhauben elektrisch betriebene Lüfter eingebaut (Bild 2.54). Zur Verbesserung der Wärmedämmung werden diese aus Plast doppelwandig ausgeführt. Für das Wintercamping sind nur doppelwandige Dachhauben geeignet.

Feststeller und Aussteller werden größtenteils an das Fenster- und Dachhaubenmaterial angeschraubt bzw. angenietet. Sind die Schrauben oder Nieten aus Metall, dann haben sie eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Dies hat aber zur Folge, dass die im Innern eines Anhängers liegenden Teile sehr schnell die Außentemperatur annehmen. Aus diesem Grund spricht man im Campinganhängerbau von unerwünschten Kältebrücken, da sich an den Innenflächen bei niedrigen Außentemperaturen Kondenswasser bildet. So etwas lässt sich nur verhindern, indem anstelle von Metall Plastmaterial mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet wird oder die Fest- und Aussteller angeklebt werden.

Bei Verwendung von Piacryl bzw. Plexiglas als Fenstermaterial ist der lineare Ausdehnungskoeffizient der zu verbindenden Materialien zu beachten. Beim Ausstellfenster wird das Fenstereinhängeprofil mit dem Piacrylfenster durch Niet- und Klemmverbindungen zusammengefügt. Dabei treten an den Bohrungen bzw. Klemmverbindungen erhebliche Spannungskonzentrationen auf, die bei Missachtung der linearen Ausdehnung zum Bruch des Materials führen können.

Längenausdehnungskoeffizient für die unterschiedlichen Werkstoffe:

Piacryl: 70 · 10^-6 · 1/°C bei 0° bis 70 °C
Glas: 9 · 10^-6 · 1/°C bei + 50 °C
Aluminium: 23 · 10^-6 · 1/°C bei + 50 °C
Stahl: 12 · 10^-6 · 1/°C bei + 50 °C

Wird z. B. ein 1,5 m langes Aluminium-Einhängeprofil bei 20 °C mit einem Piacrylfenster verbunden und bei Sonneneinstrahlung auf 70 °C erwärmt, so ergeben sich folgende Ausdehnungen:

Beachte:
Bei gleicher Temperaturerhöhung dehnt sich Piacryl 3mal soviel wie Aluminium und 6mal soviel wie Stahl aus. Die Verbindung Einhängeprofil bzw. Rahmen mit einem Piacrylfenster ist konstruktiv so zu gestalten, dass sich das Material unbehindert ausdehnen kann.

Um einen Spannungsaufbau im Material zu verhindern, sind folgende Punkte zu beachten.

• Das Material wird sich immer von der Mitte zum Rand ausdehnen. Bohrungen, durch die ein Niet bzw. eine Schraube geführt werden, sind um den Betrag der linearen Ausdehnung des Materials an der Bohrungsstelle größer zu bohren.
• Das Fenstermaterial darf nicht fest im Rahmen oder Einhängeprofil eingespannt sein. Um

eine freie, unbehinderte Ausdehnung zu ermöglichen, sollte zwischen Piacryl und Aluminium/Stahl ein Rahmengummi vorhanden sein, der die Differenzdehnung ausgleicht. - Fensterrahmen müssen in der Aufnahmenut um den Betrag der möglichen Ausdehnung des Fenstermaterials größer sein.

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