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30.12.2013

15:17 Uhr

Wie Aerodynamik am Auto funktioniert

Vom Winde umweht

Quelle:Spotpress

Luftwiderstand, cW-Wert – wohl jeder Autofahrer kennt diese Begriffe. Doch was sich wirklich dahinter verbirgt, das ist kaum jemandem bekannt. Die Aerodynamik eines Fahrzeugs birgt immer noch Geheimnisse.

Hintergrund: Wie Aerodynamik am Auto funktioniert - Vom Winde umweht Daimler

Aerodynamik am Auto: Alte Mercedes-S-Klasse im Strömungsbild des Windkanals

Es gibt Fragen, bei denen die Antwort glasklar erscheint: Zum Beispiel die, ob ein großer Lastwagen oder ein moderner Formel 1-Bolide den besseren cw-Wert und damit einen geringeren Luftwiderstand aufweist. Grundsätzlich steht ein Lkw sicher nicht sehr gut da – das bislang aerodynamischste Serienauto der Welt, der Mercedes CLA BlueEfficiency, hat einen cW-Wert von 0,22, dicke Laster kommen auf 0,6 bis 0,8. Ein Formel-1-Auto wiederum sieht sportlich aus und ist es auch, in Sachen Luftwiderstand wirkt es jedoch wie die sprichwörtliche Schrankwand. Die cW-Werte des Starterfeldes liegen aktuell bei etwa 1,2, was dem Niveau eines Oldtimers wie dem ab 1908 gebauten Model T von Ford entspricht.

Grund für die schlechten Werte: Moderne Formel-Rennwagen sollen nicht einfach nur schnell durch den Wind schlüpfen. Sie benötigen vielmehr vor allem Anpressdruck. Die Luft soll also mit aller Kraft auf Spoiler und Verkleidungen drücken, damit die Fahrer möglichst schnell um die Kurven kommen. Beim Straßenauto sind die Anforderungen völlig andere: Hier will man dem Wind möglichst wenig Widerstand bieten, um den Verbrauch zu senken und höhere Geschwindigkeiten auf der Geraden zu erlauben.

Fragt man sich nun, was der viel zitierte cW-Wert eigentlich ist, dann lautet die Antwort jedoch: Ein Anhaltspunkt, nicht mehr und nicht weniger. cW setzt sich aus dem c für Konstante und dem W für Widerstand zusammen. Es handelt sich dabei um eine sogenanntes „dimensionsloses Maß“, also eine Zahl, der keine physikalische Größe zugeordnet werden kann. Laut Rupprecht Müller vom ADAC-Technikzentrum in Landsberg bezeichnet der Wert in erster Linie „die Qualität einer Form“, die einem Widerstand wie der Luft ausgesetzt wird. „Der cW-Wert ist vor allem eine Beurteilungsgröße, um die Dinge vergleichbar zu machen.“ Ein Autofahrer weiß damit, dass ein Auto cW-Wert 0,28 windschlüpfriger ist als eines mit 0,4.

Daher gilt der cW-Wert zwar als Indikator für die Aerodynamik eines Autos, doch er ist im Grunde nur ein Teil der gesamten Wahrheit. Soll tatsächlich der Strömungswiderstand errechnet werden, also die Kraft, die dem Auto durch die Luft entgegengesetzt wird, dann ist weiteres Wissen notwendig: Die Geschwindigkeit des Auto muss eingerechnet werden, dazu weitere Werte wie die Dichte der Luft.

Ist das an sich schon kompliziert genug, kommt bei der Berechnung des gesamten Strömungswiderstandes eines Fahrzeugs noch ein weiterer Faktor hinzu: Die Stirnfläche. Das ist jene Fläche, die als Schatten auf einer Wand erscheint, wenn das Auto genau von Vorne mit einem Scheinwerfer angestrahlt wird.

Daimmler F1 Daimler

Daimler F1: Je aerodynamischer ein Auto ist, desto schlechter fährt es sich.

Laut Daimler liefert die Kombination der Daten von cW-Wert und Stirnfläche (A) das aussagekräftigste Ergebnis bei der Messung von Fahrzeugen: Das Maß der Stirnfläche in Quadratmetern wird daher mit dem cW-Wert genannten Luftwiderstandsbeiwert multipliziert,  aus cW und A entsteht dann der Wert „cW x A“.

Wie sich cW-Wert und der Stirnfläche (A) gegenseitig beeinflussen, das erklärt Daimler anhand der Entwicklung des Spitzenmodells des Hauses – der S-Klasse. Das erste Modell, das hier gezielt in Hinblick auf die Aerodynamik entwickelt wurde, war die 1979 erschienene Baureihe W 126. Nach langer Detailarbeit erreichte man bei der einen cW-Wert von 0,359 und damit einen Spitzenwert. Die Stirnfläche (A) des Autos maß 2,1283 Quadratmeter, was multipliziert mit dem cW-Wert  einen Gesamtwiderstand (cW x A) von 0,7641 ergab.

Kommentare (7)

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30.12.2013, 17:33 Uhr

Immer wieder schön, wenn selbst Journalisten von "windSCHLÜPFRIG" statt "-schlüpfig" reden. Es gibt schlüpfrige Witze, also nicht ganz saubere welche, aber wenn ein Auto strömungsgünstig durch die Luft schlüpft, ist es schlüpfig.

GilHorn

30.12.2013, 20:31 Uhr

Der Artikel macht eine falsche Aussage. Der Druckverlust eines Strömungswiderstandes bzw. KFZ in einer Luftströmung berechnet sich wie folgt:
deltaP = cw x (rho/2) x C^2

Darin ist cw der Widerstandsbeiwert (oder auch zeta allgemein in der Strömungstechnik), rho ist die Luftdichte, c^2 ist die Strömungsgeschwindigkeit zum Quadrat (oder auch gefahrene Geschwindigkeit des KFZ).

Man sieht, dass die Größe der Stirnfläche nicht in die Berechnung des Druckverlustes, gemessen vor und hinter dem Fahrzeug, eingeht. Das heißt, dass die Größe des Fahrzeuges bei gleichem cw-Wert, keinen Einfluss auf den Strömungswiderstand, genauer Druckverlust, hat.

Diesen Umstand macht man sich gerne in der Strömungstechnik anhand von Modellversuchen zunutze, da die dort gewonnenen Ergebnisse direkt auf große Anordnungen übertragen werden können.

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02.01.2014, 12:50 Uhr

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