100 Jahre Stromlinienforschung

Schön statt aerodynamisch

Es ist ähnlich wie bei der Suche nach dem Heiligen Gral. Seit bald 100 Jahren tüfteln Ingenieure und Entwickler an der Idealform fürs Automobil. Sie soll den geringst möglichen Luftwiderstand bieten und natürlich so wenig Sprit brauchen, wie es eben geht. Doch gerade bei den ganz frühen Autos war Aerodynamik noch kein Begriff. Fahrzeuge wie das Model T, auch „Tin Lizzy“ genannt, ähneln eher noch einer Kutsche. Von Stromlinie noch keine Spur. Doch wie viel macht sie wirklich für den Luftwiderstand eines Autos aus?

Viel Wirbel um das Model T

Gemeinsam mit den Aerodynamikern von Ford macht W wie Wissen einen Ausflug ins Jahr 1914. Mit Hilfe von sogenannten Rauchfahnen machen sie in ihrem großen Kölner Windkanal die „Problemzonen“ des Model T sichtbar. Umströmt die Luft das Fahrzeug möglichst glatt und eng, bedeutet das einen niedrigen Luftwiderstandsbeiwert, meist cW-Wert genannt. Er gibt Auskunft über die aerodynamische Güte einer Wagenform. Und die lässt beim Model T zu wünschen übrig, damit hatten die Ingenieure gerechnet.

Doch die Stärke und Vielzahl der Luftwirbel beeindrucken dann doch. „Im Gegensatz zu den modernen Fahrzeugen sind hier ja sehr viele Ecken und Kanten, die es bei modernen Fahrzeugen nicht mehr gibt. Dadurch liegt die Strömung dann am Vorderwagen an“, erklärt Ralf Hoffmann, Leiter der Aerodynamik bei Ford. Die Messergebnisse zeigen das eindeutig. Während aktuelle Fahrzeuge im Durchschnitt cW-Werte um 0,3 haben, erreicht das Model T gerade mal 0,7 bis 0,8. Damit ist es zwar hübsch anzuschauen, aber nicht wirklich windschnittig. Bei den heutigen Benzinpreisen käme das gar nicht mehr gut an, weiß Hoffmann. „Man kann so größenordnungsmäßig sagen, dass eine Verbesserung um zehn Prozent des Luftwiderstandsbeiwertes je nach Geschwindigkeit bis zu fünf Prozent Benzinverbrauch ausmachen.“

Virtuell im Windkanal

Die Aerodynamik legt wesentliche Eigenschaften eines Fahrzeugs fest. Der Luftwiderstand ist maßgeblich für Spitzengeschwindigkeit, Kraftstoffverbrauch und Emissionen. Aber aerodynamische Verbesserungen von einem Modell zu seinem Nachfolger sind hart erkämpft. Bevor ein Prototyp im Windkanal getestet werden kann, berechnen Hoffmann und seine Kollegen den Entwurf des Autodesigners am Computer. Mit Hilfe spezieller Programme können sie das sogenannte Design-Modell virtuell drehen, wenden und schließlich umströmen lassen. Die Methode nennt sich Computer Fluid Dynamics. Schon jetzt vom Bürostuhl aus kann der Aerodynamiker sagen, ob der Vorschlag der Designer auch seinen Vorstellungen entspricht.

Details in Ton

Doch auch wenn das der Fall ist, ist an einen Prototyp noch nicht zu denken. Vorerst wird das Modell in Originalgröße aus Ton gebaut und in den Windkanal gestellt. Als Unterbau muss die Bodenplatte eines alten Autos herhalten. Der Vorteil von Ton ist, dass er sehr gut formbar ist und immer wieder bearbeitet werden kann. Mit kleinen Feilen und Raspeln entfernt das Team millimeterweise Tonschichten, wo die Rauchfahnen auf ungewünschte Luftverwirbelungen am Fahrzeug hindeuten. Hoffmann erläutert das Verfahren: „Wir
optimieren im sogenannten Tausendstelbereich, d.h. wenn Sie sich einen cW-Wert von 0,30 vorstellen, wir gehen sogar noch eine Stelle weiter: 0,301, 0,305. Das heißt, wir machen hier sehr viel
Detailoptimierung.“

Pioniere der Stromlinien

Die Grundlagen zur heutigen Aerodynamik wurden schon in den 1920ern mit den ersten Stromlinienfahrzeugen gelegt. 1921 entwickelte Rumpler seinen bizarren Tropfenwagen. Kamm forschte in den 1930ern am Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren in Stuttgart an neuen Formen. Eher zufällig entdeckte er ein Heck, das auf Anhieb mit cW-Werten um 0,23 glänzte. Schlör erreichte mit seinem „Göttinger Ei“ schließlich im gleichen Jahrzehnt den bis heute revolutionären cW-Wert von 0,14. Jedoch waren die Stromlinienfahrzeuge aus dieser Zeit allesamt Experimente von Bastlern und Querdenkern. Die Käufer blieben angesichts der neuen runden Formen zunächst eher skeptisch. Als allerdings zunehmend Autobahnen in Deutschland gebaut wurden, wuchs das Interesse der Bevölkerung. Denn die Stromlinie versprach auf einmal 40 Prozent mehr Geschwindigkeit bei einem Drittel weniger Benzin. Ein Punkt, der gerade im Verlauf zweier Ölkrisen und mit steigendem Umweltbewusstsein immer wichtiger wurde. In den 60ern lag der durchschnittliche cW-Wert zum Beispiel eines BMW dann bei 0,46. 1982 glänzte Audi mit dem neuen Modell 100 und einem cW-Wert von 0,3. Zur Jahrtausendwende schließlich legte der
A2 die Messlatte mit 0,25 noch einmal
höher.

Design und Komfort trotz Aerodynamik

Gerade heute ist Aerodynamik aber immer auch ein Kompromiss. Sowohl mit dem Design, als auch mit dem Komfort. Hoffmann und seine Kollegen bewegen sich immer im Spannungsfeld unterschiedlicher
Zielkonflikte und müssen auf Kundenwünsche eingehen. Und das bedeutet oft nicht immer die günstigste aerodynamische Form. „Man möchte also einen Kofferraum haben, wo man auch etwas hineinladen kann. Man möchte vielleicht auch eine Durchladehöhe für ein Kombifahrzeug haben. Man möchte zu dritt hinten sitzen und man möchte Kopffreiheit haben“, so Hoffmann.

Besser geht's nicht?

Aktuelle Modelle werden deshalb aufwendig im Windkanal geprüft und optimiert. Neben geringem Luftwiderstand muss der Aerodynamiker auch dafür sorgen, dass der Wagen seitenwindstabil und leise ist. Getriebe und Bremsen sollen vom Fahrtwind gekühlt, der Fahrgastraum gut belüftet werden. Und: Karosserie und Scheiben sollen von Schmutz und Regen frei gehalten werden. Beim cW-Wert scheint seit einigen Jahren mit 0,25 eine magische Grenze erreicht. Denn dafür, wie windschnittig ein Fahrzeug ist, spielt auch die Größe eine Rolle. Der Luftwiderstand setzt sich nämlich aus dem cW-Wert, der Stirnfläche des Wagens und der Geschwindigkeit, die gefahren wird zusammen. Während die Aerodynamiker also an immer günstigeren Formen gefeilt haben, sind unsere Autos größer, die Geschwindigkeiten höher und die Wünsche in Sachen Komfort ausgefallener geworden.

(Quelle: aerowolf.de/ndr/werg)