"Ein cw-Wert um 0,2 ist die Schallmauer"

Ein Auto kann aerodynamisch optimiert und trotzdem sicher und schön sein, was zum Beispiel an einer cw-Wert-Hitliste zu sehen ist, in der Mercedes-Benz-Fahrzeuge besonders gut abschneiden. Über die Marktchancen von aerodynamisch optimierten Autos, das am Fahrzeug vorhandene Potenzial für Widerstandsreduktionen und den niedrigsten cw-Wert, der in der Großserie erreicht werden kann, hat sich ATZ mit Daimler-Chefaerodynamiker Dr. Teddy Woll unterhalten.

Es ist noch nicht lange her, da wurde über den Beitrag der Aerodynamik zur Senkung des Verbrauchs diskutiert. Ist das Potenzial ausgeschöpft?
Nein, aber wenn Sie die Konzeption einer heutigen Mittelklasselimousine ansehen, wie die der C-Klasse, dann ist das aerodynamische Potenzial schon ziemlich ausgeschöpft. Wir haben den an sich schon guten cw-Wert von 0,27 mit den aerodynamischen Maßnahmen aus dem Blue-Efficiency-Paket auf 0,26 reduziert.

Fachleute behaupten, die Aerodynamik eines Serienautos lasse sich um beinahe 50 Prozent verbessern. Halten Sie diese Aussage für realistisch?
Dazu müssen wir festlegen, was wir unter Aerodynamik verstehen und von welcher Basis wir ausgehen. Ich verstehe unter Aerodynamik den effektiven Luftwiderstand, das Produkt aus Stirnfläche A und cw-Wert. Typische amerikanische SUVs haben cw-Werte über 0,5 und Stirnflächen größer als 3,8 Quadratmeter. Dies ergibt einen cwA von zwei Quadratmetern. Die besten europäischen SUVs, zu denen auch die M-Klasse gehört, haben ein cwA von knapp unter einem Quadratmeter und sind damit schon 50 Prozent besser. Eine optimierte Mittelklasselimousine ist mit 0,54 Quadratmetern fast doppelt so gut. Das ist die Spanne der heutigen Serienfahrzeuge. Wenn Sie davon noch mal 50 Prozent reduzieren wollen, wird es sehr, sehr schwer. Das derzeitig extremste Niedrigverbrauchskonzept am Markt hat ein cwA von 0,28 Qudratmetern, das entspricht 52 Prozent von 0,54. Er ist mit 1,40 Metern Breite und 1,14 Metern Höhe schmaler als der Smart und niedriger als der SLK. Die zentrale Frage ist: In wieweit ist man bereit, bei Sicherheit und Komfort Abstriche zu machen, um den cw-Wert und damit CO2-Emission zu reduzieren?

Wie sieht Ihrer Meinung nach das aerodynamisch perfekte Auto aus?
Der aerodynamisch perfekte Körper ist der Tropfen. Er hat einen cw-Wert von etwa 0,05, das ist das Optimum. Ein Auto kann nicht rotationssymmetrisch sein, alleine schon weil es Räder hat, die den cw-Wert um zirka 0,1 verschlechtern. Die Gestaltung des aerodynamisch perfekten Autos müsste in diese Richtung gehen, das heißt es müsste oberhalb der Gürtellinie möglichst stromlinienförmig und glatt sein.

Hätte es Chancen auf dem Markt?
Eine solch extreme Umsetzung vermutlich nicht. Aber die Chancen für Konzepte, die Aerodynamik und niedrigen Verbrauch transportieren, wachsen am Markt permanent.

An welchen Elementen des Pkw sehen Sie das größte aerodynamische Verbesserungspotenzial?
Das größte Potenzial zur aerodynamischen Verbesserung steckt im Heck. Je länger, schmaler und kantiger es gestaltet ist - bei Limousinen etwas höher, bei Kombis etwas niedriger -, desto besser die aerodynamischen Werte. Wir haben die heutige C-Klasse mit Luftschlitzen versehen, sodass die ausströmende Luft ein virtuell kantiges Heck beschreibt und damit eine saubere aerodynamische Abrisskante entsteht. Die Länge des Hecks kann den Widerstand um fünf bis maximal 15 Prozent reduzieren. Bei einer Reduktion von 15 Prozent wäre das Heck jedoch so lang und schmal, dass man dort vermutlich nur noch schwer einen Koffer quer unterbringen könnte. Aus Crashgesichtspunkten ist ein langes und schmales Heck gut, zum Einparken eher hinderlich. Ideal ist es, wenn man das Fahrzeug ab der B-Säule schmaler macht. Das führt jedoch dazu, dass im Fond keine drei vollwertigen Sitzplätze mehr angeboten werden können. Wenn man zehn Prozent des Luftwiderstandes reduzieren will, muss man über solche Punkte nachdenken. Darüber hinaus ist die Dachhöhe hinten relevant, insbesondere der Abriss des Dachs oder der Übergang in die Scheibe. Weitere fünf Prozent Potenzial hat das Greenhouse, also all das, was mit Glas umrandet ist. Man müsste zu deutlich runderen und glatteren Formen kommen, was Zielkonflikte mit Aufheizung und Sicht mit sich bringt. Die Kühlluftführung hat fünf bis zehn Prozent Potenzial und die Räder noch einmal fünf Prozent. Aber bei der Gestaltung der Räder können Zielkonflikte mit der Fahrsicherheit entstehen. Last but not least gibt es noch einige Lücken am Unterboden, im Bereich der Radhäuser und des Abgastunnels. Man kann sich vorstellen, dass man den Abgasstrang komplett isoliert, unter einer völlig glatten Unterbodenverkleidung unterbringt und den Endtopf - ebenfalls gut isoliert - im Stoßfänger anordnet. Wenn der Auspuff jedoch gewechselt werden muss, kostet dies das Drei- oder Vierfache gegenüber heute. Prinzipiell gibt es für alles Lösungen, die teilweise mit sehr hohem Aufwand verbunden sind. Man muss sich daher gut überlegen, wie ein Gesamtoptimum gefunden werden kann.

Was ist Ihrer Einschätzung nach der niedrigste cw-Wert, der für ein Großserienfahrzeug erreicht werden kann?
In den 80ern gab es einige Prototypen, mit denen man ausgelotet hat, was möglich ist. Der GM Aero wurde zum Beispiel mit einem cw-Wert von 0,14 angegeben. Dieses Fahrzeug hat völlig glatte Räder und einen komplett glatten Unterboden. Die Scheibenneigungen führen zu extremer Aufheizung bei Sonneneinstrahlung, es sind weder Bremsenkühlung noch eine Kühlluftströmung oder Übergänge an der Karosserie dargestellt. Wenn man aus dieser Form, die in keine Normgarage hineinpasst, ein serientaugliches Auto macht, muss man mindestens 30, 40 Punkte draufschlagen, dann sind wir bei 0,18. Wenn Sie das Fahrzeug dann noch auf ein alltagstaugliches Maß kürzen, sind wir bei einem Wert um 0,2. Und dies, denke ich, ist für Serienfahrzeuge die Schallmauer.

In welchem Zeitrahmen könnte ein solcher Wert erreicht werden?
Das kann ich mir im Laufe des nächsten Jahrzehnts vorstellen.

Wie nah kommen Ihrer Meinung nach numerische Strömungssimulationen an reale Strömungsvorgänge heran?
Ich habe, als ich die Abteilung übernommen habe, nach kurzer Zeit ein CFD-Team eingerichtet, das sich in wenigen Jahren an die Weltspitze gearbeitet hat. Wir sind heute weltweit führend in der Strömungsberechnung und haben beim Luftwiderstand Fehler kleiner einem Prozent gegenüber den Ergebnissen des Windkanals. Der Vorteil ist, dass wir uns sehr komplexe Strömungsphänomene anschauen können, die uns früher mit ausschließlicher Nutzung des Windkanals verschlossen geblieben sind, zum Beispiel die Strömung im Radhaus. Im Windkanal hingegen können wir in sehr kurzer Zeit sehr viele Messungen machen. Wir schaffen heute im Maßstab 1:1 20 bis 25 Messungen und im Modellmaßstab 40 bis 50 Messungen pro Tag. Für eine Strömungsrechnung müssen Sie jedoch mehrere Tage einrechnen. Mit steigender Rechnerleistung wird dies immer besser, sodass es absehbar ist, wann dies in der gleichen Zeit wie im Windkanal möglich sein wird.

Herr Woll, es hat uns gefreut, mit Ihnen zu sprechen.

Autor(en): Roland Schedel und Bettina Merkelbach.

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