DEM WIND DIE STIRN BIETEN - SONDERAUSSTELLUNG IM MUSEUM PROTOTYP

“Riders on the Strom”

In großer Zahl am Markt verfügbare, konsequent aerodynamisch geprägte Fahrzeuge gibt es ab den 80ern. Doch wichtige theoretische Grundlagen wurden bereits vor fast 90 Jahren geschaffen, und eine Fülle von beachtenswerten Geh- und Fahrversuchen in der Ausgestaltung luftwiderstandsarmer Automobile datieren sogar auf Zeitpunkte noch vor dem letzten Weltkrieg. Von Januar bis Ende März 2009 zeichnete das Museum Prototyp in Hamburg die Entwicklung nach und hatte es dabei nicht nur geschafft, besonders seltene Meilensteine zusammenzutragen, sondern konnte zur Auftaktveranstaltung auch namhafte Referenten verpflichten, die der Thematik mehr als nur ein wenig Leben einhauchten. Die Sterntwiete nutzt diese Gelegenheit, um ein Schlaglicht auf das Thema zu setzen, und nennt hierbei auch C_w-Werte vieler Mercedes-Benz-Modelle.

Das in der Speicherstadt gelegene Museum Prototyp von Thomas König und Oliver Schmidt besitzt in der Dauerausstellung einen Schwerpunkt auf Porsche Fahrzeuge, doch für diese Sonderschau präsentierte man automobile Kostbarkeiten unterschiedlichster Hersteller. Fans der Marke Mercedes-Benz beispielsweise stießen auf die dritte Fassung des C111, den vollverkleideten W196 sowie das vermutlich letzte erhaltene Kamm-Fahrzeug, dessen Karosserie einem 170V-Chassis aufgesetzt wurde. Gern hätte man sicherlich auch den Schlör-Wagen von 1937 gezeigt, ein Prototyp auf gleicher Basis, leider ist dieses Modell seit den Wirren des Krieges verschollen. Immerhin erinnert man an diese kompromisslose Schöpfung aus Göttingen mit einem nachweis- und belastbaren Cw-Wert von nur 0.189 in der Pressemappe, um dem Druck des Vergessens entgegen zu wirken. Das praktisch erreichbare Minimum für Fahrzeuge soll bei einem Cw-Wert von ca. 0.15 liegen - Karl Schlör erzielte somit ein mehr als erstaunliches Ergebnis.
 

Der W196 mit Stromlinienkarosserie erschien zeitlich parallel zur Citroen DS - beide stammen aus dem Jahre 1955.

Das zeitliche Intervall der fast zwei Dutzend ausgestellten Exponate spannte sich von den frühen 1920ern mit dem Kleinwagen des Flugzeugkonstrukteurs Hans Grade, gelangte in die technologisch prosperierenden 30er Jahre durch den Adler Autobahnwagen und Ledwinkas Tatra 77 und schloß ab mit dem bereits genannten schwäbischen Nardo-Rekordwagen von 1978.

Event mit Extras

Zum Auftakt der Stromlinienwagen-Ausstellung am 24. Januar organisierte Kurator Martin Schröder ein Symposium, zu welchem unter anderen auch der Designer, Autor und Privatdozent Ralf Kieselbach, K.M. Hoffmann sowie Dr. Gerhard Wickern (Audi) gewonnen werden konnten. Den objektiv längsten, aber subjektiv wohl kurzweiligsten Vortrag hielt Ralf Kieselbach mit seinen Ausführungen zur "Stromlinie im Wandel der Zeiten". Bei den anwesenden 250 Besuchern hätte er vermutlich zeitlichen Überziehungskredit genossen, ist er doch im deutschsprachigen Raum der führende Autor auf diesem Gebiet. Seit Jahrzehnten auf der Suche nach Hintergrundinformationen über Modelle, Konstrukteure und Zusammenhänge lernte er einige der frühen deutschen Aerodynamik-Pioniere wie Reinhard Freiherr von Koenig-Fachsenfeld noch persönlich kennen. Und er fährt in seiner Darstellung nicht selten zweigleisig: Neben den greifbaren Dingen vergißt er nie die agierenden Menschen und weiß jedem interessierten Zuhörer eine Fülle von Anekdoten mit auf den Weg zu geben, vielfach Dinge, die sonst nirgends in gedruckter Form verfügbar sind. Kieselbach nennt als persönliche Favoriten den 52er Käfer, den Porsche 356 und ganz besonders das Tatra-Modell 87.
 

Tatra 77 bei Prototyp in Hamburg. Das spätere Modell 87 ist formal noch etwas harmonischer und erreichte einen Cw-Wert von 0.36.

Paul Jaray beispielsweise soll ein etwas "sperriger" Charakter gewesen sein, doch gingen die wichtigsten Schritte im Fluß des aerodynamischen Fortschritts auf sein Konto, wie eben die Abkehr von 1:1 aus dem Flugzeug- und Luftschiffbau entlehnten Formen. Und Edmund Rumpler wäre nach Kieselbach heutzutage etwas unterschätzt, baute er schließlich seinen Tropfenwagen schon als Mittelmotorfahrzeug, zunächst mit 6-Zylinder W-Motor, später ersetzt durch einen Vierzylinder von Benz, und wählte als hintere Radaufhängung eine selbstentworfene Pendelachse, die bei Mercedes zur Eingelenk-Pendelachse mit tiefgelegtem Drehpunkt weiterentwickelt wurde. Ein Exemplar des Tropfenwagens konnte man bei Prototyp zwar nicht als Ausstellungsstück bieten, jedoch muß er in einer solchen Betrachtung berücksichtigt werden. Ralf Kieselbach referierte anschließend noch über den Steyr 50, den Schlör-Prototypen mit seiner nachteilig großen Stirnfläche, den Hanomag Diesel Rekordwagen und vergaß dabei auch Bela Barenyi nicht zu erwähnen, der schon in den 1930er Jahren mit der Idee eines Modulautos an die Öffentlichkeit ging.
 

Das Käfer-Konzept in Frankfurter Interpretation - der Adler Autobahnwagen hatte allerdings einen 2.5-Liter Sechszylinder-Frontmotor. Viele Adler Techniker und Konstrukteure fanden später den Weg zu Daimler-Benz.

Nach den Ausführungen von K.M. Hoffmann über Art-Deco-Stilelemente am Adler Autobahnwagen erläuterte Dr. Wickern die wegweisende Merkmale am Auto-Union Typ D in der Stromlinienausführung. Ein nach ingolstädter Darstellung heute praktisch vergessener Innovationsträger - höchste Zeit also für eine Auffrischung der  Kenntnisse über das damals Erreichte, allerdings mit der Einschränkung, daß auch bei Audi eher wenige Informationen über diesen Typ vorliegen, geschweige denn ein ganzes Fahrzeug. Doch sind aerodynamische Eckwerte bekannt, die eine Messung im Zeppelin-Windkanal von Dezember 1938 lieferte. Der Typ D als Monoposto (Cw = 0.614) nahm die Bauweise heutiger Formel-1-Boliden vorweg, mit Motor direkt hinter dem Fahrer und Kraftstoff-Tanks seitlich zwischen Vorder- und Hinterachse. Das Auto in der Stromlinienausführung (Cw = 0.277) kam lediglich bei einem Rennen, und hier auch nur beim Training zum Einsatz, wobei leider beide für den Wettkampf gemeldeten Modelle wegen Unfälle ausschieden - was das dahinterstehende Konzept in seiner Bedeutung freilich nicht mindert, jedoch konnten keine öffentlichkeitswirksamen Erfolge mehr eingefahren werden. Neben den in die hinteren Radabdeckungen integrierten Heckflossen und den bei Sportwagen bis heute aktuellen Kühlluftauslässen an der Wagenfront nach oben war eine verstellbare Luftbremse geplant, für die Josef Mickl (in Porsche-Kreisen nicht unbekannter Name) ein Patent 1937 anmeldete. Sie sollte beim Typ D mit Stromlinienkarosserie Winkel von 0 bis 80 Grad einnehmen können. Insgesamt ergaben sich damit sehr gute Werte in den relevanten Bereichen Luftwiderstand, Abtrieb an beiden Achsen und natürlich, bei maximalem Anstellwinkel, eine effektive Bremswirkung. Eine mögliche Überlegenheit gegenüber den Mercedes-Silberpfeilen konnte praktisch, also auf der Rennstrecke, nicht mehr nachgewiesen werden. Ob im Hause Audi heute jemand an die Rekonstruktion eines Typ D Stromlinie denkt, davon hat aber bisher noch niemand Wind bekommen.
 

Im Fokus: Auto-Union Typ D mit Stromlinienkarosse.

Automobile Stromlinie - Einfluß durch die Luftfahrt

Die aerodynamische Gestaltung von Automobilen ist nicht unabhängig von der Geschichte der Fliegerei zu betrachten, zumindest bei denjenigen der frühen Modelle, deren Karosserie dann doch schon mehr als nur die Aufgabe eines reinen Wetterschutzes hatte. Camille Jenatzy (später Sieger des Gordon-Bennett-Cups 1903 auf Mercedes) mag sich beim Bau seines Rekordwagens von 1899 eher durch maritime Formen wie Torpedos inspiriert haben lassen,  eindeutiger wird es hingegen beim von Castagna 1913 karossierten Alfa 40-60 HP des Grafen Ricotti, der sich zweifelsfrei an Luftschiffen (Grundform: Symmetrischer Rotationskörper) orientierte. Ins Blickfeld gerieten die Windkräfte bei Fahrzeugen übrigens schon 1911, also vor 100 Jahren, durch eine Untersuchung von Prof. Alois Riedler (TH Berlin) bezüglich der Aufteilung der Fahrwiderstände in Einzelkomponenten. Das in den 1920ern ansonsten auch gern fabrizierte Bootsheck ist übrigens allein unwirksam, da sich bei damals gewöhnlicher Frontgestaltung mit freistehenden Scheinwerfern und Kotflügeln die Luftströmung frühzeitig vorn ablöst und deshalb hinten keine positive Effekte erzielt werden können.
 

Der Grade Kleinwagen war ein Zeitgenosse zum Rumpler-Tropfenwagen.

Ein Weg, der von einem Pionier aufgezeigt, aber ebenfalls nicht verfolgt werden wird, ist der Tropfenwagen von Rumpler: Im Unterschied zu vorangegangenen Ansätzen wurde als Grundform ein Flügelausschnitt gewählt. Bemerkenswert an dieser Stelle, daß Rumpler dieses Profilsegment nicht horizontal, sondern senkrecht stellte - doch ob er damit die Vermeidung von Auftrieb beabsichtigte, ist nicht bekannt. Aufgrund der damals erreichbaren Geschwindigkeiten (Rumpler-Modelle hatten 35 - 50 PS) ist dieses zwar wenig wahrscheinlich, doch führt diese Betrachtung zur Frage, was denn die eigentlichen Ziele der Aerodynamik-Pioniere waren.
 

Das Rumpler-Modell - war nicht Teil der Ausstellung und sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber gezeigt.

Die meisten Gedanken machte sich auch hier der Wiener Flugingenieur, seine Werbeanzeigen geben die entsprechenden Antworten: "[...] Kleinster Luftwiderstand - Geringste Staubentwicklung - Günstigster Brennstoffverbrauch - Niedrigster Pneumatikverschleiß - Bester Wirkungsgrad", hieß es auf Plakaten, und er zeigt mit dem letzten Stichwort auf, daß moderne Automobilisten den Blick auf das, was hinten raus kommt, richten sollten. Rumpler gab übrigens keine hohlen Parolen aus: Sein Tropfenwagen erreichte einen Cw-Wert von 0.28, überprüft im VW-Windkanal 1978. Im Vergleich geradezu ignorant zeigt sich hier der Mercedes-Benz SSK von 1928 mit seinen 0.914, und das, obwohl Rumpler eine Lizenz in Richtung Mannheim verkaufte, was einerseits zum Bau des Benz-Tropfenrennwagens führte, anderseits auch zur Übernahme der Pendelachse, die Rumpler bereits 1903 als Chefkonstrukteur der Adlerwerke erstmals erprobte.
 

Aufteilung des Fahrwiderstandes in einzelne Komponenten für heutige Fahrzeuge. Die Fahrwiderstände für Stadt- fahrten, Landstrasse und Autobahn unterscheiden sich in ihrem jeweils absoluten Wert, wurden aber der Vergleich- barkeit halber auf 100% gesetzt.

Der nächste Luftangriff auf dem Weg der Automobilaerodynamik wird dem Österreicher Paul Jaray (1889 - 1974) zugeschrieben, seines Zeichens von 1915-1923 Luftschiffkonstrukteur bei Zeppelin in Friedrichshafen. Die von Jaray neu eingebrachte Erkenntnis ist nun, daß die Verhältnisse in Bodennähe völlig andere sind als bei Flugapparaten jeder Art in größeren Höhen (man unterscheidet hier die symmetrische von der unsymmetrischen Umströmung), was ihn dazu führte, zunächst einmal halbierte Luftschiff-Formen auf die Räder zu stellen. Kurz darauf ging er aber zu Kombinationsformen über, d.h. auf eine untere, bauchige Grundform setzte er verschiedenartige Aufbauten. In der Prototyp-Ausstellung vertritt der Tatra 77 die Jaray-Form, die Nesselsdorfer Automobilbauer um Hans Ledwinka zogen offiziell eine Lizenz.
 

Luftwiderstandsleistungen in Abhängigkeit der Karosserieform bzw. des Cw-Wertes unter Annahme einer vergleichbaren Stirnfläche von A=2qm.

Richtig erfolgreich schnitt “Luftzeugmeister” Jaray allerdings nicht ab, verkaufte er doch nur wenige Rechte, so an Audi oder Dixi, ergänzt um Einzelstücke diverser Hersteller wie zwei spezielle BMW 328 (die Kennzeichnung dessen Karosserie erfolgte mit dem Emblem Lizenz Jaray), bei Mercedes-Benz den Typ 200 oder auch den 540K Sonderaufbau für die Dunlop-Reifenwerke (Anm.: Das bekanntere "Fuldamobil" von 1938 war ein Maybach). Die von ihm vorgeschlagenen Formen fanden nicht nur kaum Akzeptanz, viele empfanden sie sogar als grotesk. Der Einfluß von Jaray auf die aerodynamische Gestaltung von Automobilkarossen war unter dem Strich aber bedeutend, selbst wenn vor dem Krieg nirgends größere Stückzahlen erreicht wurden. Auch die Grundform der Citroen DS (Design Flaminio Bertoni, erschienen im Oktober 1955) ist auf Jaray zurückzuführen.
 

Beispiel für zusammengesetzte Formen: Auf einen halben Stromlinienkörper (oberes Bild), mit nun geradem Unter- boden, der nach physikalischen Gesichtspunkten nicht mehr rotationssymmetrisch wie ein Luftschiffkörper ist, wird
ein Flügelsegment, sozusagen ein Ausschnitt aus einer Tragfläche, um 90° “hochkant” aufgesetzt (unteres Bild).
Die Franzosen kehren dieser Basisform später aber den Rücken, mit dem GS von 1970 wird ein anderer Weg beschritten, den Pininfarina 1967 mit einer Studie für BMC vorzeichnete.

Kennzeichen von Jaray-Formen war immer ein spitz auslaufendes Heck, denn beabsichtigt war, daß die Strömung möglichst lange an der Karosserie anliegen sollte, was bei den sogenannten Pseudo-Stromlinienformen wie beispielsweise die des VW Käfers mit viel zu steilem Abfall des rückseitigen Karosseriebereichs nicht erreicht werden kann. Resultat ist beim Kugelporsche aus Wolfsburg deshalb auch eine Zunahme des Luftwiderstandes, der auf einen Cw-Wert von ca. 0.50 führt, den echte Jaray-Formen deutlich unterboten.
 

Das K-Heck

Vielen der Aerodynamik-Pioniere konnte man vorwerfen, daß sie einseitig den Zweck der Luftwiderstandsreduzierung verfolgten. Bei Flugzeugen unabdingbar, bei Automobilen dagegen nur eines von vielen Entwicklungszielen, gerade unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Stromlinie ihre Vorteile erst bei höheren Geschwindigkeiten ausspielt, die aber in den 1920ern und 30ern noch kaum jemand fuhr. Als nachteilig wurde neben den schlechten Sichtverhältnissen häufig auch die einfallslose Ästhetik, die wenig praktikablen Fahrzeugdimensionen und die eingeschränkte Raumausnutzung bewertet.

Es folgte ein neuer evolutionärer Step, weg vom spitzen Heck, und hin zum stumpfen Rumpf. Flugzeugbauer Dornier erkannte 1920, daß man Flügelprofile in Richtung der hinteren Kante nicht lang auslaufen lassen muß, sondern vorher abschneiden kann bei nur moderater Zunahme des Luftwiderstandes. Zu diesem Zeitpunkt war die Flugzeug-Aerodynamik in den Grundlagen schon um einiges weiter entwickelt durch Prandtls Arbeiten zu Grenzschichten 1904 und 1917. Bei Automobilen führte 1933 Walter E. Lay in Michigan Meßreihen durch, um herauszufinden, welche Front- und Heckformen man für einen günstigen Luftwiderstand kombinieren kann bzw. welche Auswirkungen Veränderungen haben. Auch hierbei gab es Hinweise für günstige Verhältnisse für den Einsatz gekürzter, rundlicher Heckformen.
 

Fulminantes Ausstellungsobjekt in Hamburg: Der Kamm K-3 auf Basis Mercedes-Benz 170V. Nicht nur die
Radkappen ziert ein Stern ... C_w-Wert 0.36, Stirnfläche 2.09 qm.

In Deutschland machten sich unabhängig voneinander Wunibald Kamm, einst junger Konstrukteur bei Daimler, und der eher als Autodidakt geltende Reinhard Freiherr von Koenig-Fachsenfeld auf zu neuen Lösungen. Während Kamm ab 1933 in seinen Vorlesungen in Stuttgart laut über ein abgeschnittenes Heck nachdachte, probierte dieses Koenig-Fachsenfeld 1935 an Omnibussen aus und konnte ein Jahr später Meßergebnisse veröffentlichen; gleichzeitig erschien Kamms Band "Das Kraftfahrzeug. Betriebsgrundlagen, Berechnung, Gestaltung und Versuch". Im Gegensatz zu Kamm meldete Koenig-Fachsenfeld aber ein Patent auf diese Idee an, welches er später auf Kamms Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren an der TH Stuttgart (FKFS) übertrug, nach Meinung einiger auf Druck der damaligen Reichsregierung.
 

Das berühmte dicke Ende: Zunächst wird die Karosserie eingezogen, d.h. im Querschnitt verjüngt, um vorteilhafte Druckverhältnisse am Karosserieende und dem sogenannten Totwassergebiet, dem Raum hinter dem Heck, zu schaffen.

Wolf-Heinrich Hucho, Herausgeber des deutschsprachigen Standardwerks zur Automobil-Aerodynamik, erläutert die Wirkungsweise des K-Hecks: "Aus der stumpfen Heckform von Lay ist [..] das Kamm-Heck entwickelt worden, welches den Vorteil größerer Kopffreiheit auf dem Rücksitz mit dem eines niedrigen Cw-Wertes verbindet. Letzteres wird dadurch erreicht, daß die Strömung zunächst möglichst lange anliegend gehalten wird, dann aber durch Abschneiden des Hecks an einer schon stark verkleinerten Querschnittsfläche zur Ablösung gebracht wird. [..] Durch das Einziehen der Karosserie zwingt man der Strömung einen Druckanstieg auf, so daß der Druck am Fahrzeugheck [..] hoch ist und damit zu einem niedrigen Cw-Wert beiträgt."

Das Kamm-Heck wies dann tatsächlich einen gangbaren Weg für die Einführung luftwiderstandsarmer Fahrzeuge; Stummel- oder Abreißheck waren regelmäßig wiederkehrende Begriffe in Autotests der 80er. Selbst das Mercedes-Benz Forschungsauto 2000 besitzt ein - vielleicht schon klassisch zu nennendes - Kammheck.

In einem Aufsatz Anfang der 1960er Jahre teilte Wunibald Kamm der Öffentlichkeit einige seiner wichtigsten Motive und Zielvorstellungen im weiten Tätigkeitsfeld des Automobilbaus mit - er schrieb unter anderem: "Schon in frühester Jungend [..] hatte ich starke und bleibende Eindrücke vom Automobil [..]. Sie beschäftigten mich so sehr, daß ich schon in jungen Jahren den Entschluß faßte, später an den Fragen zur Herstellung billiger Fahrzeuge mitzuarbeiten. [..] Der Wirtschaft kann in Zusammenarbeit mit der Forschung weiter gedient werden durch Erkundung der Wege, die bauliche Einfachheit der Fahrzeuge noch zu steigern. Neben rein strukturellen Aufgaben ist es die Vereinfachung der Funktion und die daraus resultierende Vereinfachung der Baugruppen. [..] Auf dem Gebiet der Wirtschaftlichkeit muß die heute getriebene Verschwendung von Kraftstoffen beseitigt werden. Das Kraftfahrzeug ist der größte Energieverbraucher in der Welt. Es wird aber mit einem durchschnittlich um 25% höherem Verbrauch betrieben, als er technisch erreichbar ist, weil die Fahrzeugform mit dem Luftwiderstandsbeiwert 0.39 bis 0.54 einen um 28 bis 45% zu hohen Luftwiderstand hat. Der Forschung ist es schon vor einem Vierteljahrhundert gelungen, die Ersparnismöglichkeiten bis zum Luftwiderstandsbeiwert von 0.23 bis 0.25 theoretisch und praktisch nachzuweisen."

Unverkennbar, wie Kamm sich seiner Sache Luft macht. Nach Kamms Auffassung stemmten sich die Hersteller viel zu lange gegen den Wind, und boten alternativ immer mehr Motorleistung. Das FKFS unter Führung von Prof. Kamm baute zwischen 1940 und 1944 einen großen Windkanal, der später durch Verlagerung von Hochschulinstituten und paralleler Erweiterungen des Daimler-Benz-Werksgeländes in den Besitz der schwäbischen Automobilbauer überging. Dieser Windkanal wurde 1974 modernisiert und wies anschließend einen Strömungsquerschnitt von 115 m², eine Antriebsleistung von 4 Megawatt und eine maximale Anblasgeschwindigkeit von 270 km/h auf. Die eigentliche Meßstrecke mit der Fahrzeugwaage besaß dabei eine Länge von 10 Metern.

Weitere Ausstellungsstücke

Eines der herausragenden Objekte in der Prototyp-Ausstellung war beispielsweise der Lancia Aprilia Aerodinamica von 1938, der im Hause Pininfarina gestaltet wurde und nach prominenter 1. Hand (Italiens Außenminister) in den Besitz von Otto Mathé gelangte. Mit nur 48 PS konnte man immerhin 180 km/h schnell fahren. Die weltweit bekannten Karosserieschneider bemühten sich um die Heimkehr dieses Meilensteins nach Italien, wobei man eine Vollrestauration anstrebt - einerseits verständlich, doch andererseits verliert das Auto die Fähigkeit, mehr oder weniger offensichtlich Automobil-Geschichte weiterzuerzählen; das wäre dann die matte Kehrseite der glänzenden Wiederherstellungs-Medaille.

Ehemals Teilnehmerfahrzeug der Mille Miglia 1938, nagte der Zahn der Zeit an allen Ecken und Kanten. Der Lancia
zeigt sich gänzlich unrestauriert - doch wie lange noch?

Der C111 in der dritten Fassung bildete den zeitlichen Abschluß der Stromlinienaustellung. Der Silberling aus dem Jahre 1978 ist ein kompromißlos auf Rekordjagd ausgelegtes Auto, d.h. auf Höchstgeschwindigkeit bei gleichzeitig minimierten Fahrwiderständen getrimmtes Fahrzeug. Die Karosserielänge ist ein Zugeständnis an den angestrebten, geringen Luftwiderstand, gleiches gilt für die gegenüber den C111-1 und -2 von 1969/70 reduzierte Spurbreite. Mercedes-Benz wollte aufzeigen, was drin war im Turbodiesel - es ging in Nardo um Vollgas und Haltbarkeit.
 

Die Version III - Veränderungen gegenüber den C111 in orangem Weißherbstmetallic betrafen  das längere, über
einen Hilfsrahmen abgestützte Heck, die schmalere Spur und natürlich die Abkehr vom Wankel. Bekanntlich
war der spätere Motorenchef Kurt Obländer aufgrund prinzipbedingter Nachteile kein Freund der kreisenden
Kolben.

Der C111-III war übrigens nicht allein Rekordfahrzeug, sondern nach Bruno Sacco wurde damit auch der Grundstein gelegt für die Mercedes-Benz-PKW-Designphilosophie mit - so wörtlich - "präzisen Kanten und geprägten Linien"; erstmals in Serie zu finden beim W201 von 1982. Gern stellt deshalb Mercedes-Benz auch ein anderes C111-III-Modell aus, ohne den markanten Heckflügel.

Dicke Luft

Der C111-III mit seiner auffälligen Flosse soll an dieser Stelle als Überleitung dienen für einen Blick auf die Luftkräfte und anschließend zur Frage führen, welche Aufgabe sie eigentlich besitzt.
 

Der C111-III von 1978 trägt in seinem Kleid ganz besondere Luftlinien, verfügt er doch über eine ausgefeilte Aerodynamik mit einem Cw-Wert von unter 0.2

Der Luftwiderstand ist einer der Fahrwiderstände, zu denen noch Rad-, Beschleunigungs- und Steigungswiderstand gehören. Die Berechnung erfolgt über F_L = 0.5 _* r _* C_{W *} A _* v² , es gehen also die Luftdichte r und die Anströmgeschwindigkeit im Quadrat mit ein, wobei dem Automobilkonstrukteur allerdings nur Einfluß auf den Luftwiderstandsbeiwert C_w sowie der Querschnittsfläche A verbleibt. Aufgrund der Umströmung treten am bewegten Fahrzeug nun Luftkräfte auf, dies jedoch nicht nur in Längsrichtung.
 

Körper im Luftstrom. Der Auftrieb kommt nicht allein durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse oberhalb sowie unterhalb der Tragfläche zustande, sondern auch durch den Anstellwinkel. Am Staupunkt werden die Teilchen des Mediums auf die Geschwindigkeit Null abgebremst. Der Druckmittelpunkt fällt i.d.R. nicht mit dem Schwwerpunkt
des Körpers zusammen. Löst sich die Strömung von der Oberfläche ab, bilden sich widerstandserhöhende Wirbel aus. Bei Fahrzeugen wird der Auftrieb nicht in Summe, sondern je Achse betrachtet.

In Fahrtrichtung wirkt der Luftwiderstand, doch vertikal existieren außerdem Auftriebs- und Abtriebskräfte. Fahrzeuge besitzen je nach Form unterschiedliche Auftriebswerte an den Achsen, die Ponton-Karosserie hat bei hohen Geschwindigkeiten größeren Auftrieb vorn, Fließheck-Autos eher an der "Hinterhand". Es werden durch diese Kräfte Rad- bzw. Achslasten verringert oder erhöht, bei Auftrieb erfolgt eine Entlastung, bei Abtrieb eine zusätzliche Belastung. Damit haben Luftkräfte Auswirkungen auf das Fahrverhalten und die Fahrstabilität. Gleiches gilt natürlich für Seitenwind, der ein Drehmoment um die Hochachse des Fahrzeugs zur Folge hat.
 

Bewegungen um die jeweiligen Achsen werden mit Rollen, Nicken und Gieren bezeichnet. Bei Seitenwind geht es um letzteres.

Gerade bei Betrachtung von seitlicher Anströmung muß berücksichtigt werden, wo die Kräfte ansetzen. Auftretende Luftkräfte wirken nicht auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs, sondern auf den sogenannten Druckmittelpunkt, der zumeist vor dem Schwerpunkt des Fahrzeugs liegt. Je weiter der Druckmittelpunkt nun vom Schwerpunkt (Masse) des Fahrzeugs entfernt ist, desto leichter läßt sich das Fahrzeug durch Seitenwind beeinflussen, d.h. es entsteht ein Giermoment, welches das Fahrzeug vom Wind wegdrehen will. Es hat sich herausgestellt, daß strömungsgünstige Fahrzeuge einen relativ weit vorn liegenden Druckmittelpunkt aufweisen; diesbezüglich wird der eingangs genannte Schlör-Wagen mit seiner großen und breiten Stirnfläche ein echtes Sorgenkind gewesen sein. Als Gegenmaßnahme werden Flossen am Heck empfohlen; solcherart Leitwerke besaßen bereits Kamm-Prototypen in den 1930er Jahren.
 

Wichtig für das Giermoment ist der Abstand Druckmittelpunkt zum Schwerpunkt; liegen diese dicht zusammen, ist
der Seitenwindeinfluß klein, sonst größer. Bei aerodynamisch schon recht günstigen Fahrzeug (2.v.l.) rückt der Druckmittelpunkt nach vorn (hier übertrieben dargestellt), was die Fahrstabilität bei Seitenwind deutlich nachteilig beeinflußt.

Die Seitenwindempfindlichkeit kann man auch dadurch reduzieren, daß bei weit vorn liegendem Druckmittelpunkt der Schwerpunkt des Fahrzeugs ebenfalls nach vorn verlegt wird, sofern dies konstruktiv möglich ist. Mit der Maßnahme, dem Einsatz von Heckflossen, wird die für Seitenwind wirksame Fläche des Fahrzeugs zwar größer mit dem Nachteil entsprechend höherer, aufzunehmender Seitenkräfte sowie damit verbunden einem gesteigertem Rollmoment, doch verschiebt sich eben der Druckmittelpunkt nach hinten, was der Fahrstabilität weitaus mehr zu Gute kommt. Randbemerkung: Bei den Flossen der US-Cars aus den 50ern handelt es sich ausnahmslos um reine Styling-Elemente.

Kein Thema in der Prototyp-Ausstellung, doch sicherlich wissenswerte Details für Sterntwiete-Leser. Schwierig zu bekommen sind bei alten Modellen Daten zur Stirnfläche; bei späteren Fahrzeugen ab Ende 60er kann man Annahmen treffen: Breite mal Höhe multipliziert mit 0.8 gibt eine gute Näherung.

Noch viele Wirbel um die Stromlinie

Für das Museum Prototyp wird auch weiterhin die Aerodynamik einigen Wirbel verbreiten, schließlich hat man im August 2009 einen eigenen Windkanal für Modelle betriebsbereit aufgebaut:

Austauschbare Holzmodelle helfen, die Thematik zu veranschaulichen. Hier eine Everling-Grundform.

Die Ausstellung von Stromlinienwagen hat den Begriff Stromlinie greifbar gemacht - Gedanken an die große Reise ("Gran Turismo") wurden lebendig. Welche Klangfarbe der Begriff "Stromlinie", der auf Jaray zurückgeht, im Zeitalter des beginnenden Autobahnbaus besessen haben mag, konnte man zumindest erahnen, gerade mit Blick auf zeitgenössische Illustrationen und idealisierte Darstellungen der Titelblätter vieler damaliger Magazine. Und nicht zuletzt wurde sowohl mit der Dauer- als auch der Sonderausstellung im Museum Prototyp Hamburg ein ordentliches Stück Herrenfahrer-Rennromantik geboten.

Die Ergänzung durch das Symposium zur Eröffnung setzte noch einen ganz besonderes Highlight auf den Event, den allerdings auch nur die Gäste am ersten Tag mitnehmen konnten. Denkbar für kommende Veranstaltungen wäre vielleicht, daß die Beiträge aufgezeichnet würden und dann wiederkehrend als Video-Konserve späteren Besuchern immer noch zur Verfügung stehen - damit kann man Einmaliges wiedererlebbar machen.

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