Die Aerodynamik eines Fahrzeuges macht Autos schneller, leiser, sparsamer und somit auch umweltfreundlicher. So stellt sich für die Ingenieure und Designer bei Volkswagen bei jedem neuen Fahrzeugmodell auch die Frage: Wie kann man die Windschnittigkeit weiter verbessern? Dabei steht nicht nur die Karosserie im Blickpunkt, sondern auch viele weitere Details, die den Luftwiderstand reduzieren.
Die Natur macht es vor: Als Vorbilder mit niedrigstem Strömungswiderstand gelten Delphin und Pinguin mit ihren langen Körpern und langgezogenen Körperverdickungen. Der Wassertropfen ist in Sachen Aerodynamik nicht zu übertrumpfen, denn seine Form wird im freien Fall von den Widerstandskräften gebildet.
Früher waren es vor allem die Flugzeugingenieure, die sich intensiv mit dem Thema Windschnittigkeit beschäftigten. Dann eroberte das Thema die Straße: Im Fahrzeugbau besaß der Rumpler-Tropfenwagen, der 1921 auf der Deutschen Automobilausstellung in Berlin präsentiert wurde, die Idealform im Grundriss – dies wurde mehr als 50 Jahre später bei einem Test im Windkanal des Volkswagenwerkes Wolfsburg ermittelt.
Starker Gegenwind bremst nun einmal – dies hat schon jeder Sportler erlebt, der bei starkem Gegenwind gejoggt ist. Der Läufer muss deutlich mehr Kraft aufwenden, um vorwärts zu kommen. Auch ein Auto verdrängt während der Fahrt ständig Luft. Ca. 70 Prozent beträgt der Anteil des Luftwiderstandes am Gesamtwiderstand eines PKWs auf der Autobahn. Auf der Landstraße liegt der Wert bei Geschwindigkeiten bis 100 km/h bei immer noch ca. 45 Prozent, in der Stadt bei ca. 11 Prozent. Steigender Luftwiderstand ruft beim Auto mehr Motorleistung ab – und das bedeutet: mehr Verbrauch, mehr CO2-Ausstoß.
Denn die entscheidende Formel zur Berechnung des Luftwiderstandes lautet: Luftwiderstand = Fahrzeuggeschwindigkeit zum Quadrat x Stirnfläche x cw-Wert x ½ Luftdichte. Und wegen des Quadrates schlägt die Geschwindigkeit auch stark zu Buche. Weitere maßgebliche Faktoren in dieser Formel sind die Stirnfläche, also die Größe des Fahrzeugs, die es dem Wind entgegen stelltnd der cw-Wert.
Richtige Bauteile – weniger Luftwiderstand
Der cw-Wert ist der Luftwiderstandsbeiwert.Er wird mit Hilfe von komplexen Simulationen und in der Praxis im Windkanal ermittelt und kennzeichnet die aerodynamische Qualität eines Fahrzeugs. Als Faustformel für die windschnittige Formgebung gilt: „Länge läuft“. Mit einer größeren Limousine wie dem Volkswagen CC sind in der Regel bessere cw-Werte erreichbar als mit einem kurzen, kompakten Fahrzeug wie dem up!. Die Optimierung des gesamten Fahrzeugs zu einer möglichst guten Aerodynamik und damit zu einem möglichst niedrigen cw-Wert ist eine enorme Ingenieuraufgabe, bei der unzählige Details beachtet werden. Denn auch diese tragen dazu bei, den Verbrauch zu reduzieren.
Fünf bis 15 Prozent des Luftwiderstands können durch zusätzliche Hilfsmittel an der eh schon optimierten Heckpartie reduziert werden. Beispiel: Polo BlueMotion. Der Dachkantenspoiler verringert den Unterdruck am Heck. Er reduziert den Kraftaufwand beim Fahren – und den Verbrauch. Beim Polo BlueMotion ist zudem der Kühlergrill geschlossen, die Luft umströmt die Fahrzeugfront. Aber auch der Unterboden der BlueMotion-Modelle wurde beachtet. Verkleidungen verhindern störende Luftverwirbelungen an Bauteilen. Alleine die akribische Gestaltung aller luftdurchströmten Teile kann nach einer Studie von Volkswagen fünf bis zehn Prozent des Luftwiderstandes einsparen. Die Neigung der Frontscheibe, das Abschlussprofil der Seitenscheiben und die Reifengröße bieten weitere Einsparpotenziale. Die geringen Spalt- und Fugenmaße eines Volkswagens begünstigen ebenfalls einen niedrigen Luftwiderstand. Eines darf bei der Jagd nach einem minimalen cw-Wert jedoch nicht vergessen werden: Design, Nutzwert und technische Funktion dürfen dabei nicht zu kurz kommen, sondern müssen Volkswagen-typisch höchstes Niveau behalten. So liegen die cw-Werte der aktuellen Modelle im Bereich von 0,27 (Passat BlueMotion) bis 0,38 (Beetle).
Feinschliff wider den Luftwiderstand
Stichwort Feinschliff: Gerade innovative Detaillösungen lassen noch Spielräume auf der Suche nach einer noch perfekteren Aerodynamik. Ein Beispiel: Ein kleiner Spoiler auf dem Frontscheibenwischer. Denn Scheibenwischer unterbrechen trotz optimierter Form die glatte Oberfläche der Frontscheibe – so erhöht sich der Luftwiderstand. Die geschwungene Kante lenkt den Luftstrom bei der Fahrt geradlinig über den Minispoiler und erhöht darüber hinaus den Anpressdruck auf der Scheibe.
Praktische Antworten gibt der Klima-/Windkanal, in dem die Autos von Volkswagen nicht nur Wind bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten sondern mit Regen, Nebel und Kälte weiteren Natureinflüssen ausgesetzt werden. Dieser Hightech-Testbereich, in dem Windgeschwindigkeiten von bis zu 200 Kilometer pro Stunde herrschen, ermöglicht Detailarbeit auf dem Feld der Strömungsoptimierung. So sammeln die Karosserien heute nicht mehr den Schmutz der Straße. Deshalb bleiben auch weiße Fahrzeuge ansehnlich. Auch bei Regen sind die Seitenspiegel gut abzulesen und die Scheibenwischer rubbbeln und quietschen nicht mehr, so dass man auch bei hohen Geschwindigkeiten in Golf, Touareg und Sharan leise und komfortabel unterwegs ist.
Verantwortung übernehmen
Bedeuten gute aerodynamische Werte automatisch geringen Kraftstoffverbrauch? Nur wenn der Fahrer seinen Teil zum Spritsparen beiträgt. Offene Fenster, Schiebedächer und Cabrio-Verdecke erhöhen den Verbrauch. Ein unnötiger Einsatz der Klimaanlage kann bis zu 0,5 Liter Sprit mehr verbrauchen. Eine der größten Spritfresser sind Dach- und Heckgepäckträger, die Mehrverbräuche von bis zu 1,5 Liter Sprit auf 100 Kilometer hervorrufen können.
Der Volkswagen XL1:cw-Wert 0,186
Die Studie Volkswagen XL1 zeigt, was im Automobil hinsichtlich der Aerodynamik möglich ist. Die gesamte Gestaltung des 1-Liter-Autos wurde kompromisslos den Gesetzen der Aerodynamik unterworfen. Vorne breit, nach hinten immer schmaler. Kurzum: Die Form gleicht – von oben betrachtet – der des Delphins.
Ein weiterer wichtiger Punkt, der die Windschnittigkeit des XL1 erhöht, sind verkleidete und mit kleinen Spoilern versehene hintere Räder, die die Luftströmung optimieren. Zudem fehlt ein Kühlergrill, ohne dass dabei das aktuelle Volkswagen Design aus den Augen verloren wird. Und Außenspiegel sucht man bei der XL1-Studie vergebens – in den Flügeltüren befinden sich kleine Kameras, die den Raum nach hinten im Fahrzeuginneren auf Anzeigen wiedergeben.
Infolge dieser Perfektion im Detail erreicht der Volkswagen XL1 einen cw-Wert von nur 0,186! Zusammen mit seiner Hightech-Leichtbauweise, einem Plug-In-Hybridantrieb, bestehend aus TDI- und Elektromotor, hat der Zweisitzer einen Verbrauch von nur 0,9 Liter auf 100 Kilometer. Und der CO2-Ausstoß beträgt damit lediglich 24 Gramm pro Kilometer. Mit diesen Werten ist der XL1 das effizienteste Auto der Welt.
Der XL1 gibt zahlreiche Beispiele dafür, welche Details bei Serienfahrzeugen zukünftig noch zu optimieren sind. Mit dem Ziel, die nächsten Modelle noch aerodynamischer, noch sparsamer und weiterhin nachhaltiger zu gestalten.
