• Widerstand ist zwecklos.

  • Widerstand ist zwecklos.

    • 16. September 2015
    • Mobilitätskonzepte
    • Fotos: Daimler
    • Text: Alexandra Knaupp

    Intelligent Aerodynamic Automobil (IAA), die neue Konzeptstudie von Mercedes-Benz senkt ihren Strömungswiderstand drastisch, indem sie sich ab Tempo 80 transformiert.

    Bei der Entwicklung eines neuen Automobils verfolgen Designer und Aerodynamiker bisweilen konkurrierende Ziele: Nicht jede aerodynamische Optimierung ist unbedingt der Optik zuträglich – und umgekehrt ist „schön“ leider nicht automatisch „schön windschlüpfig“. Je kleiner die cw-Werte werden, desto schwieriger die aerodynamische Optimierung: „Wir kommen langsam an eine asymptotische Grenze heran, wenn wir die Autos nicht dramatisch in ihrem Aussehen verändern, also z. B. deutlich länger und glatter machen und mit schmalen Hecks und schmalen Rädern ausstatten wollen“, erläutert Dr. Teddy Woll, der seit April 1999 die Abteilung Aerodynamik/Windkanäle der Daimler AG leitet.

    ZWEI AUTOS IN EINEM

    Das Concept Car IAA, das auf der IAA in Frankfurt seine Weltpremiere erlebt, überwindet diesen Zielkonflikt, indem es zwei Autos in einem vereint. Ab einer Geschwindigkeit von 80 km/h schaltet es automatisch vom Design-Modus in den Aerodynamik-Modus. Durch zahlreiche aktive Aerodynamik-Maßnahmen verändert das Konzeptauto dabei seine Gestalt – aus dem viertürigen Coupé wird ein aerodynamischer Weltrekordler.

    Im Zuge der Verwandlung sinkt der cw-Wert von 0,25 auf 0,19 – ein neuer Weltrekord für einen Viertürer. „Mit intelligenten Innovationen löst das ‚Concept Car IAA‘ den Zielkonflikt von Funktion und Ästhetik“, so Prof. Dr. Thomas Weber, Daimler-Vorstand für Konzernforschung und Leiter Mercedes-Benz Cars Entwicklung.

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    Wie viele aerodynamisch optimierte Renn- und Rekordwagen in der langjährigen Tradition von Mercedes-Benz zuvor gibt die Studie Hinweise, wie und wo aerodynamische Optimierungen in der Serie noch möglich wären. Woll: „Natürlich setzen wir bei einem Konzeptauto wie dem ‚Concept Car IAA‘ auch Ideen um, die noch nicht serienreif sind. Das ‚Concept Car IAA‘ soll die Vision vermitteln, dass die Transformation der Außenform bei zukünftigen Mercedes-Fahrzeugen ein Weg sein könnte, unsere heute schon sehr guten cw-Werte noch weiter zu senken.“

    TRANSFORMATION SCHLÄGT LEICHTBAU

    Denn vom Ringen der Aerodynamiker um Tausendstel im Windkanal profitieren Mercedes Fahrer im Rahmen der ‚Real Life Efficiency’-Strategie. Woll: „Die Rechnung ist ganz einfach: Gelingt es, den cw-Wert um zehn Tausendstel zu senken, sinkt der Kraftstoffverbrauch im Kundenmittel um ein zehntel Liter, bei ganz schnellem Autobahntempo um bis zu 0,4 Liter je 100 Kilometer. Um diesen Spareffekt durch Leichtbaumaßnahmen zu erzielen, müsste man die Autos um mindestens 35 Kilogramm abspecken.“

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    Und das sind die aktiven Aerodynamik-Maßnahmen in der Übersicht:

    ·        Am spektakulärsten ist die ausfahrbare Heckverlängerung im „Boat-Tail“-Design. Zugleich hat diese Modifikation den größten Einfluss auf die Verbesserung des cw-Werts. Zusammen mit dem Diffusor sorgt die Verlängerung um bis zu 390 Millimeter dafür, dass die Strömung weiter eingezogen wird und sich hinter dem Fahrzeugheck ein wesentlich kleineres Nachlaufgebiet ausbildet. Dadurch wird der Luftwiderstand erheblich reduziert. Die Heckverlängerung besteht aus acht CFK-Segmenten in Sandwich-Bauweise, die ausgefahren einen geschlossenen Ring ergeben.

    ·        Vom sportlichen 5-Speichen-Rad zum aerodynamisch vorbildlichen, vollflächigen Scheibenrad – diese optische Wandlung gelingt den Aktiven Felgen. Mit Hilfe der Fliehkraft reduzieren sie ihre Schüsselung von 55 auf 0 Millimeter.

    ·        Im vorderen Stoßfänger sitzen seitlich vor den Radkästen Klappen, die sogenannten Frontflaps. Im Aerodynamik-Modus fahren sie 25 Millimeter nach außen und 20 nach hinten bis zur Hinterkante der Radsichel. Dadurch wird die Anströmung der Räder beziehungsweise die Überströmung der vorderen Radhäuser erheblich verbessert.

    ·        An der Vorderseite des Stoßfängers befindet sich unten eine Lamelle. Sie fährt 60 Millimeter nach hinten und verbessert das Einströmen in den Unterboden.

    Hinzu kommen zahlreiche weitere aerodynamische Optimierungen wie außenbündige Scheiben, Verzicht auf Türöffner, Tieferlegung, umfangreiche Unterbodenverkleidung sowie regelbare Kühlermaskenjalousie.

    Viel Wirbel um den Wind also, doch das Ergebnis überzeugt: Mit ihrer dynamischen Grundform („drop shape“), der puristisch-eleganten Gesamtgestaltung sowie den zahlreichen technischen Innovationen ist die viertürige Coupé-Limousine „eine Symbiose aus begehrenswerten Formen, die intelligent Aerodynamik inszenieren“, so Gorden Wagener, Leiter Design.

    Industrie 4.0

    Design und aerodynamische Formgebung des „Concept IAA“ wären ohne konsequente digitale Vernetzung der beiden Fachbereiche nicht möglich gewesen. So wurde die Aerodynamik mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation entwickelt. In rund einer Million Stunden simulierten die Aerodynamik-Experten von Mercedes-Benz den Strömungsverlauf und rechneten dabei rund 300 Varianten durch. Dieser Aufwand entspricht in etwa der Entwicklung eines Serienmodells.

    Der Aeroakustik-Windkanal

    Mercedes-Benz verfügt über einen der modernsten Aeroakustik-Windkanäle der Automobilindustrie. Im September 2013 in Betrieb genommen, ist er neben den Simulationsprogrammen am Computer das wichtigste Werkzeug der Aerodynamiker im Kampf gegen Luftwiderstand und Windgeräusche. Der Windkanal besitzt ein Fünf-Band-System zur Simulation der Straße: Unter jedem Rad läuft ein kleines Laufband und zwischen den Rädern ein Mittenlaufband. Alle fünf Bänder laufen synchron mit dem Wind und stellen damit exakt die gleichen Bedingungen wie auf der Straße dar. Eine Drehscheibe ermöglicht es, dass die zu messenden Fahrzeuge auch unter einem Winkel angeströmt werden.

    Hier die wichtigsten technische Daten des Windkanals:

    · Durchmesser des Gebläses: 18 Meter

    · Düsenfläche: 28 m2

    · Zahl der Laufschaufeln: 18

    · Max. Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors: 202.150 Nm

    · Max. Windgeschwindigkeit: 265 km/h

    · Länge der Messstrecke: 19 Meter

    · Gewicht des Laufband-Waage-Systems mit Drehscheibe: 90 Tonnen

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