Schlagwort: Luftwiderstand

Was hat denn der Luftwiderstand mit Pinguinen zu tun? Gute Frage! Es geht dabei nicht darum, der Luft möglichst viel Widerstand entgegenzusetzen, sondern genau um das Gegenteil: Die Luft strömen zu lassen. Die Luft soll an Autos vorbei gleiten, so wie Wasser an einem Pinguin. Um das zu messen, nutzt man den sogenannten cW-Wert, den Luftwiderstandsbeiwert.

Was genau ist der cW-Wert?

Der cW-Wert gibt an, wie gut die Luft bei der Fahrt am Auto vorbei strömt. Er sagt also etwas über die Aerodynamik des Autos aus. Automobilhersteller möchten erreichen, dass dieser Wert bei ihren Fahrzeugen möglichst klein ausfällt. Warum ist es wohl gut, wenn Autos immer windschnittiger werden? Die Vorteile machen sich sowohl im Geldbeutel als auch in der Umwelt bemerkbar. Denn wenn man beim Fahren weniger Widerstand ausgesetzt ist, braucht man weniger Kraftstoff. Dadurch spart man Geld und stößt weniger Schadstoffe aus. Aber aufgepasst: Ein niedriger cW-Wert bedeutet nicht gleich, dass ein Auto mit einem geringen Luftwiderstand über die Straße fährt!

Der Pinguin als aerodynamisches Vorbild. Foto: Adobe Stock / / AngelaStolle

Was wirklich zählt: Der Gesamt-Luftwiderstand

Es gibt noch einen Faktor, der mit einberechnet werden muss – die Stirnfläche des Autos. Du kannst sie dir so vorstellen: Wenn du dich mittig vor ein Auto stellst, ist alles, was du jetzt noch siehst, die Stirnfläche. Der Gesamt-Luftwiderstand ergibt sich aus einer Formel, in welcher der cW-Wert des Fahrzeugs mit der Stirnfläche zusammen gerechnet wird. Somit muss man bei SUVs, die den gleichen cW-Wert wie eine Limousine haben, ganz genau hinsehen! Außerdem bleibt der Luftwiderstandsbeiwert nicht immer gleich, sondern steigt bei höherer Geschwindigkeit an. Gemessen wird der cW-Wert in einem künstlichen Sturm im Windkanal. Was es damit auf sich hat, kannst du hier nachlesen. 

Dieser Bereich beschreibt die Stirnfläche eines Autos. Foto: Adobe Stock / / Comauthor

Pinguin gegen Auto – wer kann besser gleiten?

Pinguine sind Spitzenreiter darin, Wasser an sich vorbei gleiten zu lassen. Mit einem cW-Wert von 0,03 stellen sie alle anderen Lebewesen und Fahrzeuge in den Schatten. Automobilhersteller machen sich dieses Phänomen zunutze und versuchen ihren Autos eine Form zu geben, die Pinguinen ähnelt. Mit dem Elektroauto Vision EQXX wurde nun ein neuer Meilenstein erreicht:  Der cW-Wert dieses Modells beträgt gerade einmal 0,17! Immer noch mehr als bei einem Pinguin, aber für ein Auto ganz schön gering. Dieser niedrige Luftwiderstandsbeiwert sorgt dafür, dass die Batterie in einem Elektroauto noch besser ausgenutzt wird, da weniger Energie verloren geht.

Der cW-Wert des Vision EQXX beträgt 0,17.  Foto: Mercedes-Benz Group AG

Ob wir in unseren Autos wohl auch irgendwann so elegant über die Straße gleiten werden wie Pinguine durch das Wasser? Die Zeichen stehen gut! Zukünftig könnte so die Reichweite von Elektroautos erhöht werden, ohne dass dafür größere Batterien benötigt werden.

Beitragsfoto: Adobe Stock  / / Herraez

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Oktober 2022

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In diesen Artikeln erfährst du noch mehr zu den Themen „Aerodynamik” und „Bionik”:

Ein Windkanal? Davon hast du bestimmt schon einmal gehört. Nicht jeder denkt dabei aber sofort an Autos. Dabei ist es äußerst wichtig, die Strömungseigenschaften eines Fahrzeugs zu überprüfen. In unserem Blogbeitrag erklären wir dir, was Windkanäle sind, wozu man sie braucht und warum sie für Autoherstellende so wichtig sind.

Windkanal – was genau ist das?

Bevor ein neues Automodell wirklich auf der Straße gefahren werden darf, muss es der Hersteller in einem Windkanal auf aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften testen. Was diese komischen Begriffe bedeuten? Ganz einfach: Bei der Aerodynamik misst man die Luftströmung und den Luftwiderstand eines Autos. Mehr Luftwiderstand bedeutet unter anderem einen höheren Spritverbrauch und bremst das Auto bei hoher Geschwindigkeit aus. Mit der Aeroakustik untersucht man die Geräusche, die der Fahrtwind an verschiedenen Autoteilen verursacht.
In einem Windkanal kann außerdem getestet werden, wie sich unterschiedliches Klima auf ein Auto auswirkt oder ob die Anbauteile bei hohem Fahrtwind stabil bleiben. Kennst du schon unser Kinderreporter-Video mit Emma und Nick im Klimakanal? Da haben die beiden innerhalb von kürzester Zeit heiße Sommertemperaturen sowie klirrende Kälte erlebt. Schau mal rein!

Wie funktioniert ein Windkanal?

Windkanäle können verschieden aufgebaut sein. Man entscheidet vor allem zwischen dem offenen und dem geschlossenen Windkanal. Bei einem offenen saugt eine Düse die Luft von  draußen in das Gebäude, bläst sie über das Auto und anschließend wieder aus dem Windkanal hinaus. Bei einem geschlossenen Windkanal wird die Luft im Kanal behalten und wie in einem Kreislauf immer wieder über das Auto geblasen.
Damit die Ingenieurinnen und Ingenieure erkennen, wie die Luft um das Auto fließt, wird Rauch oder Nebel in den Luftstrom gemischt. Außerdem kann Ruß oder Farbe dabei helfen, die Luftströmung sichtbar zu machen.

Welche Arten von Windkanälen gibt es?

Neben dem Aerodynamik- und Aeroakustik-Windkanal gibt es noch weitere Windkanäle: In einem Klimawindkanal kann man überprüfen, wie ein Auto auf extreme Kälte oder Hitze reagiert. Schließlich sollte so ein Fahrzeug überall auf der Welt einsatzfähig sein. Die aerodynamischen Eigenschaften von Raketen oder Düsenjets testet man in Überschall- beziehungsweise Hyperschall-Windkanälen. Dort werden Strömungen mit extremer Geschwindigkeit erzeugt.
Wie du gelernt hast, muss ein neues Automodell vor dem Verkauf einige Tests bestehen. Der Windkanal gehört dabei mit zu den wichtigsten, schließlich möchte keine Autofahrerin oder Autofahrer ein Fahrzeug besitzen mit unnötig hohem Spritverbrauch. Und laute Geräusche bei hohem Fahrtwind nerven bestimmt nicht nur deine Eltern, wenn sie das Auto fahren, sondern auch dich auf dem Rücksitz.

Ein Auto wird in einem Klimawindkanal getestet
Ein Auto wurde gerade in einem Klimawindkanal auf extrem kalte Temperaturen getestet. Bild: Mercedes-Benz Group AG

 

Beitragsfoto: Mercedes-Benz Group AG

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Dezember 2019

Wenn du deine Hand erst senkrecht und dann waagrecht unter einen Wasserstrahl hältst, verstehst du, was Aerodynamik ist. Das Wasser fließt um deine Hand jedes Mal auf eine andere Art und Weise. Und jetzt stell dir vor, das Wasser wäre Luft. Das „Umfließen“ deiner Hand wird als Aerodynamik bezeichnet. In der Aerodynamik geht es nämlich hauptsächlich um das Umströmen von Körpern durch Luft. Je nachdem, wie groß der Körper ist, welche Form er hat oder wie die Oberfläche beschaffen ist, kann die Aerodynamik anders sein. Das zu untersuchen, kann hilfreich sein, wenn es um Schnelligkeit bei der Fortbewegung eines Körpers geht.

Aerodynamik ist spritsparend

Um spritsparende Autos zu bauen, ist die Aerodynamik für Automobilherstellende sehr wichtig. Im besten Fall haben Fahrzeuge eine liegende Regentropfenform. Kannst du dir das vorstellen? So könnten die Autos nämlich am effizientesten genutzt werden und würden am wenigsten CO2 ausstoßen. Dass so ein Auto nicht gerade praktisch wäre, kannst du dir vielleicht denken. Der Kofferraum wäre nämlich ganz spitz.

Die Aufgabe der Konstruierenden bei der Mercedes-Benz Group AG ist es, einen Kompromiss zwischen der Effektivität, dem Design und der Nutzbarkeit der Autos zu finden. Dafür ist eine Menge Forschung notwendig.

Hier geht’s stürmisch zu

Mercedes-Benz testet die Aerodynamik seiner Autos in sogenannten Windkanälen. Dort kann der Luftwiderstand und der Strömungsverlauf optimal dargestellt werden. Zwischen einer leichten Brise und einem richtigen Orkan liegen im Mercedes-Benz Windkanal nur wenige Augenblicke und Knopfdrücke. Cool, oder?

Das hat seine Vorteile: Ingenieurinnen und Ingenieure können neue Fahrzeuge mithilfe des Windkanals bereits in der Entwicklungsphase testen und optimieren. Hier wird schon früh geprüft, welche Kräfte auf den umströmten Körper wirken. Außerdem wird getestet, wie man die Kräfte durch kleine Änderungen an der Oberfläche der Autos optimieren kann.

Klassiker auf dem Prüfstand

Die Mercedes-Benz Group AG testet in seinem Windkanal vor allem Autos, die noch entwickelt werden. Das macht auch Sinn, denn so kann auf die Entwicklung noch Einfluss genommen werden.

Messung im Windkanal.
Windkanalmessungen von Mercedes-Benz Klassikern

Historische Automobile sind eher seltene Gäste im Klima-Windkanal, denn ihre Entwicklung ist schon lange abgeschlossen. Die Mercedes-Benz Group AG hat interessehalber dennoch zwei alte Modelle im werkseigenen Kanal in Stuttgart Untertürkheim testen lassen. Die Aerodynamik von zwei Sportwagen aus dem Jahr 1952 und 1954 wurde verglichen mit der des sportlich-luxuriösen Reisewagen 300 S aus dem Jahr 1951. Die Testergebnisse zeigen, dass sich Ingenieure bereits vor über 70 Jahren Gedanken um Aerodynamik gemacht haben. Schon damals bemühten sie sich die sportlichen Autos möglichst windschnittig zu konstruieren.

Windschnittig ist cool

Viele Ingenieurinnen und Ingenieure haben sich in den vergangenen Jahren den Kopf darüber zerbrochen, wie Autos möglichst spritsparend gebaut werden können. Dabei gilt es stets drei wesentliche Punkte zu optimieren: Das Gewicht – denn je leichter das Fahrzeug, desto energiesparender und emissionsfreier fährt es. Der Rollwiderstand. Und der Luftwiderstand. Nachdem sich die Autobauende vor allem auf die ersten beiden Aspekte konzentriert haben, rückt nun die Aerodynamik wieder mehr in den Vordergrund.

Der Mercedes-Benz C250 AMG.
Ein besonders windschnittiges Auto von Mercedes: Der C250 AMG

Gut für die Umwelt

Dass man sich überhaupt immer wieder bemüht den Luftwiderstand am Fahrzeug zu verringern, hat seine Gründe: Je windschnittiger das Auto, desto weniger Kraft muss der Motor zum Fahren aufbringen und desto geringer ist der Verbrauch und die CO2-Emission des Autos. Die Umwelt bedankt sich!

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: März 2017

Bilder: Mercedes-Benz Group AG