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Die Renaissance des Langhecks

Erstellt am 7. August 2016
, Leselänge 4min
Text:
Martin Schröder
Fotos:
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Stromlinie - der Kampf gegen das unsichtbare Element
Jamais Contente  (1899) - frühes Rekordfahrzeug mit aerodynamischem Aufbau
Rumpler Tropfen-Auto (1921)
Rumpler Tropfenwagen (1922) - im Verkehrszentrum des Deutschen Museums
Rumpler Tropfenwagen (1921) - wird am ASC Jubiläumskorso von 1925 stolz als "Neuer" vorgezeigt

Freiherr Reinhard Koenig-Fachsenfeld und Wunibald Kamm, Leiter des FKFS (Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart), waren es,  die unabhängig und mehr oder weniger zeitgleich Anfang der dreißiger Jahre herausgefunden hatten, dass „Es nicht darauf ankommt, den Körper hinten ganz spitz zu machen, als darauf, dass er an der Stelle, an der die Ablösung der Strömung erfolgt, einen möglichst kleinen Querschnitt besitzt, und dass bis dorthin sanfte Verjüngung angewandt wird.“ (Quelle: Wunibald Kamm „Das Kraftfahrzeug“, 1936)

Bild Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck

Die für unser heutiges Ohr etwas umständlich formulierten Anforderungen an eine aerodynamisch optimierte Heckgestaltung sind bei der 2015 auf der IAA gezeigten Concept-Studie von Mercedes-Benz in geradezu wörtlichem Sinn umgesetzt worden. Der Fahrzeugkörper „verjüngt“ sich nach hinten, sprich, die Karosserie wird schmaler und fällt von der Mitte des Körpers nach hinten ab. Und das so stark, dass das Dach für die Fondpassagiere zwei kleine Ausbuchtungen (Double Bubble) bekommen musste.

Was aber hat es mit der eigenartigen Heckverlängerung auf sich? Dazu Mercedes in der Pressemeldung: „Die um bis zu 390 Millimeter ausfahrbare Heckverlängerung sorgt im Zusammenspiel mit dem Diffusor 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 im „Boat-Tail“-Design besteht aus acht Segmenten aus CFK in Sandwich-Bauweise, die geschlossen einen Ring ergeben.“

Zugegeben, auch dieser Text ist nicht viel verständlicher als der von 1936. Erkennbar ist allerdings, dass es um die Reduzierung des Luftwiderstands des straßengebundenen Automobils geht und dass dieser, der Luftwiderstand, mit der Heckgestaltung zu tun haben muss.

Schauen wir uns also die drei Termini Heckverlängerung, Boat-Tail und Diffusor im Mercedes-Text etwas genauer an und gehen zurück zu Koenig-Fachsenfeld und seinen Skizzen im Patent DRP 74 31 15 von 1936, so erkennen wir die Heckverlängerung im Bild 1 als das für das Anliegen der Luftströmung ideale Langheck und den Diffusor als leicht ansteigenden Unterboden im Heckbereich in den Bildern 1 und 2. Das nach hinten abfallende Dach und die Verjüngung der Karosserie nach hinten werden in allen drei Abbildungen deutlich.

Bild Stromlinie - der Kampf gegen das unsichtbare Element
Stromlinie - der Kampf gegen das unsichtbare Element

Stromlinie, aus der Strömungslehre abgeleiteter Begriff, beschreibt das Verhalten und die Kräfte des Mediums Luft um einen umströmten Körper. Diese Kräfte – vulgo der Luftwiderstand - sind umso geringer, je weniger sie an der Oberfläche des Körpers abreißen. Als Ideal hat sich die Tropfenform herausgestellt.

Den Tropfen kann an nun sowohl in der Vertikalen als auch in der Horizontalen halbieren und erhält in Fall eins die Lösung von Rumpler:

Bild Rumpler Tropfen-Auto (1921)
Rumpler Tropfen-Auto (1921)

Im Fall zwei erhält man die Lösung wie in einem Kleinrennwagen von Koenig-Fachsenfeld exemplarisch realisiert.

Bild Stromliniensudie  (1935) - Seitenansicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld
Stromliniensudie (1935) - Seitenansicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld

Das lang nach hinten auslaufende Heck hat sich sowohl im Windkanal als auch im Straßenbetrieb im Hinblick auf den Luftwiderstand als das Optimum herausgestellt.

Bild Stromliniensudie  (1935) - Aufsicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld
Stromliniensudie (1935) - Aufsicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld

Allerdings mit den gravierenden Nachteilen der eingeschränkten Manövrierfähigkeit, des nur eingeschränkt nutzbaren Raums in der auslaufenden Heckspitze und schließlich der schlechten Sicht nach hinten.

Trotzdem gab es bereits in den dreißiger Jahren Stromlinienfahrzeuge mit langem Heck, deren bekanntester Vertreter wohl Hans Ledwinkas ab 1934 in Serie gebauter Tatra 77 war, dessen Karosserie von Erich Übelacker stammte.

Bild Tatra 77 (1934) - mit Heckfinne zur Stabilisierung des Geradeauslaufs und ansteigendem Unterboden im Heckbereich (Diffusor)
Tatra 77 (1934) - mit Heckfinne zur Stabilisierung des Geradeauslaufs und ansteigendem Unterboden im Heckbereich (Diffusor)

Die oben geschilderten Nachteile des idealen Langhecks konnten bei Renn- und Sportfahrzeugen selbstverständlich vernachlässigt werden, da es hier ausschließlich um den Sieg mit optimal auf die Rennstrecke angepassten Fahrzeugen ging. Als frühe Beispiele sollen hier drei Rennwagen aus den Zwanziger-, Dreißiger- und Sechzigerjahren gezeigt werden.

Bild Bugatti Typ 30 (1920) - Ferdinand Porsche inspiziert den Bugatti mit Langheck
Bugatti Typ 30 (1920) - Ferdinand Porsche inspiziert den Bugatti mit Langheck

Von Ferdinand Porsche wird kolportiert, dass man mit den Augen stehlen dürfe. (Im Kunstbereich spricht man von „beeinflusst“.) Und wenn wir uns die Langheck-Ausführung des Auto Union Rekordwagens von 1935 ansehen, dann ist die Ähnlichkeit zu diesem Bugatti nicht zu übersehen.

Bild Auto Union Typ A (1935) - mit Stromlinienkarosserie für Rekordfahrten
Auto Union Typ A (1935) - mit Stromlinienkarosserie für Rekordfahrten

Als nächstes Beispiel zeigen wir den Porsche 906-Langhecks von 1967, der immer noch eine gewisse Familienähnlichkeit mit seinen Vorläufern aufweist.

Bild Porsche 906 Langheck (1967) - Langheckversion des Mittelmotorsportwagens mit Rico Steinemann am Steuer
Porsche 906 Langheck (1967) - Langheckversion des Mittelmotorsportwagens mit Rico Steinemann am Steuer

Insbesondere weist der Mittelmotor-Porsche eine starke Ähnlichkeit mit der Mercedes Concept-Studie von 2015 auf, wie auf dem folgenden Foto aus dem Windkanal von Mercedes gut zu erkennen ist

Bild Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck

Was zeigt Mercedes mit dieser Studie? Nichts weniger, als dass durch die Verlängerung des Heckausläufers in Verbindung mit dem Heckdiffusor der Luftwiderstandsbeiwert (auch Cw-Wert genannt) von ursprünglich 0,25 auf 0,19 abgesenkt werden konnte. (Dazu muss gesagt werden, dass weitere Maßnahmen getroffen wurden, die in diesem Zusammenhang außer Acht gelassen werden sollen.) Die Reduzierung des Cw-Werts ergibt bei der  Stirnfläche von 2,16 m² und Tempo 100 km/h einen halben Liter und bei Tempo 200 km/h 2,5 Liter Minderverbrauch.

Bild Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck

Um auch einen Vorläufer des „ausfahrbaren“ Langhecks und gleichzeitig das im Pressetext angesprochene „Boat-Tail-Heck“ zu zeigen, sei noch der Sunbeam Bluebird von 1920 mit abnehmbarer Heckspitze erwähnt.

Bild Sunbeam V12 Bluebird (1920) - mit ausgeprägtem Langheck
Sunbeam V12 Bluebird (1920) - mit ausgeprägtem Langheck

Wie man an unserem Ausflug in die Geschichte der „Aerodynamik des Kraftfahrzeugs“ sieht, sind die Optimierungsmaßnahmen der Concept-Studie nichts grundlegend Neues und man könnte sie mit dem Satz „Alles schon dagewesen“ leicht abtun. Das allerdings wäre leichtfertig, denn die Naturgesetze und damit auch die Gesetzte der Aerodynamik existieren unabhängig vom Vorhandensein des Automobils – siehe Vogelflug.

Was hat Mercedes also gemacht? Nun, die älteste Automobilfabrik hat mit der Technologie des 21. Jahrhunderts den Kampf gegen das unsichtbare Element fortgeführt und die am Beginn dieses Artikels geschilderten Nachteile des Langhecks durch das sensorgesteuerte Ausfahren der Heckelemente umgangen.

Geringerer Cw-Wert bedeutet geringeren Luftwiderstand, das wiederum ergibt bei gegebener Geschwindigkeit einen geringeren Spritverbrauch oder, für die Zukunft,  eine größere Reichweite für das elektrisch angetriebene Fahrzeug. Nicht schlecht!

Verwendete Fachliteratur:

  • Koenig-Fachsenfeld: Aerodynamik des Kraftfahrzeugs (Band I-II)
  • J. Polthoff, I.C. Schmid: Wunibald I.E.Kamm - Wegbereiter der modernen Kraftfahrtechnik

Bilder zu diesem Artikel

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Bild Persu  (1920) - aerodynamisches Langheck
Bild Kamm-Wagen  (1938) - aerodynamische Limousine mit Kamm-Heck
Bild Schlörwagen  (1938) - Seitenansicht
Bild Schlörwagen  (1939) - vom Deutschen Weltraumzentrum Plllbug
Bild Stromliniensudie  (1935) - Seitenansicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld
Quelle:
Logo Quelle
von wh******
24.12.2019 (20:33)
Antworten
Eine interessante Ergaenzung zu diesem Artickel koennen Sie hier lesen: https://slate.com/technology/2015/03/mercedes-benz-bionic-car-boxfish-stability-and-agility-paradox-finally-solved.html
von he******
07.12.2019 (23:58)
Antworten
Witzig sind die Fotos aus der Frühzeit der Rennwagen, wo man sich bemühte, der Karosserie ein wenig Stromlinienform zu geben, die freistehenden Räder samt Radaufhängung/Fahrgestell aber vergaß...
Nicht ganz so lustig ist, wenn wie mir scheint auch heute noch oftmals vergessen wird, dass der Luftwiderstand nicht nur aus dem cw-Wert sondern aus cw-Wert multipliziert mit der Querschnittsfläche resultiert. 2,16 Quadratmeter scheint mir doch deutlich verbesserungsbedürftig.
Wenn schon für das Thema Stromlinienform Rennwagen als Beispiel zitiert werden, würde ich nicht solche nennen, die mit extrem starker Motorisierung aerodynamische Schwachstellen kaschieren konnten, sondern am anderen Ende des Leistungsspektrums nachschauen. Ein für damalige Zeit gelungenes Beispiel (und ein Langheck dazu) scheint mir der Alpine A210 zu sein, der mit 178 PS wirklich erstaunliche 288 km/h erreichte.
Zur Frage Langheck oder Kurzheck man braucht die Formeln der Strömungslehre nicht zu kennen und nur die Augen in der Natur offen zu halten: wenn das Kamm-Heck das strömungstechnische Nonplusultra wäre, hätten Haie und Möven eines...
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