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Bild (1/2): Auto Union Rekordfahrzeug (1937) - damit fuhr Bernd Rosemeyer Rekordgeschwindigkeiten - aufgenommen 2009 (© Martin Schröder, 1937)
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    Die Renaissance des Langhecks

    7. August 2016
    Text:
    Martin Schröder
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    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)

    Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
    © Copyright / Fotograf: Daimler AG

    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.

    Stromlinie - der Kampf gegen das unsichtbare Element
    © Copyright / Fotograf: Koenig-Fachsenfeld

    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:

    Rumpler Tropfen-Auto (1921)
    © Zwischengas Archiv

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

    Stromliniensudie (1935) - Seitenansicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld
    © Copyright / Fotograf: Archiv Ch. Traber

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

    Stromliniensudie (1935) - Aufsicht der Stromlinienstudie von Koenig-Fachsenfeld
    © Copyright / Fotograf: Archiv Ch. Traber

    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.

    Tatra 77 (1934) - mit Heckfinne zur Stabilisierung des Geradeauslaufs und ansteigendem Unterboden im Heckbereich (Diffusor)
    © Copyright / Fotograf: Werkfoto Tatra, Archiv Martin Schröder

    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.

    Bugatti Typ 30 (1920) - Ferdinand Porsche inspiziert den Bugatti mit Langheck
    © Copyright / Fotograf: Archiv Martin Schröder

    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.

    Auto Union Typ A (1935) - mit Stromlinienkarosserie für Rekordfahrten
    © Copyright / Fotograf: Foto Heinrich Hoffmann, Archiv Kent Caveny

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


    Porsche 906 Langheck (1967) - Langheckversion des Mittelmotorsportwagens mit Rico Steinemann am Steuer
    © Copyright / Fotograf: J. Froidevaux, Archiv Foto Reinhard

    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

    Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
    © Copyright / Fotograf: Daimler AG

    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.

    Mercedes-Benz Aerodynamik Studie (2015) - mit Langheck
    © Copyright / Fotograf: Daimler AG

    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.

    Sunbeam V12 Bluebird (1920) - mit ausgeprägtem Langheck
    © Copyright / Fotograf: Goodwood FoS

    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

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    ···
     
    Quelle:

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    al******:
    14.08.2016 (14:05)
    Mein alter Englischlehrer machte einst eine Russisch AG an der Schule auf. Auf meine Frage, ob er den Russisch könne, antwortete er mir, man müsse ja den Schülern nur eine Stunde voraus sein. Journalisten scheinen mit einem ähnlichen Selbstbewusstsein ausgestattet.
    Um komplexe Zusammenhänge in einem unsichtbaren Medium zutreffend zu interpretieren, reicht allerdings dieses Halbwissen nur, bis tatsächlich ein Russe vorbeikommt. Dann wird es peinlich..
    Ich oute mich hier als Russe: Ich habe am FKFS studiert, war mehr als 10 Jahre mit dem Baron (Reinhard Koenig-Fachsenfeld) im persönlichen Kontakt und habe über sehr viele Jahre tausende von Stunden in Windkanälen zugebracht und dabei Serienfahrzeuge, Le Mans Siegerwagen und Weltrekordfahrzeuge entwickelt. Deshalb juckt es mich, diesen Beitrag zu kommentieren:
    Wie kann man nur auf den Pressegag der Daimler Stilistik so abfahren??? Wieder einmal beanspruchen die Stilisten die Deutungshoheit über eine technische Disziplin, die sie fallweise für sich vereinnahmen, um sich als fortschrittlich zu gerieren und formale Gimmicks technisch motivieren zu können. Allerdings gab es das alles schon lange vor der Zeit, als Marketing Leute das Fahrzeug Styling zum geilen Verkaustool erkoren haben.
    Dass Länge läuft (wenn man es richtig gemacht hat) ist uralt. Die Wikinger wussten das auch schon. Selbst das Thema Double Bubble gab es im Hause Daimler schon zu einer Zeit, als Gorden Wagener noch im Sandkasten spielte, nämlich am A 2000, der 1981 auf der IAA in Frankfurt vorgestellt wurde. Und schon damals war das Thema nicht mehr neu.
    Ich zitiere wörtlich aus dem Beitrag:
    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.
    Die Stromlinie beschreibt die Kräfte???? Da gehts aber heftig durcheinander!! Und wenn ich die Kräfte an einem umströmten Körper betrachte, so geht es um viel mehr als um den Luftwiderstand: da gibt es nämlich 3 Kräfte (in X, Y und Z) sowie 3 Momente um diese Achsen.
    Manchmal ist es durchaus günstig, wenn sich die Strömung von der Oberfläche ablöst, zum Beispiel, wenn der Reibungswiderstand der Strömung größer ist, als der Druckgewinn aus der Verkleinerung des Nachlaufs, oder wenn die Winkel der Einzüge nicht richtig abgestimmt wurden.
    Seit Jaray und Klemperer weiß man, dass der Tropfen in Bodennähe, nämlich da, wo ein Auto fährt, keineswegs der ideale Grundkörper ist. Vulgo: Man sollte halt nur über die Dinge schreiben, die man wirklich verstanden hat und nicht darauf hoffen, dass die Leser noch weniger wissen und so das Halbwissen nicht gleich erkennen..
    Rumpler hat noch sehr in 2D gedacht und, wie auf dem Foto gut erkennbar, 2 Grundkörper zusammengefügt, die Einzel aerodynamisch ganz gut sind, aber in der Kombination nicht wirklich als 3 D Gesamtkörper miteinander harmonieren. Trotz des Dach Einzugs kommt es nicht zum sekundären Aufsetzen auf dem Fahrzeugheck. Richtig gemacht fällt der Nachlauf und der Luftwiderstand noch deutlich kleiner aus.
    Den Tatra als Langheck zu präsentieren irritiert mich schon: Es ist ein Heckmotorfahrzeug und seine Länge überschreitet nicht den erforderlichen Bauraum für den V 8 Heckmotor mit Getriebe. Weil der hintere Überhang dennoch zu kurz ist, um wirklich aerodynamische günstige Einzüge zu realisieren, resultiert daraus ein viel zu steiler, horizontaler Einzug, mit der Folge eines schlechten Cw-Wertes (durch den abrupten Druckanstieg über der Heckfläche) und einem recht hohen Hinterachsauftriebsbeiwert (bedingt durch die Abwindiduktion). Den selben Fehler hat Porsche am VW Käfer auch gemacht, nur noch krasser. Der Einzug ist noch steiler es war ja auch nur ein 4 Zylinder Boxer unterzubringen- folglich ist der Cw-Wert noch viel schlechter und der Hinterachsauftriebsbeiwert noch höher. Bekanntlich kann man den Cw-Wert des Käfers signifikant verbessern, wenn man die Strömung an der Heckfenster Oberkante gezielt ablöst.
    Die Aussage des Autors : Diese Kräfte vulgo der Luftwiderstand - sind umso geringer, je weniger sie an der Oberfläche des Körpers abreißen ist folglich schlicht falsch.
    Dass Porsche überall nur geklaut hat ist auch nicht wirklich neu. Dass der 1920er Bugatti, den Porsche inspiziert, als Fotomotiv ganz nett ist, aber mit seinem Grundkörper in Form eines Torpedos auf ein freistehendes, stark zerklüftetes Fahrwerk aufgesetzt sich in keiner Beziehung aerodynamisch bespielhaft war, sollte selbst Porsche verstanden haben
    Immerhin hat der Autor wahrgenommen, dass die in der Daimler Pressemappe genannte Cw-Wert Absenkung um satte 24 % (die ich gerne verifizieren würde, denn Papier ist bekanntlich sehr geduldig. Ich glaube aber kaum, dass mir die Daimler Stilistik eine Chance dazu geben wird!!) bei weitem nicht der Heckverlängerung um knappe 40 cm zuzuschreiben ist. Die dürfte netto mit bestenfalls 4-5 % beteiligt sein. Der kleine Rest kommt dann aus reduzierter, oder gar unterbundener Kühlluftdurchströmung, der geschwindigkeitsabhängigen Fahrzeugabsenkung und weiteren Gimmicks, die im Detail lieber nicht so genannt benannt werden um die Glaubwürdigkeit der jeweiligen Maßnahme hinsichtlich der Alltagstauglichkeit nicht vollends zu zerstören.
    Schon 1996 gab es eine Fahrzeugstudie bei Daimler, die den Cw-Wert von 0,19 erreicht hat. Folglich gab es für die 2015 Studie keinen Weltrekord mehr aufzustellen!! Der 1996 erzielte Wert wurde nur nicht publiziert.
    Das Fahrzeug von 1996,eine 4türige Limousine, die im Gegensatz zu der IAA Studie von 2015 tatsächlich fahrfähig war und so bei realen Versuchsfahrten ihre Alltagstauglichkeit bewiesen hat, kam zudem ohne derartige Gimmicks aus. Und wenn ich mir dann noch zur Gesamtenergiebilanz der Anbauteile aus Carbon und der intelligenten Steuerungen über Lebensdauer Gedanken mache (was wurde reingesteckt und was ist wirklich dabei herausgekommen, außer einem bombastischen Presse Statement ..) dann kommen mir mehr als Zweifel über die Sinnfälligkeit und Nachhaltigkeit dieser netten Gimmicks.
    Grundsätzlich hilfreich wäre, sich hinsichtlich der Diskussion um die E-Traktion ernsthafte Gedanken zu machen und dabei die Gesamtenergiebilanz über Lifecycle genauer anzuschauen. Nach meiner Kenntnis wird die Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs aktuell mit 1/3 der eines konventionellen Autos angenommen. Auch mit einer geilen Heckverlängerung und mit noch so viel Solarenergie wird da gegenüber konventionellen Fahrzeugen nie eine günstigere Gesamtenergiebilanz über Lifecycle herauskommen, auch wenn die Politik das als Feigenblatt für die eigenen Fehlleistungen (Braunkohlekraftwerke) gerne so hätte. Unglücklicher Weise unterliegt Physik nicht der Deutungshoheit der tagesopportunistischen Politik und auch nicht den Marketing getriebenen, modischen Gimmicks der riesigen Stilistikabteilungen.
    Technisches Fazit: es gilt immer noch die alte Bauernregel der Karossiers:Geist spart Blech!
    Inhaltliches Fazit: Si tacuisses, pholosofus mansisses!
    Antwort von ne******
    30.08.2016 (19:12)
    Vielen Dank für Ihre Philippika, zeigt sie doch, dass ein Artikel auf Zwischngas nicht nur überflogen, sondern kritisch gelesen wird. Den "pholosofus"
    betrachte ich als verzeihlichen Tippfehler.

    vo******:
    16.08.2016 (09:19)
    Bravo!

    Solche Kommentare wünscht man sich als Leser!
    Auch wenn meine Wenigkeit aus dem Design stammt (auch dafür benötigt man ein Studium), und mir Ästhetik sehr wichtig ist, wird heute zu vieles was die Designabteilung ersinnt, von der Marketingabteilung ausgeschlachtet. Nur leider ist es so, dass in der heutigen Warnehmung die Aerodynamik nur eine Rolle spielt wenn das auch gezeigt werden kann. Unsichtbare Innovationen sind sehr schwierig zu vermarkten. (Daumenhoch)
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