FAHRWIDERSTANDSANTEILE

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EINE EINFÜHRUNG


ENERGIEVERBRAUCH ZUR ÜBERWINDUNG DER FAHRWIDERSTANDSANTEILE
BEI VERSCHIEDENEN STRECKENPROFILEN – ANGABEN IN %

Quelle:„Aerodynamik des Automobils“ von Wolf-Heinrich Hucho, 5. Auflage, Seiten 637 und 638, Bilder 11.4 und 11.5

Aerodynamik ist ein komplexes Thema. Ein kleiner Einblick jedoch offenbart schnell ein entscheidendes Sparpotenzial. Strömungsgünstige, aerodynamisch optimierte Formen verringern wesentlich den Luftwiderstand eines Fahrzeugs. So kann je nach Streckenprofil und Geschwindigkeit eine Treibstoffersparnis von über 27% erzielt werden – eine lohnenswerte und unverzichtbare Möglichkeit der Kostensenkung. Im Folgenden möchten wir Ihnen eine Orientierung im Blick auf realisierbare Kraftstoff-Einsparungen und ein damit einhergehendes erhöhtes Umweltbewusstsein ermöglichen. Unsere Übersicht basiert sowohl auf Erfahrungsberichten als auch auf wissenschaftlichen Ausführungen und Versuchen in enger Zusammenarbeit mit der Auto- mobilindustrie.

Diese Faktoren haben relevanten Einfluss auf den Energieverbrauch eines Nutzfahrzeugs: Wind- und Wetterbedingungen, Seitenwind, Gegenwind, Rückenwind, Temperatur, Luftdruck, Geschwindigkeit, Streckenprofile, Größe und Gewicht des Fahrzeugs, Aufbau-Arten, Formgebung, etc. Die Grafik dieser Seite verweist zunächst auf die Wechselwirkung zwischen Streckenprofilen, den Luft-, Roll-, Beschleunigungs- und Steigungswiderständen und dem daraus resultierenden Kraftstoffverbrauch. Deutlich zeigt sich hier der maßgeblich wachsende Anteil des Luftwiderstandes bei steigender Geschwindigkeit.


DIE GESAMTANTEILE DES ENERGIE-VERLUSTS IN PROZENT
FÜR NUTZFAHRZEUGE

Quelle:Technische Universität in Graz, Test für Greenhouse Emission für schwere Kraftfahrzeuge

Der dominierende Einfluss des Luftwiderstands auf den Energieverlust im praktischen Fahrbetrieb lässt sich anschaulich anhand typischer Fahrzeuge aufzeigen – in diesem Fall für alle Nutzfahrzeuge. Testfahrten zur Prüfung des Kraftstoff-Verbrauchs müssen, um repräsentativ zu sein, über lange Zeiträume, bei wechselnden Wind- und Wetterverhältnissen und unter Berücksichtigung beschriebener Faktoren durchgeführt werden. Aus variierenden Ergebnissen lässt sich ein Schnitt errechnen, anhand dessen sich die Anteile der Fak- toren auf den Energieverlust prozentual ablesen lassen.

Die obere Grafik verdeutlicht diese durchschnittliche Gewichtung der Parameter – der Luftwiderstand trägt mit 54% den entscheidenden Anteil am Kraftstoff-Verbrauch von Nutzfahrzeugen. Die mechnischen Widerstände hingegen erreichen selbst in ihrer Summe keinen ver- gleichbaren Wert. In der Praxis nimmt demnach eine mögliche Reduzierung des Luftwiderstandes mittels Windleitsystemen einen besonderen Stellenwert ein. Unabhängig von Geschwindigkeit und Streckenprofil – die Wirkung von aerodynamischen Lösungen ist unumstritten.


KRAFTEINSATZ UND LUFTWIDERSTAND STEIGEN MIT
ZUNEHMENDER GESCHWINDIGKEIT

Quelle:Harwell, en Didcot, truck Aerodynamik Styling. Oxfordshire, 2001.

Steigende Geschwindigkeit kann den Luftwiderstand um das 4-fache erhöhen. Gleichermaßen wächst der Einsatz der benötigten Motorkraft.
Die Grafik veranschaulicht diese Wechselwirkung deutlich anhand des exponentiell (progressiv) ansteigenden Kurvenverlaufs des Luftwiderstandes. Windwiderstandssenkende Maßnahmen spielen folglich in Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen der Automobilindustrie eine grundlegende Rolle. Aerodynamische Lösungen tragen dabei nicht nur der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs Rechnung sondern auch dem wachsenden Umweltbewusstsein.

Mit jedem verbrauchten Liter Kraftstoff stößt ein Nutzfahrzeug je nach Klasse 1,17-2,64kg Co² in die Atmosphäre aus. Ausgerüstet mit Windleitsystemen und einer Kraftstoffeinsparung von über 25% ist demnach eine Reduktion des jährlichen Co²-Schadstoff-Ausstoßes von rund 4,2-6,5t möglich! Neben einer verminderten Windangriffsfläche optimieren aerodynamische Aufbauten zudem eine gepflegte und optisch ansprechende Erscheinung; Wassernebel werden reduziert, die Fahrzeuge bleiben merklich sauberer. Unter AeroInfo finden Sie eine Gegenüberstellung zweier Windkanal Messungen, die Aufschluss über Strömungsverhalten und Windwiderstand geben.


WINDKANAL-MESSUNGEN

EINE EINFÜHRUNG


WINDKANALMESSUNGEN ZEIGEN DEN VERLAUF
DER LUFTSTRÖMUNG IM VERGLEICH

Um die Stärke des Luftwiderstandes konkret bestimmen zu können, führen u.a. Fahrzeughersteller entsprechende Windkanal Messungen durch. Ergebnis dieser Messungen ist ein sog. Strömungswiderstandskoeffizient, auch cw-Wert genannt, der als dimensionsloses Maß mit zusätzlicher Kenntnis von Geschwindigkeit und Frontfläche den Strömungswiderstand eines von Luft umströmten Fahrzeuges definiert. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse tragen maßgeblich zu einer Optimierung in der Formgebung aerodynamischer Windleitsysteme für Nutzfahrzeuge bei.

Betrachtet man wie hier die Umströmungsverhältnisse bei Lastzügen mit hohen Aufbauten, so weisen die Strömungsaufnahmen mit Rauch auf eine starke Wechselwirkung zwischen Fahrerhaus und Aufbau hin (1). Die Größe des Freiraums zwischen Beiden wie auch die überstehende Höhe des Aufbaus sind hierbei die entscheidend beeinflussenden Faktoren. Auch hinter dem Lastzug (A) verbleibt eine große Verwirbelungsregion mit Turbulenzen, die eine rückwärtige Sogwirkung zur Folge hat.
1) SCHARFE KOFFERKANTEN OHNE WINDLEITSYSTEM


ERFOLGREICHE REDUZIERUNG DES LUFTWIDERSTANDS
MIT AERODYNAMISCHEN LÖSUNGEN

Die Luftströmung verläuft bei diesem Lastzug ausgestattet mit aerodynamischen Windleitsystemen erheblich glatter und ruhiger. Die Grafik verdeutlicht anschaulich die Wirkung des Dachspoilers (2) und seinen Einfluss auf die Überströmung der Aufliegerfront. Zusammen mit dem Einsatz des Seitenflügels (3) ist eine Verwirbelungsregion zwischen Fahrerhaus und Aufbau nicht mehr gegeben; die Luft gleitet störungsfrei über die abgerundeten Formen des Lastzugs hinweg. Die angebrachte Seitenverkleidung (4) wirkt sich nicht nur günstig auf die Verminderung des Widerstands aus sondern steigert zudem die Sicherheit im Verkehr – als Seitenanfahrschutz nach Norm EC 89/ 297 und E/ ECE/ 324-E/ ECE/ TRANS/ 505. So werden im Falle eines Unfalls Personen verdrängt und geraten nicht so leicht unter den Lastzug.

Ein Heckdiffusor (5) leitet im Heckbereich gezielt die Luft in die Verwirbelungszone (B), vermindert diese und reduziert so die Bildung von Turbulenzen. Alle genannten Windleitsysteme leisten nicht nur einen entscheidenden Beitrag zur Einsparung von Kraftstoff sondern verringern sowohl die Bildung von Wassernebeln als auch von lauten Fahrgeräuschen.
2) 3D-DACHSPOILER
3) SEITENFLÜGEL
4) SEITENVERKLEIDUNG
5) HECKDIFFUSOR


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