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1© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau

Dipl.-Ing. Torsten Kanitz

Lehrbeauftragter HAW Hamburg

WS 2011-12 15.11.2011

Karosseriekonzepte und Fahrzeuginterior KFI

INSPIRATIONEN DURCH

AERODYNAMIK, FLUGZEUGBAU UND BOOTSBAU


Bildquelle: /1/ S.157aus: ALLGEMEINE AUTOMOBIL-ZEITUNG Nr.36, 1919

Inspirationen durchRaketenbau / Torpedos 1913, Alfa-Romeo Ricotti

Eine Vereinigung von

Torpedoform und Eiförmigkeit

Formale Aspekte im Vordergrund

„Ein fortschrittliches Auto muss auch fortschrittlich aussehen “

Die 100 km/h Grenze überschritten

Geschwindigkeitsrennen waren an der Tagesordnung

1899

Camille Jenatzy

„Der rote Teufel“

im Jamais Contente

(Elektroauto)

Bildquelle: /1/ S.45aus: LA LOCOMOTION AUTOMOBILE, 1899

Ein Bemühen, die

damaligen Erkenntnisse aus

aerodynamischen Versuchenfür den Automobilbau

anzuwenden.

Zunächst: nur optisch

Schütte-Lanz SL 20, 1917


1906

Daytona Beach

„Stanley Rocket“ mit

Fred Marriott

Geschwindigkeitsweltrekord

für Automobile mit

Dampfantrieb mit

beachtlichen 205,5 km/h

Bildquelle: /1/ S.63aus: Zeitschr. d. Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins, 1902

1902

W.C. Baker Elektromobilfabrik

7-12 PS Elektromotor

Torpedoförmiges Fichtenholzgehäuse

Elektrotechniker

bedient Schaltungen

Inspirationen durchRaketenbau / Torpedos

Ein Bemühen, die

damaligen Erkenntnisse aus

aerodynamischen Versuchenfür den Automobilbau

anzuwenden.

Zunächst: nur optisch


Mariott in seinem 150 PS

Stanley Dampfwagen, 1907

Inspirationen durchBootsbau/

Bootsrümpfe

1919

Dreiradwagen mit

Bootskarosserie

Bildquelle: /1/ S.157aus: ALLGEMEINE AUTOMOBIL-ZEITUNG Nr.36, 1919

Übertrag der Erfahrungen

aus dem Bootsbau

in den Automobilbau

Der Renner:

„Boat-tail“


Inspirationen durchBootsbau/

Bootsrümpfe

„Boat-tail“:

Design und Faszination für gelebten techno-

logischen Fortschritt

und gezeigten Luxus

Karosserieform hat hier

einen reinenemotionalen Hintergrund,

keinen

aerodynamischen/

strömungstechnischen

Hintergrund

Duesenberg Delage

von 1934

Duesenberg SJ Speedster von 1933

von Designer Gordon Buehrig


Inspirationen durchden Flugzeugbau

„Rekord-Verdächtiges

Design“

1929 „Blue Bird“ von Campbell, 900 PS Flugmotor 23 L Hubraum.

Sept. 1935 mit Geschwindigkeit von 301,129 mph (484,62 km/h)

Bildquelle: /1/ S.197aus: MOTOR, 1929

1938

Buick Roadmaster,

umgebaut für Film

„Topper“ geht auf Reisen

Pennsylvania Klasse S1

Dampflokomotive 1939

1930er Jahre:

Gesucht wird nach

dem optimalen

Stromliniendesign


SynergieeffektAerodynamik:

Luftfahrt trifft auf

Automobilbau

Rumpler

Tropfenwagen

1908 Berlin: Rumpler Flugzeugwerke GmbH

Erste deutsche Flugzeugfabrik

Rumpler Taube: Eindecker ohne Querruder u. Flügelklappen

-> 1919 entstand der Rumpler Tropfenwagen

Nach dem 1. Weltkrieg hatten dieSiegermächte den Bau von Motorflugzeugenin Deutschland verboten

Bildquelle: /3/ S.23-20

Windkanalversuche unter

Ludwig Prandl in

Göttingen,

Erstes „Windkanalmodell“,

M 1:7,5

Werbung von Rumpler

damals:

„Erstes Fahrzeug, das

wegen der sauberen

Umströmung keinen Staub

aufwirbelt“


Bildquelle: /1/ S.171ff.

Rumpler

Tropfenwagen

Version von 1921 (Verkauf)

Motor, Getriebe und

schwingende Hinterachse

vereinigt;



Automobilbau

zugleich neuer Maßstab

im Bereich Fahrkomfort

Die erste

„von außen nach innen“

entwickelte Karosserie

Erst die Karosserie,

dann das Package




Automobilbau

Rumpler

Tropfenwagen

Synergien Tragflügelbau:

Karosserie: senkrecht stehendes, symmetrisches Profil,

auf das ein zweites aufgesetzt wurde


Später im VW Windkanal gemessener Wert: cw = 0,28

trotz frei stehener Räder

gut: anliegende Strömung nahezu über die gesamte Fahrzeuglänge,

am Dach sowie am Unterboden

Problem der früheren Kastenwagen, die immer schneller fahren konnten:

Grundsätzlich eine vehement störende Staubschleppe und Verschmutzung


1921

von Paul Jaray

zum Patent angemeldete Karosserieform:

oben: halber Stromlinienkörper mit

scharf auslaufendem Heck

seit 1914 arbeitete Jaray bei Zeppelin

im Luftschiffbau

LZ126

Jaray leitete Karosserieformen ausHalbkörpern ab;

„Die Aufgabe der rückwärtigen Partie einesumströmten Körpers besteht darin, der Strömung die ablösefreie Bewältigung desDruckanstiegs zu ermöglichen. Ist der Druckgradient zu steil, gelingt das nicht“.



Automobilbau

Jaray Form


Jaray baute selbst keine Autos, er vergab Lizenzen (viele Streits mit Rumpler)

Firmen wie Ley, Dixi, Audi und Chrysler stellten seit 1923 Prototypen

mit Jaray Form vor.

Audi K von 1924,

cw = 0,28



Automobilbau

Zusammenarbeit

mit Paul Jaray

Entwicklung von Jean Andreau 1936

auf Basis des Peugeot 402

mit Jaray Form

Peugeot 402 Eclipse

(erstes elektr. Dach)


PrototypenSynergieeffektAerodynamik:


Automobilbau

Jaray Form

Jaray hatte bezüglich eines großen Durchbruchs wenig Erfolg:

er engte die Designer stark ein,

die Modelle ähnelten sich stark,

die Markenidentität ging somit verloren;

AUDI 21

Prototyp von 1933

Mercedes 200

Prototyp von 1934



Inspirationen durchdie Aerodynamik:

Stromlinienform

als Garant für dieschnelle, aber

wirtschaftliche

Autobahnfahrt

Adler Typ 10 „Autobahnadler“ von

1937

Konstr.: Karl Jenschke

Kriterien:

-Wirtschaftlichkeit

-Geräumigkeit

-Leistungsfähigkeit

Dauer - Durchschnittsgeschwindigkeit

115 km/h möglich, V max 125 km/h

1.300 kg, 58 PS, 12 Liter/100 km bei

80 km/h

vgl. „Steyr Baby“,

auch von K. Jenschke:

VolkswagenÖsterreichs

von 1937

4 Zylinder 4 Takt

wassergekühlter

Boxermotor vorne

Zusammenarbeit

mit Paul Jaray



Stromlinienform

Tatra Typ 87,

1937-1950

von Hans Ledwinka entworfen,

mit stromlinienförmiger Karosserie

Bildquelle: /2/ S.143 ff.

Tatra 77 von 1935

luftgekühlter

V8 Motor, 70 PS,

V max 145 km/h

cw = 0,36

(später im VW Windkanal ermittelt)

luftgekühlter V8 Motor im Heck,

V max 160 km/h, für Reisegeschw.

135 km/h empfohlen

Selbsttragende Karosserie

in Verbindg. mit Rohrrahmen

Neuartiger

Zentralrohrrahmen

Tatra 11

( H. Ledwinka)

Jaray Form

(Patente / Durchbruch)


Bildquelle: Wikipedia

Erste Versuche im

Windkanal

Chrysler Imperial Airflow, 1934 – 1937

Carl Breer untersuchte die Eigenschaften des

Luftwiderstands gemeinsam mit Orville Wright

Vor 1930:

Chrysler baut eigenen Windkanal

im Highland Park/ Michigan/ 50 Autos getestet



Automobilbau

Stromlinienform



Stromlinienform

Bildquelle: /2/ S.143 ff.

Lincoln Zephyr (1936 – 48)

Design von John Tjaarda für Edsel Ford

Wg. V12 Motor und konkurrenzlosem Preis sehr erfolgreich

traf eine breite Käuferschicht;

verhalf der Marke Lincoln zum Durchbruch

Cord 810

stromlinienförmige

Karosserie

mit Frontantrieb (V8)

von Designer Gordon

Buehrig

1935, Cord Corporation

Eines der ersten „bezahlbaren“ Volksautomobile für nur 3000 $


„Airomobile“, Lewis Am. Airways, Inc.

Design: Paul M. Lewis / John Tjaarda

Luftgekühlter Motor mit Frontantrieb und

drei Rädern

Ziel: kostengünstiges Auto f. d. Massen,

60 PS, 4 Zyl.

Prototyp 1937

(es blieb

beim

Prototyp)

Bildquelle: airomobile.com


Stromlinienform


Aerodynamik des Automobils:Auf der Suche nach der

optimalen Stromlinienform

Walter E. Lay

Parameter Studien an einfachen Körpern:

1933: „Is 50 Miles per Gallon Possible with Correct Streamlining“

-> Erkenntnis, dass ein stumpf abgeschnittenes Heck die Strömung

nur mäßig beeinflusst und kaum zusätzlichen Widerstand „kostet“*.

Anfang 1930er Jahre

Wunibald Kamm - gleiches Ergebnis -

entwarfen Designrule:

1. Die Strömung am rückwärtigen Fahrzeugteil soll so lange wie

möglich anliegend erhalten werden

2. Es soll am Ende dadurch der Druck erhöht werden

3. Kurz vor der Stelle, an der sich die Strömung ablöst, wird der

Körper senkrecht abgeschnitten (für einen definierten Abriss)

--> das Kamm-Heck war geboren

*Zitat aus /4/

1938

Kamm Wagen K1

in Zus.Arbeit mit BMW

(hier im VW Windkanal)

cw = 0,37

FKF Stuttgart

USA

Deutschland


Der 1939 gebaute

Schlörwagen,

das "Göttinger Ei",

wurde auf der Autobahn

bei Göttingen getestet

sowie später im

Windkanal:

sichtbar:

eng anliegende Strömung

Bildquelle: DLR

Anfang 1930er Jahre

Aerodynamik des Automobils:Auf der Suche nach der

optimalen Stromlinienform

Grundkörper


AerodynamischeUntersuchungen

Detailoptimierung

und Formoptimierung

Signifikante

Widerstandsoptimierung,

ohne grundsätzlich in

das stilistische

Erscheinungsbild

einzugreifen

seit Anfang 70er: DetailoptimierungZiel, mit kleinen lokalenFormänderungen einenrelativ hohen Widerstandsabbauzu erzielen,basierend auf den bisherigenErkenntnissen derEinzelparameterstudien;

z.B. Zieldefinition:saubere, definierte Ablösung am Heck

Problem: mit der Detailoptimierung cw Werte unterhalb 0,4 nicht realisierbar

gerade zu Zeiten der Ölkrise wollte man sich steigern:

� DETAILOPTMIERUNG UND FORMOPTIMIERUNG, seit Mitte 70er Jahre

� Systematische Wegfindung zur „optimalen“ Form

-Entwicklung widerstandsarmer Grundkörper

-dabei Berücksichtigung des Packages (nicht so wie bei Rumpler oder Jaray)

� Ableitung von Grundformen

Volk

swagen W

indkanal



Detailoptimierung

und Formoptimierung

Seriennah

VW 2000

cw = 0,25

IAA 1981

Serie

AUDI 100 C3 1982

erstes formoptimiertes

Serienfahrzeug

cw = 0,30

Grundkörper

Grundkörper

abgeleitet zu Grundformen


WAerodynamischeUntersuchungen


Strömungsablösung an einem Körper

mit stumpfem Heck

Strömungsablösung an einem Körper

mit schrägem Heck

erhöht den Luftwiderstand:

dreidimensionale Ablösung,

erzeugen Unterdrücke am Heck,

Unterdruckspitzen im Bereich der Wirbel


Todwasserbereich

Quelle:

Hucho /4/ S. 71 ff.

Detailoptimierung

und Formoptimierung

Einfluss des Heckwinkels Phi

auf Widerstand und Form der Ablösung

gemessen VW Golf 1

VW 2000

cw = 0,25


Richtungsstabilität

Geradeauslauf

Eigenlenkverhalten

Seitenwindempfindlichkeit

Funktion der Aggregate

Motorkühlung

Bremsen Kühlung

Durchströmung

der Karosserie

Fahrsicherheit

Komfort Innenraum

Verschmutzung Heck / Beleuchtungsanlage

angenehmes Innenklima

niedrige Windgeräusche

Wirtschaftlichkeit Niedriger Spritverbrauch

Höchstgeschwindigkeit Hohe Geschwindigkeiten bei sicherem Fahrverhalten

Prioritäten

unterschiedlich


heute weiter gefächert


Studie

„CAPARO T1“

Bildquelle:

www.caparo-t1.com


/1/ FACSIMILE QUERSCHNITT – Frühe Automobilzeitschriften, München: Scherz 1993

/2/ Boyne, Walter: Faszination Automobil, Design und Technik, München: Südwest 1989

/3/ Renaissance der Stromlinie?, in: Hucho, Wolf-Heinrich, Kultur und Technik, 1/2009

/4/ Hucho, Wolf-Heinrich: Aerodynamik des Automobils, 3. Aufl. Düsseldorf: VDI, 1994

Quellenangaben / Bildquellen

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