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
2© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, 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
3© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
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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“
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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
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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
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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“
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Bildquelle: /1/ S.171ff.
Rumpler
Tropfenwagen
Version von 1921 (Verkauf)
Motor, Getriebe und
schwingende Hinterachse
vereinigt;
SynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
Automobilbau
zugleich neuer Maßstab
im Bereich Fahrkomfort
Die erste
„von außen nach innen“
entwickelte Karosserie
Erst die Karosserie,
dann das Package
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SynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
Automobilbau
Rumpler
Tropfenwagen
Synergien Tragflügelbau:
Karosserie: senkrecht stehendes, symmetrisches Profil,
auf das ein zweites aufgesetzt wurde
Bildquelle: /3/ S.23-20
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
10© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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“.
SynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
Automobilbau
Jaray Form
11© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
SynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
Automobilbau
Zusammenarbeit
mit Paul Jaray
Entwicklung von Jean Andreau 1936
auf Basis des Peugeot 402
mit Jaray Form
Peugeot 402 Eclipse
(erstes elektr. Dach)
12© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
PrototypenSynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
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
Bildquelle: /3/ S.23-20
13© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
14© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
Inspirationen durchdie Aerodynamik:
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)
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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
SynergieeffektAerodynamik:
Luftfahrt trifft auf
Automobilbau
Stromlinienform
16© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
Inspirationen durchdie Aerodynamik:
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 $
17© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
„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
Inspirationen durchdie Aerodynamik:
Stromlinienform
18© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
19© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
20© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
21© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
AerodynamischeUntersuchungen
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
22© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
WAerodynamischeUntersuchungen
23© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
AerodynamischeUntersuchungen
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
24© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
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
AerodynamischeUntersuchungen
heute weiter gefächert
25© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
Studie
„CAPARO T1“
Bildquelle:
www.caparo-t1.com
26© T. Kanitz 2011 KFI WS 2011/2012 Inspirationen durch Aerodynamik, Flugzeugbau, Bootsbau
/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