Abtrieb

Von welcher Kraft reden wir hier?

Da diese Internetseite auch unter der Domain www.Abtrieb.com zu finden ist,
sollten wir auch ein bisschen auf
das Thema eingehen. Für Leute,
die sich mit dem Thema Motorsport,
Aerodynamik schon mal beschäftigt haben,
sollte das folgende nicht so interessant sein.
 

Was ist Abtrieb?

Abtrieb ist die Kraft, die einen Gegenstand mit Hilfe von Luftströmung
auf die Erde drückt.
Also eine Kraft, die durch Aerodynamik erzeugt wird.
Eigentlich ganz einfach: Abtrieb ist das Gegenteil von Auftrieb,
und Auftrieb kennt eigentlich jeder der schon mal im Flugzeug
gesessen hat. Dabei haben Flugzeuge den Vorteil,
dass der Auftrieb zwar von der Geschwindigkeit abhängt,
jedoch nicht die Geschwindigkeit vom Auftrieb.
Anders bei einem Rennauto,
wo die Reifen eine entscheidende Rolle spielen.
Denn, wenn die Motorleistung nicht über die Reifen in Form von Grip,
der durch Abtrieb erzeugt wird, auf die Straße übertragbar ist,
fehlt die Luftströmung, um den Abtrieb zu erzeugen.

Das Erzeugen von Abtrieb ist ein faszinierendes Thema,
und als der Amerikaner Jim Hall 1966 auf seinem Chaparral 2E mit
dem ersten Spoiler an einem Rennauto an den Start ging,
war die Idee gar nicht so neu.
Ein paar Jahre zuvor,
1956baute der Schweizer Ingenieur Michael May
den ersten Spoiler an seinen Porsche Spider,
der jedoch aus Sicherheitsgründen nicht an den Start gehen durfte.
Und nach einer Reihe von spektakulären Unfällen, drohte
das erste Aus für aerodynamische Hilfsmittel.
Es blieb jedoch bei Bestimmungen.
Das war der Beginn einer revolutionären Leistungssteigerung im Motorsport.
Von dort an nahm die Sache ihren Lauf,
und die Entwicklungen gingen weiter und weiter. 1978 ging der Lotos F1 von
Mario Andretti mit einem modifizierten Unterboden an den Start.
Das Prinzip hieß Bodeneffekt,
und er dominierte nicht
nur zu Beginn die Meisterschaft,
er gewann sie auch mit einem beeindruckenden Vorsprung.

Wenn man sich überlegt,
dass ein modernes Formel-1-Auto bei einer Geschwindigkeit
von 320 km/h einen Abtrieb von ca. 1900 kg erzeugt,
bei einem Eigengewicht von ca. 780 kg, dann ist es keine Spinnerei,
dass Autos an der Decke
fahren können.

Noch ein interessantes Beispiel:
Das Flugzeug der Firma Junkers 52/3 Version 2 wiegt beladen 6,5 Tonnen.
Es hat eine Startgeschwindigkeit von 120 km/h.
Das heißt nichts anderes, als 6,5 Tonnen Auftrieb bei 120 km/h.
Gut, die Flügelflächen sind ca. 110 m² groß, aber da sieht man mal,
was eine effiziente Fläche im Wind bewirken kann.

Das Prinzip heißt Venturi-Effekt und ist eigentlich immer gleich.
 


Der Italiener Giovanni Battista Venturi entdeckte,
dass bei einer Strömung, wenn sich der Querschnitt an einer Stelle verkleinert,
sich die Fließgeschwindigkeit erhöht.
Es geht eigentlich immer um den Luftdruck
und der wird durch den Strömungsweg beeinflusst.
Ich glaube.
Jeder hat schon einmal den Finger
auf das Ende eines Wasserschlauchs gehalten.
Das Ergebnis ist, dass das Wasser weiter spritzt.
Aber warum? 
Durch die Verengung sinkt der Wasserdruck,
und die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich.

Wie z.B bei einem Heckflügel:


Der Luftstrom wird geteilt, und auf der einen Seite wird der Weg verändert.
Wenn der Luftstrom nun am Ende
der Fläche wieder zusammen geführt wird,
entsteht auf der Seite mit dem längeren Weg eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit und ein Sog,
der den Luftdruck sinken lässt,wie auf dem Bild zu sehen ist.

Wenn man sich mal ein modernes Auto anschaut,
muß man sich allerdings fragen, wo die Aerodynamiker zur Zeit
der Entwicklung waren.

Nehmen wir mal zum Beispiel eine Mittelklasse-Limosine.
Durch den niedrigen CW-Wert (Luftwiederstand),
die glatte Oberfläche und die abgerundeten Ecken, wird die
Luftströmung schneller und reibungsloser über das Auto geleitet,
sodass ein Unterdruck an der
Oberfläche entsteht. Das Ergebnis ist Auftrieb.
Wenn man sich jetzt mal das Bild unten anschaut,
sieht man doch eine leichte Ähnlichkeit mit einem Flugzeugflügel. 
 

 

Es ist schon komisch,
wenn ein Modell eines namhaften Deutschen Sportwagen-Herstellers
 auf der Autobann an mir vorbeifährt und am Heck guckt so eine Biertheke aus der Haube.
Aber der Sinn ist ganz klar.
Der Spoiler / Biertheke lässt die Luftströmung über dem Heck abreißen,
dadurch verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit und lässt den Luftdruck steigen.
Das Ergebnis ist: Der Auftrieb wird reduziert.
Ein kleiner Tipp:
„Der Heckspoiler sollte so ca. die Höhe von 8% des Radstandes haben“
und bei Autos, die keinen glatten Unterboden haben,
empfiehlt es sich, mit einem AIRDAM (Frontspoiler) die Luft unter
dem Fahrzeug zu reduzieren, weil die, unter dem Auto Verbwirbelnde Luft,
ebenfalls Auftrieb erzeugt.
Man kann so ca. 20 % weniger Auftrieb bei einem glatten Unterboden erwarten.

Aber jetzt wieder zu den interessanteren Dingen:
Der Unterboden an einem Rennauto ist wohl die effektivste Variante Abtrieb zu erlangen,
die es gibt.

Mit der wohl am abgefahrensten Variante des Bodeneffekts ging der Amerikaner
Jim Hall Anfang der 70er Jahre an
den Start. Die Ingenieure bauten zwei große Ventilatorren in den Unterboden,
um die Luft nach oben raus zu saugen.
Dann entwickelten sie noch eine Schürze,
die sich bei der Fahrt variabel der Fahrzeughöhe anpasste und die den
Unterboden zur Fahrbahn abdichtete.
Das Ergebnis war brutal, weil der Abtrieb nicht von der Geschwindigkeit abhing.
Das Problem war nur: Wenn die
Schürze sich verhakte und oben hängen blieb, war Schluss mit lustig.
Es wurde natürlich verboten.

Also, alles was an Luft unter dem Auto ist, ist schlecht.
Es gilt die Luft zu minimieren und die, die da ist,
schneller unter dem Auto raus zu bekommen.
Man kann sich die Luft bei einem glatten Unterboden aber auch zu Nutze machen.

Der vordere Unterboden steht natürlich für den Abtrieb auf der Vorderachse
und soll die Luft effizient um den
Wagen lenken, sodass der Zugewinn an Luftwiderstand gering bleibt.
Außerdem spielt er noch eine große Rolle im
Bereich Bodeneffekt. Er leitet die Luft nach dem Venturi-Prinzip unter den Wagen.
Der hintere Unterboden wird auch Diffuser genannt. Er ist ein,
nach hinten oben führender Tunnel, der die Luft nach
hinten raus leiten soll.
Aber das Wichtigste an der ganzen Sache ist,
dass sich die Luft vom oberen und unteren Wagen am Heck wieder
zusammenführen lässt, sodass ein Sog entsteht.
Der Heckflügel spielt dabei ein große Rolle.
Er führt den Luftstrom über dem Auto auf die vom Diffuser kommende Luft.
Außerdem soll er natürlich für Abtrieb auf der Hinterachse sorgen.
Aber wäre das nicht der Fall, würde der Luftstrom abreißen und alles wäre für die Katz.

Ferrari und Benetton hatten in den 90er Jahren einen genialen Einfall.
Sie leiteten die Abgase des Motors in den
Diffuser und bewirkten damit, dass der Luftstrom beschleunigt wurde.
Nachteil war, dass beim Schaltvorgang oder
beim Bremsen der Luftstrom unterbrochen wurde.
So gab es den ein oder anderen Fahrer, der mit dieser Technik sehr gut zurecht kam.
Der Trick war: Bremsen und
Gasgeben gleichzeitig, und der Luftstrom riss nicht ab.

Der Unterboden eines Formel-1-Wagens erzeugt bei 160 km/h einen Abtrieb von 150 bis 190 kg,
also grob ein Drittel,
was zum größten Teil dem Diffuser zuzuschreiben ist.
Wenn ich richtig informiert bin, lautet das aktuelle Reglement in der Formel 1,
dass nur der mittlere Unterboden glatt
sein muß. Das war in der Vergangenheit nicht immer der Fall.
Also muß man sich am vorderen und hinteren
Teil auslassen.

Das wohl wichtigste Teil vom ganzen Rennwagen ist heute wahrscheinlich der Unterboden,
und der von so vielen so
wichtig eingeschätzte Heckflügel ist ebenfalls ein großer Bestandteil des Bodeneffekts.

noch mehr hier:
http://www.aer.mw.tum.de/lehre/hochl...gsfzg_Kap7.pdf

 


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