Abbildung: Mercedes EQS © Daimler AG
Der cW-Wert, auch bekannt als Luftwiderstandsbeiwert oder Strömungswiderstandskoeffizient, ist eine Messgröße, welche die Aerodynamik eines Fahrzeugs beschreibt. Speziell seit der Etablierung von Elektroautos und der Erhöhung ihrer Reichweite ist dieser cW-Wert in aller Munde. Mercedes-Benz hat mit der Entwicklung des Mercedes EQS (siehe Abbildung) einen neuen Maßstab bei der Aerodynamik und Effizienz gelegt und die Messlatte für sparsames Fahren hochgeschraubt. Der cW-Wert gibt an, wie strömungsgünstig ein Fahrzeug durch die Luft gleitet. Je niedriger der cW-Wert, desto aerodynamischer ist das Auto.
Ein niedriger cW-Wert
Ein niedriger cW-Wert bedeutet weniger Luftwiderstand, was zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und einer insgesamt besseren Leistung führen kann. Hersteller investieren viel Zeit und Ressourcen in die Gestaltung von Fahrzeugen, um den cW-Wert zu minimieren. Dies geschieht durch das Design von Karosserieformen, glatten Oberflächen, speziellen Spoilern, Felgen und Luftleitsystemen, um den Luftstrom um das Fahrzeug herum zu optimieren, um daraus möglichst viel Reichweite zu generieren. Der niedrige cW-Wert des Mercedes EQS ist ab 0,2 bereits realisierbar. Ein hoher cW-Wert bei einem PKW ist jenseits von 0,3 angesiedelt. Damit Sie sich einen allgemeinen Eindruck von cW-Werten gängiger Automodelle verschaffen können, sehen Sie sich am besten diese cW-Wert-Tabelle an. Beim cW-Wert und seiner Definition ist allerdings auch einiges zu beachten.
Der cW-Wert wird oft in Kombination mit der Frontfläche des Fahrzeugs verwendet, um den Luftwiderstandsbeiwert (cW x A) zu bestimmen, der einen Einfluss auf den Gesamtwiderstand hat, den das Fahrzeug der Luft entgegensetzt. Je niedriger der Wert ist, desto weniger Energie wird benötigt, um das Auto durch die Luft zu bewegen, was wiederum die Geschwindigkeit, Effizienz und Reichweite verbessern kann.
Aber wie ist das mit dem cW-Wert und dem tatsächlichen Luftwiderstand zu verstehen?
Der cW-Wert ist ein Maß für den Luftwiderstandsbeiwert eines Fahrzeugs, der angibt, wie aerodynamisch effizient das Fahrzeug durch die Luft gleitet. Der tatsächliche Luftwiderstand, dem das Fahrzeug bei der Fahrt ausgesetzt ist, wird durch folgende Formel * berechnet:
Luftwiderstand = 0,5 * Luftdichte * cW-Wert * Frontfläche * Geschwindigkeit^2
Der cW-Wert allein gibt an, wie gut ein Fahrzeug durch die Luft strömt, aber der tatsächliche Luftwiderstand hängt auch von einigen anderen Faktoren ab, wie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Luftdichte und der Frontfläche. Selbst bei Fahrzeugen mit einem niedrigen cW-Wert kann der Luftwiderstand bei höheren Geschwindigkeiten signifikant ansteigen. Eine niedrige Luftdichte (wie in höheren Höhenlagen) reduziert den Luftwiderstand, während eine größere Frontfläche oder höhere Geschwindigkeiten ihn erhöhen. Daher ist der cW-Wert ein wichtiger Faktor, der jedoch in Verbindung mit anderen Variablen betrachtet werden muss, um den tatsächlichen Luftwiderstand und dessen Einfluss auf die Fahrzeugleistung zu verstehen.
* Erklärung der Formel zur Berechnung des tatsächlichen Luftwiderstands
Diese Formel wird verwendet, um den Luftwiderstand zu berechnen, dem ein Fahrzeug bei einer bestimmten Geschwindigkeit ausgesetzt ist.
-
Luftdichte: Die Luftdichte beschreibt die Masse der Luft pro Volumeneinheit. Je dichter die Luft ist, desto größer ist der Widerstand, den sie gegen das Fahrzeug ausübt. Sie wird in Kilogramm pro Kubikmeter gemessen. In größeren Höhen ist die Luftdichte geringer, als auf Meeresniveau. Auf 2.000 Metern über dem Meeresspiegel beträgt die Luftdichte etwa 83% der Luftdichte auf Meereshöhe (0 Meter). Die genaue Abnahme der Luftdichte kann von verschiedenen Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und lokalen atmosphärischen Bedingungen beeinflusst werden. Aber als Faustregel gilt, dass die Luftdichte mit zunehmender Höhe abnimmt. Jeder Anstieg um etwa 150 bis 200 Meter Höhe entspricht ungefähr einem Rückgang der Luftdichte um etwa 1%. Die Luftdichte kann in Bezug auf die Areodynamik durchaus eine – wenn auch nur unwesentliche – Rolle bei der Reichweite eines Elektroautos spielen. Demnach sollte ein Elektroauto in großer Höhe um ein kleines Stück weiter kommen, als auf Meeresniveau-Höhe.
-
cW-Wert: Der bereits erwähnte cW-Wert ist eine dimensionslose Zahl, welche die Aerodynamik eines Fahrzeugs beschreibt. Ein niedriger cW-Wert zeigt an, dass das Fahrzeug aerodynamisch effizienter ist.
-
Frontfläche: Die Frontfläche ist die Projektion der Fahrzeugfront in Fahrtrichtung. Sie wird in Quadratmetern gemessen und beeinflusst den Widerstand, den das Fahrzeug der Luft entgegensetzt.
-
Geschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird in Metern pro Sekunde gemessen. Der Luftwiderstand steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit an, was bedeutet, dass eine Verdopplung der Geschwindigkeit zu einem vierfachen Anstieg des Luftwiderstands führt.
Die Formel selbst multipliziert all diese Faktoren, um den Luftwiderstand zu berechnen. Das Halbieren (0,5) wird verwendet, um die Ergebnisse der Luftwiderstandsberechnungen auf eine standardisierte Weise zu vereinfachen.
Die Formel zeigt, dass der tatsächliche Luftwiderstand stark von der Geschwindigkeit abhängt – wenn die Geschwindigkeit steigt, erhöht sich der Luftwiderstand exponentiell. Zudem spielt die Aerodynamik des Fahrzeugs eine große Rolle: Je niedriger der cW-Wert und je kleiner die Frontfläche, desto geringer ist der Luftwiderstand, was die Effizienz und Leistung des Fahrzeugs beeinflusst.
Geschwindigkeit bei weitem die größte Auswirkung auf den tatsächlichen Luftwiderstand
Nun wissen wir, dass in Bezug auf die Effizienz und Reichweite eines Autos der cW-Wert eigentlich nur eine untergeordnete Rolle übernimmt. Auch die Frontfläche ist nicht hauptverantwortlich dafür, wie effizient ein Auto ist. Das Auto ist immer nur so effizient, wie es der Fahrer auch zulässt. Insofern spielt der Fahrstil und im Speziellen die Geschwindigkeit die mit Abstand wesentlichste Rolle bei der Effizienz, und somit der Reichweite.
Bei der oben erwähnten Formel hat die Geschwindigkeit einen exponentiellen Einfluss auf den tatsächlichen Luftwiderstand, da sie quadratisch in die Formel eingeht (Geschwindigkeit^2). Das bedeutet, dass eine Verdopplung der Geschwindigkeit zu einem vierfachten Anstieg des Luftwiderstands führt. Daher hat die Geschwindigkeit bei weitem die größte Auswirkung auf den Luftwiderstand und somit die Reichweite des Autos.
Der cW-Wert ist neben der Geschwindigkeit als zweit-wichtigster Aspekt anzusehen, da dieser die aerodynamische Effizienz des Fahrzeugs ansich beschreibt. Ein niedrigerer cW-Wert bedeutet auch bei höherer Geschwindigkeit in Relation weniger Luftwiderstand, was sich natürlich positiv auf die Gesamteffizienz auswirkt. Dies soll nun aber nicht zum Rasen verleiten, da die Effizienz in absoluten Zahlen natürlich beim Schnellfahren auch bei niedrigem cW-Wert drastisch sinkt.
Die Frontfläche ist die Projektion der Fahrzeugfront in Fahrtrichtung und beeinflusst den Widerstand, den das Fahrzeug der Luft entgegensetzt. Obwohl die Frontfläche wichtig ist, haben Geschwindigkeit und cW-Wert einen größeren Einfluss auf den tatsächlichen Luftwiderstand.
Fazit:
In der Praxis interagieren alle diese Faktoren miteinander. Eine Reduzierung des cW-Werts oder der Frontfläche kann den Luftwiderstand verringern, was sich auch bei höheren Geschwindigkeiten zunehmend (je höher die Geschwindigkeit, um so größer die „relative“ Einsparung) auswirkt. Letztendlich jedoch dominiert die Geschwindigkeit als Hauptfaktor, der den Luftwiderstand beeinflusst.
