Die S-Klasse als Beispiel für Aerodynamik-Entwicklung

  • Das Thema Aerodynamik nimmt nach dem Zweiten Weltkrieg für Serienfahrzeuge Fahrt auf
  • Seit den 1970er-Jahren beeinflusst Aerodynamik die Fahrzeugkonstruktion und -gestaltung stark
Stuttgart – Wie groß die Bedeutung aerodynamisch optimierter Karosserien für den modernen Automobilbau ist, wissen die Mercedes-Benz Ingenieure bereits in den 1930er-Jahren: Ihre stromlinienförmig verkleideten Renn- und Rekordwagen dominieren die Großen Preise und die internationalen Geschwindigkeits-Rekordfahrten in den Jahren vor dem Zweiten Weltkrieg.
Für die Serienfahrzeuge von Mercedes-Benz gewinnt das Thema Aerodynamik nach dem Zweiten Weltkrieg weiter an Bedeutung. Der Ruf nach einem geringeren Treibstoffverbrauch und damit einer besseren Energieeffizienz ist dafür der Hauptgrund. Mercedes-Benz verfolgt das Thema schon früh und entwickelt Fahrzeuge auch mit Hinblick auf eine gute Aerodynamik. Die 1953 und 1954 eingeführten „Ponton-Modelle“ der Mittelklasse und Oberklasse, die bei Mercedes-Benz eine neue Ära einläuten, zeichnen sich durch eine moderne glattflächige Karosserie aus, die gegenüber den klassischen Karosserien der Vorgängermodelle geräumiger und deutlich strömungsgünstiger gestaltet ist.
Ab den 1970er-Jahren und damit in der Zeit der ersten großen Ölkrisen gewinnt diese Disziplin immens Raum. Und so ist die S-Klasse der Baureihe W 126 das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert diese S-Klasse bereits Ende der 1970er-Jahre im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition in ihrem Segment.
Ein besonders wichtiges Anliegen der Mercedes-Benz Ingenieure und Designer besteht jedoch darin, die Aerodynamik nicht um ihrer selbst Willen zu immer neuen Rekordwerten zu optimieren, sondern dabei die Alltagstauglichkeit nie aus den Augen zu verlieren. So wurde beispielsweise bei der S-Klasse der Baureihe W 126 bewusst auf eine stärkere Frontscheibenneigung verzichtet, da dies mit einer stärkeren Aufheizung des Fahrzeugs verbunden wäre und auch Komfortverluste beim Einsteigen mit sich gebracht hätte.
Zwei wichtige Messgrößen charakterisieren die Aerodynamik eines Fahrzeugs: Seine Stirnfläche A (in Quadratmeter) und der Luftwiderstandsbeiwert cw (c = Konstante, w = Widerstand; dimensionslos), der die Luftumströmung eines Objekts unabhängig von seiner Größe beschreibt. Da die Gesamtaerodynamik von beiden Werten abhängt, liefert die Multiplikation von cw und A (cw × A) das aussagekräftigste Resultat einer Fahrzeugmessung.
Aufgrund dieser Gesetzmäßigkeit gibt es bei der Betrachtung der verschiedenen S-Klasse Generationen auch eine Überraschung: Die Baureihe W 140, die wegen ihrer Ausmaße oft kritisiert wurde, bietet einen besseren Luftwiderstandswert cw × A als die Vorgängerbaureihe W 126 – zwar hat sie eine größere Stirnfläche, aber einen erneut deutlich geringeren cw-Wert von 0,30, der bei ihrem Erscheinen 1991 wiederum ein Maßstab für Limousinen der Luxusklasse wird.
Bei der Betrachtung der Zahlenwerte über die Jahre kann als Kernaussage festgehalten werden, dass zwar das Maß der Stirnfläche über die Fahrzeuggenerationen leicht zunimmt, jedoch der cw-Wert kontinuierlich sinkt und somit der Wert cw × A ebenfalls einen sinkenden Verlauf hat.
Der Windkanal als Ingenieurswerkzeug
Als im Jahr 1949 von Mercedes-Benz die ersten neu entwickelten Personenwagen nach dem Zweiten Weltkrieg auf dem Markt erscheinen, stehen die Themen Luftwiderstand und Energieeffizienz nicht im Vordergrund. Das ändert sich auch 1951 nicht, als die neuen Typen 220 (W 187) und 300 (W 186) auf der ersten Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) in Frankfurt/Main für Furore sorgen. Offizielle Aerodynamik-Messwerte gibt es für beide damals noch nicht.
Doch zumindest im Fall des Typ 220 geben vorhandene Werte von Vorkriegsfahrzeugen ebenfalls mit frei stehenden Scheinwerfern, Trittbrettern und Kotflügeln eine Richtung vor, und so dürfte der cw-Wert des W 187 bei etwa 0,55 liegen.
Die cw-Werte einiger Mercedes-Benz Typen aus der Zeit vor dem Zweiten Weltkrieg:
Typ
cw
A (m²)
cw × A
260 (W 02)
0,662
2,53
1,675
130 (W 23) Heckmotorfahrzeug
0,516
1,953
1,008
170 V (W 136)
0,600
k. A.
k. A.
170 V (W 136) mit Stromlinienkarosserie nach Prof. Dr.-Ing. W. Kamm (Versuchsfahrzeug)
0,361
2,0937
0,7558
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
  
Mercedes-Benz 220 „Ponton“ (Baureihe W 180)
Nach dem Krieg erfolgt die Ablösung der bisherigen technischen Führungsmannschaft durch eine neue Ingenieursgeneration. Zu dieser zählen beispielsweise Fritz Nallinger, Rudolf Uhlenhaut, Josef Müller, Wolf-Dieter Bensinger und Hans Scherenberg. Scherenberg wird 1952 Nachfolger des seit 1926 amtierenden Konstruktionschefs Max Wagner.
Mit der Präsentation des Typ 220 (W 180) im März 1954 in Genf wird der Paradigmenwechsel sichtbar, der zum ersten Mal bei der Konstruktion eines Vorläuferfahrzeugs der S-Klasse eine Rolle spielt: die Bedeutung des Luftwiderstands. Schon bei dem parallel entwickelten und sieben Monate vorher präsentierten Mittelklasse-Typ 180 (W 120), der dem Typ 220 (W 180) in puncto Karosserie weitgehend entspricht, verweist Chefingenieur Nallinger auf die Verbindung der traditionsgebundenen Mercedes-Benz-Form mit einer neuzeitlichen, strömungsgünstigen Gesamtform“.
Mit einem cw-Wert von deutlich unter 0,50 werden beim Typ 220 (W 180) allein durch die günstigere Aerodynamik trotz einer im Vergleich zum Vorgänger größeren Karosserie optimale Voraussetzungen für bessere Fahrleistungen bei reduziertem Treibstoffverbrauch geschaffen.
Typ
cw
A (m²)
cw × A
220 (W 180)
0,473
2,07
0,9791
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz „Heckflosse“ (Baureihe W 111)
Ein weiterer Fortschritt wird mit dem Erscheinen der Baureihe W 111 im Jahr 1959 deutlich. Der Luftwiderstandsbeiwert verbessert sich im Vergleich zur „Ponton“ -Baureihe W 180 um 13 Prozent. Trotz einer 3,86 Prozent größeren Stirnfläche reduziert sich der Gesamtluftwiderstand aus dem Produkt von A und cw-Wert um 9,7 Prozent. Günstig wirken sich bei der „ Heckflosse“ die gewölbte Form des Dachs und der hohe Heckabschluss des Kofferraumdeckels aus, die Strömungsverluste reduzieren.
Das Fachmagazin „das Auto Motor und Sport“ analysiert in Heft 10/1960: „Wieso allerdings 120 PS genügen, um dies große Auto auf gestoppte 174 km/h zu bringen, leuchtete uns so lange nicht ein, bis uns exakt gemessene Unterlagen über Frontfläche und Luftwiderstandsbeiwert vorlagen.“
Typ
cw
A (m²)
cw × A
220, 220 S, 220 SE (W 111)
0,411
2,15
0,8837
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz Baureihe W 108/109
Mit dem Erscheinen der Baureihe W 108/109 im Jahr 1965 wird eine Stilikone geschaffen. Dabei stehen zur damaligen Zeit Aerodynamik-Themen nicht im Vordergrund der technischen Bemühungen. Das flachere Dach und der niedrigere Heckabschluss der Baureihe W 108 verschlechtern im Vergleich zur Baureihe W 111 sogar den cw-Wert. Trotzdem kann das mit diesen Baureihen erreichte Niveau nahezu gehalten werden: Einem um 2,2 Prozent schlechteren cw-Wert steht eine um 1,9 Prozent geringere Stirnfläche gegenüber, sodass sich ein fast identischer Gesamtwiderstandswert aus Stirnfläche und cw-Wert ergibt.
Baureihe
cw
A (m²)
cw × A
W 108/109
0,420
2,108
0,8854
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz S-Klasse (Baureihe W 116)
Die in der offiziellen Kommunikation erstmals als Mercedes-Benz S-Klasse bezeichnete Baureihe W 116 erreicht aufgrund ihres hohen Heckabschlusses fast wieder die Werte der Baureihe W 111 und kommt durch die geringere Stirnfläche auf einen etwas besseren Gesamtwiderstandswert.
Typ
cw
A (m²)
cw × A
280 SE (W 116)
0,412
2,14
0,8817
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz S-Klasse (Baureihe W 126)
Bei der Planung der Baureihe W 126 stehen für den damaligen Entwicklungschef in Sindelfingen und späteren Chefingenieur Werner Breitschwerdt die verbrauchsbeeinflussenden Faktoren Gewicht und Luftwiderstand im Vordergrund. Ähnlich wie seinerzeit beim Übergang von der „Ponton“-Baureihe W 180 zur „ Heckflossen“-Baureihe W 111 wird beim Wechsel von der Baureihe W 116 zur Baureihe W 126 nicht nur ein Sprung innerhalb der Mercedes-Benz Baureihen erreicht, auch im internationalen Vergleich markiert diese S-Klasse die Spitzenposition in ihrem Segment mit großem Vorsprung. Die wichtigsten optimierenden Faktoren für einen günstigen cw-Wert sind die stärker abfallende Dachlinie, der hohe Heckabschluss mit seitlich leicht eingezogener Heckpartie, die stärkere Neigung der Windschutzscheibe (54 Grad), die versenkten Scheibenwischer, in die Karosserie integrierten Regenleisten, ein stufenloser Übergang der Vorderwandsäulen sowie ein nahtloser Übergang der Stoßfänger zur Karosserie.
Der Erfolg aller Maßnahmen ist beeindruckend: Der cw-Wert verbessert sich gegenüber der Vorgänger-Baureihe W 116 um 12,9 Prozent – damals ein absoluter Spitzenwert in der Branche. Die Stirnfläche reduziert sich um rund 1 Prozent und der Gesamtwiderstand um 13,3 Prozent.
Typ
cw
A (m²)
cw × A
280 SE (W 126)
0,359
2,1283
0,7641
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz S-Klasse (Baureihe W 140)
Bei der Konstruktion der 1991 präsentierten Nachfolger- Baureihe W 140, wird das Thema der Aerodynamik ebenfalls nicht vernachlässigt. Gegenüber der Baureihe W 126 werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um den cw-Wert noch einmal deutlich zu reduzieren. Zu den Maßnahmen zählen beispielsweise die nach hinten geneigte Frontpartie, der größere Radius beim Übergang von Kühlermaske zur Motorhaubenfläche, eine etwas flacher geneigte Windschutzscheibe, bündige Seitenscheiben, Außenspiegel mit integrierter Auffangrinne für Schmutzwasser, großflächige Radzierblenden und Leichtmetallfelgen, ein geringerer Vorderachsauftrieb zur Verminderung der Seitenwindempfindlichkeit und eine glattflächige Gestaltung des Unterbodens.
Durch diese Maßnahmen gelingt es, den cw-Wert noch einmal um 16,4 Prozent zu verringern und somit einen neuen Spitzenwert in dieser Fahrzeugklasse zu schaffen. Obwohl die Stirnfläche um 12,2 Prozent gegenüber dem Vorgänger zunimmt und so ebenfalls einen neuen Spitzenwert im Vergleichssegment darstellt, gelingt es in Verbindung mit dem drastisch reduzierten cw-Wert, den bis dahin günstigsten Gesamtwiderstandswert aller S-Klassen seit der „Ponton“-Baureihe W 180 zu erreichen. Diesen unterbietet die Baureihe W 140 um 26,8 Prozent, gegenüber der legendären Vorgängerbaureihe W 126 sind es 16,4 Prozent. Besonders erstaunlich wirkt diese Tatsache vor dem Hintergrund der imposanten Gesamterscheinung des Fahrzeugs.
Typ
cw
A (m²)
cw × A
300 SE 2.8 (W 140)
0,30
2,39
0,717
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Mercedes-Benz S-Klassse (Baureihe W 220)
Als 1998 die S-Klasse der Baureihe W 220 präsentiert wird, markiert sie mit einem cw-Wert von 0,27 wieder die Führungsposition in der automobilen Oberklasse. Dieser Wert wird durch diverse Maßnahmen erreicht, vor allem mithilfe einer etwas stärkeren Neigung von Front- und Heckscheibe, einem Kofferraumdeckel mit integrierter Abrisskante, stärkeren seitlichen Karosserieeinzügen, einem Radspoiler vor Vorder- und Hinterrädern, einem verkleideten Motorraumunterboden, einem aufwendigen Verkleidungskonzept des restlichen Unterbodens und einer geschwindigkeitsabhängigen Fahrzeugabsenkung.
In Verbindung mit der um 4,2 Prozent geringeren Stirnfläche und dem 10 Prozent niedrigeren cw-Wert erreicht die Baureihe W 220 einen um 13,8 Prozent niedrigeren Gesamtwiderstandswert im Vergleich zur Baureihe W 140 und markiert somit auch in dieser Disziplin bei der Vorstellung die Weltspitze.
Typ
cw
A (m²)
cw × A
S 280 (W 220)
0,27
2,29
0,618
Gemessen mit Kühlluftdurchströmung.
 
Aerodynamik bleibt wichtiger Eckwert
Die Aerodynamik ist bis heute ein wichtiger Entwicklungsschwerpunkt bei Mercedes-Benz und wird dies auch zukünftig bleiben. Ein prägnantes Beispiel ist der im Januar 2013 präsentierte Mercedes-Benz CLA. Sein Luftwiderstandsbeiwert von cw = 0,23 setzt neue Maßstäbe in der Aerodynamik von Serienfahrzeugen und macht sich positiv in einem reduzierten Kraftstoffverbrauch bemerkbar.
Bereits ab einer Geschwindigkeit von 60 km/h wird der Luftwiderstand zu einer Größe, die den Verbrauch maßgeblich beeinflusst. Ebenso wichtig ist die perfekte Abstimmung der Auftriebsbeiwerte an Vorder- und Hinterachse (cAV- und cAH-Wert). Sie sorgen für ein agiles Handling, hohe Fahrstabilität in höheren Geschwindigkeitsbereichen und für ein sicheres Fahrgefühl bei Seitenwind. Die herausragende Aerodynamik wirkt bis in den Innenraum: Dort kommt es zu einem in dieser Klasse sonst unerreichten Windgeräuschkomfort. Womit einmal mehr bewiesen wäre: Eine gute Aerodynamik ist niemals nur Selbstzweck, sondern wirkt nachhaltig in viele Richtungen.

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    Mercedes-Benz S-Klasse Limousine der Baureihe 126 (1979 bis 1992) im Windkanal in Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1980.
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    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1980. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
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    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1980. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
  • 80F137
    Mercedes-Benz S-Klasse Limousine der Baureihe 126 (1979 bis 1992). Diese Baureihe ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wird. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,36 nimmt sie bereits Ende der 1970er-Jahre im internationalen Vergleich eine Spitzenposition in ihrem Segment ein.
  • 80F139
    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1980. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
  • 80F138
    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1980. Aufgeklebte Wollfäden zeigen, wo ungünstige Strömungswirbel entstehen. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
  • 87F318
    Windkanal im Mercedes-Benz Werk Untertürkheim mit Traversieranlage, Schemazeichnung. Die Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
  • 80F263
    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991) im Windkanal im Werk Untertürkheim, zusammen mit dem damaligen Weltrekord-Sparmobil mit Dieselmotor. Foto aus dem Jahr 1980. Aufgeklebte Wollfäden zeigen, wo ungünstige Strömungswirbel entstehen. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
  • 1998M326
    Windkanal im Werk Untertürkheim mit Mercedes-Benz 300 SL Coupé (W 198, 1954 bis 1957). Die Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
  • 2007DIG896
    Windkanal im Werk Untertürkheim mit Mercedes-Benz 300 SL Coupé (W 198, 1954 bis 1957). Foto aus dem Jahr 1955. Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
  • 2007M922
    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 126 (1979 bis 1991), Typ 280 SE, im Windkanal im Werk Untertürkheim. Diese S-Klasse ist das erste Mercedes-Benz Serienfahrzeug, das konsequent unter Aerodynamik-Gesichtspunkten entwickelt und gestaltet wurde. Das Resultat: Mit einem cw-Wert von 0,359 markiert es im internationalen Vergleich mit großem Vorsprung die Spitzenposition im Segment.
  • 72204-9A
    Gebäude des Windkanals im Werk Untertürkheim, historische Aufnahme. Foto aus dem Jahr 1972. Die Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
  • 72204-2A
    Gebäude des Windkanals im Werk Untertürkheim, historische Aufnahme. Foto aus dem Jahr 1972. Die Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
  • A90F1654
    Designmodell der Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 140 (1991 bis 1998) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1990. Diese S-Klasse markiert mit einem cw-Wert von 0,30 im internationalen Vergleich einen neuen Spitzenwert – und zeigt damit zugleich, dass Fahrzeuggröße und vorzügliche Aerodynamik sich nicht widersprechen.
  • A90F1653
    Designmodell der Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 140 (1991 bis 1998) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Foto aus dem Jahr 1990. Diese S-Klasse markiert mit einem cw-Wert von 0,30 im internationalen Vergleich einen neuen Spitzenwert – und zeigt damit zugleich, dass Fahrzeuggröße und vorzügliche Aerodynamik sich nicht widersprechen.
  • D90F2062
    Mercedes-Benz S-Klasse der Baureihe 140 (1991 bis 1998), Unterbau. Der verkleidete Unterboden leistet einen wichtigen Beitrag zum vorzüglichen cw-Wert von 0,30 dieses Fahrzeugs, der im internationalen Vergleich einen neuen Spitzenwert markiert – und zugleich zeigt, dass Fahrzeuggröße und vorzügliche Aerodynamik sich nicht widersprechen. Foto aus dem Jahr 1990.
  • U5569
    Mercedes-Benz Typ 220 S (W 111, 1959 bis 1965) im Windkanal im Werk Untertürkheim. Die Anfänge des Windkanals gehen zurück auf das Jahr 1939, und er ist eine der ersten Einrichtungen zur Messung von Fahrzeugen in voller Größe.
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