Unter der Lupe

08.03.2010
Unter der Lupe: Die Geschichte einer Idee
Triumph der Tüftler
Was lange währt, wird endlich gut: Schon Anfang der 90er Jahre suchten die
Mercedes-Aerodynamiker bei der Entwicklung der Cabrio-Variante der damaligen E-Klasse W124 nach Wegen, die Turbulenzen im Innenraum zu vermindern und damit ein Open-Air-Erlebnis für alle Passagiere ohne allzu viel störende Zugluft zu verwirklichen. KOF4 hieß das Projekt - komfortabel Offenfahren für 4. Zwei Jahre lang wurde getüftelt, bis das Projekt 1992 auf Eis gelegt wurde.
Wer heute Bilder der damals getesteten Varianten sieht, versteht, warum die
Unternehmensleitung für KOF4 den Daumen senkte: Zu klobig sahen die verschiedenen Windschott-Kombinationen aus, die auf die Frontscheibe und hinter die Fondplätze montiert werden konnten. Dabei hatte man das Projekt gewohnt gründlich begonnen: An einem A124 Prototypen wurden im Windkanal die Grundlagen erforscht. Das Ergebnis der Versuche hat bis heute Gültigkeit: Nur die Kombination von Windabweiser vorn mit kontrolliertem Luftdurchsatz zur Strömungsanhebung und einem Schott hinter den Rücksitzen brachte die gewünschten Ergebnisse. Mit schwäbischer Gründlichkeit wurde danach eine Vielzahl von Profilen, Jalousien und Klapplösungen ausprobiert, um die Wirkung zu optimieren und den notwendigen Bauraum zu minimieren. Fazit: Funktion befriedigend, Ästhetik und Bedienung mangelhaft. Noch war die technische Konstruktion nicht ausgereift und die Bauteile nicht klein genug, damit KOF4 in Serie gehen konnte.
Vorbei, doch nicht vergessen: Zehn Jahre später, im Juli 2003, wurde das Projekt KOF4 für das neue E-Klasse Cabrio erneut angegangen. Ein Lastenheft wurde erarbeitet, schon im November fanden erste Versuchsfahrten mit einer Lamellenvariante statt, eine aktive Lösung wurde konstruktiv untersucht, eine schwenkbare Variante beschlossen – und bald darauf gekippt: Das Ergebnis war mit den Mercedes-Anforderungen an Qualität und Design nicht zu vereinbaren.
Doch Mercedes-Ingenieure sind beharrlich: Schon im Oktober 2004 wurde das Projekt wiederbelebt. Jetzt wurde eine Aufsteck-Lösung vorgestellt. Jedoch war auch diese Lösung vom Handling her noch nicht der gewünschte große Wurf. Detaillierte Aerodynamik-Untersuchungen in dieser Projektphase ergaben, dass die gesteckten Ziele für KOF4 erreichbar waren: Deutlich besserer Komfort auf den Fondsitzplätzen, keine Verschlechterung für die Frontpassagiere im Vergleich zum herkömmlichen Winkel-Windschott.
Der vierte Anlauf, der Ende 2005 begann, brachte schließlich den Durchbruch: Ein Windabweiser, der bei Nichtgebrauch im Frontscheibenrahmen verschwindet und durch ein verstellbares Windschott zwischen den hinteren Kopfstützen ergänzt wird. Noch waren viele konstruktive Herausforderungen zu meistern, doch gut vier Jahre später und fast 20 Jahre nach der ersten Idee und kontinuierlicher beharrlicher Arbeit geht KOF4 jetzt mit dem neuen E-Klasse Cabrio in Serie. Nur heißt das Dach aus Luft jetzt nicht mehr so: Analog zum Warmluftschal AIRSCARF® wurde der Name AIRCAP®gefunden. Per Knopfdruck sind Schal und Mütze jetzt bei viersitzigen Mercedes Cabrios auf Wunsch immer an Bord.
 
Unter der Lupe: Komponenten- und Gesamtfahrzeugerprobung
Zwei Sommer und zwei Winter in einem Jahr
Immer mit den neuesten Autos in der ganzen Welt unterwegs – nicht nur Motorjournalisten haben einen solchen spannenden Beruf, auch auf Testfahrer passt diese Beschreibung. Jochen Prokein von der Mercedes-Gesamtfahrzeugerprobung ist einer und hat mit dem neuen Mercedes E-Klasse Cabrio lange vor Markteinführung schon Zehntausende von Kilometern abgespult.
Doch bevor ein neues Auto in die Gesamtfahrzeugerprobung geht, haben die einzelnen Komponenten schon ein extremes Stressprogramm hinter sich. Beispiel AIRCAP®: In einer speziellen Klimakammer bei Temperaturen zwischen minus 25 und plus 80 Grad Celsius wurde der vordere Windabweiser 50.000-mal ein- und ausgefahren und zusätzlich Feinstaub und Wasser gezielt an die Lagerstellen geblasen. Parallel musste die Komponente im Härtetest unter Windlast bei Windgeschwindigkeiten zwischen 60 und 250 km/h mit mehr als 10.000 Betätigungen ihre Widerstandsfähigkeit beweisen. Dafür wurde der „kleine Windkanal“ in Sindelfingen zweckentfremdet, der eigentlich für die Entwicklung der 1:4-Modelle genutzt wird. In speziellen Klimakammern mit massiver Chemikalienbeaufschlagung wurde der Windabweiser geöffnet und geschlossen geprüft und musste damit die Korrosionsbeständigkeit während einer Fahrzeuglebensdauer nachweisen. Weitere Foltermethoden waren Waschanlagen, Dampfstrahl- und Vereisungstests.
Erst wenn die einzelnen Komponenten diese Tour der Leiden absolviert haben, beginnt die Gesamtfahrzeugerprobung. Jetzt kommt es auf das Zusammenspiel
aller Komponenten im Fahrzeug an. „Wir sind also quasi die ersten Kunden“, sagt Prokein, der diesen Teil der Erprobung für das E-Klasse Cabrio organisierte. „Die alte Regel, dass ein neues Fahrzeug in der Erprobung zwei Sommer und zwei Winter erlebt haben sollte, gilt im Grunde immer noch“, erläutert Prokein. „Nur sollte das heute möglichst in einem Jahr geschehen.“ In einem Zwei-Schicht-Programm sind die Tester darum Tag und Nacht mit den Prototypen unterwegs.
Und zwar rund um den Globus: In Texas findet auf dem Daimler-Prüfgelände die so genannte Warmland-Erprobung mit Temperaturen bis zu 45 Grad Celsius statt. „Hitze in Kombination mit hoher Luftfeuchtigkeit und Staub war diesmal für uns besonders interessant wegen der Innovation AIRCAP®“, erzählt Prokein. Das neue Windschottsystem musste sich natürlich auch unter diesen strapaziösen Bedingungen bewähren.
Auch das serienmäßige Akustik-Verdeck, das sich wegen seines speziellen Aufbaus im Verdeckkasten anders ablegt als ein konventionelles Softtop, stand besonders im Fokus. Zum Mercedes-Standardtestprogramm für offene Fahrzeuge gehören darüber hinaus selbstverständlich häufige Verdeckbetätigungen sowie Schlechtwegstrecken, um das Verwindungsverhalten prüfen zu können.
Weitere Ziele der Mercedes-Gesamtfahrzeugtester waren unter anderem Niedersachsen, Italien sowie Nordschweden für die Wintererprobung. Der Alterungs-faktor bei diesen Testfahrten beträgt etwa zehn. Das heißt, 5.000 Kilometer beispielsweise auf der gefürchteten Belgischblock-Strecke auf dem Prüfgelände in Texas entsprechen etwa rund 50.000 Kilometern im durchschnittlichen Auto-Alltag.
„Wir sind immer mit mindestens vier Fahrzeugen unterwegs, die das Modellspektrum möglichst gut abdecken“ , erzählt Prokein, der aus der Konstruktion in die Gesamtfahrzeugerprobung kam. Möglichst unterschiedliche Motoren und Ausstattungen – vom Sitz bis zum Bezugsstoff – helfen bei der Erprobung, weil so das Zusammenspiel wirklich aller Bauteile beurteilt werden kann. Die Testfahrzeuge, die Prokein und sein Team bewegen, sind dabei immer auf dem neuesten Stand: Ob geänderte Komponenten oder neueste Software-Updates, was in Sindelfingen im Zuge des Reifeprozesses eines neuen Automobils erdacht wurde, muss sich kurz darauf in der Gesamtfahrzeugerprobung bewähren.

Unter der Lupe: Strömungssimulation
Seefahrt in Sindelfingen
Für diese Expedition waren weder Gummistiefel noch Kompass nötig: Den Warmluftsee entdeckten die Mercedes-Ingenieure im Windkanal. Doch auch mit Hilfe computergestützter Strömungssimulation lässt er sich belegen. Dafür ist allerdings viel Rechenarbeit und aerodynamisches Know-how nötig. Mercedes-Benz verwendet bei der numerischen Strömungssimulation ein so genanntes Finite-Volumen-Verfahren als mathematisches Modell. Aus den CAD-Daten des neuen Mercedes E-Klasse Cabrios bildeten Alexander Wäschle und sein Team ein geschlossenes Oberflächen-Netz.
Durch Modellierung der Fahrzeugumgebung mit rund 30 Millionen Hexaedern, kleinen Würfeln, ließ sich in einem großen virtuellen Windkanal eine Fahrt auf freier Fläche simulieren. Die Luft ließen die Mercedes-Ingenieure mit realistischer Geschwindigkeit und Turbulenz strömen.
Da sich die Strömungsverhältnisse bei der Fahrt sehr schnell mit der Zeit ändern, musste die Berechnung stationär in vielen kleinen Zeitschritten erfolgen. Dafür war Rechenkapazität gefragt: Rund 500 parallel geschaltete Prozessoren kalkulieren gut zwei Wochen lang. Damit gelang es den Sindelfinger Strömungsspezialisten, den Warmluftsee virtuell zu untersuchen.
„Umgekehrt funktioniert es natürlich genauso“ , betont AIRCAP®-Entwickler Peter Dannhäuser: „Wenn der E-Klasse Cabrio-Fahrer im Sommer mit Hilfe der Klimaanlage einen kühlen Innenraum wünscht, hilft AIRCAP® auf Knopfdruck auch hierbei. Das wäre dann quasi der Kaltluftsee.“
 
Unter der Lupe: Messpuppe Tanja
Dame ohne Unterleib
Tanja fröstelt. Sie hat gerade einen anstrengenden Nachmittag hinter sich, harte Versuchsstunden. Wir treffen die junge Dame in der Nähe ihres Arbeitsplatzes, dem Windkanal der Universität Stuttgart im Stadtteil Vaihingen. Mercedes-Benz ist hier Dauermieter. Und Tanja Dauergast. Denn sie sitzt als Messpuppe Probe, wenn die Mercedes-Entwickler neue Cabriolets im Windkanal testen. Und das kann dauern – Stunde um Stunde bei starkem Sturm. Kein Wunder, dass sie leicht zerzaust aussieht. Aber freundlich steht sie uns im Interview Rede und Antwort.
Tanja,wir dürfen Sie doch Tanja nennen…
Tanja: …gerne, so nennen mich alle…
Wie sind Sie denn zu Ihrem interessanten Job gekommen?
Tanja: Meine heutigen Arbeitgeber haben mich im Lagerraum einer Boutique entdeckt und gleich mitgenommen. Da war meine Karriere im Schaufenster endgültig vorbei. Aber ich war froh, mal rauszukommen und etwas wirklich Nützliches zu tun. Schließlich bin ich Schwäbin.
Wie ging es dann weiter?
Tanja: Die Herren Ingenieure haben mir ein ärmelloses kleines Schwarzes übergestreift und meinen Kopf (leider ohne die gewohnte Perücke – da fühlt man sich so nackt), meinen Hals und meine Arme mit insgesamt 16 Geschwindigkeitssensoren bestückt. Da messen sie jetzt die Strömungsgeschwindigkeiten des Fahrtwindes im Innenraum.
Und was geschieht mit diesen Messwerten?
Tanja: Die Messwerte werden dann gewichtet. Denn Zugluft am Hals stört deutlich mehr als zum Beispiel am Scheitel. Aus der Addition der gewichteten Messwerte ergibt sich dann der so genannte Wohlfühlfaktor. Mit einer Zahl wird so
beschrieben, wie gut Menschen im Cabrio vor Zugluft geschützt sind.
Wenn wir so indiskret sein dürfen, Tanja - Sie sind ja eine Dame ohne Unterleib.
Wieso das?
Tanja: Naja, vielleicht weil ich eigentlich als Mann arbeite. Genau genommen
sogar als zwei Männer: Auf den Vordersitzen als 75-Prozent-Mann, hinten als 50‑Prozent-Mann.
Verblüffend. Was muss man darunter verstehen?
Tanja: Ganz einfach. Vorne werde ich so hingesetzt, dass ich größer bin als 75 Prozent aller Männer. Hinten bin ich so groß wie der durchschnittliche Mann. Aber mir geht es ja noch gut. Mein Kollege Walter hat gar keinen Körper.
Von Walter hören wir zum ersten Mal.
Tanja: Hören ist das richtige Stichwort. Walter ist ein Kunstkopf. Mit ihm werden die Windgeräusche im Cabrio gemessen.
Zurück zu Ihnen. Wie liefen denn die Versuche?
Tanja: Am Anfang war es hart. AIRCAP® war noch nicht so perfekt. Und dann haben die das Ding dauernd rein und raus gefahren. Das gab eine ziemliche Dröhnung. Nach Schichtende war ich ziemlich durch den Wind.
Und jetzt?
Tanja: Eine Erlösung. Sie glauben nicht, wie wohl man sich nach all diesen Turbulenzen im Warmluftsee fühlt. Auch auf den Rücksitzen. Selbst wenn es da ein bisschen mehr um den Kopf herum weht. Dennoch: AIRCAP® steht für mich an erster Stelle, wenn es um Qualität am Arbeitsplatz geht. Und das Schönste ist: Wenn es mal zu warm ist, kann man sich per Knopfdruck den Wind um die Nase wehen lassen.
Eine letzte Frage. Was wünschen Sie sich ganz privat für ein Auto?
Tanja: Ganz ehrlich – ein Coupé. Cabrio fahre ich beruflich wirklich genug.
Mercedes-Benz E-Klasse Cabriolet, Aerodynamik
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Mercedes-Benz E-Klasse Cabriolet, Aerodynamik (englisch Version)
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Mercedes-Benz E-Klasse Cabriolet, Aerodynamik
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Mercedes-Benz E-Klasse Cabriolet, Aerodynamik
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Mercedes-Benz E-Klasse Cabriolet, Aerodynamik
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