Die Renaissance des Fließhecks

Es fällt auf: immer mehr Limousinen sind mit einem Fließheck unterwegs. Gegen Ende der 60er des vorigen Jahrhunderts schien es, dass diese Heckform aussterben würde. Sie hatte sich überlebt.

Nur wir Älteren erinnern uns noch an die Buckelmodelle von Ford und Volvo, an den Opel „Kapitän“ und an den VW 1600 TL, die „Tolle Lola“. Allein bei Sportwagen wie dem „Klassiker“ 911 konnte sich das Fließheck behaupten und später bei Roadstern wie dem Audi TT erneut durchsetzen. Nunmehr feiert es bei Limousinen fröhlich Urständ. Zunehmend kommen elegante Pkw mit dieser Form in Fahrt. Abgeleitet aus einem Stufenheck, wie der VW-Passat CC (mit kleinem Heckstummel) und der Audi A5 Sportback oder ganz originär als Fließheck entworfen, wie z.B. der Citroen C6 und der Toyota Prius III.

Was sind die Motive hinter diesem sich abzeichnenden Trend? Nostalgie? Wohl kaum. Eher schon die Eleganz, die sich mit einem fließenden Heck zum Ausdruck bringen lässt, mit einem Anklang an Sportlichkeit. Eine Weiterentwicklung des Coupé-looks, eine Gegenbewegung zur Keilform. Sie lässt das Stufenheck ganz schön bieder aussehen und suggeriert zugleich die perfekte Umströmung eines Profils, eine notwendige Voraussetzung für niedrigen Luftwiderstand und Economie.

Für die Designer ist das Fließheck eine immer wiederkehrende Herausforderung gewesen. Schon in den 1920ern liebäugelte man mit seinem Charme. Sein großer Nachteil: Sollte die Strömung wirklich bis zum Fahrzeugende anliegend bleiben und damit den Luftwiderstand klein halten, so führte das zu unakzeptabel langen Fahrzeugen. Paul Jaray, der berühmte Schweizer „Stromlinienpionier“, versuchte dem beizukommen, indem er den erforderlichen Druckrückgewinn am Heck auf zwei Ebenen aufteilte: auf ein unteres, waagerecht liegendes Profil und auf ein darauf aufgesetztes senkrechtes, das er aus dem Pavillon modellierte. Er erfand die „Kombinationsform“. Später ersetzte er das senkrechte Profil durch einen räumlichen Körper. Das sah sportlicher aus. Leider ist nie der Nachweis erbracht worden, ob die Kombinationsform denn auch wirklich funktioniert. Skizzen, die in der von Ludwig Prandtl geleiteten Aerodynamischen Versuchsanstalt (AVA) in Göttingen angefertigt wurden, vermitteln einen eher intuitiven Eindruck, sind „artist’s impression“, wie man das in den USA fantasievoll nennen würde.

Jarays Lizenznehmer, Freiherr Koenig-Fachsenfeld, entwarf nach dessen Idee eine Reihe von Limousinen: Prototypen wurden von Audi, Chrysler, Dixie und Ley gebaut. Kein Hersteller ging damit in Serie. Mit einer Ausnahme: Hans Ledwinka, der nicht minder berühmte tschechische Konstrukteur, setzte Jarays Idee 1937 mit dem Tatra 87 um. Das dadurch, dass er den Motor im schlank auslaufenden Heck anordnete und den Pavillon weit nach vorn schob. So gelang es ihm, die Länge seines Autos zu begrenzen. Bis 1950 ist dieser traumhaft schöne Wagen gebaut worden. Heute kann er in der Verkehrsabteilung des Deutschen Museums und in der Pinakothek der Moderne in München besichtigt werden.

Der Trend, der „main stream“, folgte diesem Weg jedoch nicht. Der Motor blieb vorn Und da man kürzer bauen musste, wurde das Heck halt steiler ausgeführt, als der Strömung guttut. So entstand die Pseudo-Jaray–Form, die man in den USA „fast back“ nannte, schnelles Heck. Ganze Generationen von Pkw wurden damit ausgestattet. Am längsten hielten sich in Europa der Buckel-Taunus von Ford und der ebenfalls bucklige Volvo PV544. Und natürlich, unübertroffen, der „Käfer“ aus Wolfsburg. Auch den zierte ein Pseudo-Jaray-Heck.

So „fast“, so schnell war dieses Pseudo-Heck aber gar nicht! Im Gegenteil, es zeichnete sich durch einen besonders hohen Luftwiderstand aus. Und das stieß auf ungläubiges Staunen. Denn schaute man sich die Umströmung dieser Wagen an, sei es mit Wollfädchen auf der Straße oder mit der Rauchsonde im Windkanal, dann sah es doch so aus, als ob die Strömung bis weit nach hinten anliegend blieb. Wie sollte da ein hoher Widerstand zustande kommen? Dieses Geheimnis konnte erst sehr viel später gelüftet werden, bei der Entwicklung des VW Golf I.

Wie das? Der hatte doch ein typisches Vollheck à la Kamm, war also alles andere, als ein „fast back“. Und das kam so: Die Aerodynamiker von Volkswagen hatten sich Anfang der 70er die Strategie der „Detailoptimierung“ ausgedacht: Alle für die Umströmung wichtigen Formdetails werden der Reihe nach in kleinen Inkrementen verändert, und dabei wird bei jedem Schritt der cW-Wert gemessen. So auch bei der Neigung der Heckklappe, die sich anheben und abkleben ließ. Dabei zeigte es sich, dass der cW-Wert bei einem bestimmten Neigungswinkel einen sehr hohen Wert, bei einem anderen einen sehr viel niedrigeren annahm. Mit Einsatz einer Rauchsonde ließ sich ein Bild von der Strömung entwerfen, wie im Schema skizziert. Eine frappierende Ähnlichkeit mit einem Tragflügel kleiner Spannweite. Es bildet sich ein einwärts drehendes Randwirbelpaar, das die Strömung so weit nach unten zieht, dass sie im Längsmittelschnitt anliegend bleibt. Eine Erkenntnis, die man schon früher anhand von Fädchenbildern hätte gewinnen können, die auf der Straße für den „Adler Autobahn“ aufgenommen wurden – wenn man nur genauer hingeschaut hätte. Diese Randwirbel „induzieren“ auf dem rückwärtigen Fahrzeugteil einen Auftrieb, der die Hinterachse entlastet. Ein Effekt, den die Fahrdynamiker gar nicht schätzen. Und sie sind mit einem erhöhten Widerstand verbunden. Auch nicht gerade das, was man haben will. Fazit: eine derartige Strömungsform ist unbedingt zu vermeiden.

Das bei der Entwicklung des VW Golf I als „spin-off“ angefallene Ergebnis rief zahlreiche Forscher auf den Plan. Mit Messungen an generischen Modellen – das bekannteste wurde nach seinem Schöpfer „Ahmed’s Body“ genannt – wurden die Kenntnisse erhärtet: Für mäßige Neigungswinkel der Heckschräge stellt sich für den Widerstand ein Minimum ein; die Randwirbel sind dabei schwach. Das Minimum verläuft sehr flach und räumt so dem Designer bei der Wahl des Neigungswinkels einen gewissen Spielraum ein. Die modernen Fließhecks liegen sämtlich in diesem flachen Bereich. Wird der Neigungswinkel vergrößert, steigt der Widerstand an. Erst wenig, dann aber steil, bis zu einem Maximum. Genau im Bereich dieser Winkel lagen die zahlreichen Pseudo-Jarays und daher ihr hoher Widerstand. Bei darüber hinausgehendem Winkel fällt der Widerstand schlagartig ab. Die Wirbel platzen auf, und es stellt sich die für ein Vollheck nach Kamm typische „Totwasserströmung“ ein.

In der Realität ist das Ganze etwas komplizierter. Auf nur ein Detail sei hingewiesen: Sind die C-Säulen scharfkantig, dann sind die Ablöselinien der Randwirbel fixiert, und die Strömung ist stabil. Sind dagegen die C-Säulen stark gerundet, dann ist die Position der Ablöselinien nicht durch die Geometrie festgelegt, kann sich also hin und her bewegen, womöglich rhythmisch pendeln. Das führt dann zu Schwankungen des Auftriebes an der Hinterachse, die bei hohem Tempo unangenehm werden können. Das vor allem dann, wenn die Frequenz des Pendelns der Eigenfrequenz der Hinterachse nahe kommt. Mit Spoilern wie einem abgestellten „Brett“ oder einem Flügel, kann man dem begegnen.

Wolf-Heinrich Hucho 14.1.2010




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