Fahrwiderstände

Nachdem also mindestens 75 % der Gesamtenergie aus dem Tropfen Benzin nutzlos verkrümelt ist, darf nur ein Restchen des Energiekuchens den Energiehunger des Fahrerstils stillen und auf die Räder kommen. Auf Wunsch des Fahrers machen sich dort fünf Energiefresser über das Stück her:

Der Beschleunigungswiderstand.
Hauptkonsument in Städten und auch bei den Dränglern auf der Autobahn. Das Beschleunigen eines Körpers bedarf Energie. Die Energie wächst quadratisch mit der Geschwindigkeit. In einem doppelt so schnellen Fahrzeug steckt vierfache Energie. Diese Energie bleibt als so genannte kinetische Energie in der Geschwindigkeit erhalten. Diese Energie sorgt dafür, dass wir bei leerem Tank unterwegs mindestens noch ausrollen dürfen.
Der Steigungswiderstand.
Er verschlingt Nutzenergie beim Bergauffahren. Diese bleibt aber in der Höhe gespeichert. Die sog. potenzielle Energie bekommen wir sofort zurück, sobald es wieder hinunter geht. Dann kommt es jedoch darauf an, dass wir diese effektiv nutzen (Schubabschaltung, Leerlauf, Motorbremse).
Die Rollreibung
steht jeder Bewegung im Wege. Je nach Beschaffenheit von Reifen und Straße verformen und erwärmen sich beide und verbrauchen somit Energie, Reifenprofil und Fahrbahnmarkierung. Hierfür sind zwei Faktoren verantwortlich:

a) Sobald die Reifen nur mit dem Fahrzeuggewicht belastet werden, verformen sich diese an deren Unterseite elastisch. Die Standfläche wird etwas geplättet und die Reifenwände beulen sich leicht nach außen. Beim Fahren wandert diese Stelle mit dem Fahrzeug und bleibt stets unten. Die Verformungsverluste dieses „Umwalgens“ hängen zunächst von der Reifenbeschaffenheit und vor allem dem Reifenluftdruck ab. Da sich die Räder auf gleicher Streckenlänge auch gleich oft drehen, steigt dieser Verlustfaktor nicht mit zunehmender Geschwindigkeit. Ganz im Gegenteil: Die höhere Zentrifugalkraft der Reifen sowie die Auftriebswirkung der meisten Karosserien reduzieren die Verformung bei höherem Tempo sogar. Das ist einer der wenigen Effekte dafür, dass der Verbrauch nach Unterschreitung der günstigsten Geschwindigkeit wieder ansteigt.

b) Verluste durch Schlupf und Drift sind bei gleichförmig konstanter Fahrzeugbewegung zunächst unabhängig von der Geschwindigkeit nahezu nicht vorhanden. Erst beim Beschleunigen, Verzögern und Lenken radieren die mit der Fahrzeugmasse belasteten Pneus aufgrund der Massenträgheit etwas entgegen der Richtungsänderung über den Fahrbahnbelag. Im Gegenzug für den dabei entstehenden Abrieb erzielt man Antriebs-, Brems- und Seitenführungstraktion. Da auf diese Manöver nicht gänzlich verzichtet werden kann, nehmen deren Verluste mit zackiger Fahrweise zu.

Der Luftwiderstand


verdrückt mit zunehmender Geschwindigkeit mehr Energie. Wenn man erwägt, dass 1 m³ Luft (Raum mit 1 m Länge, Breite und Höhe) schon 1,3 kg wiegt, kann man sich die Wucht vorstellen, die einem bei 160 km/h vor die Windschutzscheibe prallt. Weil bei doppeltem Tempo nicht nur doppelt soviel Luft auf die Scheibe prallt, sondern auch mit doppelter Aufprallgeschwindigkeit, wächst die bremsende Kraft sogar quadratisch. So wie Sie für doppelte Wandmaße viermal soviel Fußbodenbelagfläche brauchen, brauchen Sie bei doppeltem Tempo eine viermal so große Kraft.
Die Bremsen
sind mit Abstand das Wichtigste am Auto. Ihre einzige Absicht: Auf Pedaldruck kinetische Energie vertilgen. Ändern Sie die Werte der Tabelle, dann sehen Sie, wie viel Sprit man zum Beschleunigen von 0 auf das Tempo braucht und bei einer Vollbremsung vollständig verpufft. Sind hohe Geschwindigkeiten nicht außerordentlich teuer? Ja, wieder ein quadratischer Zusammenhang. Dazu vervielfacht häufiges Abbremsen, wie man es oft auf der linken Spur der Autobahn oder auch beim Einscheren in zu kurze Lücken der rechten Spur praktiziert, die Aufwendungen.
Abbildung 1. Tempo-Fahrwiderstände-Rechner. Fahrwiderstände bei verschiedenen Tempo simuliert, Reifen zur Luft zum jeweiligen Gang aufsummiert

Abbildung 2. Rollreibungsdiagramm von der UNI München. Diese Kräfte bestimmen der Kraftstoffverbrauch [10] a) Fahrt in der Innenstadt b) Fahrt auf der Landstraße c) Autobahnfahrt

Am Ende unseres physikalischen Rundgangs angelangt, wird deutlich: Gegen den schlechten Wirkungsgrad ist kein Kraut gewachsen. In der Hand haben wir aber, wie viel wir die einzelnen Energieverzehrer speisen. Auf Fahrrädern spürt man das Nagen jedes Einzelnen an den eigenen Kräften. Doch das Auto ist so gemacht, dass man von denen nix merkt. Nur wer die Pedale wohl bedacht bedient, holt sich die goldene Banane.

Wie ein schneller Fahrradfahrer konzentrieren wir uns jetzt nicht auf die entgegenwirkenden Kräfte, sondern auf die eigene Kraft, die wir per Pedaldruck und Schalthebel auf die Reifen zwingen.

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Ralf
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Sep 2018
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Ralf says...

Hier ist ein Fehler auf der Seite. Im Diagramm "Fahrwiderstände nach Tempo" passt die y-Achse mit 0 bis 2,600 (was auch immer das sein soll: 2,6 oder 2600) nicht zur Beschriftung "Verbrauch" und der Einheit "l/100km". Sondern das wird eher der Gesamtfahrwiderstand und dann in 0 bis 2600 Newton sein.

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