Fahrwiderstände

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:

• 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.
• 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.

Mehr über Reifen ihr Rollwiderstand und ihre Behandlung finden Sie auf dieser Seite.

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 so viel Luft auf die Scheibe prallt, sondern auch mit doppelter Aufprallgeschwindigkeit, wächst die bremsende Kraft sogar quadratisch. So wie Sie für doppelte Wandmaße viermal so viel Fußbodenbelagfläche brauchen, brauchen Sie bei doppeltem Tempo eine viermal so große Kraft.

Mehr über Luftwiderstand und seine Auswirkungen auf dieser Seite.

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.

Mehr über Bremsen und ihre Wirkung auf dieser Seite.

Steigungswiderstand

Er verschlingt Nutzenergie beim Bergauffahren. Diese bleibt aber in der Höhe gespeichert. Die 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).

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.

Energieerhaltung

Die Energieerhaltung ist ein physikalisches Gesetz, das alle bewegten Körper betrifft, unabhängig von Form und Aussehen. Mit der Energieerhaltung kann Geschwindigkeit in Höhe umgesetzt werden. Das kann man sich so vorstellen, als ob man mit Schwung einen Berg hinauf fährt. Damit lässt sich unter idealen Bedingungen (ohne Reibungsverluste) berechnen, welchen Schwung man braucht um eine gewisse Höhe zu erklimmen.

In diesem Rechner können Sie eine Tabelle ansteuern, die zu jeder Höhe Energie und Geschwindigkeit des freien Fall ausrechnet. Das entspricht in etwa der Geschwindigkeit, die ein ideal rollendes Fahrzeug eine neigende Rampe mit dieser Höhe verlässt.

Wie viel Sprit kostet Höhe?

Dieser Rechner wandelt Geschwindigkeit in Sprit. Berechnung mit dem typischen Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren von 0,25.

Wie viel Sprit braucht Beschleunigen?

Dieser Rechner rechnet Geschwindigkeit in Sprit um. Berechnung mit Wirkungsgrad = 0,25.

Zusammenfassung

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.

Energie aufzubringen das kostet Sprit. Wie bringt man sie auf, durch Druck aufs Gaspedal. Das ist alles vielleicht erfahrt ihr später mehr.

Geschwindigkeit-Fahrwiderstände-Diagramm

Dieses Diagramm zeigt die Fahrwiderstände aufgrund einer physikalisch akkuraten Simulation eines Fahrzeuges mit einem 2,0L Verbrennungsmotor mit Schaltgetriebe. Die Linien zeigen a) Motorreibung in verschiedenen Gängen b) Rollreibung c) Luftwiderstand summiert mit Rollreibung. Man sieht, dass für höhere Geschwindigkeit mehr Kraft aufzubringen ist. Daher verhält es sich so, dass bei höheren Geschwindigkeiten mehr Kraftstoff verbraucht wird.

Auf dieser Seite sind die im Diagramm verwendeten Parameter, sowie weitere Simulationen.