Aerodynamik

Mit Spoiler oder Flügelwird heute ein Fahrzeuganbauteil eines Pkw bezeichnet, das die Fahrzeugumströmung verändert (vor allem Spoiler) oder einen eigenen aerodynamischen Effekt einbringt (vor allem Flügel).

Begriffsabgrenzung

Spoiler

• Der Begriff to spoil ist aus dem englischen Sprachgebrauch abgeleitet und bedeutet wörtlich übersetzt „(etwas) stören“. Der Spoiler wird nur auf einer Seite überströmt. Als Fahrzeugteil stört er die Luftströmung und beeinflusst dadurch die Aerodynamik. Seine Funktion ist also hauptsächlich die eines Luftabweisers oder Luftablenkers und muss im Zusammenspiel mit der Aerodynamik der Fahrzeugkarosserie betrachtet werden. to spoil bedeutet auch „verderben“, ein kleiner Hinweis darauf, dass Spoiler meist ineffizienter als Flügel sind.

Flügel

• In der Regel spricht man von einem Flügel, wenn sowohl Ober- als auch Unterseite des Bauteils überströmt sind. Ein Flügel kann weitgehend aerodynamisch eigenständig arbeiten oder zusätzliche Effekte im Zusammenspiel mit der Karosserie-Aerodynamik bewirken.

Wirkungsweise eines Spoilers

Heckflügel eines Porsche 911 GT3 der Baureihe 996	Ausfahrbarer Heckspoiler eines Lancia	Plymouth Road Runner Superbird

Beim Auto, insbesondere bei Sport- und Rennwagen, sind Spoiler starre Bauteile aus Kunststoff, selten aus Metall oder auch Karbon, die den Auftrieb einer Karosserie durch die sie umströmende Luft während der Fahrt verringern sollen. Sie sind somit Luftabweiser bzw. Luftablenker. Die Verringerung der Auftriebskraft verbessert die Übertragung von Kräften auf den Boden und damit auch die Fahreigenschaften, insbesondere die Querbeschleunigung und damit Kurvengeschwindigkeit, die Fahrstabilität und den Bremsweg bei hohen Geschwindigkeiten.

Die Verringerung der Auftriebskräfte geht jedoch meist mit einer Erhöhung des Luftwiderstandes einher (siehe Polare). Unter einem effizienten Spoiler versteht man in der Automobil-Aerodynamik ein Bauteil, das den Auftrieb reduziert und dabei den Luftwiderstand so wenig wie möglich erhöht oder im Idealfall sogar reduziert.

Entgegen der landläufigen Vorstellung wirkt die reduzierende Auftriebskraft oft nicht direkt am Spoiler selbst, sondern entsteht durch die geänderte Druckverteilung auf der Karosserie des Fahrzeugs. Vor einem auf einer Fahrzeugoberseite hochgestellten Spoiler (siehe nebenstehendes Bild vom Lancia Thema) steigt stromaufwärts der lokale Druck auf der Oberfläche an. Die auf der Oberfläche senkrecht zur Fahrbahn nach unten wirkende Kraft, das Produkt aus Druck und Fläche, erhöht sich dadurch ebenfalls und sorgt so für die gewünschte Auftriebsreduzierung.

Gleichzeitig lassen sich die Strömungen dort aber mit wenig Aufwand und wenig Zusatzwiderstand sehr wirkungsvoll stören (to spoil). Genau das ist der Zweck der Spoiler: vorn wird die Luft zur Seite anstatt nach oben über die Motorhaube abgelenkt, hinten wird die Luft nach oben abgelenkt oder total blockiert wie beim ersten Audi TT und einigen Serien-Porsche. Wenn die Luft dabei vom Frontspoiler geschickt um die besonders breiten Vorderräder gelenkt wird, kann sich der Gesamtwiderstand sogar verringern. Das ist aber nur der Fall, wenn der Spoiler Bauteile mit besonders hohem Luftwiderstand aus der Strömung nimmt. Dann ist aber auch die Bezeichnung aerodynamische Verkleidung angebracht. In der Regel erhöht sich der Gesamtwiderstand durch einen Spoiler.

Wirkungsweise eines Flügels

Ein Flügel ist oben und unten luftumströmt.

Glatte, beschleunigte Strömungen erzeugen an der Oberfläche des umströmten Körpers einen Unterdruck (Aerodynamischer Auftrieb). Bei einem Auto tritt dies vor allem an der Oberseite auf und erzeugt somit zumeist eine relative Auftriebskraft, die beim Auto zu einer Verringerung der Bodenhaftung führt. Diese ist besonders groß und zusätzlich über die langen Hebel unerwünscht an den beiden Fahrzeugenden (Motorhaube, Kofferraumdeckel). Die Aufgabe von umströmten Flügeln ist die gezielte Erzeugung von (zumeist) Abtrieb, also Anpressdruck für bessere Bodenhaftung. Umgangssprachliche Spoiler, die aber auf diese Weise Abtrieb erzeugen und nicht nur Auftrieb verringern, sind korrekt benannt Flügel.

Beispielsweise in der Formel 1 hat der Frontflügel den zusätzlichen heckspoilerähnlichen Effekt, dass die Luft über dem Flügel verlangsamt wird (erwünschte Druckerhöhung) und dann immer noch langsam über die Chassisoberseite und den Fahrer gelenkt wird, wobei eine zusätzliche Abtriebskraft erzeugt wird (Aerodynamik: Langsame Strömung entspricht höherem Druck). Gleichzeitig wird die Luft auf der Flügelunterseite sehr stark beschleunigt (Unterdruck) und zum großen Teil unter das Fahrzeug gelenkt, wo an der Fläche des Unterbodens weiterer Abtrieb erzeugt wird (negativer Bodeneffekt). Der Heckflügel erzeugt auf seiner Oberseite einen Anpressdruck, auf der Unterseite und hinter dem Fahrzeug jedoch einen so großen Unterdruck, dass die ohnehin schon schnelle Luft unter dem Fahrzeug bis nach hinten durchgesogen wird, anstatt zu beiden Seiten auszuweichen. Die Diffusergeometrie unterstützt dieses Durchsaugen. Zusammenfassend sorgen die Front- und Heckflügen für die beschleunigten Unter- und verlangsamten Überströmungen, die dann an den großen Flächen des Chassis die jeweils nach unten gerichteten Kräfte erzeugen. Die beiden Flügel erzeugen für sich nur etwa jeweils 25 % des Abtriebs. Falls aber ein Flügel ausfällt, reduziert sich der Abtrieb um 75 %, da auch das Chassis keinen Abtrieb mehr erzeugt.

Bauformen

Es lassen sich im Wesentlichen folgende Kategorien unterscheiden:

• Bugspoileroder Frontspoiler, welche die Auftriebskräfte an der Vorderachse absenken. Bei guter Auslegung kann zusätzlich noch der Luftwiderstand gesenkt und die Kühlluftzufuhr für Motor und Bremsen verbessert werden (siehe Aerodynamik)
• Heckspoiler, welche den Auftrieb an der Hinterachse absenken
• Heckflügel, wie der Heckspoiler, aber es werden beide Seiten des Bauteils von Luft überströmt
• Frontflügel, fast nur im Rennsport anzutreffen
• Radspoiler, Bauteil vor dem Vorder- und/oder Hinterrad zur Verbesserung der Radanströmung
• Seitenspoiler, Bauteil an der vorderen Ecke eines LKW zur Verbesserung der Schmutzfreihaltung des Türbereichs

Entstehung

Den ersten Spoiler stellte die Firma Kamei im Jahr 1953 vor. Das so genannte „Tiefensteuer“ sollte dem erheblichen Auftrieb an der Vorderachse des VW Käfer begegnen, fand jedoch damals keinen Anklang. Einige Jahre später ergab eine Messung im Windkanal, dass die ausladende Konstruktion den Auftrieb um 16 % reduzierte.

In den 1960er Jahren führte ChaparralSpoiler im Rennsport ein.

Aktuelle Vorschriften in Deutschland

Seit November 2004 sind weit ausladende Heckspoiler aus Aluminium nicht mehr durch die StVZO zugelassen. Es handelte sich hierbei im Allgemeinen um besonders wuchtige, scharfkantige Spoiler, welche als Modeerscheinung unter anderem durch die The Fast and the Furious-Spielfilmreihe inspiriert waren. Bei Crashtests, insbesondere bei simulierten Zusammenstößen mit Fußgängern, wurde eine stark erhöhte Verletzungsgefahr festgestellt.

Sämtliche Spoiler sind eintragungspflichtig sofern sie über keine Allgemeine Betriebserlaubnis (ABE) verfügen, d. h., der Halter des Fahrzeuges ist verpflichtet, den Spoiler sowie die Montage durch einen amtlich anerkannten Sachverständigen überprüfen und genehmigen zu lassen. Beim Kauf von Spoilern sollte darauf geachtet werden, dass entweder eine ABE oder ein Teilegutachten nach §19.3 (fahrzeugspezifisch) beiliegt. Eine Eintragung in die Fahrzeugpapiere mit einem Materialgutachten / einer Materialbestätigung sollte nicht mehr möglich sein.

Kritik 

Hobbytuner bringen Heckspoiler häufig im Totwasser-Bereich des Fahrzeuges an (z. B. beim VW Golf an der Unterkante der Heckscheibe), wo der gewünschte aerodynamische Effekt physikalisch nicht mehr auftreten kann. Das Bauteil dient dann nur der Optik, ist strömungstechnisch gesehen jedoch wirkungslos. Für derartige Konstruktionen hat sich an einigen Forschungseinrichtungen die wohl eher umgangssprachliche Bezeichnung „Kappes“-Spoiler oder „Brotzeitbrett“ eingebürgert.

Darüber hinaus sieht man auch häufig Heckflügelkonstruktionen, die sehr große (negative) Anstellwinkel haben, was für eine sehr ungleiche Verteilung von Vorderachs- und Hinterachsauftriebskraft sorgt und so die Fahreigenschaften des Fahrzeugs sogar negativ beeinflussen kann.

Ganz generell ist die Grundidee des Hobbytuners bereits problematisch: wie und ob ein Spoiler überhaupt wirkt, ist ohne umfangreiche Messungen kaum vorherzusagen, so dass die Wirkung nachträglich angebrachter Spoiler ohne eine korrekt durchgeführte Windkanalmessung oder Strömungssimulation unbekannt ist

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Spoiler_%28Fahrzeug%29