Stirnfläche

Die Stirnfläche ist die Größe der Silhouette, die ein Fahrzeug der anströmenden Luft frontal entgegenstellt, gemessen in Quadratmetern. Betrachtet man ein Fahrzeug genau von vorn und projiziert seinen Umriss auf eine ebene Fläche, so ist die von diesem Schattenbild umschlossene Fläche, begrenzt durch das Dach, den breitesten Punkt der Karosserie und die Unterkante der Reifen, seine Stirnfläche. Sie steht für die schiere Menge an Luft, die das Fahrzeug während der Fahrt physisch beiseiteschieben muss, und bildet deshalb neben dem Luftwiderstandsbeiwert einen der beiden Faktoren, die gemeinsam den Luftwiderstand bestimmen.

Ihre Rolle wird in der Luftwiderstandsgleichung deutlich, in der der gesamte Luftwiderstand proportional zum Luftwiderstandsbeiwert, multipliziert mit der Stirnfläche und mit dem Staudruck der Luft, ist. Der Beiwert beschreibt, wie effizient die Form die Luft bewältigt, doch die Stirnfläche legt das Ausmaß der Aufgabe fest. Zwei Fahrzeuge können einen identischen cw-Wert haben und dennoch sehr unterschiedlichen Luftwiderstand erfahren, wenn eines im Querschnitt deutlich größer ist, denn das größere verdrängt schlicht in jedem Moment mehr Luft. Genau deshalb kann ein zwar windschnittig gezeichnetes, aber voluminöses Fahrzeug auf der Autobahn weniger effizient sein als ein kleineres Auto mit gröberer Form.

Die Folge für Käufer und Ingenieure ist, dass hohe und breite Fahrzeuge benachteiligt sind, ganz gleich, wie sorgfältig sie gestaltet wurden. Ein großer SUV oder ein Transporter bietet dem Wind eine breite, hohe Front, sodass er selbst bei sauberer Detailgestaltung mehr leisten und mehr Kraftstoff oder Batterieenergie verbrauchen muss, um das Tempo zu halten, als eine niedrige, schmale Limousine. Breite und Höhe sind die entscheidenden Stellgrößen, da die Stirnfläche unmittelbar mit beiden wächst, weshalb Bodenfreiheit und Spurweite einen unauffälligen, aber realen Einfluss auf die Betriebskosten bei hohem Tempo haben.

Die Stirnfläche wird durch alles begrenzt, was ein Fahrzeug aufnehmen muss. Ein Innenraum braucht genügend Breite für nebeneinandersitzende Insassen und genügend Höhe für die Kopffreiheit, Räder und Fahrwerk verlangen eine gewisse Bodenfreiheit, und die nötige Freigängigkeit für Bordsteine oder unebenes Gelände hebt die Karosserie weiter an. Konstrukteure können die Stirnfläche daher nicht beliebig verkleinern, sondern müssen den aerodynamischen Anspruch gegen Innenraum, Komfort und Alltagstauglichkeit abwägen. Deshalb sind wirklich niedrige, schmale Formen eher Sportwagen als Familienfahrzeuge.

In der Praxis reicht die Stirnfläche von rund 1,8 Quadratmetern bei einem Kleinwagen bis deutlich über 2,5 Quadratmeter bei einem großen SUV oder Pick-up. Da sie sich schwerer vermitteln lässt als der eine handliche cw-Wert, wird sie selten beworben, ist für die reale Effizienz aber ebenso wichtig. Zusammen mit dem Luftwiderstandsbeiwert und den umfassenderen Prinzipien der Aerodynamik betrachtet, erklärt sie, warum das Verkleinern der Karosserie, das Absenken der Dachlinie oder das Verschmälern der Spur den Verbrauch ebenso wirksam senken kann wie das Verfeinern der Form.