Auftriebsbeiwert (Cl)

Der Auftriebsbeiwert, geschrieben Cl, ist eine dimensionslose Kennzahl, die angibt, wie viel vertikale aerodynamische Kraft die Karosserie eines Fahrzeugs erzeugt, während Luft darüber und darunter hinwegströmt. Er setzt diese Kraft ins Verhältnis zum Staudruck der Luft und zur Bezugsfläche des Fahrzeugs, sodass derselbe Beiwert unabhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit gilt. Ein positiver Wert steht für Auftrieb, eine nach oben gerichtete Kraft, die das Fahrzeug zu erleichtern sucht, während ein negativer Wert für Abtrieb steht, eine nach unten gerichtete Kraft, die das Fahrzeug auf die Fahrbahn presst.

Das Phänomen entsteht aus dem Druckunterschied zwischen der Ober- und der Unterseite des Fahrzeugs. Während die Luft über das gewölbte Dach und die Motorhaube beschleunigt, verliert sie an Druck, ähnlich wie über einer Flugzeugtragfläche, während die Luft unter einem flachen oder schlecht geführten Unterboden langsamer werden und an Druck gewinnen kann. Übersteigt der Druck unten den Druck oben, ist das Ergebnis Auftrieb; bewirkt eine geschickte Formung von Unterboden, Diffusor und Flügeln, dass der Druck unten niedriger ist als oben, ist das Ergebnis Abtrieb. Der Auftriebsbeiwert fasst das Verhältnis dieser Drücke schlicht in einer einzigen vergleichbaren Zahl zusammen.

Warum das wichtig ist, wird bei hohem Tempo deutlich. Positiver Auftrieb verringert die Last, die die Reifen auf die Fahrbahn drückt, und da der verfügbare Grip eines Reifens von dieser vertikalen Last abhängt, untergräbt Auftrieb still und leise Kurvenhaftung, Bremsen und Traktion, gerade wenn das Fahrzeug schnell genug fährt, um sie am dringendsten zu brauchen. Ein Fahrzeug, das sich bei hohem Tempo über Kuppen leicht, unpräzise oder nervös anfühlt, leidet oft unter Auftrieb. Negativer Auftrieb, also Abtrieb, bewirkt das Gegenteil, erhöht die wirksame Last auf den Reifen und erlaubt höhere Kurven- und Bremskräfte, weshalb Rennfahrzeuge so viel in dessen Erzeugung investieren.

Die Verteilung dieser vertikalen Kraft zwischen Vorder- und Hinterachse ist ebenso wichtig wie ihr Gesamtbetrag. Ein Fahrzeug, das nur am Heck Abtrieb aufbaut oder nur an der Front Auftrieb verliert, gerät mit steigendem Tempo aus dem Gleichgewicht und neigt zu Untersteuern oder plötzlichem Übersteuern. Die Entwickler stimmen daher die aerodynamischen Elemente vorn und hinten, also Frontsplitter, Flügel, Diffusoren und die Unterbodengestaltung, so ab, dass Auf- oder Abtrieb zwischen Front und Heck ausgewogen bleibt und das Fahrverhalten über den gesamten Geschwindigkeitsbereich vorhersehbar ist.

Der Auftriebsbeiwert ist die eine Hälfte des aerodynamischen Charakters eines Fahrzeugs, die andere ist der Luftwiderstandsbeiwert, der den Widerstand gegen die Vorwärtsbewegung misst. Beide hängen zusammen, da Elemente, die Abtrieb erzeugen, in der Regel zusätzlichen Luftwiderstand verursachen und so einen Kompromiss zwischen Höchstgeschwindigkeit und Hochgeschwindigkeitsstabilität erzwingen. Gewöhnliche Serienfahrzeuge sind meist auf einen kleinen, leicht positiven oder nahezu neutralen Auftriebsbeiwert ausgelegt und nehmen einen Hauch Auftrieb in Kauf, um geringen Luftwiderstand und guten Verbrauch zu erzielen, während Sport- und Rennfahrzeuge bewusst höheren Luftwiderstand hinnehmen, um den Grip echten Abtriebs zu gewinnen.