Neuer Mercedes CLA mit fabelhaftem cW-Wert
Aerodynamik bei Mercedes-Benz: der Mehrwert
- Vielfältige Vorteile im Fahralltag: mehr Reichweite, mehr Komfort und Sicherheit
- Lange Tradition: aerodynamische Bestwerte und moderne Messeinrichtungen
- Aerodynamische Optimierung im Detail: der neue CLA mit EQ Technologie
Geringer Luftwiderstand bedeutet hohe Effizienz. Damit ist das aerodynamische Verhalten gerade bei Elektrofahrzeugen von entscheidender Bedeutung. Denn eine Reduzierung des Luftwiderstandsbeiwerts um nur 0,01 erhöht die Reichweite auf der Langstrecke um etwa 2,5 Prozent. Legt man eine Jahresfahrleistung von 15.000 Kilometern zugrunde, ergeben sich bei entsprechender aerodynamischer Optimierung immerhin 375 Extra-Kilometer.
Dass Aerodynamik der Schlüssel zu Effizienz ist, hat Mercedes‑Benz früh erkannt. Entsprechend lang ist die Liste der Modelle mit aerodynamischen Spitzenleistungen: Sie reicht zunächst vom W 125 von 1937 über den 540 K „Stromlinie“ von 1938 und den C 111 aus den 1970er-Jahren zum W 124 von 1984, der mit cW 0,29 als erstes Serienauto die 0,30 unterschritten hat. In jüngerer Zeit sind der CLA von 2013 mit cW 0,22 zu nennen, der EQS mit 0,20 und der aktuelle CLA mit EQ Technologie mit der Klassenbestleistung von 0,21. Ein weiterer Aero-Champion ist der VISION EQXX aus dem Jahr 2022. Mit einem cW-Wert von 0,17 bietet dieser Technologieträger dem Wind sogar weniger Widerstand als ein American Football. Stand beim VISION EQXX die Effizienz an sich im Fokus, ging es beim AMG GT XX vor allem darum, diese bei über 300 km/h sicher zu stellen. Nicht zuletzt dank seines cW-Werts von 0,19 und intelligenter Aerodynamik sicherte sich der AMG auf der Teststrecke in Nardò im August 2025 25 Langstrecken-Weltrekorde.
Kleine Details, große Wirkung: aerodynamische Optimierung beim CLA
So groß der Mehrwert im Fahralltag ist, so umfangreich sind die aerodynamischen Optimierungen der Fahrzeuge, nachfolgend dargestellt am aktuellen Beispiel des neuen CLA mit EQ Technologie. Mit einem cw‑Wert ab 0,21 gehört dieses vollelektrische Modell zu den Klassenbesten. Innerhalb der Baureihe fällt die Spreizung zudem sehr gering aus. Das liegt unter anderem am breiten Angebot an aerodynamisch optimierten Rädern. Darunter ist erstmals eine Bicolor-Vollblende für Leichtmetallräder. Gegenüber einem konventionellen Rad schneidet sie um bis zu 15 cw-Punkte besser ab, im Vergleich zu einer bereits optimierten Alu-Aero-Felge liegt der Vorteil immer noch bei bis zu zwei cW-Punkten. Außerdem haben die Aerodynamikerinnen und Aerodynamiker über alle Zollgrößen hinweg die Radspoiler vor der Vorderachse und Hinterachse im Detail optimiert und so den Einfluss der Räder und Reifen auf den Luftwiderstand minimiert.
Im Umfeld von Kühlergrill und Scheinwerfern wurden die Fugen optimal platziert und teilweise abgedichtet. Das Unterbodenkonzept von EQS und EQE wurde weiterentwickelt. Der sehr glatte Unterboden ist nahezu vollständig geschlossen, auch die Federlenker und Zugstreben sind verkleidet. Die Hinterradabdeckung ist rohbaufest ausgeführt. Sie hat somit keine Fugen zu den umgebenden Bauteilen und bewegt sich nicht mit der Achse mit, wenn diese beispielsweise einfedert. Mercedes-Benz geht keine aerodynamischen Kompromisse ein und verbaut beim vollelektrischen CLA sogar zwei Diffusor-Varianten am Heck: für Modelle ohne und mit Anhängekupplung. Die Anhängerkupplung kostet 10 km Reichweite.
Aerodynamik bei Mercedes-Benz: die aerodynamischen Disziplinen
- Wichtigster Stellhebel für Effizienz: die Strömungsoptimierung
- Entscheidend für Langstreckenkomfort: die Aeroakustik
- Beitrag zur Aktiven Sicherheit: die Schmutzfreihaltung
Bei Langstreckenfahrten ist die Aerodynamik mit Abstand der größte Einflussfaktor bei der Effizienz. Ein Punkt beim cw-Wert, also ein Tausendstel (0,001), ist im WLTP-Zyklus mit zehn Kilogramm Gewichtsersparnis gleichzusetzen. Oder anders ausgedrückt: Ein cw-Punkt weniger bedeutet bei Elektroautos ungefähr einen Kilometer mehr Reichweite. Ein niedrigerer cW-Wert ist vor allem bei höheren Geschwindigkeiten von Vorteil und zahlt auf die kundenorientierte „Real Life Efficiency“-Philosophie von Mercedes‑Benz ein. Denn der Luftwiderstand wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Das heißt: verdoppelt sich die Geschwindigkeit, vervierfacht sich der Luftwiderstand.
Der dimensionslose Luftwiderstandsbeiwert cW ist das Maß für die aerodynamische Formgüte eines Körpers und damit auch eines Automobils. Die sogenannte Stirnfläche sagt aus, wie viel Frontfläche ein Auto dem Wind entgegenstellt. Früher wurde sie ermittelt, indem der Schatten des Körpers mit einer sehr weit entfernten Lampe auf einen durchsichtigen Schirm projiziert wurde. Dann malte man den Umriss ab und errechnete aus den einzelnen Segmenten die Gesamtfläche. Heute wird die Stirnfläche mit Laserlichtschranken abgetastet. Die Stirnfläche multipliziert mit dem cW-Wert ergibt den Luftwiderstand.
Das gute Strömungsverhalten trägt entscheidend zum niedrigen Energieverbrauch unter Alltagsbedingungen bei. Doch auch Sicherheit, Komfort und Umwelt profitieren von der Beseitigung störender Luftwirbel. Denn geringe Auftriebswerte stellen eine gute Straßenlage sicher, und geringe Windgeräusche sorgen für einen hohen Entlastungs- und Langstreckenkomfort. So können die Passagiere entspannt und sicher auch lange Reisen absolvieren.
Durch eine Vielzahl von Berechnungsschleifen, Simulationen und Messungen im Windkanal in Sindelfingen optimiert Mercedes‑Benz das Strömungsverhalten der Fahrzeuge bis ins Detail. Neben der Außenform sind es in der Regel viele kleine Maßnahmen, die zu aerodynamischen Bestwerten führen. Dazu gehören eine Stirnflächenreduktion, ein umfangreiches Dichtungskonzept sowie die Verkleidung des Unterbodens. Spezielle Radspoiler vorn und hinten helfen oft dabei, dass die Luft die Räder möglichst verlustarm umströmt. Auch bei Felgen und Reifen findet aerodynamischer Feinschliff statt. Für viele Modelle ist marktabhängig ein Jalousiesystem hinter der Kühlermaske erhältlich, das die Durchströmung des Motorraums bedarfsgerecht regelt. So werden eine unnötige Durchströmung und somit eine Erhöhung des Verbrauchs vermieden.
Für frühzeitige Optimierungen: umfangreiche Simulation
Während im ehemaligen Modellwindkanal in Untertürkheim (siehe separates Kapitel) das Strömungsverhalten in frühen Entwicklungsphasen mithilfe von Modellen optimiert wurde, findet diese Grundlagenarbeit inzwischen ausschließlich mit Simulationen statt. Bereits in einem frühen Stadium wird das dreidimensionale Strömungsfeld, das Fahrzeuge grundsätzlich umgibt, auf Hochleistungssimulations-Clustern mit CFD (Computational Fluid Dynamics/numerischer Strömungsmechanik) berechnet.
Kurz nach Projektstart, in der Phase des Maßkonzepts, werden dabei meist auf Basis des Vorgängers mehrere umfangreiche DOE-Studien (Design of Experiments) mit bis zu 250 Rechnungen pro Studie durchgeführt. Dabei geben die Aerodynamik-Ingenieure den Parameterraum bestimmter Bauteile vor, z.B. für die mögliche Höhe des Kofferraumdeckels.
Eine solche DOE-Untersuchung dauert mehrere Tage und deckt den vorgegebenen Parameterraum komplett ab. Auf Basis dieser Simulationen kann dann ein globales oder lokales Optimum berechnet oder – in dieser Phase viel wichtiger – der Einfluss der einzelnen Parameter und ihre gegenseitigen Abhängigkeiten auf den Luftwiderstand ermittelt werden. Mit Hilfe der DOE-Methode können bereits in dieser sehr frühen Phase sowohl an die Mitarbeiter im Bereich Maßkonzept als auch an das Design konkrete Aerodynamik-Anforderungen zurückgemeldet und diskutiert werden.
In den letzten Jahren haben die Aerodynamik-Experten von Mercedes‑Benz die automatisierten Berechnungsprozesse inklusive DOE intensiv weiterentwickelt. Der Weg zum Aerodynamik-Weltrekord des EQS erforderte mehrere Tausend Rechenläufe im virtuellen Windkanal mit circa 700 CPU-Cores pro Berechnung.
Für einen leisen Innenraum: Aeroakustik und Psychoakustik
Bei der aeroakustischen Entwicklung arbeitet Mercedes‑Benz stets zweigleisig: Zum einen sollen an der Quelle, also bei der Umströmung der Fahrzeugaußenhaut mit allen Anbauteilen, möglichst wenig Geräusche entstehen. Schon in der frühen Entwicklungsphase eines neuen Modells beginnt das Ingenieursteam daher, die dafür relevanten Geometriemaße zum Beispiel an den A-Säulen und den Außenspiegeln entsprechend auszulegen.
Die Vorauslegung erfolgt über eine Computational-Fluid-Dynamics (CFD)-Simulation, mit Detailsimulationen an den besonderes kritischen Fahrzeugbereichen sowie mit Hilfe eigener 1:1-Hartmodelle im Aero-Windkanal. In Kombination mit einem aus 350 Mikrofonen bestehenden Array lassen sich dort lokale Schallquellen an der Fahrzeugaußenhaut dreidimensional sichtbar machen. So können kleinste Details in wichtigen Bereichen frühzeitig entwickelt werden.
Zum anderen trägt die Güte der Abdichtung und der Schalldämmung entscheidend dazu bei, dass unvermeidliche Windgeräusche im Innenraum gar nicht mehr oder nicht als störend wahrnehmbar sind. Grundvoraussetzung für ein niedriges Windgeräuschniveau im Innenraum sind winddicht abschließende Tür- und Fensterdichtungen. Dies gilt besonders für Fahrzeuge mit rahmenlosen Seitenscheiben. Mit Kunstköpfen lassen sich gezielt kleinste Schwachstellen lokalisieren, die dann durch technische Lösungen bestmöglich eliminiert werden.
Manche Autozeitschriften nutzen für Tests ein Schalldruckpegel-Messgerät. Solche Messungen bilden die Realität aber nur unvollständig ab, denn das menschliche Gehör ist ein Meister der Lokalisation von Störgeräuschen. Mercedes‑Benz untersucht daher gezielt auch die psychoakustisch relevanten Auswirkungen und die Lokalisierbarkeit von Störgeräuschen. Auf Basis von Probandenversuchen haben die Experten des Unternehmens sogar einen eigenen Zielindex definiert. Seine gewichteten Messgrößen decken das gesamte Frequenzspektrum des menschlichen Hörens ab. So werden zum Beispiel folgende Größen und ihre Auswirkungen betrachtet:
- Lautheit [sone]: Abbildung des menschlichen Lautstärkeempfindens;
- Schärfe [acum]: Einordnung der Geräusche von stumpf bis scharf, höherfrequente Anteile beeinflussen die Schärfe maßgeblich;
- Artikulationsindex AI [%]: Sprachverständlichkeit, fokussiert im Besonderen den Bereich des besten menschlichen Hörens. Je höher der Wert ist, desto besser können Gespräche geführt und auch verstanden werden.
Die Messungen erfolgen in der Regel im Windkanal mit sogenannten binauralen Kunstköpfen. Dort sitzen die Mikrofone in nachgebildeten Gehörgängen, was gehörrichtige Aufnahmen erlaubt. Je nach untersuchtem Phänomen sitzen die Kunstköpfe auf der Fahrerposition oder nehmen auf den weiteren Sitzen im Fahrzeug Platz. Die Messergebnisse geben dann realitätsnah Aufschluss, wie laut oder leise, störend oder angenehm die Passagiere die Geräuschkulisse im Innenraum empfinden.
Für freie Sicht: Schmutzfreihaltung
Möglichst saubere Scheiben und Außenspiegelgläser und damit optimale Sicht unter allen Bedingungen zu haben, dient der Aktiven Sicherheit. Deswegen legt Mercedes-Benz seit jeher große Aufmerksamkeit auf die aerodynamische Disziplin der Schmutzfreihaltung. Um die hochempfindliche Messtechnik und die Laufbänder des Aeroakustik-Kanals in Sindelfingen nicht mit Verschmutzungsversuchen zu belasten, werden diese nach wie vor im „Großen Windkanal“ in Untertürkheim durchgeführt.
Verschmutzung kann durch Regen, von vorausfahrenden Fahrzeugen oder durch von den eigenen Rädern aufgewirbelte Tropfen entstehen. Im Windkanal wird diese Verschmutzung mit Hilfe von fluoreszierender Flüssigkeit sichtbar gemacht. Das Ziel der Entwicklungsarbeit ist es, das Wasser so zu leiten, dass idealerweise die relevanten Sichtfelder sauber bleiben. Hierfür optimieren die Aerodynamikerinnen und Aerodynamiker unter anderem die Kontur der A-Säulen mit integrierten Bauteilen sowie die Formgebung der Außenspiegel und Fensterrahmen beziehungsweise der Zierstäbe bei rahmenlosen Türen.
Durch geringe geometrische Änderungen am Spiegelgehäuse und einer Detailoptimierung mit Dichtungen und einer speziellen Wasserfangleiste lässt sich die Verschmutzung auf der Seitenscheibe beispielsweise deutlich reduzieren. Dabei hat Mercedes-Benz die Anforderung, dass im sogenannten Kernsichtbereich der Seitenscheibe und auf dem Außenspiegelglas weitestgehend keine Sichtbeeinträchtigungen durch Sprühnebel, Rinnsale oder einzelne Tropfen auftreten dürfen.
Windstille beim Offenfahren: hoher Zugfreihaltungskomfort
Bei Cabrios und Roadstern legen die Aerodynamiker von Mercedes-Benz besonderes Augenmerk auf den sogenannten Zugfreihaltungskomfort, also auf einen möglichst windstillen und angenehm temperierten Innenraum. So sind beim CLE Cabrio die Kopfraumheizung AIRSCARF® und das elektrische Windschottsystem AIRCAP® serienmäßig an Bord. Beide Systeme gestalten Offenfahren selbst bei kühlen Außentemperaturen angenehm. Der AIRSCARF® umströmt Nacken und Hals der Frontinsassen selbst bei ungünstigen Windverhältnissen angenehm warm.
AIRCAP® kann auf Knopfdruck ausgefahren werden und verringert deutlich die Luftverwirbelungen im Innenraum des Viersitzers. Das System besteht aus zwei Komponenten: einer um mehrere Zentimeter ausfahrbaren Windlamelle mit Netz im Dachrahmen und einem ebenso ausfahrbaren Windschott hinter den beiden Fondsitz-Kopfstützen.
In ausgefahrenem Zustand ist AIRCAP® allerdings eine potenzielle Quelle für Störgeräusche. Im Windkanal haben die Aerodynamiker darum lange an der Gestaltung des Systems und seiner Umgebung gefeilt und so die Geräusche auf ein Minimum reduziert. Optimiert haben die Fachleute unter anderem die Wahl des Netzstoffs, die Geometrie der Lamelle sowie weitere Radien und Formen. Auch wie der Netzstoff durchströmt wird und wie beide AIRCAP® Komponenten interagieren, wurde untersucht und an die Kundenbedürfnisse angepasst.
