Technik: Wie das neue Formel-E-Auto ohne Heckflügel Anpressdruck generiert

Als die Formel E vor zwei Wochen in einem spektakulären Video die neue Fahrzeuggeneration für die Saison 2018/19 vorstellte, ging wie erwartet ein Beben durch die Welt des Motorsports. Nicht nur die technischen Spezifikationen unter der Haube hinterließen einen bleibenden Eindruck - bis zu 300 km/h schnell -, auch das neue Chassis sorgte für Aufsehen. Vollständig verkleidete Räder, das Halo-Sicherheitssystem und der fehlende Heckflügel machen den SRT_05e zum wohl futuristischsten Renner unserer Zeit.

Besonders der fehlende Heckflügel, der durch einen großen Diffusor ersetzt wurde, ist eine große Besonderheit. Schließlich generiert ein traditionelles Formelfahrzeug einen Großteil seines Abtriebs über den Heckspoiler. Wir erklären, wie das neue Auto trotz des fehlenden Flügels genügend Anpressdruck auf der Hinterachse generieren kann.

Im Kampf gegen den Luftwiderstand

Zeitsprung, 1969. Vor einem Jahr haben Mechaniker bei Lotus in Belgien erstmals einen Heckflügel auf ein Formel-1-Fahrzeug gesetzt, inzwischen ist das Gestell auch bei Matra, Ferrari, Brabham und McLaren angekommen. Gemeinsam mit Jackie Stewart sollte das Matra-Team mit sieben Podiumsplätzen - sechs davon Rennsiege - in elf Rennen den Titel holen. Zumindest in Teilen dafür verantwortlich war der ausgeklügelte neue Heckflügel.

Doch schon damals standen Stewarts Mechaniker vor einem Dilemma. Zwar sorgte ein in den Wind gestellter Flügel für mehr Anpressdruck und Grip auf der Hinterachse - aber gleichzeitig auch für mehr Luftwiderstand, der das Auto auf Geraden verlangsamte.

In der Formel E, 50 Jahre später, kommt zusätzlich die Komponente des Energieverbrauchs zum Tragen. Schließlich bedeutet höherer Widerstand auch, dass ein Fahrzeug mehr Energie aufwenden muss, um zu beschleunigen. Energie, die die Fahrer eigentlich für ein Überholmanöver sparen wollen. Nicht zuletzt deswegen setzen die Teams der Formel E im Rennen auf flachere Flügel als im Qualifying, wo es weniger auf den Energieverbrauch ankommt.

Von Luftdrücken & Flussgeschwindigkeiten

Mit dem Wegfall eines breiten Heckflügels umgeht die Elektroserie ab sofort das Problem des Luftwiderstands. Stattdessen setzt die Formel E ab Ende des Jahres auf einen großen Diffusor, der das Auto regelrecht an den Asphalt saugt.

Der Grund hierfür liegt in einer Entdeckung des italienischen Physikers Giovanni Battista Venturi, nach dem übrigens auch das Formel-E-Team von Maro Engel und Edoardo Mortara benannt ist. Venturis Experimente ergaben zum Ende des 18. Jahrhunderts eine einfache Regel: Wenn eine Flüssigkeit oder ein Gas durch ein Rohr fließt, dann ist die Durchflussgeschwindigkeit dort am größten, wo das Rohr am engsten ist.

Venturi konnte zudem endlich experimentell nachweisen, was in der berühmten Bernoulli-Gleichung 60 Jahre zuvor vorhergesagt wurde: Dort, wo die Strömung schneller ist, ist der Druck kleiner.

Unter einem Formel-E-Auto passiert genau das: Die Luft fließt im Bereich zwischen dem Asphalt und dem Unterboden des Fahrzeugs schneller als über dem Auto. Gleichermaßen ist der Luftdruck hier kleiner als in der Atmosphäre. Kurz vor dem Diffusor erreicht die Luft ihre Höchstgeschwindigkeit und geringsten Druck. Dieser Unterdruck saugt das Auto am Diffusor regelrecht dem Boden entgegen. Und zwar mit der gleichen Kraft wie ein Heckflügel - nur eben ohne Luftwiderstand.

Mini-Flügel für mehr Stabilität

Trotzdem haben sich die Designer des neuen Formel-E-Fahrzeugs nicht vollständig vom Konzept des Flügels verabschiedet. Neben dem Frontflügel wachen über den Hinterrädern weiterhin zwei kleine Flügelkaskaden, die an die Turmflügel auf den Seitenkästen der späten 1990er-Formel-1-Autos erinnern.

Die Flügelchen, die damals unter anderem unter dem Namen "X-Wings" bekannt wurden, sorgten für zusätzlichen Abtrieb, wurden aber nach nur einem Jahr wegen Sicherheitsbedenken von der FIA verboten. Die "X-Wings" der Formel E sind allerdings deutlich weiter hinten befestigt und in ihrem Winkel verstellbar, ähnlich wie die Flaps am Frontflügel. Dadurch sorgen sie für zusätzliche Stabilität, ohne die Sicherheit der Fahrer zu gefährden.

Mit dieser erfinderischen Lösung sind die Formel-E-Boliden für die technologisch wegweisende fünfte Formel-E-Saison bestens gewappnet. Auf die erste Ausfahrt der Elektroflitzer können wir uns bei den kollektiven Testfahrten im März freuen, ehe das erste Rennen mit den neuen Fahrzeugen zum Ende des Jahres stattfinden wird.