Windkanal

In der Automobilindustrie sind präzise Tests und Optimierungen unerlässlich für die Entwicklung neuer Fahrzeuge. Ob es um die Minimierung des Luftwiderstands oder die Verbesserung der Kühlung geht: Für all diese Aufgaben werden Windkanäle eingesetzt.

Was ist ein Windkanal?

Ein Windkanal ist eine speziell konstruierte Anlage, die dazu dient, kontrollierte Luftströmungen zu erzeugen und die aerodynamischen und aeroakustischen Eigenschaften von Objekten oder Modellen unter reproduzierbaren Bedingungen zu untersuchen und zu vermessen. Diese Windkanaluntersuchungen werden häufig bei Fahrzeugen und Flugzeugen eingesetzt.

Grundlagen der Strömungsprüfung im Windkanal

Die Strömungsprüfung in einem Windkanal basiert auf dem Prinzip, die Wechselwirkung zwischen einem Medium (Luft) und einem Körper (Prüfobjekt) unter genau definierten und kontrollierten Bedingungen zu analysieren. Die Luftströmung wird so gestaltet, dass sie das Strömungsverhalten in der Realität simuliert und dabei präzise Messungen ermöglicht. Im Automotivbereich spricht man deshalb auch von Fahrtwind-Simulatoren.

Aufbau und Funktionsweise

Ein Windkanal besteht aus mehreren Hauptkomponenten, um den Luftstrom zu erzeugen und zu steuern. 

• Ventilator/Gebläse: Leistungsstarke Ventilatoren saugen die Luft an, um den Luftstrom zu erzeugen. Die Drehzahl der Ventilatoren steuert dabei die Strömungsgeschwindigkeit.  
• Beruhigungsstrecke/Gleichrichter: Neben dem Leitrad sorgen Gitter, Siebe und Wabenstrukturen nachfolgend zum Ventilator für eine möglichst gleichmäßige Strömung ohne Turbulenzen, um präzise Messungen durchführen zu können.
• Diffusor: Während das Leitrad die Strömung gleichrichtet und den Rotationswirbel des Laufrades aus der Strömung nimmt, sorgt der Diffusor für eine bessere Vergleichsmäßigung über den gesamten Strömungs-/Kanalquerschnitt.
• Ausblasdüse: Anschließend wird der Luftstrom durch eine Düse beschleunigt, um eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über den gesamten Querschnitt der Messstrecke zu gewährleisten. Der Luftstrom wird dann durch die Ausblasdüse in die Prüfkammer geblasen.
• Messstrecke: Dies ist die Prüfkammer, in der das Objekt platziert wird. Die Messstrecke ist so konzipiert, dass die Strömung um das Objekt herum optimal gemessen und beobachtet werden kann. Sie kann offen oder geschlossen sein.

Was wird im Windkanal gemessen?

Die LTG Windkanal Prüfstände werden vor allem für Akustikmessungen zur seriellen Qualitätsprüfung unter realen Strömungsbedingungen nach der Fahrzeugfertigung verwendet. Dabei werden Abweichungen in den Fertigungstoleranzen, wie die Überschreitung maximal zulässiger Spaltmaße zwischen den Bauteilen, und Fertigungsfehler durch fehlende oder mangelhafte Fahrzeugkomponenten identifiziert.

Windkanal als Regenprüfstand

Neben der Simulation von realen Strömungsbedingungen in trockener Umgebung, werden Windkanäle auch als Regenprüfstände verwendet, um das Fahrzeugverhalten bei unterschiedlichen Regenbedingungen zu testen. Hierbei spielen sowohl die Prüfung des Fahrzeuges auf das Eindringen von Wasser, als auch die akustischen Auswirkungen bei Regen eine Rolle.

Welche Arten von Windkanälen gibt es?

Es gibt zahlreiche Arten von Windkanälen, die sich nach ihrer Bauart, der Strömungsgeschwindigkeit und ihrem spezifischen Anwendungsgebiet unterscheiden lassen. Im Folgenden werden die zwei zentralen Bauarten vorgestellt.

Offene Windkanäle nach Eiffel-Bauart

Offene Kanäle werden auch als Eiffel-Kanäle bezeichnet und wurden nach ihrem Entwickler Gustave Eiffel benannt. Bei diesem Typ wird die Luft an einem Ende des Kanals aus der Umgebung angesaugt, durch die Messstrecke geführt und am anderen Ende wieder ins Freie abgegeben. 

Geschlossene Windkanäle nach Göttinger Bauart

Im Gegensatz zu offenen Windkanälen zirkuliert die Luft bei geschlossenen Kanälen in einem geschlossenen Kreislauf. Diese Art von Windkanälen wurde nach den frühen Entwicklungen an der Universität Göttingen benannt und wird deshalb auch als Göttinger Kanal bezeichnet. Nach der Messstrecke wird die Luft zurück zum Ventilator geführt. Die meisten großen Forschungs- und Entwicklungs-Windkanäle sind geschlossene Systeme.

Vorteil der Göttinger Bauart

Ein großer Vorteil der Göttinger Bauart ist eine energieeffiziente Nutzung der erzeugten Luftströmung, da die bereits in Bewegung gebrachte Luft durch den geschlossenen Kanalkreis erneut dem Ventilator zugeführt wird. Dadurch fällt die benötigte Energie zur Luftbeschleunigung für eine gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit deutlich geringer aus, als dies bei Windkanälen nach der Eiffel-Bauart der Fall ist.

Windkanäle von LTG sind nach Göttinger Bauart konzipiert, was Kunden eine effiziente Lösung zur Durchführung realer Strömungstests bietet.

Fahrtwind-Simulatoren für Windkanäle

Um aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften, die Kühlleistung sowie die Funktion von Fahrzeugkomponenten, Prototypen und Serienfahrzeugen unter realistischen Bedingungen zu testen, bietet LTG spezialisierte Fahrtwind-Simulatoren an. Diese leistungsstarken Einheiten werden bei führenden Automobilherstellern eingesetzt. Sie sind darauf ausgelegt, kontrollierte Fahrtwindbedingungen für Fahrzeugkomponenten zu simulieren, die sonst oft nur in klassischen Windkanälen erzeugt werden können.

Fahrzeugtests in der Praxis

Die LTG Fahrtwind-Simulatoren werden in zahlreichen Test- und Prüfszenarien eingesetzt. Dazu zählen Fahrzeugtests in Klimakammern zur Simulation von Anströmverhältnissen bei verschiedenen Temperaturen, areoakustische Fahrzeuganalysen, Dichtigkeitsuntersuchungen und Qualitätsprüfungen sowie für SC03-Fahrzeugtests gemäß CFR §1066.

Die LTG Fahrtwind-Simulatoren basieren auf unseren hocheffizienten Axialventilatoren, Radialventilatoren oder unseren Querstromventilatoren und reichen von Standardprodukten bis hin zu kompletten, speziell auf Ihre Kundenbedürfnisse zugeschnittenen Windprüfständen. 

Höchste Strömungsqualität durch CFD-Optimierung

LTG nutzt numerische Strömungsmechanik (CFD = Computational Fluid Dynamics) als eine zentrale Methodik zur virtuellen Entwicklung und Analyse von Luftströmungsprozessen. Diese fortschrittliche Simulationstechnologie ermöglicht es, kundenspezifische Lösungen präzise zu konzipieren, die Validierung neuer Produktkonzepte effizient durchzuführen und die Optimierung von Luftströmungsprozessen umfassend zu realisieren.