Ein Windkanal? Davon hast du bestimmt schon einmal gehört. Nicht jeder denkt dabei aber sofort an Autos. Dabei ist es äußerst wichtig, die Strömungseigenschaften eines Fahrzeugs zu überprüfen. In unserem Blogbeitrag erklären wir dir, was Windkanäle sind, wozu man sie braucht und warum sie für Autohersteller so wichtig sind.

Windkanal – was genau ist das?

Bevor ein neues Automodell wirklich auf der Straße gefahren werden darf, muss es der Hersteller in einem Windkanal auf aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften testen. Was diese komischen Begriffe bedeuten? Ganz einfach: Bei der Aerodynamik misst man die Luftströmung und den Luftwiderstand eines Autos. Mehr Luftwiderstand bedeutet unter anderem einen höheren Spritverbrauch und bremst das Auto bei hoher Geschwindigkeit aus. Mit der Aeroakustik untersucht man die Geräusche, die der Fahrtwind an verschiedenen Autoteilen verursacht.
In einem Windkanal kann außerdem getestet werden, wie sich unterschiedliches Klima auf ein Auto auswirkt oder ob die Anbauteile bei hohem Fahrtwind stabil bleiben. Kennst du schon unser Kinderreporter-Video mit Emma und Nick im Klimakanal? Da haben die beiden innerhalb von kürzester Zeit heiße Sommertemperaturen sowie klirrende Kälte erlebt. Schau mal rein!

Wie funktioniert ein Windkanal?

Windkanäle können verschieden aufgebaut sein. Man entscheidet vor allem zwischen dem offenen und dem geschlossenen Windkanal. Bei einem offenen saugt eine Düse die Luft von  draußen in das Gebäude, bläst sie über das Auto und anschließend wieder aus dem Windkanal hinaus. Bei einem geschlossenen Windkanal wird die Luft im Kanal behalten und wie in einem Kreislauf immer wieder über das Auto geblasen.
Damit die Ingenieure erkennen, wie die Luft um das Auto fließt, wird Rauch oder Nebel in den Luftstrom gemischt. Außerdem kann Ruß oder Farbe dabei helfen, die Luftströmung sichtbar zu machen.

Welche Arten von Windkanälen gibt es?

Neben dem Aerodynamik- und Aeroakustik-Windkanal gibt es noch weitere Windkanäle: In einem Klimawindkanal kann man überprüfen, wie ein Auto auf extreme Kälte oder Hitze reagiert. Schließlich sollte so ein Fahrzeug überall auf der Welt einsatzfähig sein. Die aerodynamischen Eigenschaften von Raketen oder Düsenjets testet man in Überschall- beziehungsweise Hyperschall-Windkanälen. Dort werden Strömungen mit extremer Geschwindigkeit erzeugt.
Wie du gelernt hast, muss ein neues Automodell vor dem Verkauf einige Tests bestehen. Der Windkanal gehört dabei mit zu den wichtigsten, schließlich möchte kein Autofahrer ein Fahrzeug besitzen mit unnötig hohem Spritverbrauch. Und laute Geräusche bei hohem Fahrtwind nerven bestimmt nicht nur deine Eltern, wenn sie das Auto fahren, sondern auch dich auf dem Rücksitz.

Ein Auto wird in einem Klimawindkanal getestet
Ein Auto wurde gerade in einem Klimawindkanal auf extrem kalte Temperaturen getestet. Bild: Daimler AG

 

Beitragsfoto: Daimler AG

Den Begriff “Spoiler” hast du bestimmt schon einmal gehört. Oft ist davon die Rede, wenn man einer Person verrät, wie ein Film oder eine Serie ausgeht. Es gibt jedoch noch einen weiteren Bereich, in dem Spoiler bekannt sind: dem Motorsport. Vielleicht kennst du sie ja aus der Formel 1? Dort besitzt jeder Rennwagen einen solchen Spoiler. Manchmal sieht man sie aber auch auf ganz normalen Autos. Doch was hat es mit diesem komischen Begriff auf sich und was bringt so ein Spoiler?

Was ist ein Spoiler und wofür ist er da?

Jeder von uns hat ihn schon einmal auf einem Auto gesehen: einen Spoiler. Oft befindet er sich auf dem hinteren Teil eines Autos, dem Heck. Berühmt geworden ist er vor allem durch den Motorsport. Dort ist er unverzichtbar. Aber was genau ist ein Spoiler und wofür ist er da?
Zunächst einmal solltest du wissen, dass es viele verschiedene Arten von Spoilern gibt. Der bekannteste ist der schon erwähnte Heckspoiler. Seine Aufgabe ist es, dem Auto bei hoher Geschwindigkeit Stabilität zu verleihen. Besonders bei schnellen Kurvenfahrten sorgt er dafür, dass das Auto nicht so einfach die Kontrolle verliert.

Wie sorgt ein Spoiler für Stabilität?

Ein Spoiler kann seine Wirkung erst bei hohen Geschwindigkeiten ab circa 100 km/h entfalten. Dann ist der Fahrtwind ausreichend hoch, um das Auto stärker auf den Boden zu drücken. Genau das ist auch die Hauptaufgabe eines Spoilers: Er ist so gebaut und geformt, dass der Luftstrom nach oben gelenkt wird. So entstehen Kräfte, die für den sogenannten erhöhten “Anpressdruck” sorgen. Je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, desto stärker drückt der Spoiler das Auto auf die Straße und desto stabiler lässt es sich fahren. Das ist besonders bei Kurvenfahrten wichtig, bei denen der Fahrer schnell die Kontrolle über das Fahrzeug verlieren kann.

Verschiedene Arten von Spoilern    

Jetzt kannst du dir bestimmt vorstellen, warum vor allem schnelle Sportwagen Spoiler besitzen. Ohne sie würden die Fahrer ständig von der Strecke abkommen und könnten gar nicht so schnell über die Rennstrecke fahren. Sportwagen besitzen oft sogar noch mehr Spoiler als den auf dem Heck. Vor allem Front- oder Radspoiler werden im Motorsport zusätzlich zum Heckspoiler eingesetzt. Sie sorgen für weiteren und besser verteilten Anpressdruck und senken den Luftwiderstand. Im Idealfall kann der Fahrer dann noch schneller fahren bei gleichzeitig sehr hoher Stabilität.

Mercedes-AMG GT3 #75, Mercedes-AMG Team SunEnergy1 beim 12-Stunden-Rennen von Bathurst 2018<br /> #75 Mercedes-AMG GT3, Mercedes-AMG Team SunEnergy1 at the 2018 Bathurst 12 Hour
So sieht ein Heckspoiler im Motorsport aus // Foto: Daimler AG

Beitragsfoto: Daimler AG

STRÖMUNGSAKUSTIK

Und was hat „Aero“ mit „Akustik“ zu tun? Die Strömungsakustik, so heißt sie auch, handelt von aerodynamisch erzeugten Geräuschen. Das sind Geräusche, die durch Luftströme entstehen. So wie beim Autofahren. Das Ziel ist es, diese Akustik zu reduzieren, damit die Fahrt für alle noch komfortabler und entspannter wird. Dafür werden die Windgeräusche im Aeroakustik-Windkanal gemessen. Sowohl im, als auch am Versuchsfahrzeug.

Aeroakustik-Windkanal
Im Windkanal wird die Akustik der Luftströme erforscht

Um realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten, darf die winderzeugende Anlage die Messung nicht beeinflussen. Denn auch sie verursacht Lärm, der von den Messinstrumenten aufgenommen wird. Aus diesem Grund sind Geräuschdämm-Maßnahmen in die Einrichtung integriert. So ist von der 28 Quadratmeter großen Düse nichts mehr zu hören. Diese Dämmung macht den Windkanal im Daimler-Entwicklungszentrum Sindelfingen zum leisesten Aeroakustik-Windkanal weltweit.

LAUTLOS BEI 140 STUNDENKILOMETER

Zugeführter weißer Rauch macht die Luftströme sichtbar
Zugeführter weißer Rauch macht die Luftströme sichtbar

Doch die Akustik ist nicht das Einzige, das unter die Lupe genommen wird. Experten versuchen, die Form und Eigenschaften der Fahrzeuge immer weiter zu optimieren. So soll einerseits eine Straßenlage mit geringsten Auftriebswerten gestaltet werden. Andererseits möchte Daimler einen niedrigen Luftwiderstand seiner Fahrzeuge erreichen. Doch wozu das Ganze?

VIEL WIRBEL UM LUFT

Es geht wieder einmal um Komfort und Sicherheit. Ein Auto, das bei Wind und Wetter gut auf der Straße liegt, kann Leben retten. Ein anderer wichtiger Aspekt ist allerdings die Effizienz. Das bedeutet, mit Ressourcen schonend umzugehen. Beim Autofahren meint man dabei zunächst den Kraftstoffverbrauch. Das Erstaunliche ist nämlich, dass du eine Menge Sprit sparen kannst, wenn die Aerodynamik stimmt. Die Windlast ist wie eine Kraft, gegen die das Auto ankämpfen muss. Und das verbraucht eine Menge Energie, also Sprit. Dieses Problem kennen sogar Sportler. Damit auch ihre Energiereserven so lange wie möglich ausreichen, nutzen Radfahrer die perfekte Aerodynamik. Sie haben bei der Fahrt ja auch mit Windströmungen zu tun.

Statt eines Fahrzeugs war sogar auch schon mal ein Mensch im Daimler Aeroakustik-Kanal: Sebastian Kienle, der Ironman-Welt- und Europameister. Er hat die Windschlüpfrigkeit seiner Ausrüstung getestet.

FÜNF-BAND-SYSTEM

Windkanal
1939 war die Messanlage im Werk Untertürkheim noch in den Kinderschuhen

Doch nicht nur die Fahrzeuge, sondern auch die Forschungsanlagen haben sich enorm entwickelt. Dazu hat Daimler 230 Millionen Euro in den Ausbau des Mercedes-Benz Technology Center investiert. So können heute Windgeschwindigkeiten von bis zu 265 Stundenkilometer erzeugt werden.

Außerdem gibt es eine moderne Fahrbahnsimulation – dank des Fünfbandsystems. Jedes Rad läuft auf einem eigenen kleinen Laufband und unter der Mitte des Fahrzeugs befindet sich ein großes Band. Es läuft unter dem Fahrzeugboden. Alle fünf Bänder sind synchron mit dem Wind aktiv, sie laufen also gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit: Es herrschen die gleichen Bedingungen wie auf der Straße. Davon konnte man vor knapp einem Jahrhundert nur träumen. Wenn wir uns diesen Fortschritt bewusst machen, können wir sehr gespannt sein. Denn wer weiß, wohin der Wind unsere Technik noch trägt?

 

Bilder: Daimler AG

Damit den Passagieren der Fahrtwind allerdings nicht zu sehr, aber auch nicht zu wenig um die Ohren weht, hat jedes Cabrio ein so genanntes Windschott. Das ist ein meist mit luftdurchlässigem Stoff bespannter Kunststoffrahmen (teilweise auch eine durchsichtige, luftdichte Plexiglasscheibe), der hinter den Sitzen installiert ist.

Wozu solch ein Windschott dient? Während der Fahrt bildet sich hinter der Windschutzscheibe ein Luftwirbel, den die Insassen als Zugluft von hinten wahrnehmen. Durch den Windschott wird der Luftstrom über die Köpfe hinweg geführt, sodass sich der Luftwirbel erst dahinter bildet. So müssen die Passagiere keine Angst haben, sich während der Fahrt einen Schnupfen zu holen.

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Unabhängig von Wind und Wetter

Da allerdings auch jedes Cabrio andere Sitze, unterschiedlich hohe Hutablagen oder verschieden geformte Dachrahmen und Seitenscheiben besitzt, muss auch der Windschott von Modell zu Modell angepasst werden. Welche Größe? Welches Material? Wenn aus Stoff, wie durchlässig?

Um diese Parameter festzulegen, gibt es spezielle Windkanäle, wie z.B. im Mercedes-Benz Werk in Untertürkheim. Hier werden neue Modelle und Prototypen verschiedenen Windverhältnissen ausgesetzt. Warum man die Windschotts nicht einfach auf der Straße erprobt? Das würde bedeutet, dass man immer vom aktuellen Wetter abhängig ist und Testfahrten nur im Sommer und bei gutem Wetter machen könnte. Das wäre bei den heutigen Entwicklungsprozessen und Zeitabläufen nicht möglich. Im Windkanal gibt es immer Wind, es herrschen angenehme Temperaturen und es regnet oder schneit nie. Außerdem können die Ingenieure die Windgeschwindigkeit und –richtung genau nach ihren Bedürfnissen einstellen und die Ergebnisse messen.

Mit Messpuppe zu Optimalwerten

Da das Empfinden über zu viel oder zu wenig Fahrtwind sehr subjektiv ist, übernehmen die Ingenieure die Entscheidung, wie der Windschott optimiert werden muss, damit die Fahrt für die Insassen komfortabel ist, nicht alleine. Während der Fahrt im Windkanal nimmt eine Messpuppe im Cabrio Platz.
Diese ist mit 16 Sensoren ausgestattet, die die Stärke und Veränderung des Windes genau erfassen können.
Jede Körperregion am Menschen hat dabei allerdings ein unterschiedliches Empfinden. Deshalb hat die Messpuppe ein Komfortmodell einprogrammiert, das den Mittelwert von Komfortbewertungen aus Untersuchungen mit vielen Probanden widerspiegelt. So ist die letztendliche Entscheidung nicht vom Empfinden und von der Tagesform eines einzelnen Ingenieurs abhängig.

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SLS 63 AMG (C197) 2009
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SLS 63 AMG (C197) 2009
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