Klima-Wind-Kanäle
Sonne. Fahrtwind. Temperatur. Unter kontrollierten Bedingungen.
Ein Fahrzeug steht in der prallen Sonne. Der Innenraum heizt sich auf, Oberflächen speichern Wärme, die Klimaanlage muss Leistung bringen. Sobald das Fahrzeug anfährt, verändert der Fahrtwind den Wärmeaustausch. Im nächsten Stau fehlt diese Kühlung wieder. Auf der Straße wirken diese Einflüsse gleichzeitig – und ändern sich laufend.
Im Klima-Wind-Kanal lassen sich solche Situationen gezielt nachstellen. Luftströmung, Temperatur und je nach Ausstattung weitere Klimaparameter werden mit definierten Betriebszuständen des Fahrzeugs kombiniert. Eine integrierte Sonnensimulation ergänzt dabei einen entscheidenden Einfluss: die solare Strahlungsbelastung. So können Entwickler untersuchen, wie Fahrzeuge unter vergleichbaren Bedingungen auf Wärme, Fahrtwind und Sonneneinstrahlung reagieren.
BF Engineering entwickelt und integriert Sonnensimulationsanlagen für diese anspruchsvolle Prüfumgebung. Im Mittelpunkt stehen die passende Bestrahlung, eine auf den Windkanal abgestimmte Mechanik und die Einbindung in den bestehenden Prüfstandsbetrieb.
Warum die Sonne im Windkanal nicht fehlen darf
Eine hohe Lufttemperatur allein bildet einen sonnigen Sommertag nur teilweise ab. Sonnenstrahlung trifft auf Karosserie und Verglasung, wird je nach Material reflektiert, durchgelassen oder absorbiert und beeinflusst dadurch die Erwärmung des Fahrzeugs.
Gleichzeitig verändert die Anströmung den Wärmeübergang an den Außenflächen und die Luftversorgung der Kühlsysteme. Ein Fahrzeug im Stillstand verhält sich thermisch deshalb anders als dasselbe Fahrzeug bei höherer Fahrgeschwindigkeit.
Für die Entwicklung ist dieses Zusammenspiel entscheidend: Wie arbeitet die Klimaanlage nach einer Aufheizphase? Wie verändert sich der Kühlbedarf unter Last? Welche Temperaturen entstehen an bestimmten Oberflächen? Und welche Wirkung hat eine geänderte Regelstrategie?
Der Klima-Wind-Kanal schafft die Möglichkeit, solche Fragestellungen unter festgelegten Bedingungen zu untersuchen und Versuche zu wiederholen. Dadurch werden Unterschiede zwischen Fahrzeugvarianten, Bauteilen und Softwareständen besser vergleichbar.
Die Stärke liegt im Zusammenspiel: definierte Bestrahlung, kontrollierte Anströmung und ein reproduzierbarer Prüfablauf.
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View all referencesStraßensituationen gezielt auf den Prüfstand bringen
Im Klima-Wind-Kanal können verschiedene Umgebungs- und Betriebsbedingungen miteinander kombiniert werden. Welche Prüfungen möglich sind, hängt von der Ausstattung des jeweiligen Kanals ab – etwa von dessen Klimatisierung, Anströmung und Rollenprüfstand.
Für die Untersuchung thermischer Vorgänge ist besonders relevant, wie sich die Bedingungen über die Zeit verändern. Eine Aufheizphase im Stillstand stellt andere Anforderungen als eine anschließende Fahrt unter Last. Auch ein Wechsel zwischen Fahrt und Stillstand kann für die Bewertung von Kühlung und Klimatisierung wichtig sein.
Die Sonnensimulation ergänzt den Prüfablauf um eine definierte Strahlungsbelastung. Bestrahlungsstärke, Expositionsdauer und Fahrzeugposition werden passend zur Messaufgabe festgelegt.
Typische Prüfsituationen:
- Aufheizung eines abgestellten Fahrzeugs unter Sonneneinstrahlung
- Abkühlung des Innenraums nach dem Einschalten der Klimaanlage
- Fahrbetrieb unter kombinierter thermischer und mechanischer Last
- Wechsel zwischen Stillstand und unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten
- Vergleich verschiedener Fahrzeugkonfigurationen unter gleichen Randbedingungen
Wärmeströme im Gesamtfahrzeug verstehen
Im Fahrzeug müssen mehrere thermische Aufgaben gleichzeitig gelöst werden. Antrieb, Kühlsystem und Innenraum stellen unterschiedliche Anforderungen an die Wärmeabfuhr und die Klimatisierung. Bei elektrifizierten Fahrzeugen kommen unter anderem die thermischen Betriebsbedingungen der Batterie hinzu.
Im Klima-Wind-Kanal lassen sich diese Zusammenhänge am Gesamtfahrzeug untersuchen. Dabei können die Fahrzeugbelastung und die Anströmung mit definierten Klimabedingungen kombiniert werden. Die Sonnensimulation ergänzt die äußere Wärmelast.
So unterstützt die Prüfumgebung die Bewertung von Kühlkonzepten und Regelstrategien. Entscheidend ist dabei die gemeinsame Betrachtung von Fahrzeugzustand, Umgebungsbedingungen und gemessenen Temperaturen.
Mögliche Untersuchungsfelder:
- Fahrzeugkühlung unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen
- Thermisches Verhalten von Batterie und Antriebssystem
- Einfluss der Anströmung auf den Kühlbedarf
- Zusammenspiel von Innenraumklimatisierung und Thermomanagement
- Vergleich von Regelstrategien und Entwicklungsständen
Was von außen einwirkt, wird innen spürbar
Sonneneinstrahlung beeinflusst die thermischen Bedingungen im Fahrzeuginnenraum. Für die Bewertung des Klimakomforts sind deshalb sowohl die Lufttemperaturen als auch die Temperaturen und Strahlungseigenschaften der umgebenden Oberflächen relevant.
Eine definierte solare Belastung ermöglicht es, Aufheiz- und Abkühlvorgänge unter wiederholbaren Bedingungen zu untersuchen. Unterschiedliche Verglasungen, Innenraumausstattungen oder Klimatisierungsstrategien lassen sich dadurch gezielter vergleichen.
Der Klima-Wind-Kanal bietet dafür eine Umgebung, in der Klimatisierung und Fahrzeugbetrieb gemeinsam betrachtet werden können. Welche Messgrößen erfasst werden, richtet sich nach der konkreten Entwicklungsaufgabe.
Typische Fragestellungen:
- Wie entwickelt sich die Innenraumtemperatur während einer Aufheizphase?
- Wie schnell erreicht die Klimaanlage die vorgegebenen Zielbedingungen?
- Welche Unterschiede zeigen sich zwischen verschiedenen Fahrzeugbereichen?
- Wie verändert eine alternative Klimatisierungsstrategie den Temperaturverlauf?
- Welche Wirkung haben unterschiedliche Verglasungs- und Ausstattungsvarianten?
Die passende Strahlung für die jeweilige Prüfaufgabe
Eine Sonnensimulationsanlage muss auf die Messaufgabe und die Geometrie des Prüfstands abgestimmt werden. Dazu gehören die erforderliche Bestrahlungsstärke, die nutzbare Referenzfläche, die räumliche Verteilung der Strahlung und die spektralen Anforderungen.
Ebenso wichtig ist die Lage der Referenzebene. Ein Bestrahlungswert ist erst dann eindeutig einzuordnen, wenn feststeht, wo und unter welchen Bedingungen er gemessen wurde. Fahrzeughöhe, Leuchtenabstand und Positionierung müssen deshalb bei der Auslegung berücksichtigt werden.
Je nach Anlagenkonzept können veränderbare Bestrahlungswinkel, Tagesverlaufsimulationen oder Verschattungssysteme hinzukommen. BF Engineering führt entsprechende Lösungen für Tagesverläufe sowie Wolken- und Tunnelsimulationen im Produktportfolio. Ihre Umsetzung im Klima-Wind-Kanal wird projektspezifisch abgestimmt.
Wichtige Auslegungsgrößen:
- Bestrahlungsstärke auf der definierten Referenzebene
- Größe und Lage der nutzbaren Bestrahlungsfläche
- Homogenität innerhalb der vereinbarten Referenzfläche
- Spektrale Anforderungen der Prüfaufgabe
- Bestrahlungswinkel und Abstand zum Prüfling
- Zeitlicher Verlauf der Bestrahlung
Sonnensimulation unter anspruchsvollen Strömungsbedingungen
Im Klima-Wind-Kanal sind Tragstruktur, Leuchten und bewegliche Baugruppen aerodynamischen Belastungen ausgesetzt. Die mechanische Auslegung muss diese Bedingungen berücksichtigen und gleichzeitig eine stabile Positionierung der Bestrahlungseinrichtung ermöglichen.
Hinzu kommen begrenzte Einbauräume, Zugänglichkeit für Wartung und der notwendige Abstand zum Fahrzeug. Je nach Windkanal kann es erforderlich sein, Teile der Anlage außerhalb des direkten Windfelds anzuordnen.
BF Engineering stimmt die mechanische Konstruktion auf diese Randbedingungen ab. Höhenverfahrbare Leuchtenrahmen können beispielsweise dazu dienen, die Anlage zwischen Prüf- und Servicepositionen zu bewegen. Eine solche Lösung ist in der veröffentlichten Referenz für den Entwicklungsstandort Sindelfingen beschrieben.
Konstruktive Schwerpunkte:
- Tragstruktur und Befestigungen für die vorgesehenen Strömungslasten
- Stabile Positionierung der Leuchten und beweglichen Baugruppen
- Abstimmung auf Fahrzeugkontur und vorhandenen Bauraum
- Geschützte Leitungsführung
- Zugänglichkeit für Wartung und Austausch von Komponenten
- Berücksichtigung der Einbaulage innerhalb oder außerhalb des Windfelds
Aus einer zusätzlichen Anlage wird ein Teil des Prüfstands
Die Integration beginnt mit der gemeinsamen Definition der Prüfaufgabe. Welche Fahrzeuge sollen untersucht werden? Welche Bestrahlungsfläche wird benötigt? Welche Positionen sind für die Leuchten möglich? Und welche betrieblichen Abläufe müssen erhalten bleiben?
Darauf aufbauend werden Optik, Mechanik und elektrische Ausführung aufeinander abgestimmt. Für den Betrieb sind außerdem Bedienung, Freigaben, Sicherheitsfunktionen und die Schnittstellen zum übergeordneten Prüfstand zu klären.
Dass auch eine bestehende Anlage erweitert werden kann, zeigt das FKFS-Projekt in Filderstadt: Dort wurde die Sonnensimulation nachträglich in das Plenum des Klima-Wind-Kanals integriert.
Für die Projektplanung relevant:
- Prüfaufgabe und gewünschte Betriebszustände
- Fahrzeugabmessungen und Referenzfläche
- Verfügbare Einbaupositionen und Wartungsbereiche
- Elektrische Versorgung und zusätzliche Wärmelasten
- Bedienkonzept und Schnittstellen
- Sicherheitsfunktionen und Freigabenl
- Mess- und Abnahmekriterien
Was unterscheidet einen Klima-Wind-Kanal von einer Klimakammer?
Ein Klima-Wind-Kanal kombiniert klimatische Bedingungen mit einer gezielt erzeugten Fahrzeuganströmung. Je nach Ausstattung kommt ein Rollenprüfstand hinzu. Dadurch lassen sich Fahrzustände und ihr thermisches Verhalten unter kontrollierten Bedingungen untersuchen.
Warum reicht die Einstellung der Lufttemperatur nicht aus?
Sonneneinstrahlung bringt eine zusätzliche Strahlungsbelastung auf das Fahrzeug. Eine Sonnensimulation macht diesen Einfluss gezielt einstellbar und ergänzt dadurch die klimatische Prüfung.
Kann eine Sonnensimulation nachgerüstet werden?
Eine Nachrüstung ist grundsätzlich möglich, muss aber anhand des jeweiligen Windkanals geprüft werden. Ein realisiertes Beispiel ist die Integration im FKFS-Klima-Wind-Kanal in Filderstadt.
Welche Bestrahlungsstärke ist erforderlich?
Das hängt von der Prüfaufgabe, der Referenzfläche und den anzuwendenden Vorgaben ab. Die Werte einer konkreten Anlage lassen sich deshalb nicht pauschal auf jeden Windkanal übertragen.
Ersetzt der Klima-Wind-Kanal die Straßenerprobung?
Er ermöglicht kontrollierte und wiederholbare Untersuchungen. Die Erprobung auf der Straße bleibt ergänzend wichtig, um das Fahrzeug unter realen Einsatzbedingungen zu bewerten.
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