Die opti­male Aero­dy­namik ist eine wich­tige Voraus­set­zung für den Erfolg von Mercedes-AMG Petronas Motor­sport und ebm-papst. „Beide wissen, wie wichtig der Luft­strom für die Leis­tung ist“, erklärt Geoff Willis, Tech­no­logy Director bei Mercedes-AMG Petronas Motor­sport. „Während unser aero­dy­na­mi­scher Fokus darauf liegt, konstant einen möglichst hohen Abtrieb zu erzeugen, liegt der Fokus bei einem Venti­lator darauf, den Luft­strom so effi­zient wie möglich zu verbes­sern.“

Auch wenn die Heraus­for­de­rungen beim Formel-1-Team und bei ebm-papst unter­schied­lich sind, nutzen die Partner doch ähnliche Methoden, um sich stetig zu verbes­sern. „Das Hand­werks­zeug besteht beim Formel-1-Team und bei uns auf der einen Seite aus nume­ri­schen Hilfs­mit­teln und Soft­ware­pro­grammen zur Simu­la­tion. Auf der anderen Seite expe­ri­men­tieren wir mit Modellen oder echten Produkten“, erklärt Dr. Jürgen Schöne, Haupt­ab­tei­lungs­leiter Strö­mungs­technik bei ebm-papst in Mulfingen.

Simu­la­tionen: Luft­ströme aus Zahlen

Simu­la­tionen sind aufgrund ihrer großen Frei­heiten ein wich­tiger Bestand­teil der Entwick­lung bei beiden Part­nern. ebm-papst nutzt Simu­la­ti­ons­werk­zeuge zum einen, um die Entwick­lungs­zeit zu verkürzen, und zum anderen, um tech­no­lo­gi­sche Poten­ziale zu entde­cken, die sonst verborgen blieben. „Durch die Numerik sind wir in der Lage eine so große Viel­zahl an Varia­tionen zu erfor­schen, die wir auf expe­ri­men­teller Art und Weise nie unter­su­chen könnten. So haben wir die Chance auf ganz andere Geome­trien und Verbes­se­rungen zu kommen“, sagt Schöne.

Simu­la­tion der Luft­strö­mung durch ein RLT-Gerät mit RadiPac.

Mit CFD-Simu­la­tion errechnen die Inge­nieure bei ebm-papst etwa aero­dy­na­mi­sche Eigen­schaften von Lauf­rä­dern. Der RadiCal, ein Radi­al­ven­ti­lator für viele Anwen­dungen in der Luft- und Klima­technik, war beispiels­weise das erste „synthe­tisch“ entwi­ckelte Produkt, das so entstanden ist.

Mercedes-AMG Petronas Motor­sport helfen Simu­la­tionen dabei, die komplexen Luft­strö­mungen an einem Formel-1-Boliden besser zu verstehen und zu unter­su­chen, welche aero­dy­na­mi­schen Folgen klei­neste Ände­rungen haben. So stellt das Team die Boliden vor jedem Rennen optimal auf die jewei­lige Strecke ein. Geoff Willis erklärt: “Der Luft­strom über einem Formel-1-Auto ist sehr kompli­ziert und schwer zu beherr­schen: Dyna­mi­sche Verwir­be­lungen inter­agieren mitein­ander, dazu kommen komplexe Strö­mungen um die rotie­renden Räder und kleinste Ände­rungen in der Struktur des Autos, wenn es beschleu­nigt, bremst oder in eine Kurve fährt. Der Schlüssel zum Erfolg liegt deshalb darin, die komplexen Strö­mungen in großer Tiefe zu verstehen. Dieses Wissen bauen wir durch eine Kombi­na­tionen von CFD-Simu­la­tionen und Ergeb­nissen aus Expe­ri­menten im Wind­kanal und auf der Strecke aus.“

Expe­ri­mente: Die Stunde der Wahr­heit

Während Mercedes-AMG Petronas Motor­sport zum Reali­täts­test in den Wind­kanal oder auf die Strecke geht, nutzen die Inge­nieure von ebm-papst meist Kombi­ka­näle, in denen sowohl Luft­leis­tung als auch Geräusch gemessen werden können. „Das wich­tigste Ziel von Expe­ri­menten liegt für uns darin, die Werte aus den Simu­la­tionen zu veri­fi­zieren. Schließ­lich sind diese auch heute nicht perfekt und die abso­lute Wahr­heit“, erklärt Schöne. „Zudem führen wir Expe­ri­mente durch, um das Verhalten unserer Venti­la­toren in einem komplexen Kunden­pro­dukt zu unter­su­chen oder, um sie akus­tisch genauer unter die Lupe zu nehmen. Auch dafür gibt es bereits Simu­la­ti­ons­werk­zeuge, die aller­dings noch in der Entwick­lung sind.“

„Das wich­tigste Ziel von Expe­ri­menten liegt für uns darin, die Werte aus den Simu­la­tionen zu veri­fi­zieren. Schließ­lich sind diese auch heute nicht perfekt und die abso­lute Wahr­heit“

Dr. Jürgen Schöne, Haupt­ab­tei­lungs­leiter Strö­mungs­technik bei ebm-papst in Mulfingen

Für Mercedes-AMG Petronas Motor­sport sind Ergeb­nisse aus dem Wind­kanal eben­falls wert­voll, um die Erkennt­nisse aus Simu­la­tionen zu veri­fi­zieren. „Da wir mit sehr komplexen Strö­mungen arbeiten, kommt das CFD-Verfahren manchmal an seine Grenzen. Der Wind­kanal gibt uns da einen genaueren Einblick, was wirk­lich am Auto passiert“, erläu­tert Geoff Willis. Ein großer Unter­schied zwischen der Arbeits­weise von ebm-papst und Mercedes-AMG Petronas ergibt sich aus den Rege­lungen, denen das Formel-1-Team bei seinen Tests unter­worfen ist.

Durch expe­ri­men­telle Tests veri­fi­zieren die Inge­nieure von ebm-papst die Ergeb­nisse aus ihren Simu­la­tionen.

Die Erfah­rung der Aero­dy­na­miker

„Aufgrund der Regeln können wir nur mit einem klei­neren Modell und gerin­geren Wind­ge­schwin­dig­keiten testen. So können wir niemals genau repro­du­zieren, was auf der Strecke passiert”, sagt Willis. Deshalb setzt das Formel-1-Team auf erfah­rene Aero­dy­na­miker, die die Erkennt­nisse aus Wind­kanal, Simu­la­tionen und den nur in geringer Anzahl zur Verfü­gung stehenden Test­tagen zusam­men­bringen. Bei ebm-papst ist die Erfah­rung der Aero­dy­na­miker vor allem dann gefragt, wenn es darum geht ein Produkt möglichst gut an eine Kunden­an­wen­dung anzu­passen. Je besser hier vorge­ar­beitet wird, umso effi­zi­enter lässt sich der gesamte Entwick­lungs­pro­zess gestalten.

„Das Verständnis, das ebm-papst von Aero­dy­namik hat ist einer der Haupt­gründe dafür, dass das Unter­nehmen bei Kühl­lö­sung an der Spitze steht.“

Geoff Willis, Tech­no­logy Director bei Mercedes-AMG Petronas Motor­sport

Wie das gelingt, fasst Geoff Willis zusammen: „Das Verständnis, das ebm-papst von Aero­dy­namik hat ist einer der Haupt­gründe dafür, dass das Unter­nehmen bei Kühl­lö­sung an der Spitze steht. Aero­dy­namik wirk­lich zu verstehen ist essen­tiell für einen Renn­wagen, aber ebenso, um einen Venti­lator so effi­zient wie möglich zu machen.“