© Mercedes-AMG Petronas Motorsport

Die Beherrschung der Luft

Auf der Suche nach der perfekten Aerodynamik setzen Mercedes-AMG Petronas Motorsport und ebm-papst auf Simulationen, Tests und stetige Verbesserung.


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.“

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