Einführung
Um Kraftstoffeffizienz zu steigern, Emissionen zu reduzieren und die Leistung zu verbessern, setzen Automobilhersteller seit Jahren auf Windkanaltests. Ein Automobil-Windkanal ist ein spezialisiertes Labor, in dem die Luftströmung um ganze Fahrzeuge oder maßstabsgetreue Modelle unter kontrollierten Bedingungen untersucht wird, um Luftwiderstand, Auftrieb, Lärm, thermisches Verhalten und mehr zu quantifizieren. Der Markt für Automobil-Windkanäle wird voraussichtlich bis 2031 ein Volumen von 1.904,53 Millionen US-Dollar erreichen (von 722,57 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023). Für den Zeitraum 2022–2031 wird eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 12,9 % erwartet.
Technologieintegration und Hybridtests
Durch die Kombination von physischen Windkanaltests mit numerischer Strömungsdynamik (CFD), virtuellen Windkanälen und digitalen Zwillingen werden die Kosten gesenkt, die Entwicklungszyklen verkürzt und es können frühzeitig mehr Designiterationen durchgeführt werden.
Spezialisierung auf Elektrofahrzeuge, autonome Fahrzeuge und Wärmemanagement
Bei Elektrofahrzeugen stellen sich diverse aerodynamische Herausforderungen (z. B. Kühlung der Batterien, Luftstrom unter dem Fahrzeug, geringere Motorgeräusche) und die Sensoren autonomer Fahrzeuge müssen unter verschiedenen Bedingungen (Seitenwind, Luftstromverstopfung) einwandfrei funktionieren. Solche optimierten Tunnel werden derzeit entwickelt.
Anlagenmodernisierungen und Energieeffizienz
Neuere Windkanäle werden mit höherer Energieeffizienz gebaut (z. B. mit besseren Ventilatoren, optimierten Kanalführungen) und bestehende modernisiert. Weitere Verbesserungen sind bewegliche Grundflächen und eine verbesserte Kontrolle der Umgebungsbedingungen.
Regulatorische Angleichung
Die Einhaltung immer strengerer globaler Emissions-, Lärm- und Sicherheitsnormen zwingt Hersteller zu Investitionen in strengere aerodynamische und aeroakustische Tests. Unternehmen, die sich auf regulatorische Änderungen einstellen und in die entsprechenden Kapazitäten investieren, um diese zu erfüllen, werden sich am Markt behaupten.
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Zukünftige Trends
Stärkere Akzeptanz digitaler Zwillinge und virtueller Tests
Noch mehr Designaktivitäten werden in die Simulation verlagert, bevor in physische Prototypen investiert wird. Echtzeitsimulationen und prädiktive Modellierung werden stärker zum Einsatz kommen.
Intelligente, adaptive und KI-basierte Windkanäle
Tunnel, die Parameter (Turbulenzen, Temperatur, Windgeschwindigkeit) der Strömung dynamisch anpassen, Sensordaten in Echtzeit verarbeiten und mithilfe von KI sogar die aerodynamische Leistung vorhersagen, werden immer häufiger eingesetzt.
Nachhaltigkeit und geringere Betriebskosten
Tunnel mit geringerem Stromverbrauch, verbesserte Materialien, erneuerbare Energien usw. Außerdem gemeinsame Nutzung oder Modultunnel, um die Kosten auf mehrere Kunden zu verteilen.
Tests für neue Fahrzeugtypen
Zunehmend autonome Fahrzeuge, Fahrzeuge zur gemeinsamen Mobilität und möglicherweise Prototypen von Lufttaxis/fliegenden Autos müssen im Windkanal getestet werden. Auch die Seitenwindstabilität, der Sensorbetrieb im Luftstrom usw. werden stärker in den Fokus rücken.
Gelegenheiten
Schwellenmärkte: Der asiatisch-pazifische Raum (Indien, China, Südostasien) verzeichnet einen rasanten Anstieg der Fahrzeugproduktion und der Investitionen in Forschung und Entwicklung. Der Bau von Windkanälen oder die Betreuung von Kunden vor Ort bietet Kostenvorteile und Vorteile hinsichtlich der räumlichen Nähe.
Auf Elektrofahrzeuge ausgerichtete Testdienste: Fahrzeughersteller und Tier-1-Zulieferer benötigen spezielle Tests (Batteriekühlung, Wärmeableitung, Reduzierung des Luftwiderstands) für Elektrofahrzeuge. Unternehmen, die diese Dienste anbieten, werden gefragt sein.
Beteiligung von Tier-2- und Tier-3-Lieferanten : Lieferanten von Teilen (Spiegel, Radkästen, Spoiler) müssen häufig Tests durchführen. Durch die Bereitstellung eines modulareren und kleineren Tunnelzugangs können neue Geschäftsfelder erschlossen werden.
Tests des gesamten Fahrzeugs im Vergleich zu Komponententests: Nicht jede Einrichtung führt nur Tests an Komponenten oder maßstabsgetreuen Modellen durch. Tests im gesamten Maßstab oder auf dem Rollenprüfstand liefern bessere Ergebnisse in der Praxis und können höhere Preise erzielen.
Schlüsselsegmente
Nach Designtypen
Geschlossener Kreislauf
Offener Stromkreis
Nach Testtyp
Modellmaßstabsprüfung und Vollmaßstabsprüfung
Nach Anwendung
Pkw
Nutzfahrzeuge und Motorräder
Wichtige Akteure und aktuelle Entwicklungen
Mahle GmbH
Mahle hat seinen Klima-Windkanal in Stuttgart mit einem Gleichstrom-Schnellladesystem aufgerüstet.
Es kann jetzt unter allen klimatischen Bedingungen, selbst bei Rekordhitze, eine Schnellladung von bis zu 350 kW in weniger als fünf Minuten für Elektrofahrzeuge bereitstellen.
Ziel ist es, die Auswirkungen des Schnellladens auf Lithium-Ionen-Batterien unter realen klimatischen Bedingungen (Hitze, Sonnenlicht usw.) sowie den Komfort der Passagiere zu überprüfen.
Ihre Geschäftsstrategie „MAHLE 2030+“ konzentriert sich stark auf Elektrifizierung, Wärmemanagement und Komponenten für umweltfreundliche Verbrennungsmotoren.
Daimler AG (Mercedes Benz / Mercedes)
Die Testlabore von Daimler (z. B. Sindelfingen und Bremen) werden von technischen Facility-Management-Dienstleistern wie SPIE betreut, die Verträge auf Windkanäle und Prüfstände ausweiten.
Daimlers Klima-Windkanäle in Sindelfingen: Zwei, die extreme Umweltbedingungen (−40 °C bis +60 °C Temperatur, Regen, Schnee, Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeitskontrolle) und hohe Windgeschwindigkeiten (bis zu ~265 km/h) simulieren können.
Darüber hinaus hat Mercedes-Benz aerodynamische Messeinrichtungen finanziert und verfügt in Sindelfingen über eine der leistungsstärksten und leisesten aeroakustischen Windkanalanlagen der Welt (Bestellung 2013) mit fortschrittlicher Messausrüstung, Straßensimulation und optimiertem Design.
HORIBA MIRA (Großbritannien)
HORIBA MIRA hat erhebliche Investitionen in die Modernisierung seiner Klima-Windkanalanlagen in Großbritannien getätigt, um seine Spitzenleistung aufrechtzuerhalten.
Sie modernisierten außerdem ihren wichtigsten Klima-Windkanal (CWTone) in ihrem Hauptsitz in den Midlands. Zu den jüngsten Investitionen (ca. 580.000 £) gehörten neuere Steuerungssysteme (Dynamotive) und eine verbesserte Datenerfassung durch CAN-basierte Ipetronik-Systeme.
Darüber hinaus hat MIRA eine Vehicle Thermal Energy Optimisation Suite (VTEOS) entwickelt, die einem „Mini-Windkanal“ ähnelt und zur Validierung thermischer Systeme dient, bevor vollständige Prototypenfahrzeuge zugänglich gemacht werden. Sie trägt dazu bei, Kosten, Zeit und CO₂-Emissionen zu reduzieren.
Abschluss
Da Automobilhersteller und Anbieter von Mobilitätslösungen zunehmend auf Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit setzen, werden Windkanaltests immer wichtiger. Die Zukunft wird von Fortschritten in den Bereichen Simulation, KI und Hybridmethoden, von Elektrofahrzeugen und autonomem Fahren sowie von regulatorischen Anforderungen beeinflusst. Der Unternehmenserfolg wird von Agilität, der Fähigkeit, neue Technologien zu nutzen, sich auf neue Elektrofahrzeug- oder Geräusch-/Wärmetests zu spezialisieren, strategische Allianzen zu schließen und neue Märkte zu erschließen, abhängen.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Was ist der Unterschied zwischen einem Windkanal mit geschlossenem und einem mit offenem Kreislauf?
Geschlossene Kreislauftunnel zirkulieren den Luftstrom; sie bieten wahrscheinlich einen stabileren Luftstrom, höhere Effizienz und eine bessere Kontrolle über Faktoren wie Turbulenzen, Temperatur und Druck. Offene Kreislauftunnel saugen Luft aus der Umgebung an, leiten sie durch den Testabschnitt und blasen sie aus. Sie sind einfacher und in der Regel kostengünstiger zu bauen und zu warten, bieten aber möglicherweise weniger Kontrolle über die Gleichmäßigkeit des Luftstroms und die Energieeffizienz.
Warum werden Windkanäle noch benötigt, wenn CFD (Computational Fluid Dynamics) immer leistungsfähiger wird?
CFD eignet sich hervorragend für die frühe Entwurfsphase, Visualisierung, Optimierung und Minimierung der Anzahl physikalischer Modelle. Physikalische Windkanaltests bleiben jedoch unerlässlich, um die Gültigkeit von CFD-Modellen zu überprüfen, schwer modellierbare Phänomene (z. B. Turbulenzen, Aeroakustik, reale Materialinteraktionen, thermische Reaktionen) zu erfassen und für Zertifizierungen oder Vorschriften. Die Kombination aus CFD und Windkanal wird zunehmend zur Norm.
Inwiefern verbessern Windkanäle die Leistung von Elektrofahrzeugen?
Elektrofahrzeuge stellen besondere thermische und aerodynamische Herausforderungen dar: Batterie- und Motorkühlung, Luftstromführung unter dem Fahrzeug, Reduzierung des Luftwiderstands zur Optimierung der Reichweite und Reduzierung der Windgeräusche, da der Verbrennungsmotor deutlich leiser ist. Windkanäle helfen bei der Bewertung und Optimierung all dieser Variablen.
Was sind die wichtigsten Herausforderungen auf dem Automobil-Windkanalmarkt?
Zu den Schwierigkeiten zählen die hohen Investitions- und Betriebskosten für Bau und Betrieb hochpräziser Tunnel, die Aufrechterhaltung der Durchflussqualität und Messgenauigkeit, der Energieverbrauch, die Aufrechterhaltung der Relevanz bei der Weiterentwicklung von Fahrzeugdesigns (z. B. zunehmende Anzahl von Elektrofahrzeugen, unterschiedliche Sensoranordnungen) und die Konkurrenz durch rein virtuelle Methoden. Darüber hinaus kann die Simulation von Bedingungen (wie der Reynolds-Zahl) für skalierte oder Komponententests nicht trivial sein.
Was sollten Neueinsteiger bedenken, bevor sie in Windkanalanlagen investieren?
Sie sollten folgende Aspekte prüfen: die Art der Fahrzeuge und die Tests, die sie unterstützen werden (Originalgröße vs. Modellgröße, Elektrofahrzeug vs. Verbrennungsmotor usw.); regionale gesetzliche Anforderungen hinsichtlich Emissionen, Lärm und Sicherheit; Kundennähe (OEMs, Zulieferer); technologische Möglichkeiten (z. B. Integration von CFD, KI, thermischen/akustischen Tests); Betriebskosten und Energieeffizienz; und mögliche Partnerschaften oder Modelle gemeinsam genutzter Einrichtungen zur Risikominimierung.
