Im Dienste der Effizienz: die Windkanäle von Audi

Je leichter ein Auto durch den Fahrtwind gleitet, desto geringer sein Verbrauch, zudem steigt seine Höchstgeschwindigkeit. Im Windkanalzentrum arbeiten die Experten von Audi an der besten Aerodynamik für Serien-Pkw und Rennwagen.

Großer Nutzen für die Kunden: die Umströmung
In der Aerodynamik-Entwicklung hat Audi umfassende Kompetenz. Schon der Audi 100 von 1982 erzielte einen sensationellen Bestwert von cw  0,30, heute kommt der A8 auf einen Luftwiderstandsbeiwert von cw  0,26. Die Kunden profitieren davon unmittelbar, denn bei zügiger Fahrt auf der Autobahn beansprucht der Luftwiderstand schon fast die Hälfte der eingesetzten Kraftstoff-Energie. Bei der Aerodynamik wirkt sich jedes noch so kleine Detail aus – ein Hundertstel im cw-Wert entspricht zirka einem Gramm CO₂-Ausstoß pro Kilometer. Läge der cw- Wert des Audi A8 nur um 0,020 höher, könnte er mit einer Tankfüllung 24 Kilometer weniger weit fahren.

Bei allen Modellen von Audi senken zahlreiche Karosseriedetails den cw- Wert – vom Außenspiegel über die Räder bis zu den kleinen Abrisskanten an den Rückleuchten. Vor allem bei höherem Tempo wirkt sich der definierte Abriss der Strömung am Heck positiv auf die Fahrstabilität aus. Zur Aerodynamikentwicklung zählen auch die Unterströmung am Boden und die Durchströmung des Motorraums, die zusammen mehr als die Hälfte des Luftwiderstands ausmachen können. Beide werden exakt aufeinander abgestimmt.

Abtrieb: der Rennwagen Audi R8 LMS
Die Motorsport-Ingenieure arbeiten in der Aerodynamik eng mit den Serien-Entwicklern aus dem Windkanal zusammen. Der neue GT3-Rennwagen Audi R8 LMS erhielt im Windkanal maßgeschneiderte Lösungen: eine rundum neu gestaltete, auf Rennsport-Zwecke ausgelegte CFK-Karosserie, eine neu konzipierte Durchströmung von Kühlsystemen und Innenraum, einen voll verkleideten Unterboden, einen integrierten Heckdiffusor und einen weiter entwickelten Heckflügel.
Der Unterboden und der Diffusor erzeugen in hohem Maße Abtrieb – jene Kraft, die das Auto auf die Strecke saugt und damit hohe Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht. Je effizienter dies gelingt, umso weniger Abtrieb muss der Heckflügel erzeugen. Er kann also kleiner ausfallen – dadurch verringert sich der Luftwiderstand. Dank dieser höheren aerodynamischen Effizienz – dem Verhältnis von Abtrieb zu Luftwiderstand – steigt die Höchstgeschwindigkeit. Insgesamt hat Audi den cw-Wert des R8 LMS um 20 Prozent auf cw 0,4 reduziert – der neue Rennwagen vereint hohes Kurventempo und Top-Speed exzellent.

Der Audi R8 LMS, für den weltweiten Einsatz im Kundensport konzipiert, hat einen V10-Motor mit 5,2 Liter Hubraum, der frei saugend bis zu 430 kW (585 PS) leistet. Im März 2015 wird er seine ersten Einsätze absolvieren. Der neue Rennwagen tritt ein großes Erbe an – sein Vorgängermodell fuhr 26 internationale Gesamt-Titel und sieben Siege bei 24-Stunden-Rennen seit 2009 ein.

In vielen Fällen profitieren auch die Serien-Entwickler vom Wissen ihrer Rennsport-Kollegen. Beim neuen Audi TT und den großen RS-Modellen beispielsweise dienen vertikale Stege in den Lufteinlässen als Vorspoiler am Bug. Sie leiten die Luft so, dass sie sauber an der Flanke anliegt. Die Produktion von Serienauto und Rennwagen ist so eng verzahnt, dass sie in der Produktion bis zu einem bestimmten Stadium gemeinsam gefertigt werden.

Bis 300 km/h: das Windkanal-Zentrum von Audi
Im Windkanal-Zentrum von Audi in Ingolstadt liegen drei Windkanäle auf mehr als 10.000 m2 Fläche unter einem Dach. Ihre Leitstände, eine separate Klimakammer, drei kleinere Prüfstände für Fahrzeugkomponenten und ein Werkstattbereich komplettieren das Windkanal-Zentrum. Auf jeweils unterschiedliche Zwecke zugeschnitten, ergänzen sich die drei Windkanäle ideal.

Die größte Anlage ist der Aerodynamik- und Aeroakustik-Windkanal (AAWK). Da der Luftwiderstand eines Autos fast zur Hälfte am Unterboden, an den Rädern und in den Radhäusern entsteht, besitzt der AAWK ein Laufband, das die Fahrbahn simuliert; es bewegt sich mit bis zu 235 km/h Tempo. Vier kleine Laufbänder versetzen die Räder in Drehung; Stäbe, die in Löcher in den Schweller eingefahren werden, fixieren das Auto.

Im AAWK bläst ein Rotor die Probanden – sowohl 1:1-Automobile als auch Modelle im Maßstab 1:4 oder 1:2,5 – mit gewaltiger Kraft an. Er hat 5,01 Meter Durchmesser und besitzt 20 Lauf- und 27 Leitschaufeln. Ein Drehstrommotor mit bis zu 2.720 kW Leistung treibt den Rotor an. So kann er Windgeschwindigkeiten bis zu 300 km/h erzeugen – genug, um auch Tests mit den Le Mans-Sportprototypen durchzuführen.

Im AAWK steht auch die Aeroakustik der Autos im Fokus – ein Technikfeld, auf dem Audi an der Spitze des Wettbewerbs liegt. Die starke Anlage ist sehr leise; bei 100 km/h Windgeschwindigkeit beträgt der Schalldruckpegel nur 50 dB (A). Die Luft wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt, in den Umlenk-Ecken sind große Dämpferprofile platziert. Eine Gegenschall-Anlage löscht niederfrequente Druckwellen aus, die die Messergebnisse verfälschen würden. Resonatoren, mit einem geräuschdämmenden Schaum gefüllt, verkleiden die Wände des Messraums.

Der Thermo-Windkanal (TWK) ist das Kompetenzzentrum für Hitze. Hier erprobt Audi alle Systeme, die dazu dienen, die Aggregate, die Bremsen und die Innenräume zu kühlen. Über einen Wärmetauscher im Luftkreislauf lässt sich der Raum auf bis zu 55 Grad temperieren; sein beheizbarer Boden simuliert die von der Sonne erwärmte Straße. Die Turbine im TWK bläst mit maximal 275 km/h Geschwindigkeit; die Messtrecke ist etwas kürzer als im AAWK, weil in der Regel nur der Vorderwagen und dessen Unterseite mit hoher Strömungsqualität umströmt werden müssen.

Die dritte Anlage ist der Klima-Windkanal (KWK); seine Turbine beschleunigt die Luft bis auf 300 km/h. Drei Aggregate mit einer Leistung von mehr als 3 MW erzeugen Kälte; Dampf, der über einen Wärmetauscher entsteht, befeuchtet die Luft. 40 Brenner simulieren das Sonnenlicht, ihre Strahlleistung erreicht bis zu 1,2 kW pro m2. Eine Beregnungsanlage setzt bis zu 2.500 Liter Wasser pro Stunde durch, um auch heftige Regenfälle realistisch abzubilden. Der Klima-Windkanal kann fast alle Bedingungen reproduzieren – vom Permafrost in Sibirien bis ins tropische Südchina, seine Temperaturskala reicht von minus 25 bis plus 55 Celsius. Der KWK ersetzt viele Erprobungsfahrten und senkt dadurch auch die CO₂-Emissionen im Rahmen des Entwicklungsprozesses.

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