Technische Beschreibung WT410S

1. Allgemeine Beschreibung

Der WT410S (S = „Slim“) ist eine kompaktere Variante des Standardmodells WT410. Durch die Reduzierung der Breite der Beruhigungskammer (auch „Settling Chamber“) kann das komplette System in einem High-Cube-Container transportiert und dort auch direkt betrieben werden. Diese Bauweise ist besonders für Anwendungen interessant, bei denen Mobilität, kompakte Abmessungen und weltweite Einsatzfähigkeit im Vordergrund stehen – zum Beispiel im universitären oder industriellen Umfeld.

Ein Betrieb im Container ist prinzipiell möglich, allerdings müssen dazu die vorderen und hinteren Türen geöffnet sein, da im geschlossenen Zustand nicht ausreichend Raum für die Luftzirkulation vorhanden ist.

Die Montage kann durch technisch versierte Personen erfolgen, ohne dass spezifisches Expertenwissen erforderlich ist. Das macht den WT410S besonders für Ausbildungs- oder Forschungseinrichtungen attraktiv.

Technische Daten

Bauart		Eiffel Bauart
Düsenquerschnitt	mm	1000 x 1000
Messlänge	mm	1500
Windgeschwindigkeit	m/s	bis 40
Turbulenzgrad	%	0,7
Kontraktion		4,6

Datenblatt WT410S

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2. Grundaufbau

Der WT410S ist modular aufgebaut. Alle Hauptkomponenten sind so konstruiert, dass sie verschraubt und bei Bedarf demontiert werden können. Zum Grundaufbau gehören folgende Module:

• Beruhigungskammer mit Wabengleichrichter und mehreren Sieben zur Strömungsglättung
• Düse zur Strömungsbeschleunigung
• Messkammer mit Zugangsmöglichkeiten und Sichtfenstern
• Diffusor zur Nachlaufentspannung
• Ventilatorbaugruppe mit Schwingungsentkopplung

Zusätzlich beinhaltet das System die Leistungselektronik sowie eine Steuereinheit mit Touchdisplay zur Regelung und Überwachung des Luftstroms.

Für mobile Einsätze kann der Windkanal mit Rollen ausgestattet und in drei funktionale Baugruppen zerlegt werden:

1. Baugruppe 1: Beruhigungskammer, Düse und Steuereinheit (Touchdisplay)
2. Baugruppe 2: Messkammer
3. Baugruppe 3: Diffusor 1 und Ventilator mit montierter Leistungselektronik

 

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3. Strömungsaufbereitung und Turbulenzgrad

Beim WT410S ist die Strömungsaufbereitung auf einen möglichst niedrigen Turbulenzgrad bei gleichzeitig kompakter Bauweise ausgelegt. In der Beruhigungskammer befinden sich Honeycombs (Wabengleichrichter), die Drall und Schrägströmungen ausrichten. Darauf folgen mehrere Siebe, die abgestuft vom groben zum feinen Verlauf angeordnet sind und zur weiteren Glättung der Strömung beitragen.

Anschließend durchläuft die Luft eine strömungstechnisch geformte Düse, die die Strömung beschleunigt. Die Übergänge zwischen den Baugruppen sind optimiert gestaltet – insbesondere zwischen Gleichrichter, Düse und Diffusor 1 – sodass dünne Randschichten entstehen und Strömungsabrisse vermieden werden.

Ein wesentlicher Bestandteil der Strömungsqualität ist die Ventilatorbaugruppe. Beim WT410S werden Blattschaufelkonfiguration und -einstellung im Testfeld individuell geprüft und auf die geplanten Betriebsbedingungen abgestimmt.

Da der WT410S als Kompromisskanal ausgelegt ist, wurde ein Kontraktionsverhältnis von 4,6 gewählt – ein Wert, der Transportfähigkeit und Strömungsqualität sinnvoll verbindet. Zum Vergleich: Hochleistungs-Windkanäle mit festen Installationen nutzen Kontraktionen von 9 oder höher.

Optional kann der WT410S mit einem integrierten Turbulenzmesssystem ausgestattet werden. Es ist direkt mit der Steuerung verbunden und ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Turbulenzgrads im Betrieb. Damit lassen sich Eigenschwingungen des Kanals oder Interaktionen mit Modellen frühzeitig erkennen und analysieren.

Für weitergehende Anforderungen kann der WT410S mit einem optionalen Turbulenzoptimierungssystem ausgerüstet werden. Dieses System ist direkt im Bereich des ersten Diffusors (Diffusor 1) integriert und trägt dazu bei, die verbleibenden Strömungsstörungen weiter zu reduzieren und die Turbulenz zusätzlich zu minimieren.

 

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4. Antriebskonzept

Das Antriebskonzept des WT410S basiert auf einem axialen Ventilator, der schwingungsentkoppelt über ein federgelagertes System montiert ist. Der Anschluss an die restliche Kanalstruktur erfolgt über einen flexiblen Verbinder, wodurch mechanische Schwingungen vom Ventilator nicht auf den restlichen Aufbau übertragen werden können.

Die Ansteuerung des Ventilators erfolgt über eine frequenzgeregelte Leistungselektronik. Diese enthält einen Frequenzumrichter sowie Netzdrosseln und Netzfilter. Dadurch lässt sich der Ventilator stufenlos im Bereich von etwa 10 % bis zur Volllast betreiben. Optional ist eine Low-Speed-Version erhältlich, die eine präzise Regelung bereits ab etwa 2 % der maximalen Drehzahl ermöglicht – ideal für Anwendungen im Langsamlaufbereich.

Die integrierten Netzfilter und Netzdrosseln schützen sensible Umgebungen, insbesondere bei der Nutzung empfindlicher Messtechnik. Sie verhindern elektrische Rückkopplungen in das Versorgungsnetz und minimieren so mögliche Störungen.

Das Antriebssystem ist direkt mit der Steuerungseinheit verbunden, die sowohl die Vorgabe als auch die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit übernimmt. Die Steuerung kann über ein Touchdisplay lokal bedient werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur Fernsteuerung über eine entsprechende Softwarelösung.

Alternativ kann der WT410S auch ohne die Steuerungseinheit betrieben werden. In der einfachsten Ausführung erfolgt die Regelung direkt über die Leistungselektronik. Dabei steht dem Nutzer eine analoge 0–10 V-Schnittstelle zur Verfügung, die entweder mit einem Potentiometer oder über eine externe kundenseitige Steuerung angesteuert werden kann. Diese Variante eignet sich insbesondere für einfache Prüfstände oder wenn eine Einbindung in vorhandene Regeltechnik vorgesehen ist.

 

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5. Steuerung, Regelung und Software

Standardmäßig wird der WT410S mit einer Steuerungseinheit ausgestattet, die über ein integriertes Touchdisplay verfügt. Auf diesem Display kann der Nutzer sämtliche Betriebsdaten des Windkanals einsehen. Die Daten stammen aus einer separaten Sensorbox, die unter anderem den barometrischen Luftdruck, den Staudruck über Pitotrohre, die Lufttemperatur und die Luftfeuchte im Kanal erfasst. Aus diesen Messwerten wird kontinuierlich die aktuelle Windgeschwindigkeit berechnet und angezeigt.

Über das Touchdisplay kann der Benutzer Sollwerte für die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit vorgeben. Die Steuerung regelt den Antrieb automatisch auf die eingestellte Geschwindigkeit ein. Zusätzlich steht eine Softwarelösung zur Verfügung, mit der per Remote-Verbindung direkt auf die Steuerung zugegriffen werden kann.

Die Software bietet weitergehende Funktionen: Neben der Datenerfassung (Logging) können auch automatisierte Programme vom Nutzer selbst erstellt werden. Damit lassen sich vordefinierte Abfolgen von Betriebszuständen durchfahren – z. B. Rampen, Stufen oder zyklische Sequenzen – was insbesondere für experimentelle Anwendungen und Dauertests von Vorteil ist.

 

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6. Baugruppen im Detail

Beruhigungskammer

Die Beruhigungskammer basiert auf einem geschweißten Stahlrahmen, in den verzinkte Bleche genietet sind. Zur Erhöhung der Stabilität gegen Luftschwingungen wurden die Flächen zusätzlich versteift. Die Bleche sind genietet ausgeführt.

Sie gliedert sich in drei Abschnitte:

1. Der Einströmabschnitt mit einer Wabenstruktur (Honeycombs), die Drall und Schrägströmung korrigiert. Das Längen-Durchmesser-Verhältnis der Waben beträgt mindestens 8:1.
2. Eine Serie aus drei Sieben – grob, mittel, fein – gefertigt aus gespanntem Edelstahldrahtgewebe. Durch die hohe Vorspannung liegen deren Eigenschwingungen deutlich über den Frequenzen der auftretenden Luftschwingungen, was ein Mitschwingen verhindert.
3. Zwischenräume zwischen den Sieben sorgen für eine gleichmäßige Ausbildung der Strömung und ermöglichen die Integration von Revisionsöffnungen zur einfachen Wartung. Dadurch kann der Nutzer zur Reinigung in den Kanal einsteigen und den angesammelten Staub direkt absaugen – eine vollständige Demontage der Siebeinheit ist nicht erforderlich.

Da die Eiffel-Bauform Luft direkt aus der Umgebung ansaugt, besteht ein erhöhtes Risiko für Partikelablagerungen und Staubansammlungen an den Sieben. Die Reinigungsklappen sind deshalb ein wesentliches Merkmal: Sie ermöglichen den direkten Zugang zum Innenraum der Beruhigungskammer, sodass Verschmutzungen unkompliziert entfernt werden können.

Düse

Die Düse ist ebenfalls aus verzinktem Blech gefertigt und auf eine Rohrrahmenkonstruktion genietet. Sie wird nach einem Polynom siebter oder neunter Ordnung ausgelegt und verfügt über eine leichte Konvergenz am Austritt, um die Strömung optimal zu beschleunigen. Eine integrierte Öffnung für ein Staurohr ermöglicht die Messung der Strömungsgeschwindigkeit im unmittelbaren Ausgangsbereich.

Die Düse steht in direktem Zusammenhang mit dem erreichbaren Turbulenzgrad im Windkanal. Beim WT410S kommt ein Kontraktionsverhältnis von 4,6 zum Einsatz. Die angesaugte Luft tritt mit einem bestimmten Turbulenzgrad ein, der durch die Beschleunigung in der Düse reduziert wird. Mathematisch lässt sich dies näherungsweise durch die Wurzel des Kontraktionsverhältnisses beschreiben. Bei einem Verhältnis von 4 ergibt sich etwa eine Reduktion um den Faktor 2, bei einem Verhältnis von 9 um den Faktor 3. Die Wahl des Werts 4,6 beim WT410S stellt somit einen gezielten Kompromiss zwischen Turbulenzminderung und kompakter, containerfähiger Bauweise dar.

Messkammer

Auch die Messkammer besteht aus verzinktem Stahlblech, montiert auf einen geschweißten Rohrrahmen. Beidseitig sind großflächige Sichtfenster aus Glas eingelassen. Optional kann stattdessen Plexiglas verbaut werden. Die Oberseite besitzt ebenfalls ein Sichtfenster. Standardmäßig sind die Fenster mit Rändelmuttern verschraubt; optional steht ein Klappmechanismus mit Gasdruckfedern für die Seitenfenster zur Verfügung. Die Oberseite besitzt ebenfalls ein Sichtfenster, das jedoch nicht die gesamte Breite abdeckt. Optional sind alle Fenster schraubbar mit Rändelmuttern oder mit Klappmechanismus und Gasdruckfedern erhältlich.

Der Boden der Messkammer ist aus massivem Blech gefertigt und kann optional mit einem herausnehmbaren Einsatz ausgestattet werden. Dort lassen sich verschiedene Komponenten integrieren:

• 3-Achsen-Windkanalwaage
• Drehtisch
• Kippvorrichtung
• kundenspezifische Montageplatte

Diffusor

Der Diffusor besteht aus verzinktem, genietetem Stahlblech auf einem Rohrrahmen. Die Steigung ist so gewählt, dass keine Strömungsablösungen auftreten. Optional kann ein Strömungsoptimierungselement oder ein Schutzgitter eingebaut werden.

Ventilatorbaugruppe

Der Ventilator selbst ist aus verzinktem Stahl gefertigt und wird schwingungsentkoppelt über Federn auf einem stabilen Grundrahmen montiert. Die Verbindung zum Diffusor erfolgt über Schraubverbindungen. Am Austritt ist ein Schutzsieb angebracht, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Lackierung

Alle Baugruppen sind innen mit einem 2-Komponenten-Polyurethan-Lack beschichtet. Die Standardfarbe ist Telegrau (RAL 7047). Auf Kundenwunsch kann die Innenlackierung in der Düse, der Messkammer und dem Diffusor in mattschwarz ausgeführt werden – zum Beispiel zur Vermeidung von Reflexionen bei optischer Messtechnik oder bei fotografischen Anwendungen.

Edelstahl

Für spezielle Anwendungen – etwa in Klimakammern oder bei Einsprühung von Wasser oder Chemikalien – kann der WT410S vollständig in Edelstahlausführung gefertigt werden. Diese Edelstahlversion betrifft sämtliche Hauptbaugruppen des Kanalsystems. Der Ventilator und die flexiblen Verbinder werden standardmäßig in feuerverzinktem Stahl ausgeführt, was durch seine dicke Zinkschicht besonders korrosionsbeständig ist. Nur in Sonderfällen wird ein Ventilator vollständig aus Edelstahl gefertigt.

Mobilität und Verbindungstechnik

Optional können unter allen Hauptbaugruppen Industrie-Rollen montiert werden, um den Windkanal leichter verfahrbar zu machen – ideal für mobile Anwendungen oder den Betrieb in wechselnden Umgebungen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Verbindungen zwischen den Hauptmodulen mit Schnellverschlüssen auszustatten. Diese erlauben eine zügige Demontage in drei separate Baugruppen, sodass Transport und Aufbau des Systems besonders effizient erfolgen können.

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7. Messquerschnitt und Blockage

Der Messquerschnitt des WT410S beträgt 1000 mm × 1000 mm. Dieses großzügige Format erlaubt die Untersuchung auch größerer Modelle oder Komponenten im Luftstrom. Entscheidend hierbei ist der sogenannte Blockage-Faktor – also das Verhältnis der projizierten Modellfläche zur Querschnittsfläche des Messkanals.

Je nach Anwendungsfall können Blockage-Faktoren von 20 % oder mehr ohne Weiteres akzeptiert werden, sofern die resultierenden Einflüsse auf die Strömung verstanden und bei der Auswertung berücksichtigt werden. Die Auswahl des Windkanals sollte daher in direktem Zusammenhang mit den geplanten Modellgrößen und deren projizierter Fläche stehen.

Für Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen – insbesondere bei der Kalibrierung von Anemometern – gelten deutlich strengere Vorgaben. So schreibt das Kalibriernetzwerk „MesNet“ für geschlossene Windkanäle einen maximalen Blockage-Faktor von 5 % vor. Solche Anforderungen sind spezifisch für präzise Kalibrierverfahren. Für experimentelle Strömungsuntersuchungen in Forschung und Entwicklung sind hingegen deutlich höhere Blockage-Werte technisch realisierbar und akzeptiert.

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8. Lautstärke

Die Schallpegel des WT410S orientieren sich am vergleichbaren Modell WT404, das eine ähnliche Bauform besitzt. Die Messungen wurden im Abstand von 2 m zum Austritt des Windkanals durchgeführt und zeigen die folgenden Werte:

Die Schallpegel des WT410S orientieren sich am vergleichbaren Modell WT404, welches über eine ähnliche Bauform verfügt. Dabei wurden folgende Werte in 2 m Abstand zum Austritt des Kanals gemessen:

Flow speed [m/s]	Sound level [dB(A)]
10	64
15	76
20	81
25	87
30	93
35	97
40 (v_max)	102

 

Bei Volllast (40 m/s) erreicht der Windkanal eine Schallleistung von etwa 102 dB(A), sodass in diesem Betriebsbereich geeigneter Gehörschutz empfohlen wird. Deutlich geringere Schallbelastungen treten bei reduzierter Strömungsgeschwindigkeit auf.

Optional kann der WT410S im Bereich des ersten Diffusors sowie durch einen nachgelagerten Schalldämpfer mit Schallschutzmaterialien ausgestattet werden. Diese Maßnahmen können die maximale Lautstärke um bis zu 12 dB(A) senken und ermöglichen somit leiseren Betrieb bei gleichbleibender Leistung.

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9. Geschichte

Die Entwicklung des WT410S basiert auf den Vorgängermodellen der Serie WT409 und größer. Der Anstoß für die neue Baureihe – bestehend aus WT409S, WT410S, WT411S und WT412S – war der Wunsch, leistungsfähige Windkanäle weltweit versendbar und mobil einsetzbar zu machen. Eine wesentliche Herausforderung bestand dabei in der Beruhigungskammer (Settling Chamber), deren Größe bei den bisherigen Modellen den Containermaßen widersprach.

Um dieses Problem zu lösen, wurde die S-Serie mit einer kompakteren Beruhigungskammer und reduziertem Kontraktionsverhältnis konzipiert. Dadurch lassen sich die Windkanäle vollständig in High-Cube-Containern transportieren. Aus dieser Transportfähigkeit entwickelte sich später auch die Möglichkeit, die Windkanäle direkt im Container zu betreiben – sogar in Kühlcontainern oder bei speziellen klimatischen Bedingungen. Die baulichen Anpassungen der Rückströmstrecke machen dies technisch möglich und zeichnen den WT410S als mobilen, containerfähigen Präzisionswindkanal aus.

 

Zubehör

Leistungselektronik

Windkanalsteuerung

Achtung! Ggf. abgebildete Leistungselektronik und Windkanalsteuerung sind nicht im Verkaufspreis enthalten und müssen separat erworben werden!