Vom Winde verweht

Reduzierung des Strömungswiderstandes einer Bahnschranke {Windkanal + Strömungssimulationen)

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Bei der Entwicklung von Schlagbäumen spielt Aerodynamik eine größere Rolle, als man auf dem ersten Blick sieht, denn es muss gewährleistet werden, dass Schlagbäume bei einem Stromausfall trotz eventuell widriger Windeinwirkung in die absichernde horizontale Position fallen. In diesem Zusammenhang hat FlowMotion eine umfassende Windkanal Untersuchung durchgeführt, um die Kräfte die ein Fallen das Schlagbaumes verhindern könnten, zu minimieren. Hierzu wurde ein 1m langes Stück des Schlagbaums in vertikaler Position im Windkanal an einem Kräftemesssystem befestigt und die an-greifenden Kräfte und Momente in Abhängigkeit des Anstellwinkels und der Windgeschwindigkeit vermessen.


In der jetzt geführten Untersuchung stand die Bestimmung der gesamten Kräfte und Momente für alle realistischen Windbedingungen, Schlagbaumausführungen und Positionen im Vordergrund. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, sollten auch mögliche Wirbeleffekte an den Enden der Schlagbäume berücksichtigt werden.


Auf Grund der großen Anzahl der zu untersuchenden Fälle (Schlagbaumgeometrie, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Schlagbaum Position) und weil „nicht vertikale“ Schlagbaum Positionen im Windkanal nicht untersucht werden konnten, wurden zusätzlich  Strömungssimulationen (CFD Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. Hierbei wurden alle Geometrien in Originalgröße in den Computer übertragen, die Strömung um den Schlagbaum simuliert und die angreifenden Kräfte berechnet.


Um die Genauigkeit der Simulationen zu bestimmen, wurden zu Beginn der Untersuchung die experimentell bestimmten Kräfte aus den Windkanalmessungen mit Hilfe der Simulationen nachgerechnet. Bei diesem Vergleich zeigte sich im Rahmen der Zielsetzung des Projektes eine gute Übereinstimmung.


Es wurde bei den Simulationen versucht selbst kleinste geometrische Details, die Einfluss auf den Widerstand des Schlagbaums haben könnten abzubilden. Die gefundenen Wirbelstrukturen an Schlagbäumen mit Fachwerkaufbau bestätigten die Notwendigkeit der hohen Detailtreue. Dadurch, dass die Kräfte für alle untersuchten Fälle berechnet und die lokalen Strömungseffekte um die Schlagbäume sichtbar gemacht werden konnten, konnten ganz neuen Einsichten in die Aerodynamik von Schlagbäumen gewonnen werden.

Bei der Entwicklung von Schlagbäumen spielt Aerodynamik eine größere Rolle, als man auf dem ersten Blick sieht, denn es muss gewährleistet werden, dass Schlagbäume bei einem Stromausfall trotz eventuell widriger Windeinwirkung in die absichernde horizontale Position fallen. In diesem Zusammenhang hat FlowMotion eine umfassende Windkanal Untersuchung durchgeführt, um die Kräfte die ein Fallen das Schlagbaumes verhindern könnten, zu minimieren. Hierzu wurde ein 1m langes Stück des Schlagbaums in vertikaler Position im Windkanal an einem Kräftemesssystem befestigt und die an-greifenden Kräfte und Momente in Abhängigkeit des Anstellwinkels und der Windgeschwindigkeit vermessen.


In der jetzt geführten Untersuchung stand die Bestimmung der gesamten Kräfte und Momente für alle realistischen Windbedingungen, Schlagbaumausführungen und Positionen im Vordergrund. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, sollten auch mögliche Wirbeleffekte an den Enden der Schlagbäume berücksichtigt werden.


Auf Grund der großen Anzahl der zu untersuchenden Fälle (Schlagbaumgeometrie, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Schlagbaum Position) und weil „nicht vertikale“ Schlagbaum Positionen im Windkanal nicht untersucht werden konnten, wurden zusätzlich  Strömungssimulationen (CFD Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. Hierbei wurden alle Geometrien in Originalgröße in den Computer übertragen, die Strömung um den Schlagbaum simuliert und die angreifenden Kräfte berechnet.


Um die Genauigkeit der Simulationen zu bestimmen, wurden zu Beginn der Untersuchung die experimentell bestimmten Kräfte aus den Windkanalmessungen mit Hilfe der Simulationen nachgerechnet. Bei diesem Vergleich zeigte sich im Rahmen der Zielsetzung des Projektes eine gute Übereinstimmung.


Es wurde bei den Simulationen versucht selbst kleinste geometrische Details, die Einfluss auf den Widerstand des Schlagbaums haben könnten abzubilden. Die gefundenen Wirbelstrukturen an Schlagbäumen mit Fachwerkaufbau bestätigten die Notwendigkeit der hohen Detailtreue. Dadurch, dass die Kräfte für alle untersuchten Fälle berechnet und die lokalen Strömungseffekte um die Schlagbäume sichtbar gemacht werden konnten, konnten ganz neuen Einsichten in die Aerodynamik von Schlagbäumen gewonnen werden.

Bei der Entwicklung von Schlagbäumen spielt Aerodynamik eine größere Rolle, als man auf dem ersten Blick sieht, denn es muss gewährleistet werden, dass Schlagbäume bei einem Stromausfall trotz eventuell widriger Windeinwirkung in die absichernde horizontale Position fallen. In diesem Zusammenhang hat FlowMotion eine umfassende Windkanal Untersuchung durchgeführt, um die Kräfte die ein Fallen das Schlagbaumes verhindern könnten, zu minimieren. Hierzu wurde ein 1m langes Stück des Schlagbaums in vertikaler Position im Windkanal an einem Kräftemesssystem befestigt und die an-greifenden Kräfte und Momente in Abhängigkeit des Anstellwinkels und der Windgeschwindigkeit vermessen.


In der jetzt geführten Untersuchung stand die Bestimmung der gesamten Kräfte und Momente für alle realistischen Windbedingungen, Schlagbaumausführungen und Positionen im Vordergrund. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erreichen, sollten auch mögliche Wirbeleffekte an den Enden der Schlagbäume berücksichtigt werden.


Auf Grund der großen Anzahl der zu untersuchenden Fälle (Schlagbaumgeometrie, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Schlagbaum Position) und weil „nicht vertikale“ Schlagbaum Positionen im Windkanal nicht untersucht werden konnten, wurden zusätzlich  Strömungssimulationen (CFD Computational Fluid Dynamics) durchgeführt. Hierbei wurden alle Geometrien in Originalgröße in den Computer übertragen, die Strömung um den Schlagbaum simuliert und die angreifenden Kräfte berechnet.


Um die Genauigkeit der Simulationen zu bestimmen, wurden zu Beginn der Untersuchung die experimentell bestimmten Kräfte aus den Windkanalmessungen mit Hilfe der Simulationen nachgerechnet. Bei diesem Vergleich zeigte sich im Rahmen der Zielsetzung des Projektes eine gute Übereinstimmung.


Es wurde bei den Simulationen versucht selbst kleinste geometrische Details, die Einfluss auf den Widerstand des Schlagbaums haben könnten abzubilden. Die gefundenen Wirbelstrukturen an Schlagbäumen mit Fachwerkaufbau bestätigten die Notwendigkeit der hohen Detailtreue. Dadurch, dass die Kräfte für alle untersuchten Fälle berechnet und die lokalen Strömungseffekte um die Schlagbäume sichtbar gemacht werden konnten, konnten ganz neuen Einsichten in die Aerodynamik von Schlagbäumen gewonnen werden.

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