Nicht nur sauber, sondern auch sicher – Verschmutzung bei Fahrzeugen vermeiden

Wenn beispielsweise die Fahrzeugscheiben verschmutzt sind und dem Fahrer die gute Sicht auf den Straßenverkehr fehlt, sind er und andere Verkehrsteilnehmer gefährdet. Damit der Fahrer auch nachts nicht den Überblick verliert und das Fahrzeug von anderen gut wahrgenommen wird, sollten auch die Scheinwerfer und Signalleuchten nicht verschmutzt sein.

Die Untersuchung von Verschmutzungsmechanismen ist ein wichtiges Forschungsthema am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart (IVK). Ein am IVK entwickeltes Verfahren, bei dem eine digitale Analyse eine quantitative Bewertung des Verschmutzungsgrads ermöglicht, wird inzwischen erfolgreich in der Praxis eingesetzt. Ergänzend zu den experimentellen Untersuchungen zur Fahrzeugverschmutzung im Thermowindkanal optimieren die Wissenschaftler die numerische Simulation in diesem Bereich, um damit künftig ein kostengünstiges Werkzeug für den Fahrzeugentwicklungsprozess bereitzustellen.

Den Thermowindkanal nutzt das IVK zur Optimierung der aerodynamischen Eigenschaften von Fahrzeugen. Auch für die experimentelle Simulation von Fahrzeugverschmutzungsprozessen dient er als Versuchsfeld. Ein Sprühgestell mit mehreren Düsen vor dem Untersuchungsfahrzeug stellt beispielsweise die Fremdverschmutzung nach, die ein vorausfahrendes Fahrzeug durch aufgewirbeltes Wasser-Schmutz-Gemisch verursacht. Die Eigenverschmutzung des Fahrzeugs, die durch das Aufwirbeln von Schmutzpartikeln durch die drehenden Räder und den Kontakt zur nassen Fahrbahn entsteht, wird nachgeahmt, indem Flüssigkeit zwischen Reifen und Abrollebene des Windkanals eingebracht wird.

Um das Verschmutzungsbild sichtbar zu machen, mischen die Wissenschaftler dem eingesprühten Wasser ein Fluoreszenzmittel bei. Unter Beleuchtung mit UV-Licht emittiert diese Mischung dann Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Mittels Digitalfotografie und dem am Institut entwickelten und patentierten Verfahren DiVeAn (Digitale Verschmutzungsanalyse) können die Forscher dann das Verschmutzungsbild quantitativ bewerten und stellen die Ergebnisse den Fahrzeugherstellern zur Verfügung.

Neben den experimentellen Untersuchungen im Thermowindkanal bildet die Simulation am Rechner das zweite Standbein im Fahrzeugentwicklungsprozess. Numerische Simulationen der Fahrzeug¬verschmutzung führen bereits zu sehr realitätsnahen Ergebnissen. Im zukünftigen Fokus steht hier primär die Weiterentwicklung der Simulation hinsichtlich einer detaillierten Darstellung der Oberflächenfilmbildung des Fluids sowie der realistischen Modellierung der Prozesse der Zweiphasenströmung (Luft/Wassergemisch auf der Fahrzeugoberfläche in der Luftströmung). Langfristig soll die numerische Simulation dadurch zu einem verlässlichen und kostengünstigen Werkzeug im Fahrzeugentwicklungsprozess werden.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Nils Widdecke, Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrtwesen, Universität Stuttgart, Tel. 0711/685-67620, e-mail: Nils.Widdecke@ivk.uni-stuttgart.de