{"id":41014,"date":"2026-05-19T11:50:53","date_gmt":"2026-05-19T09:50:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hs-nordhausen.de\/science-blog\/?p=41014"},"modified":"2026-05-19T14:42:50","modified_gmt":"2026-05-19T12:42:50","slug":"der-windkanal-goettinger-bauart-ein-ueberblick-ueber-historie-aufbau-und-funktionsweise","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hs-nordhausen.de\/science-blog\/der-windkanal-goettinger-bauart-ein-ueberblick-ueber-historie-aufbau-und-funktionsweise\/","title":{"rendered":"Der Windkanal G\u00f6ttinger Bauart: Ein \u00dcberblick \u00fcber Historie, Aufbau und Funktionsweise"},"content":{"rendered":"\n

von Christin Rothe <\/p>\n\n\n\n

Windkan\u00e4le bilden seit mehr als 100 Jahren einen essenziellen Bestandteil bei der Erforschung aerodynamischer Effekte und tragen ma\u00dfgeblich zu deren Verst\u00e4ndnis bei. Heute existieren je nach Anwendungsbereich verschiedenste Konstruktionen und Messaufgaben. Ein Beispiel hier\u00adf\u00fcr ist der in der Hochschule Nordhausen installierter Windkanal, dessen Vorstellung nach einem allgemeinen \u00dcberblick \u00fcber die Historie und verschiedenen Bauformen im Fokus stehen wird.<\/p>\n\n\n\n

Bedeutung und historische Relevanz von Windkan\u00e4len<\/h2>\n\n\n\n

In zahlreichen Lebenssituationen werden die Gesetze der Aerodynamik entweder intuitiv richtig angewandt oder ihre Effekte durch technische Anwendungen vorteilig genutzt. Ob es sich nun um den Tragfl\u00fcgel eines Flugzeugs oder das Design der Rotorbl\u00e4tter einer Windkraftanlage handelt, in jedem Fall muss die Formgebung so gew\u00e4hlt werden, dass die Anlagen effizient arbeiten. Die im Entwicklungsprozess durchgef\u00fchrten Berechnungen und Simulationen werden dabei auch durch Messungen in Windkan\u00e4len unterst\u00fctzt. Sie haben den Vorteil, dass das Str\u00f6mungsverhalten zun\u00e4chst unter idealen Bedingungen sowie im Modellma\u00dfstab untersucht werden kann. Dieses Vorgehen ist dabei nicht nur ressourcenschonend und entwicklungsf\u00f6rdernd, sondern auch \u00f6konomisch vorteilig, da nicht alle Entwicklungsschritte direkt in Realgr\u00f6\u00dfe gebaut werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

Eine solche praxisorientierte Methodik konnte w\u00e4hrend der gesamten historischen Entwicklung der modernen Luftfahrt beobachtet werden. Eingel\u00e4utet durch den ersten Menschenflug von Otto Lili\u00aden\u00adthal im Jahr 1891 [1] wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts auch die Entwicklung von Windkan\u00e4len international vorangetrieben. Sie lieferte nicht nur in der Vergangenheit, sondern liefert bis heute einen essenziellen Beitrag f\u00fcr die Erforschung der Aerodynamik. K\u00f6nnen im Freien Randbedingungen wie die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit, das Auftreten von B\u00f6en oder der Turbulenzgrad kaum beeinflusst werden, wird dies mit einem Windkanal m\u00f6glich. Durch eine geeignete Konstruktion und die Verwendung entsprechender Einbauten ist zudem ein \u00fcber den Querschnitt der Teststrecke ann\u00e4hernd laminares Str\u00f6mungsfeld realisierbar. Ein solches unterscheidet sich von turbulenten Str\u00f6mungs\u00adregimen u. a. durch die parallelen, geordneten Str\u00f6mungspfade der einzelnen Luftpartikel. Diese idea\u00adlisierten Testbedingungen halfen und helfen bis heute, die komplexen physikalischen Zusam\u00admenh\u00e4nge des Str\u00f6mungsverhaltens zu untersuchen und zu beschreiben. Mittels ver\u00adschie\u00addener Testreihen wurden w\u00e4hrend der ersten H\u00e4lfte des vergangenen Jahrhunderts u. a. eine Vielzahl an wegweisenden aerodynamischen Profilen, im Englischen Airfoils genannt, entwickelt [2; 3]. Dieser Prozess h\u00e4lt bis heute an und liefert(e) einen wesentlichen Beitrag f\u00fcr die (Weiter-)Entwicklung der modernen Luftfahrt und Windkraft\u00adan\u00adlagentechnik [4].<\/p>\n\n\n\n

In Bezug auf die Windkanalentwicklung nahmen G\u00f6ttingen und Paris zentrale Rollen ein, da an diesen Orten zwei wegweisende Entwicklungen nicht nur erarbeitet, sondern auch realisiert wurden. Es entstanden zwei unterschiedliche Konstruktionsans\u00e4tze, die bis heute Verwendung finden. In der Modellversuchsanstalt der Motorluftschiff-Studiengesellschaft in G\u00f6ttin\u00adgen (sp\u00e4tere Umbenennung in Aerodynamische Versuchsanstalt, kurz AVA) entwickelten Prof. Prandtl und sein Team um das Jahr 1907 den weltweit ersten geschlossenen R\u00fcckf\u00fchrungskanal. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftstr\u00f6mung im Kreis geleitet wird [5; 6]. Im Gegensatz dazu entwarfen der franz\u00f6sische Ingenieur Gustave Eiffel, der Namensgeber des Eiffelturms und seine Forschungsgruppe um 1912 eine axiale Konstruktionsl\u00f6sung [7; 8]. Bei dieser \u00e4ndert die Luftstr\u00f6mung im Kanal ihre Richtung nicht. Sie wird auf der einen Seite durch den Ventilator angesaugt und beschleunigt, str\u00f6mt axial durch den Windkanal und verl\u00e4sst diesen auf der gegen\u00fcberliegenden Seite \u00fcber die Austritts\u00f6ffnung entsprechend. Die ausgetretene Luft wird im Gegensatz zur deutschen Entwicklung nicht direkt erneut angesaugt, sondern str\u00f6mt frei in die Umgebung ab. Auch wenn heute eine Vielzahl an verschiedenen Komponen\u00adten\u00adan\u00adordnungen und konstruktiven L\u00f6sungen existieren, k\u00f6nnen doch alle Kan\u00e4le der geschlossenen oder offenen Bauform zugeordnet werden. Ihren Erfinder:innen zu Ehren wird dabei auch von der (geschlossenen) G\u00f6ttinger Bauart oder der (offenen) Eiffelbauart gesprochen. Bei letzterer war die Teststrecke zun\u00e4chst offen ausgef\u00fchrt, wohingegen sie in sp\u00e4teren Entwicklungen teils auch als abgeschlossene Ausf\u00fchrung zu finden ist. Solche Varianten werden mitunter auch unter dem Begriff der NPL-Bauart gef\u00fchrt. Auch bei den G\u00f6ttinger Windkan\u00e4len existieren Modelle mit geschlossenen und offenen Teststreckenkonstruktionen. Zudem k\u00f6nnen sie in liegender oder stehender Form ausgef\u00fchrt werden [9].<\/p>\n\n\n\n

Der Windkanal G\u00f6ttinger Bauweise<\/h3>\n\n\n\n

Der Windkanal an der Hochschule Nordhausen ist der G\u00f6ttinger Bauart in einer stehenden Ausf\u00fchrung und mit offener Teststrecke zuzuordnen. In der Abbildung 1 ist eine zun\u00e4chst schematische Darstellung seiner Konstruktion zu sehen, wobei auch die einzelnen Komponenten und verbauten Sensoren ausgewiesen werden.<\/p>\n\n\n

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Abbildung 1: Schematische Darstellung des Windkanals G\u00f6ttinger Bauart an der Hochschule Nordhausen inklusive Beschriftung der einzelnen Komponenten (R. M. Rathje)<\/p>\n\n\n

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Angetrieben durch einen Elektromotor wird das Axialgebl\u00e4se \u2461 in Rotation versetzt, saugt infolgedessen die den Kanal umgebende Luft \u00fcber den Gebl\u00e4seeinlauf \u2460 an und beschleunigt sie. \u00dcber Umlaufecken \u2462 sowie Luftf\u00fchrungselemente \u2463 wird die beschleunigte Luft entsprechend der Abbildung durch den Kanal geleitet. Im Inneren befinden sich hier keine weiteren Einbauten, sondern lediglich ein mit Holz verkleideter Innenraum. Wie zuvor erl\u00e4utert, wird in der Teststrecke ein ann\u00e4hernd laminares Str\u00f6mungsfeld ben\u00f6tigt. Eine alleinige Beschleunigung der Luftmassen durch den Ventilator ist demnach nicht ausreichend, da die Luftstr\u00f6mung noch durch einen zu hohen Grad an Turbulenz gepr\u00e4gt ist. Um dieses zu senken und letztlich ein ann\u00e4hernd laminares Str\u00f6mungsfeld zu generieren, wird die Luftstr\u00f6mung \u00fcber den Weitwinkeldiffusor \u2464 in die Vorkammer \u2465 geleitet. Diese kompakt gebaute Querschnittserweiterung f\u00fchrt gem\u00e4\u00df der Massenkontinuit\u00e4t zu einer Verlangsamung der Luftstr\u00f6mung bevor sie den Str\u00f6mungsgleichrichter passiert. Seine Geometrie ist durch eine in Abbildung 2 gezeigt Wabenstruktur (engl. honey comb structure), die als Leiteinrichtung fungiert, gekennzeichnet.<\/p>\n\n\n

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Abbildung 2: Musterbeispiele von zwei verschiedenen Wabenstrukturen (Fotos: C. Rothe)<\/p>\n\n\n

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Unabh\u00e4ngig, aus welcher Richtung die Luft einstr\u00f6mt, wird der Str\u00f6mungspfad so durch die Geometrie abgelenkt, dass alle Luftpartikel in die gleiche und zum Boden des Kanals parallele Haupt\u00adstr\u00f6mungsrichtung abgelenkt werden. Trotz identischer Hauptrichtung befinden sich in der Str\u00f6mung jedoch immer noch Verwirbelungen mit lokalen Geschwindigkeitsunterschieden. Um auch diese zu eliminieren, folgen nach der Wabenstruktur drei Beruhi\u00adgungs\u00adgitter, die sich als \u00fcber den gesamten Querschnitt aufgespannte Siebe vorgestellt werden k\u00f6nnen. \u00c4hnlich dem Sandkastenprinzip wird die Siebgr\u00f6\u00dfe von Rahmenelement zu Rahmenelement feiner. Nach\u00addem die Luftstr\u00f6mung auch das letzte Sieb durchstr\u00f6mt hat, ist sie durch ein ann\u00e4\u00adhernd laminares Str\u00f6mungsverhalten mit nun niedrigerem Turbulenzgrad gekennzeichnet. Das letzte Element, die D\u00fcse\u00a0\u2466 hat schlie\u00dflich die Aufgabe, die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit wieder zu erh\u00f6hen. Durch sie wird die Querschnittsfl\u00e4che des Str\u00f6\u00admungs\u00adkanals verkleinert, um gem\u00e4\u00df des Mas\u00adsenerhaltungssatzes die Windgeschwindigkeit vor ihrem Eintritt in die Teststrecke wieder zu erh\u00f6hen. Die Drehzahl des Axialgebl\u00e4ses kann stufenlos im Bereich von 0\u00a0min-1<\/sup>\u00a0bis 1470\u00a0min-1<\/sup> eingestellt werden, wobei bei maximaler Leistung eine H\u00f6chstgeschwindigkeit von etwa 65\u00a0m\/s\u00a0(ca.\u00a0234\u00a0km\/h) in der Teststrecke erreicht werden kann. Die Tabelle\u00a01 fasst diese und weitere technische Daten nochmals zusammen.<\/p>\n\n\n

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Tabelle 1: \u00dcbersicht \u00fcber die relevantesten geometrischen und technischen Daten des Windkanals an der Hochschule Nordhausen<\/p>\n\n\n

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Beispielhafte Messaufbauten in unserer Teststrecke<\/h4>\n\n\n\n

Um ein Realsystem mit dem zumeist kleineren Modellaufbau vergleichen zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen die Str\u00f6mungen \u00e4hnlich sein. Die Reynoldszahl (\u00c4hnlichkeitszahl) beschreibt das Verh\u00e4ltnis der Tr\u00e4gheitskr\u00e4fte zu den viskosen Kr\u00e4ften und verbindet somit die Viskosit\u00e4t sowie Geschwindigkeit des umstr\u00f6menden Mediums mit der charakteristischen L\u00e4nge, z. B. des Pr\u00fcfk\u00f6rpers. Bereits w\u00e4hrend der Messplanung muss alles entsprechend ausgelegt werden. Nicht jeder Windkanal ist dabei f\u00fcr jede Messaufgabe geeignet.<\/p>\n\n\n\n

Um u. a. die Reynoldszahl sowie auch weitere relevante Messgr\u00f6\u00dfen in Echtzeit bestimmen zu k\u00f6nnen, sind verschiedene Sensoren am und im Windkanal verbaut. Ein Prandtl-Rohr dient als Anemometer (Geschwindigkeitsmesser) in der Teststrecke, ein Barometer stellt den Umgebungsdruck und ein Temperatursensor die Temperatur der str\u00f6menden Luft bereit. In der Vorkammer sind ebenfalls Relativdrucksensoren verbaut. In der in Abbildung 3 gezeigten Teststre\u00adcke k\u00f6nnen je nach Bedarf weitere Sensoren angebracht werden. Der hier zudem montierte Konstruktionsarm dient als Halterung f\u00fcr z. B. aerodynamische Fl\u00fcgelmodelle.<\/p>\n\n\n

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Abbildung 3: Teststrecke des Windkanals mit montiertem NACA 0015 Modell; Gebl\u00e4seeinlauf auf der linken und D\u00fcsenaustritt auf der rechten Seite (Fotos: C. Rothe)<\/p>\n\n\n

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Bei dem gezeigten Aufbau ist ein Fl\u00fcgelprofil mit NACA 0015 Profilierung (vgl. hierzu auch das Video mit eben diesem Aufbau) montiert. Sein Anstellwinkel, der die Anstellung des Profils gegen\u00fcber der Anstr\u00f6mung von vorn beschreibt, kann \u00fcber die Ansteuerung eines Stellantriebs zwischen -10\u00b0 bis +30\u00b0 variiert werden. Au\u00dferdem ist die Verstellung um die vertikale Drehachse in einem Bereich von -180\u00b0 bis +180\u00b0 m\u00f6glich. Die stufenlose Steuerung des Anstellwinkels und die variabel einstellbare Str\u00f6mungs\u00adgeschwin\u00addigkeit in der Teststrecke erm\u00f6glichen die Vermessung von aerodynamischen Profilen. Im Lehrkontext liegt dabei ein besonderer Fokus auf der Druckverteilung und Kr\u00e4ftemessung, da beide direkt aufeinander aufbauen und f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis der Aerodynamik die Grundlage bilden. Im Rahmen von Laborpraktika f\u00fchren Studierende hier Geschwindigkeits-, Druck- und Kraftmessungen durch und erhalten einen ersten praktischen Einblick, welcher die in der Vorlesung geschaffenen theoretischen Kenntnisse unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

Im Lehrbetrieb wird die bei den jeweiligen Randbedingungen wirkende Druckverteilung am Profil mittels Fl\u00fcssigkeitsmanometer vermessen. Jeweils 10 Druckbohrungen auf der Profilober- und -unterseite sind hierbei \u00fcber Schl\u00e4uche mit einem Fl\u00fcssigkeitsmanometer verbunden. Je nachdem, ob an dem betreffenden Punkt des Profils ein im Vergleich zum Umgebungsdruck \u00dcber- oder Unterdruck vorherrscht, sinkt oder steigt die Fl\u00fcssigkeitss\u00e4ule im Manometer entsprechend. \u00dcber die Messung der H\u00f6hendifferenz bezogen zum Nullniveau kann R\u00fcckschluss auf den am Messpunkt wirkenden statischen Druck genommen werden. Wie die Abbildung 4 zeigt, liegt der Vorteil dieses analogen Messaufbaus in der Visualisierung der Druckverteilung. Die mittlere Darstellung zeigt eine Beispielmessung am Testfl\u00fcgel mit der Profilierung NACA 0015. Die linke Manometerhalbseite ist dabei mit den Bohrungen auf der Ober- und die rechte mit jenen der Profilunterseite verbunden. Das jeweils am weitesten rechts positionierte R\u00f6hrchen der jeweiligen Halbseite hat keine Verbindung und kennzeichnet die Referenzh\u00f6he. Durch den an der Profiloberseite bestehenden Unterdruck, steigen die dortigen Fl\u00fcssigkeitss\u00e4ulen an. Demgegen\u00fcber sinken die Fl\u00fcssigkeitslevel auf der rechten Halbseite (Profilunterseite) auf Grund des dort wirkenden \u00dcberdrucks ab. Bei einer \u00c4nderung der Randbe\u00addin\u00adgungen, z. B. des Anstellwinkels k\u00f6nnen die Auswirkungen auf die Druckverteilung direkt am Manometer beobachtet werden und gew\u00e4hren sowohl Studierenden als auch Besuchern einen unmittelbaren Einblick.<\/p>\n\n\n

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Abbildung 4: Fl\u00fcssigkeitsmanometer au\u00dferhalb der Messung (links); sich einstellende Druckverteilung mit Unterdruck auf der Profiloberseite und \u00dcberdruck auf der Profilunterseite (Angabe des Referenzlevels durch die auf der jeweiligen Halbseite ganz rechts befindliche Fl\u00fcssigkeitss\u00e4ule) \u2013 NACA 0015, V = 31 m\/s, \u03b1 = 15\u00b0, Re = 367 900 (Mitte); R\u00fcckansicht mit Anschlussstellen des Profils an der Ober- und Verteilsystem des technischen Alkohols an der Unterkante (rechts) 
(Fotos: C. Rothe)<\/p>\n\n\n

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Auf Grund des Druckunterschieds zwischen der Profiloberseite (Saugseite) und Profilunterseite (Druckseite) wird im Arbeitsbereich eines Profils ein Auftrieb generiert. Die Auftriebs- sowie wirkende Widerstandskraft k\u00f6nnen mit Hilfe eines zweiten Messaufbaus ermittelt werden. Bei diesem wird das Fl\u00fcgelprofil (oder ein alternativer Pr\u00fcfk\u00f6rper) an einer Dreikomponentenkraftwaage montiert. Mittels einer an der Hochschule eigens f\u00fcr den Windkanal entworfenen LabVIEW-Benutzeroberfl\u00e4che [10] k\u00f6nnen die gemessenen Kr\u00e4fte angezeigt, visualisiert und entsprechend exportiert werden. Im Fall von Profilvermessungen wird dar\u00fcber beispielsweise die Aufzeichnung von Kennkurven realisiert. Die sogenannten Polaren geben die wirkenden Kr\u00e4fte bei den jeweiligen Randbedingungen in dimensionsloser Form wieder und erm\u00f6glichen den Vergleich unterschiedlicher Profile.<\/p>\n\n\n

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Visualisierung der Profilumstr\u00f6mung mit der Nebellanze<\/h5>\n\n\n\n

Um Ihnen zum Abschluss dieses Beitrags einen kleinen Einblick in die Anlage geben zu k\u00f6nnen, finden Sie nachfolgend einen kurzen Videobeitrag, welcher an unserem Windkanal entstanden ist. Mittels einer Nebellanze wird hierbei B\u00fchnennebel in die Str\u00f6mung gegeben, um sie sichtbar zu machen und ihren Verlauf \u00fcber das Profil entsprechend verfolgen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n

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