Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/ventomobil-mit-dem-windrad-auf-rekordjagd-1902-139086.html    Veröffentlicht: 28.02.2019 09:01    Kurz-URL: https://glm.io/139086

Ventomobil

Mit dem Windrad auf Rekordjagd

Auf einem Deich im niederländischen Den Helder messen sich jeden Sommer Rennfahrer der besonderen Art. Ihr Kraftstoff ist der Wind.

Steife Brise. Der Wind pfeift über den Deich im niederländischen Den Helder und bringt die beiden messerscharfen Flügel des Ventomobils auf Touren. Mit 1.500 Umdrehungen in der Minute kreisen sie. Die etwa einen Meter langen Rotorblätter sind Julian Fials Motor. Sein Treibstoff ist der Wind. Der 31-Jährige liegt im Cockpit eines 171,7 Kilogramm leichten Rennwagens, einem sogenannten Gegenwind-Fahrzeug. Noch steht er an der Startlinie, noch bremst er sein Mobil und hindert es daran loszusprinten. Doch gleich wird er über die Messstrecke jagen.

Wenn der Luft- und Raumfahrt-Ingenieur nicht in seinem Boliden liegt, arbeitet er am Institut für Flugzeugbau an der Universität Stuttgart. Dort haben er und sein Studententeam Inventus aus verschiedenen Fachrichtungen das Ventomobil entwickelt und gebaut. Sie laminieren, kalkulieren, simulieren, fräsen und löten. "Das ist so ähnlich wie bei der Formel 1, nur alles viel kleiner", sagt Fial. Selbst um das Sponsoring kümmert sich das 16-köpfige Team. Zahlreiche Master- und Bachelorarbeiten entstehen rund um das Windmobil. Wer bei Inventus mitgemacht hat, dem ist ein guter Job sicher.

Im Prinzip ist das Ventomobil eine fahrende Windturbine. Sie fährt aber nicht mit dem Wind im Rücken und lässt sich über den Kurs pusten, sondern genau in die Richtung, aus der der Wind kommt - daher der Name: Gegenwind-Fahrzeug. Es ist die Maxime des Aeolus Race, das seit 2008 alljährlich auf im Norden der Niederlande ausgetragen wird, und an dem Teams aus aller Welt mit ihren selbst entwickelten und gebauten Rennwagen teilnehmen: Der Wind ist ihr Treibstoff und ihr Ziel ist es, schneller zu fahren als der Wind bläst.

Doch wie soll das gehen? "Die Summe aller Reibungen - angefangen beim Getriebe über die Räder bis zu den Rotorblättern - muss geringer sein, als die aus dem Wind gewonnene Vortriebskraft", erklärt Fial. Der Clou: Je schneller das Fahrzeug in den Wind fährt, desto höher wird die sogenannte scheinbare Windgeschwindigkeit.

Darunter ist die Summe aus der tatsächlichen Windstärke und dem Fahrtwind an Bord des Fahrzeugs zu verstehen. Dank dieser Formel können die Rennwagen schneller als der Wind fahren. Und mehr als das: Je schneller sie in den Wind fahren, desto stärker wird der scheinbare Wind. Theoretisch können die Boliden unendlich schnell werden - vorausgesetzt die Aerodynamik ist optimal. Doch um Highspeed geht es im Rennen gar nicht: Die Höchstgeschwindigkeit wird stets in Relation zum herrschenden Wind ermittelt. Ferner fließen drei weitere Disziplinen in die Wertung ein: Beschleunigung, Ausdauer und Innovationsgrad des selbst entwickelten Fahrzeugs.

Lange war die windige Rekordfahrt reine Theorie. Dass es tatsächlich möglich ist, schneller als der Wind zu sein, bewies das dänische Team DTU im Jahr 2016: Es erreichte mit seinem Gefährt 101,76 Prozent der damaligen Windgeschwindigkeit. 2017 übernahmen dann die Kanadier von Chinook ETS die Führung: 102,45 Prozent. Seither ist der Wettbewerb in vollem Gange und auch die Stuttgarter streben nach dem Pokal.

Mittlerweile ist Fial mit seinem Ventomobil auf dem Rennkurs. Die Teammitglieder dürfen ihre Mobile auf den ersten fünf Metern anschieben. Dann folgt eine 100 Meter lange Beschleunigungsstrecke, bevor es auf die 500 Meter lange Messstrecke geht. Um das Maximum an Kraft aus dem Wind zu holen, richten Sensoren und Stellmotoren den Mast mit dem Rotor ständig präzise zur Windrichtung aus. "Wir brauchten nicht einmal die Hälfte der Beschleunigungsstrecke, um unsere Zielgeschwindigkeit zu erreichen", sagt Fial.

Begonnen hat das Rennengagement der Schwaben 2007.

Siegesgewisse Schwaben

Damals starteten zwei Studenten mit dem Bau des ersten Fahrzeugs. Es war ihre Abschlussarbeit. Der Wagen bestand aus einem Kohlefaser-Chassis und einem Rotor, dessen Bewegung die Räder direkt antrieb. Von Anfang an war klar, dass das Fahrzeug leicht sein muss. "Ich bin selbst Konstrukteur und wäre oftmals viel konservativer an die Auslegung gegangen. Die Studierenden haben sich da echt viel zugetraut und gezeigt, dass es geht", sagt der damalige Professor Martin Kühn. Der Aufwand hat sich gelohnt: 2008 gewannen die Studenten mit ihrem Ventomobil den Boysen-Preis für die beste Diplomarbeit im Bereich Umwelttechnik.

Im Laufe der Jahre entwickelte das Team Inventus drei verschiedene Mobile. Die erste Generation rollte noch auf drei Rädern und mit einem einzelnen Rotor daher, der die Räder direkt antrieb. Das aktuelle Modell ist ein vierrädriger Hybrid. Bei dem fangen gleich zwei Rotoren den Wind ein. Der eine ragt vorne am Bug des Fahrzeugs auf und treibt einen Generator an, der wiederum zwei Elektromotoren an den Vorderrädern speist. Der andere Rotor ist hinter dem Cockpit erhöht angeordnet und liefert sein Drehmoment über ein Getriebe an die Hinterräder. Mit dieser Konfiguration gehen die Stuttgarter ans Maximum dessen, was laut Reglement erlaubt ist: vier Quadratmeter überstrichene Rotorfläche. Mit einem einzelnen großen Rotor wäre das unmöglich, denn der maximale Rotordurchmesser beträgt zwei Meter.

Beim Rennen im vergangenen August ging das Team Inventus mit seinem Rennwagen allerdings mit nur einem Rotor an den Start. "Der neue Hybridantrieb hatte damals noch so seine Tücken", begründet Fial. Zum Sieg hat es daher nicht ganz gereicht. Fial sagt: "Unsere eigens entwickelte Leistungselektronik ist erst kurz vor dem Rennen fertig geworden. Wir konnten sie nur auf Funktionalität, nicht aber auf ihren Wirkungsgrad hin testen." Deshalb sind die Stuttgarter nur mit dem mechanischen Antrieb gestartet. Damit kamen sie lediglich auf 95,6 Prozent der Windgeschwindigkeit. Aufs Podium schafften sie es dennoch: Weil sie mit ihrem Hybridantrieb den Innovation-Award gewannen, landeten sie im Gesamtergebnis auf dem zweiten Platz.

Den Gesamtsieg holten sich 2018 die Kanadier. Die ließen mit 113,97 Prozent alle hinter sich. In Stundenkilometer umgerechnet erreichten sie circa Tempo 40.

Um beim diesjährigen Rennen ganz oben auf dem Treppchen zu landen, legen sich die Schwaben gerade mächtig ins Zeug. "Wir versuchen, an allen Ecken und Enden zu optimieren", sagt Fial. So bauen sie gerade zwei unterschiedliche Rotorblattsätze: einen für Stark- und einen für Schwachwind. Damit können sie noch präziser auf die vorherrschenden Windbedingungen reagieren. Fial und seine Mannschaft sind optimistisch, was das diesjährige Rennen angeht: "Da zeigen wir, was unser Hybridantrieb kann."  (dha)


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