Team „Stirling-Hybrid-Auto“ der Fakultät ME stand im großen Finale auf Korsika

Entwicklungswettbewerb „FERCHAU-Challenge 1.0“

Wir sind eine Gruppe Studenten an der HTWK Leipzig, Studiengang Energie- und Umwelttechnik, und befanden uns im Oktober 2008 im 5. Fachsemester, als uns im Hochschulgebäude Markkleeberg ein Aushang zu einem Wettbewerb ins Auge fiel.

Aufgabe war, ein unbemanntes Objekt, das durch Wasser, Wind, Sonne und/oder Elektrik angetrieben wird, zu konzipieren, zu bauen und sich auf einem Parcours mit unterschiedlichsten Bodenbegebenheiten zu beweisen.

Bei der ersten Hürde, die es zu nehmen galt, überlegten wir uns ein kreatives Konzept, das die Jury überzeugen und uns so mit elf anderen Teams ins Finale bringen sollte. Wir waren begeistert von der Idee, ein Fahrzeug mit einem Heißluftmotor voranzutreiben und schickten unseren Vorschlag eines „Stirling-Hybrid-Autos“ ein. Zwei Wochen später erhielten wir die Nachricht, dass unsere Idee das Finale erreicht hat und wir (zusammen mit einer finanziellen Unterstützung) die Möglichkeit bekommen, das Auto zu bauen und im Juni 2009 auf Korsika antreten zu lassen. Prof. Detlef Riemer war sofort begeistert, an diesem Projekt teilzunehmen und stellte sein Mechatroniklabor für die Arbeiten und sich selbst als Mentor zur Verfügung. Wir möchten nachfolgend über unseren Weg ins Finale der „Ferchau Challenge 1.0“ berichten.

Wir setzten, wie gesagt, auf einen Heißluftmotor, eine Wärmekraftmaschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt. Es gibt, neben den heutzutage hauptsächlich verbreiteten Arten von Motoren (Diesel, Otto, Dampf), eine bereits 1816 von einem schottischen Pfarrer erfundene Maschine, die Temperaturdifferenzen zum Betrieb nutzt. Nach ihrem Erfinder wurde sie „Stirlingmotor“ benannt. Es existieren bereits Modelle, die mit der Wärme der menschlichen Hand zum Laufen kommen (das entspricht einer Temperaturdifferenz von 10°C).

Als regenerative Wärmequelle für den Motor dient das durch eine Fresnel-Linse fokussierte Licht der Sonne. Die Linse hat 40 cm Durchmesser, ist aus Kunststoff und sehr leicht, in ihrem Brennpunkt entstehen Temperaturen um die 400°C.

Nachfolgend sei kurz das Funktionsprinzip des Fahrzeuges in der Gesamtheit beschrieben:

Ab einer gewissen Temperatur beginnt sich der Heißgasmotor zu drehen und gibt Energie ab. Die dazu benötigte Wärme wird durch eine aufmontierte und drehbar gelagerte Fresnel-Linse erzeugt. Mittels Sensoren und eines kleinen Motors wird die Linse stets zur Sonne ausgerichtet und bündelt die Sonnenstrahlen auf die heiße Seite des Motors. Die gewonnene mechanische Energie wird durch einen gekoppelten Generator in elektrischen Strom umgewandelt und in einen Akkumulator gespeist. Der eigentliche Antrieb des Fahrzeugs erfolgt also über einen Elektromotor. Dadurch ist es ebenso möglich, das Auto sehr variabel zu steuern und im Stand die Sonnenenergie zu nutzen.

Wir haben fast alle Teile des Autos von Hand gefertigt und benötigten somit entsprechend viel Planungszeit. Die Fresnel-Linse ist eine Spezialanfertigung, genauso wie alle dichtenden Teile des Motors. Trotzdem haben wir einige Teile mehrmals bearbeiten müssen, bis wir die endgültige Funktion erreicht hatten. Insbesondere bereiteten uns die Lichtsucher-Schaltung und der Stirlingmotor Probleme. Letztendlich hatten wir mit erhöhtem Arbeitsaufwand drei Wochen vor Abgabetermin das Grundgerüst fertig und konnten es zum Verschiffen nach Korsika verpacken.

Die folgenden Wochen versuchten wir den Motor fehlerfrei zum Laufen zu bekommen und erreichten das auch am Tag vor dem Abflugtermin.

Bepackt mit Werkzeugen aller Art begann am 05. Juni der Flug nach Korsika (über Paris). Der Flughafenwechsel von Paris Charles de Gaulle nach Orly mit dem Taxi zur Rushhour war schon das erste von vielen spannenden Erlebnissen. Angekommen begrüßte uns die korsikanische Sonne bei angenehmen 30 Grad. Leider fehlte uns die Zeit für ausgedehntes Sightseeing, denn der organisatorische Aufwand war für den Wettbewerbsveranstalter, Ferchau Engineering, sehr hoch. Nach einem kleinen Come Together zum Kennenlernen der anderen Teams durften wir in unserem eigenen Bungalow eines Clubhotels übernachten. In einem großen Teil der eigentlichen Schlafenszeit montierten wir mit den skurrilsten Ideen unser Gefährt fertig, der wohl lustigste Teil unseres Aufenthaltes. Das anschließende Nachtbaden beruhigte unsere Gemüter aber wieder.

Am darauf folgenden Tag wurde es dann ernst. Es fanden Vorläufe statt, um den Parcours zu testen. Auch wir haben die Zeit genutzt und erste Probleme machten sich bemerkbar. Insgesamt hatte die Zeit zur Herstellung von Schwimmkörpern (für die Wasserpassage) gefehlt, die Nachführung hakte ab und an und der Motor setzte in diesen Pausen folgerichtig auch aus. Ähnlich wie bei populären Rennen waren wir in unserem Boxenstall beschäftigt, dem Fahrzeug letztes Feintuning zu verpassen. Ein Team nach dem anderem musste sich vor den Augen der Jury am Parcours messen. Gewertet wurden Schnelligkeit, Funktionalität und Kreativität des Objektes. Insgesamt war ein großes Ensemble verschiedenster Modelle zu sehen: Unter anderem ein Kugelfahrzeug, ein Spinnenläufer, ein Biocar, (betrieben durch Gülle), ein Landsegler, … (Bilder, Videos und Beschreibung aller Modelle auf http:// challenge.ferchau.de.)

Es waren vier Runden auf einem 100 m langen Oval zu absolvieren. Zusatzpunkte bekam man für die Fahrt über einen Anstieg, durch Sand und eine Wasserpassage. Durch das optimale Wetter bei strahlendem Sonnenschein war die Sollstrecke kein Problem für das „Stirling-Hybrid-Auto“. Wie erwartet, bereiteten aber die Sand- und Wasserpassagen (durch unpassende Bereifung) Probleme und so haben wir uns hinter den ersten drei Teams platziert.

Eine abschließende Grillparty und das Baden im Pool rundeten das sehr gelungene Event ab.

Auch wenn wir uns letztendlich nicht ganz vorn platziert haben, sind wir stolz, an der „Ferchau-Challenge 1.0“ teilgenommen zu haben. Solche Forschungswettbewerbe machen nicht nur viel Spaß, sie bieten auch die Möglichkeit, wertvolle praktische Erfahrungen zu sammeln. Wir freuen uns, dass dies gefördert wird.

Teamleiter: Eric Timmermann

Mentor: Prof. Dr.-Ing. Detlef Riemer

Mitglieder: Max Jackisch, Tobias Neumann, Rostislaw Knöfel

Studiengang Energie- und Umwelttechnik