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Solarbetriebenes Auto profitiert von langlebiger Gleitlagertechnik

E-Mobility
Solarbetriebenes Auto profitiert von langlebiger Gleitlagertechnik

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Seit zwei Jahren entwickelt und baut das Team Sonnenwagen aus Aachen ein Solarauto. Im Oktober fuhr das Fahrzeug bei der World Solar Challenge 2019 in der australischen Wüste nach rund 3000 km als Sechster über die Ziellinie.

Von Darwin bis nach Adelaide. Einmal quer durch die australische Wüste müssen die solarbetriebenen Autos bei der World Solar Challenge 3022 km überwinden. Dafür haben sie genau eine Woche Zeit. Nur mit der Kraft der Sonne dürfen sich die Autos der Teilnehmer fortbewegen. Die studentischen Teams aus aller Welt entwickeln dafür unterschiedliche Fahrzeugkonzepte, die sich im aerodynamischen Design, in der Wahl der Solarzellentechnik und in den Abmessungen stark voneinander unterscheiden. Einer der Teilnehmer des Rennens stammt aus Aachen. Das Team Sonnenwagen fuhr zum zweiten Mal bei dem zweijährlich stattfindenden Wettbewerb mit. „Beim letzten Mal konnten wir viel lernen“, so Teammitglied Kersten Heckmann. „Jetzt haben wir die komplette Strecke durch die Wüste gemeistert.“

In diesem Jahr setzte das Team Sonnenwagen auf ein komplett anderes Konzept. Auf nur 2,6 m² statt der 4 m² im Jahr 2017 kommen Solarzellen aus Galiumarsenid zum Einsatz und ersetzen die handelsüblichen Siliziumzellen. Die neuen Zellen sind effizienter als die vorherige Technik. „Deswegen durften wir nur eine geringere Fläche verbauen“, erklärt Heckmann. Eine weitere Neuerung findet sich in den Lagern: „Die Lagerstellen sind wichtig, denn sie halten den Wagen zusammen“, so der Fahrwerkspezialist. Fällt ein Lager aus, ist die Reparatur sehr aufwendig. Zudem müssen die eingesetzten Lager verschleißfest und vor allem leicht sein. Denn je leichter der Sonnenwagen, desto effizienter lässt er sich antreiben und umso länger wird die überwundene Strecke. Das Team entschied sich für Polymer-Gleitlager des Herstellers Igus.

Die Studenten aus Aachen konnten wählen zwischen 60 verschiedenen Werkstoffen. Die Palette reicht vom Dauerläufer bis zum Hochtemperaturspezialisten. Auf der Suche nach dem richtigen Gleitlager wird der Nutzer durch einen leicht bedienbaren Online-Konfigurator unterstützt, der am Ende das richtige Tribo-Polymer ermittelt. „Wir mussten lediglich die Anwendungsparameter eingeben und haben direkt die passende Lösung gefunden“, freut sich Heckmann.

Die leichte Gleitlagertechnik wird an vielen Stellen im Sonnenwagen genutzt. Im Teleskop-Mechanismus für den Solardeckel und im Lenkrad kommen zum Beispiel selbsteinstellende Gabelköpfe aus Iglidur J zum Einsatz. Aus dem gleichen Werkstoff sind auch die Gleitlager in der Hinterrad-Aufhängung und im Lenkgetriebe. Der verschleißfeste Dauerläufer besitzt insbesondere im Trockenlauf einen niedrigen Reibwert auf allen Wellen und ist zudem schwingungsdämpfend. Das ist vor allem für das Lenkgefühl ein Vorteil. Und schließlich ist der Werkstoff schmiermittel- und wartungsfrei, da in den Lagern Festschmierstoffe eingebettet sind. In den Scharnieren der Deckelverriegelung befinden sich außerdem Gleitlager aus dem Werkstoff Iglidur G. Das Tribo-Polymer, ein echter Allrounder, ist kostengünstig und besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit.

„Wir wollten in diesem Jahr nicht nur die Sonnenenergie, sondern auch die Windkraft nutzen“, erklärt Heckmann die Konstruktion. Dabei setzte das Team neben einem schlanken Fahrzeugdesign auf ein Robolink-Getriebe von Igus, das eigentlich für Robotergelenkarme gedacht ist. In diesem Fall wird das Getriebe mit Polymer-Gleitelementen in der Lenkung genutzt. Diese Variante ist eher ungewöhnlich, aber dafür effizient und leicht. Das Lenken der vier Reifen erfolgt nämlich über vier Seilzüge. Mit dem Getriebe, der Flexwelle und dem Handrad konnte das Team im Fahren die zwei hinteren Reifen optimal zum Wind ausrichten und so eine zusätzliche Antriebskraft nutzen. „Auf diese Weise erreichten wir Geschwindigkeiten von 140 Kilometern in der Stunde und mehr“, versichert Heckmann.

Auf einer Teststrecke in Jülich konnte das Team die neue Technik ausprobieren. Doch die Prüfreihen zeigten damals an verschiedenen Stellen noch Optimierungsbedarf. Eine dieser Stellen befand sich an den Lagerungen des Solarauto-Deckels. Der Fahrer muss ihn beim Ein- und Aussteigen eigenständig öffnen und schließen können. So lauten die Regeln der Challenge. Eine schwierige Aufgabe, denn der Deckel ist 5 m lang, 1 m breit und wiegt mit den Solarzellen 25 kg. Bisher war das Ein- und Aussteigen eine ruckelige und kraftaufwendige Arbeit. Das Problem lag in den schwergängigen selbst gedruckten Lagern aus einem Standard-Kunststoff. Kurz vor Abflug nach Australien gab das Team noch den 3D-Druck der Lager aus dem Hochleistungskunststoff Iglidur I3 bei Igus in Auftrag. Das Material für das Lasersinter-Verfahren zeichnet sich aus durch niedrige Reibwerte und ist zudem unempfindlich gegen Staub und Schmutz. Für einen Trip durch die Wüste sind das die besten Voraussetzungen. Dank der gedruckten Lager kann der Fahrer nun in wenigen Sekunden ein- und austeigen. (ub)


Erfolgreiches Team aus Aachen

45 Studenten aus verschiedenen Fachbereichen der RWTH Aachen und der FH Aachen arbeiten seit zwei Jahren an der Entwicklung eines solargetriebenen Rennwagens und zeigen so der Welt, wie sich erneuerbare Energie in ein zukunftsweisendes E-Mobilität-Konzept umsetzen lässt. Insgesamt 28 weitere Teams aus aller Welt treten in der Kategorie „Challenger“ gegen den Sonnenwagen aus Aachen an. Mit einem Vorgängermodell konnte das Team bei der European Solar Challenge bereits den dritten Platz einfahren und erhielt 2017 in Australien den Award des „Best Newcomers“. Mit dem 6. Platz bei der World Solar Challenge schließt das Team an seine Erfolgsreihe an.



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