Hardware

Mit Sonnenenergie einmal um die Welt

Die Ziele des SolarCar-Teams der Hochschule Bochum sind klar gesteckt: Ihr SolarWorld GT muss zuverlässig in der Lage sein, weite Strecken autark zurückzulegen und er soll eine gute Platzierung bei der Solar World Challenge 2011 erzielen sowie im nächsten Jahr eine erfolgreiche Weltumrundung absolvieren. Die Studenten leisten auf diese Weise einen Beitrag, die Elektromobilität zu entwickeln, und erlernen dabei die Arbeit mit 3D-CAD-Software und 3D-Mäusen.

Seit einem Jahrzehnt entstehen an der Hochschule Bochum im Rahmen des ‚SolarCar-Projektes’ Fahrzeuge, die ausschließlich mit der Energie der Sonne angetrieben werden – emissionsfrei. Die Herausforderung des Projekts besteht darin, die Energie so effizient wie möglich zu nutzen, darüber hinaus werden aber auch alle Facetten des Ingenieurberufes beleuchtet: Teamarbeit, Projektmanagement, interkulturelle Perspektiven und die Faszination moderner Technik. Die an der Entwicklung und dem Bau beteiligten Studenten zeichnen sich durch Engagement und Know-how aus und schicken in diesem Jahr mit dem mittlerweile fünften Fahrzeug, dem SolarWorld GT, erstmals ein Solarfahrzeug auf Weltreise. Unterstützt wird das Team von zahlreichen Firmen, darunter auch 3Dconnexion, deren 3D-Mäuse in der Konstruktion zusammen mit der SolidWorks-3D-CAD-Software eingesetzt werden.

Das SolarCar-Team der Hochschule Bochum setzt sich aus 30 Studenten verschiedener Fachrichtungen zusammen, die in einem Zwei-Jahres-Rhythmus ein solarbetriebenes Fahrzeug entwickeln und bauen – und dabei die Grundlagen ihres Studiums konkret anwenden. Im letzten Jahr der Fertigstellung sei das für die Studenten ein Fulltime-Job, sagt Christoph Bönneken, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Hochschule Bochum. „Da es sich um sehr komplexe Fahrzeuge handelt, muss man ihnen letztlich innerhalb von zwei Jahren beibringen, ein komplettes Auto zu entwickeln.“ Denn am Ende der zweijährigen Entwicklungsphase muss schließlich ein sicheres Auto auf die Straße kommen.

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Neben den technischen Fähigkeiten erlernen die Studenten bei ihrer Arbeit auch die von vielen Arbeitgebern geforderten ‚soft skills’. Laut Bönneken entwickeln sich die Teams miteinander und wachsen an ihren Aufgaben. Auch wenn das gesamte SolarCar-Team unter der Leitung von drei Professoren beziehungsweise wissenschaftlichen Mitarbeitern steht, organisieren sich die Studenten in den vier Fachteams Mechanik, Elektrik, Organisation und Strategie selbst. Am Anfang eines Projektes werden lediglich Randbedingungen vorgegeben. Ab dann erfüllen die Studenten das Projekt mit Leben – sehr erfolgreich wie die Historie nachdrücklich zeigt. Das Fahrzeug SolarWorld No. 1, von 2005 bis 2007 geplant und gebaut, belegte bei der World Solar Challenge 2007 den vierten Platz und wurde mit dem Award für das beste Design ausgezeichnet. In den Jahren 2008 und 2010 erreichte der Sonnenwagen den dritten Platz bei der North American Solar Challenge und wurde für innovative und exzellente Technik in den Bereichen Mechanik und Elektrotechnik prämiert. Das mittlerweile fünfte Fahrzeug, der SolarWorld GT (Gran Turismo), hat seine Weltumrundung in Australien im Rahmen der World Solar Challenge begonnen. Nach diesem 3.000 Kilometer langen Wettbewerb, der von Darwin nach Adelaide führt, wollen die Bochumer in einem Jahr auf über 30.000 km Strecke die Welt umrunden.

Aerodynamik spielt eine entscheidende Rolle

Da die aus den Solarzellen des SolarWorld GT maximal erreichbare Leistung bei nur 900 Watt liegt und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 km/h erreicht werden soll, liegt das Hauptaugenmerk der Konstruktion auf der Aerodynamik. An dem Einkörpermodell verzichtet man deswegen auf separate Anbauteile wie Spoiler oder abstehende Türgriffe. Sein futuristisches Aussehen und das aerodynamische Verhalten verdankt das Fahrzeug der Konstruktion mit Hilfe vieler Freiformflächen, umgesetzt ausschließlich mit Leichtbau-Kompositmaterialien. Mit einem Fahrzeuggewicht inklusive Batterie und Antriebsmotoren von 255 kg ist der SolarWorld GT schon jetzt rekordverdächtig. Dabei handelt es sich erstmals um einen Zweisitzer, der für eine Zuladung von zweimal 80 kg ausgelegt wurde. „Dazu gehören auch Helme, Funkausrüstung und ausreichend Flüssigkeit für die Passagiere“, erläutert Christoph Bönneken. Mit einer Länge von 4,10 m, einer Breite von 1,60 m und einer Höhe von 1,35 m zählt das Solarfahrzeug zu den Mittelklassewagen – keine einfache Aufgabe, denn sobald man versuche, ein Fahrzeug länger oder breiter zu machen oder geometrisch großartig zu verändern, werde die Aerodynamik ‚sehr anspruchsvoll’, so Bönneken weiter.
Im Rahmen des Konstruktionsprozesses des SolarWorld GT wurden verschiedene Modelle in SolidWorks entworfen und mit Freiformflächen modelliert. Parallel zur Standardmaus kommen dabei seit einigen Jahren auch die 3D-Mäuse von 3Dconnexion zum Einsatz, aktuell die Produkte SpacePilot PRO, SpaceExplorer und SpaceNavigator for Notebooks. „Unsere Studenten arbeiten tagtäglich mehrere Stunden mit der CAD-Software“, erläutert Betreuer Bönneken. „Die Mäuse bieten hier enorme Möglichkeiten bei der Navigation und hilfreiche Funktionalitäten, wie beispielsweise das Umschalten zwischen verschiedenen Ansichten. Durch die Belegung der Funktionstasten lassen sich Abfolgen in SolidWorks vereinfachen und das Umgreifen zur Tastatur deutlich reduzieren. Der Arbeitsprozess wird dadurch flüssiger und entspannter.“ Neben der ergonomischen Form der 3D-Mäuse sei auch das Gewicht der Eingabegeräte von Vorteil, da es sie am Platz halte und lange Konstruktionssitzungen erleichtere. „Das aufrechte Sitzen vor dem Bildschirm und das ausgewogene Arbeiten mit 3D-Maus und Standardmaus entlastet die Muskulatur und hält die Konzentration der Studenten auch über einen langen Zeitraum hoch.“

22 Fahrzeugmodelle wurden schließlich im virtuellen Windkanal mit den SolidWorks-Simulationsfunktionen geprüft und weiter optimiert. Am Ende blieb ein Modell übrig, dessen Daten aus der CAD-Software mit Hilfe eines eigens geschriebenen Programms an eine CAM-Software übermittelt wurden, woraus anschließend ein Prototyp im Maßstab 1:10 gefräst wurde. Im Windkanal bei Audi wurden im nächsten Schritt die theoretischen Ergebnisse anhand des Prototypen überprüft. Dabei wurden auch die Solarzellen auf dem Dach angebracht, um zu sehen, ob sie ideal zur Sonne ausgerichtet sind und die richtige Krümmung aufweisen. Der SolarWorld GT erreichte einen cw-Wert von 0,137. Bei normalen Fahrzeugen liegt dieser Wert bei 0,25.


Carola von Wendland Fachjournalistin, München

Hochschule Bochum, Bochum Tel. 0234/3210740, http://www.hochschule-bochum.de/solarcar

3Dconnexion GmbH, München Tel. 089/8974542-0, http://www.3dconnexion.de

SolidWorks Deutschland GmbH, Haar Tel. 089/612956-0, http://www.solidworks.de

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