Schneller als der Wind: mit Windturbinenwagen zur neuen Rekordzeit

Das Segeln an Land ist übrigens nichts Neues. In China sollen die Menschen schon um 500 nach Christi auf großen Windwagen mit bis zu 30 Mann übers Land gesegelt sein. Wieso auch nicht? Das Rad war schließlich längst erfunden und Wind gab es auch in Hülle und Fülle. Belegt sind Windfahrzeuge im 19. Jahrhundert auch in den USA. Genauso im Norden Frankreichs, an der Nordseeküste Deutschlands, den Niederlanden oder Belgiens. Mit Windfahrzeugen wurden schon ganze Wüsten durchquert und Geschwindigkeitsweltrekorde von über 200 Stundenkilometern aufgestellt.

Sogenannte Gegenwindfahrzeuge fahren – wie es der Name schon sagt – direkt gegen den Wind. Und erreichen dabei sogar Geschwindigkeiten, die höher sind als die herrschenden Windgeschwindigkeiten. Die Autos sind im Prinzip fahrende Windkraftwerke. Sie haben fast alle vier Räder und einen Rotor, manche auch zwei, die den Wind einfangen und in Vortriebsenergie umwandeln. Die Vehikel sind so konstruiert, dass sie möglichst windsschnittig und leicht sind, wenig Reibung erzeugen und die maximale Kraft aus dem Wind holen.

Schneller als der Wind. Wie soll das gehen? „Die Summe aller Verluste – angefangen beim Getriebe über die Räder bis zu den Rotorblättern – muss geringer sein, als die aus dem Wind gewonnene Vortriebskraft“, erklärt Julian Fial, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Flugzeugbau an der Universität Stuttgart und Betreuer des Gegenwind-Rennteams Inventus. 2007 starteten zwei Studenten mit dem Bau des ersten Fahrzeugs. Der Wagen bestand aus einem Kohlefaser-Chassis und einem Rotor, dessen Bewegung die Räder direkt antrieb. Von Anfang an war klar, dass das Ventomobil leicht sein muss. Teilgenommen haben die Stuttgarter mit ihrem Ventomobil am sogenannten Aeolus Race, das seit 2008 alljährlich auf einem asphaltierten Deich im Norden der Niederlande ausgetragen wird, und an dem Teams aus aller Welt mit ihren selbst entwickelten und gebauten Rennwagen teilnehmen.

„Die Idee von Racing Aeolus ist es, Autos (Wind Powered Vehicles) zu entwickeln und zu bauen, die Energie aus dem Wind erzeugen können, während sie gegen den Wind fahren und mit anderen Teams aus der ganzen Welt konkurrieren. Es ist eine echte Herausforderung für die studentischen Teams. Standhaftigkeit, Kooperation, Ausdauer und Unerschrockenheit sind die Schlüsselwörter“, sagt Hans Verhoef, Vorsitzender des Rennens. „Seit Jahren ist die Stadt Den Helder in den Niederlanden die Heimatbasis für eines der vier größten Nachhaltigkeitsrennen der Welt, das an einem einzigartigen Ort, dem Deich mit Blick auf die Nordsee, ausgetragen wird. Innovation und Kameradschaft kommen zusammen, und genau das macht das Rennen in Den Helder zu einem einzigartigen Ereignis“, so Verhoef weiter.

Im Laufe der Jahre entwickelte das Team Inventus drei verschiedene Mobile. Die erste Generation rollte noch auf drei Rädern und mit einem einzelnen Rotor, der die Räder direkt, also mechanisch, antreibt, daher. Die zweite Version hatte vier Räder. Und das aktuelle Modell ist sogar ein vierrädriger Hybrid. In dem ist ein zusätzlicher elektrischer Triebstrang untergebracht, welcher sich derzeit noch in der Erprobungsphase befindet.

Beim neuesten Modell 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 direkt an die Hinterräder. Diese Konfiguration ist das Maximum dessen, was laut Reglement erlaubt ist: vier Quadratmeter überstrichene Rotorfläche. Mit einem einzelnen großen Rotor wäre das unmöglich, da der maximale Rotordurchmesser zwei Meter beträgt.

Lange war die windige Rekordfahrt reine Theorie. Dass es tatsächlich möglich ist, schneller als der Wind zu sein, bewies das dänische Rennteam DTU im Jahr 2016. Sie erreichten mit ihrem Gefährt 101,76 Prozent der damaligen Windgeschwindigkeit. 2017 übernahmen dann die Kanadier von Chinook ETS die Führung: 102,45 Prozent. Seither ist die stürmische Jagd in vollem Gange.

Der Clou: Je schneller das Fahrzeug in den Wind fährt, desto höher wird die scheinbare Windgeschwindigkeit. Darunter versteht man die Summe der tatsächlichen Windstärke und dem Fahrtwind an Bord des Fahrzeugs. Beide addieren sich. 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. Doch im Rennen geht es nicht nur um Highspeed: Denn erstens wird die Höchstgeschwindigkeit stets in Relation zum herrschenden Wind ermittelt. Zweitens fließen weitere Disziplinen, wie etwa Innovationskraft in die Wertung ein.

Auch zwei Mannschaften aus dem Norden nehmen an dem Rennen teil. Eines davon ist Baltic Thunder aus Kiel. Der Bolide der Kieler reizt das Reglement mit seinem einzigartigen Konzept zweier ungestört angeströmter Rotoren auf der Vorderseite des Autos maximal aus: vier Quadratmeter auf zwei Metern Breite und dreieinhalb Metern Höhe. Der Mast mit den Rotoren wird inzwischen automatisch in Windrichtung gestellt und die Stellung der Rotorblätter kann an die jeweiligen Windverhältnisse angepasst werden. Außerdem verfügt das Vehikel über zwei getrennt automatisch schaltbare Antriebsstränge, sodass mit Überholkupplungen ohne Zugkraftverlust beschleunigt und mit doppelter Leistung gefahren werden kann. In diesem Jahr konnte aufgrund der Corona-Pandemie kein Rennen stattfinden, im kommenden Jahr hoffen die Teams jedoch wieder auf neue Rekordzeiten.

Ein Gastbeitrag von Daniel Hautmann, freier Wissenschaftsjournalist und Buchautor