Fortis Saxonia wird
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Der Antrieb
Für den Antriebsstrang eines Fahrzeuges, welches mit geringstem Energieverbrauch auskommen soll, ergibt sich primär die Forderung nach einem höchstmöglichen Wirkungsgrad. Weitere Erfordernisse sind eine kompakte Bauform und die Möglichkeit zur flexiblen Anordnung. Diese Forderungen sind notwendig, um bei der Gestaltung von Fahrwerk und Chassis nur in geringem Maße durch den Antriebsstrang eingeschränkt zu werden. Zudem soll das Antriebskonzept umweltfreundlich und zukunftsweisend sein.
Realisiert werden können diese Anforderungen mittels eines Antriebs, dessen zentrale Komponente ein Wasserstoff-Luft-Brennstoffzellensystem ist. Die von der Brennstoffzelle freigegebene elektrische Energie wird zum Betrieb eines Elektromotors genutzt, dieser treibt über eine Kette und eine Nabenschaltung das Hinterrad des Fahrzeugs an.
 Antriebsstrang, schematisch |
 Antriebsstrang |
Der Leistungsbedarf des Fahrzeuges ergibt sich aus der Streckencharakteristik, den Luft- und Rollwiderständen und dem Wirkungsgrad aller Komponenten. Für das Fahrzeug der Saison 2005 standen keinerlei Erfahrungswerte und nur wenige Messwerte zur Verfügung, da es sich um das erste Fahrzeug des Teams Fortis Saxonia handelte. Um den Antriebsstrang, insbesondere die Brennstoffzelle und den Motor, zu dimensionieren, war es notwendig, den Leistungsbedarf zu einem Großteil auf Basis guter Schätzwerte zu ermitteln.
 Stack, schematisch |
 Nettoleistung |
Die Leistungsabschätzung ergab einen Bedarf von 250 Watt elektrischer Leistung. Für den Anfahrvorgang muss die dem Motor beaufschlagte Spannung durch die Leistungselektronik von 0 bis 24 Volt einstellbar sein. Die Ansteuerung erfolgte über einen speziell entwickelten PWM-Signalgeber mit Drehpotentiometer.
Wie sich später bei den ersten Fahrten herausstellte, haben unmittelbare Umwelteinflüsse, wie Temperatur und Luftfeuchte, größere Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle als angenommen. Deshalb konnte die notwendige Leistung in Nogaro zunächst nicht erreicht werden. Erst nach der Anpassung des Brennstoffzellensystems an das Klima war eine erfolgreiche Fahrt mit Sax 1 möglich. Die maximal abgebbare Leistung der Brennstoffzelle wurde durch dauerhaftes Spülen (Purgen) mit Wasserstoff, der über einen Kreislauf entfeuchtet und zurückgewonnen wird, um etwa 40% gegenüber dem Ausgangszustand erhöht.
Brennstoffzellensysteme für den mobilen Einsatz sind im Moment nicht weit verbreitet. Die Ursache dafür ist die auf den vergleichsweise hohen Anschaffungspreis bezogene niedrige Lebensdauer der Brennstoffzellen. Außerdem fehlt es vor allem an der Entwicklung von Automobilen, die an einen Brennstoffzellenantrieb angepasst sind. Sax 1 ist für diese Antriebsart ausgelegt und hat nicht zuletzt auch aufgrund der aufgetretenen Probleme in Nogaro wichtige Einblicke in die Problematik "Mobile Anwendung von Brennstoffzellen" gewährt. Dabei spielt auch die Speicherung von Wasserstoff eine wichtige Rolle, die häufig unterschätzt wird: Sax 1 verwendet zur Speicherung einen Metallhydrid-Speicher. Dieser fasst ca. 23 g Wasserstoff bei kleinem Volumen und niedrigem Fülldruck. Der Wasserstoff wird chemisch reversibel im Metallhydrid gelöst. Diese Art von Tank zeichnet sich außerdem durch eine hohe Sicherheit im Falle einer Havarie aus, da er nicht den gesamten Wasserstoffinhalt freigeben, sondern sehr schnell an der Leckage zufrieren würde.
| Kennwerte des Antriebsstrangs von Sax 1: | |
| Brennstoffzellentyp: | Polymermembranenenzelle (PEMFC) |
| Anzahl der Zellen: | 25 |
| Elektr. Leistung des BZS: | 250 Watt |
| Wirkungsgrad des BZS: | 37% |
| Wirkungsgrad Leistungselektronik: | 95% |
| Mech. Leistung Motor: | 300 Watt |
| Wirkungsgrad Motor: | 80% |
| Wirkungsgrad Getriebe: | 80% |
| Masse Antrieb (komplett): | 21 kg |
