Team Zero aus Mannheim siegte beim ChemCar-Wettbewerb 2017

  •  Das Siegerteam „Zero“ der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) aus Mannheim mit Paul Hell, Fabian Wagner, Hannah Feldmann, Ruben Zeman-Zachar, Markus Neubert, David Gleich und Maik Kunkel. © Wenzel / kjVI der VDI-GVC Das Siegerteam „Zero“ der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) aus Mannheim mit Paul Hell, Fabian Wagner, Hannah Feldmann, Ruben Zeman-Zachar, Markus Neubert, David Gleich und Maik Kunkel. © Wenzel / kjVI der VDI-GVC
  •  Das Siegerteam „Zero“ der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) aus Mannheim mit Paul Hell, Fabian Wagner, Hannah Feldmann, Ruben Zeman-Zachar, Markus Neubert, David Gleich und Maik Kunkel. © Wenzel / kjVI der VDI-GVC
  • Das Verfahrensschema von Team Zero © Fabian Wagner, Linde AG
  • Das Fahrzeug von Team „Zero“ überzeugte mit einer Distanzabweichung von unter 10 % in beiden Läufen. © Wenzel / kjVI der VDI-GVC

Beim 12. ChemCar-Wettbewerb am 20.11.2017 setzte sich das Team „Zero“ der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) aus Mannheim gegen acht weitere Konkurrenten durch.

Mitmachen darf beim ChemCar-Wettbwerb, wer als studentisches Team ein Modellfahrzeug entwickelt, das mit einer chemischen Reaktion angetrieben wird. Dieses ChemCar muss im Wettbewerb eine kurz zuvor ausgeloste Strecke zwischen 8 und 17 m mit einem Zusatzgewicht von 0 bis 30 % der Eigenmasse möglichst präzise abfahren. Die gefahrene Distanz und das anschließende Abbremsen des Fahrzeugs werden dabei nur über die anfängliche Zugabe der Edukte und somit das Auslaufen der Reaktion gewährleistet. Darüber hinaus wird ein vor der Jury präsentiertes Poster zum Konzept und Aufbau des Fahrzeugs, dessen Umsetzung und ein ausführliches Sicherheitskonzept bewertet. Die Sicherheitsexperten der Firma Inburex beaufsichtigen nicht nur den Wettbewerb am Veranstaltungstag, sondern begleiten die Teams über das Jahr während der gesamten Konzeptentwicklung und prüfen sorgfältig die eingereichten Sicherheitskonzepte und ggf. erforderliche Revisionen.
Im diesjährigen Rennen wurden eine Strecke von 16,5 m und ein Zusatzgewicht von 10 % ausgelost. Das Team „Zero“ überzeugte mit einer Distanzabweichung von unter 10 % in beiden Läufen und sicherte sich so neben den regulären Punkten auch noch Bonuspunkte für gleichbleibende Präzision, was zu einem Sieg mit großem Punkteabstand führte. Das Preisgeld von 2.000 €, gesponsert von BASF, Covestro, Evonik, Inburex, InfraServ-Knappsack, Lanxess, Lonza und Merck, geht an das nachfolgende Team der DHBW, um deren Fahrzeugkomponenten zu finanzieren.

Team und Konzept
Im Jahr 2017 bestand das Team der DHBW Mannheim aus sieben Studenten der Fachrichtungen Maschinenbau Verfahrenstechnik und Konstruktion. Nach mehreren Konzeptentwürfen und Versuchsreihen zum Antriebsmechanismus stand das grobe Konzept. Dieses sah die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff vor.
Mit dem bei der chemischen Reaktion entstehenden Gas wird ein Druck im System aufgebaut, der einen Pneumatik-Motor antreibt.

Dabei wird die Wasserstoffperoxidlösung in einem separaten Behälter vorgelegt, der über einen Schlauch mit Kugelhahn zum Starten der Reaktion und einem Nadelventil zur Einstellung der Zutropfgeschwindigkeit mit dem Reaktionsbehälter verbunden ist. Dort liegt der Eisen(III)Chlorid-Katalysator pulverförmig vor. Der Sauerstoff und mitgerissenes Wasser sowie Wasserdampf gelangen zu einem Abscheidebehälter, der den Motor vor zu großen Mengen Flüssigkeit schützt. Das entstehende Drehmoment wird über einen Zahnriemen und Taperbuchse auf die Antriebsachse übertragen und treibt so das Fahrzeug an.
Zur Verhinderung des Austretens von eventuell vorliegendem Chlorwasserstoff oder mitgerissenem Katalysator wird das Gas nach dem Motor durch eine Waschflasche mit Na­tronlauge zur Neutralisation geleitet. Die Theoriephase wurde in Mannheim durchgeführt, anschließend wurde das ChemCar-Projekt nach München zu drei Werksstudenten der Firma Linde umgesiedelt, um dort die praktische Testphase des ChemCar abzuschließen. Die große Anzahl an Versuchsreihen im Unterschleißheimer Werk ermöglichte eine sehr genaue Abschätzung der Eduktmengen für die verschiedenen Distanzen. Außerdem konnte dort auf qualitativ hochwertiges Material und 3D-Druck zugegriffen werden.

Das Sicherheitskonzept
Neben den üblichen Schutzmaßnahmen im Umgang mit den Reagenzien sah das Sicherheitskonzept eine dreifache Absicherung gegen zu hohen Druck vor. Zum einen kann selbst durch die Zugabe der maximalen Eduktmenge bei maximaler Distanz und Zusatzgewicht der Auslegungsdruck der Fahrzeugkomponenten nicht überschritten werden, sollte ein geschlossenes System vorliegen. Zum anderen bildet der Motor beziehungsweise der Anfahrwiderstand den maximal im System entstehenden Druck ab, da sobald dieser überwunden ist, das Gas ausströmen kann. Die dritte Absicherung bildet ein Sicherheitsventil oberhalb des Reaktionsbehälters, sollte eine Fehlbefüllung des Vorlagebehälters und eine Fehlfunk­tion des Motors vorliegen.
Neben dem Druck ist auch die durch die exotherme Reaktion vorliegende hohe Temperatur der Bauteile eine Gefährdung, welche durch eine Plexiglasverkleidung des Fahrzeugs und Verwendung von hitzebeständigen Handschuhen verhindert wird. Im Falle des Austritts von mitgerissener Flüssigkeit, gelöstem Katalysator oder Chlorwasserstoff, der jedoch bei der vorliegenden Reaktionstemperatur nicht entsteht, neutralisiert bzw. fängt die nach dem Motor platzierte Natronlaugenwaschflasche diese ab.

ChemCar goes international
Besonders spannend wurde der Wettbewerb durch die diesjährige Teilnahme von drei internationalen Teams. Während aus Lodz /Polen bereits zum wiederholten Mal ein Team ent­sandt wurde, nahmen erstmals auch Teams aus Peru und Iran teil. Dieses Engagement wurde umgehend belohnt, die Iraner landeten auf dem zweiten Platz und freuten sich über Ehre und Preisgeld in Höhe von 1.000 €.

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VDI e.V. Ges. Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen
Postfach: 101139
40002 Düsseldorf
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