Additiv gefertigte Radträger sparen Gewicht

In Zusammenarbeit mit Renishaw hat das Green Team Stuttgart seinen Formula-Student-Boliden optimiert. Additiv gefertigte Radträger reduzieren das Gesamtgewicht des Fahrzeugs um 1,5 kg. Damit konnten die Stuttgarter Nachwuchskonstrukteure in dieser Saison das bisher leichteste Fahrzeug ins Rennen schicken.

Das Green Team ist eines von zwei Formula Student Teams der Universität Stuttgart. Ziel des international ausgetragenen, studentischen Konstruktionswettbewerbs ist es, in Teamarbeit einen einsitzigen Formelrennwagen zu konstruieren und zu fertigen, um damit gegen Teams aus der ganzen Welt anzutreten. Bei der Formula Student gewinnt aber nicht das schnellste Auto, sondern das Team mit dem besten Gesamtpaket aus Konstruktion und Rennperformance, Finanzplanung und Verkaufsargumenten.

Der Elektro-Bolide des Green Teams wurde von Studierenden der Universität Stuttgart aus den Fachbereichen Maschinenbau, Fahrzeug- und Motorentechnik sowie Elektrotechnik selbst konstruiert und aufgebaut. Trotz der relativ schweren Batterien des mit vier unabhängig ansteuerbaren Elektromotoren ausgestatteten Einsitzers des Green Teams ist er mit 178 kg ein Leichtgewicht.

Möglich wurde dies neben dem Einsatz von Kompositmaterialien bei der Karosserie durch einen intelligenten Leichtbau im Bereich des Fahrwerks. „Gerade bei solchen funktionalen Metallbauteilen ist der Leichtbau nicht ganz so einfach“, erklärt Benedikt Bauersachs, Gesamtfahrzeugleiter Mechanik des Green Teams. „Auf der Rennstrecke sind diese Bauteile hohen Belastungen und Kräften ausgesetzt, was folglich gründliche FEM-gestützte Berechnungen und Simulationen notwendig macht.“

Umstieg von Aluminium auf Titan

Die Stuttgarter setzten zunächst bei den bisherigen Aluminium-Radträgern an. Schnell wurde jedoch klar, dass nur die Kombination aus einer kräfteoptimierten und materialreduzierten Konstruktion und eines sehr zugfesten und leichten Materials wie Titan das Gewicht des Radträgers weiter reduzieren konnte. Titanlegierung ist eine gute Materialwahl, wenn Leichtbauteile mit einer hohen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit benötigt werden. Allerdings lässt sich Titan nur schwer zerspanen bzw. gießen.

Das Green Team suchte zunächst vergeblich nach einem Sponsor, der die optimierten Radträger mit herkömmlichen Methoden fertigen konnte. Das generative Fertigungssystem AM250 auf Metallpulverbasis von Renishaw entsprach diesen Anforderungen – und damit war der neue Premiumsponsor gefunden.

Supportstrukturen sind für die meisten generativen Fertigungen notwendig. Sie verankern das Bauteil und führen Wärme ab, damit die überhängenden Bereiche der Struktur im Schichtaufbauverfahren aufgebaut werden können. Die Radträger wurden additiv, anhand Renishaws AM250 generativen Fertigungssystems und minimalen Supportstrukturen, die im Anschluss einfach abgenommen werden konnten, aufgebaut.

Die Notwendigkeit von Stützstrukturen mag verschwenderisch erscheinen, allerdings kann in herkömmlichen abtragenden Bearbeitungsverfahren das erforderte Materialverhältnis zur Fertigung eines Bauteils wie diesem bis zu 19:1 betragen. Bei der generativen Fertigung liegt dieses Verhältnis näher bei 1:1, in diesem Fall bei 1,12:1.

Im Vergleich zu den Radträgern aus Aluminium konnte das Green Team ganze 1,5 kg an Fahrzeuggewicht einsparen und so das bisher leichteste Fahrzeug bauen.

Renishaw GmbH www.renishaw.de

Green Team Uni Stuttgart e.V. www.greenteam-stuttgart.de

Studenten konstruieren Rennwagen

Die Formula Student ist ein international ausgetragener, studentischer Konstruktionswettbewerb, der 1981 von der „Society of Automotive Engineers“ (SAE) in den USA ins Leben gerufen wurde und seit 1998 auch in Europa ausgetragen wird. Die hart umkämpften internationalen Wettbewerbe finden auf Rennstrecken in Europa, den USA und in Asien statt.

Der bekannteste Wettbewerb ist die Formula Student Germany in Hockenheim, denn hier treten die erfolgreichsten Teams aus allen Nationen der Welt gegeneinander an. Bei der Formula Student werden neben der Performance auf der Rennstrecke auch die Ingenieursleistung der Studenten, die Kosten des Autos und eine Marketingstrategie für das Rennfahrzeug von einem fiktiven Investor bewertet.

(www.formulastudent.de)

Lösungspartner für generative Fertigung

Renishaw ist nicht nur als Hersteller von Laserschmelzanlagen, sondern auch als Lösungspartner aktiv. Das Unternehmen bietet allen, die die generative Fertigung als Produktionslösung in Erwägung ziehen, einen Service zur Designprüfung an. Renishaws Anwendungstechniker überprüfen das Bauteil beziehungsweise die Baugruppe, geben Empfehlungen zum Herstellungsverfahren, erstellen ein Digitalmodell und drucken Komponentenmuster auf einem der hauseigenen AM250-Systeme. Darüber hinaus kann auf Anfrage ein Vorbericht, ein Inspektionsbericht und ein Kostenvoranschlag des Bauteils bereitgestellt werden. Weitere Informationen unter www.renishaw.de/additive