Werkzeughersteller unterstützt den Formula-Student-Electric-Rennstall Greenteam der Uni Stuttgart

Immer stabil durch die Kurven fliegen

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Das Greenteam der Uni Stuttgart gehört zu den Top-5-Rennställen der Formula Student Electric. Mit viel Engagement konstruieren und fertigen die Studenten hierfür jedes Jahr einen neuen Rennwagen. Der Erfolg auf der Rennstrecke wäre ohne die Partner aus der Industrie allerdings nicht denkbar. Die Walter AG aus Tübingen unterstützt das Team schon seit Jahren mit Knowhow und Fertigungstechnik. Autor: Frederick Rindle

Das Besondere an der international ausgetragenen Formula Student Electric, zu der ausschließlich Studenten zugelassen sind, ist die ganzheitliche Ausrichtung. Denn die Teams müssen nicht nur ihren Rennboliden selbst konstruieren und lenken, sondern sie müssen ebenso die betriebswirtschaftliche Seite des Projekts stets im Auge behalten.

Der Wettbewerb fordert, dass jedes Jahr ein völlig neuer, reinelektrischer Formel-Rennwagen an den Start geht. Die Greenteam-Entwickler stürzen sich dabei auf jedes Detail: Von der Aerodynamik bis zum Antrieb kommt alles auf dem Prüfstand.

„Als die E-Rennserie startete, gab es noch keine Leistungsbeschränkungen“, weiß Dennis Manojlovic, einer der beiden Rennfahrer des Teams, der zudem die Leitung Mechanik innehat. „Heute dürfen wir noch höchstens 80 kW Antriebsleistung haben.“ Aber auch mit beschränkter Leistung sind die nur 170 kg schweren Wagen wahre Sprintmonster. „Beim Beschleunigungsrennen brauchen wir für die 75 Meter – alles, was nur geht – knapp über drei Sekunden“, sagt Manojlovic. Dabei wird schon nach 70 Meter die maximale Geschwindigkeit von über 120 km/h erreicht.

Maximaler Vortrieb aus jeder Lage

Das Antriebskonzept ist eine Hightech-Lösung aus Motoren- und Dämpfungstechnik. Ein Torque-Vectoring-System steuert den Vortrieb. Zum Einsatz kommen vier Radnabenmotoren mit jeweils über 30 kW Leistung. Damit die maximal erlaubte Leistung von 80 kW zu keinem Zeitpunkt überschritten wird, steuert das Torque-Vectoring-System rennsituationsabhängig die Leistungsabgabe jedes Motors. Die maximal mögliche Traktion der Reifen soll so bestmöglich ausgenutzt werden.

„Wenn wir einen Reifen stärker belasten können, dann tun wir das auch“, sagt Manojlovic. Bei der Geradeausfahrt werden zum Beispiel die Räder auf der Hinterachse mit 60 kW und die vorderen Räder mit 20 kW beschleunigt. Beim Bremsen hingegen wird versucht, so viel Leistung wie möglich elektrisch zurückzugewinnen. Dabei entfällt dann auf die Vorderachse die höchste Krafteinwirkung. So können bis zu 30 Prozent der Energie rekuperiert werden.

Aber das Torque-Vectoring-System kann noch mehr: In den Kurven wird das Drehmoment links und rechts unterschiedlich verteilt. Auf die schneller drehenden, äußeren Räder entfällt dann deutlich mehr Leistung als auf die langsamer drehenden, inneren Räder. Dadurch wird die Lenkung zusätzlich unterstützt, ohne die Radstellung zu ändern. „Der Rennwagen lenkt durch die variable Leistungsverteilung stärker, als man eigentlich am Lenkrad einschlägt. Darauf mussten wir uns zunächst erst einmal einstellen. Aber die dadurch höheren Gierraten sprechen für sich“, ist Manojlovic durchweg begeistert.

Neben dem Antrieb wurde auch das Dämpfungssystem nochmals verbessert. „Wir haben bei unserem Fahrzeug ein High-Downforce-Konzept umgesetzt“, sagt Manojlovic. „Die hohen Abtriebskräfte benötigen eine sehr stabile Fahrhöhe, damit sich die Aerobalance nicht verändert. Die geschickte Nutzung von Hebeln erlaubt es uns, sehr hart im Hub und sehr weich im Rollen zu sein.“ Die Entkopplung von Hub oder Nicken gegenüber dem Rollen geschieht über die Pushrods, die die Kräfte achsweise an das Dämpfungssystem auf der Karosserie leiten. Das System besteht dabei jeweils aus zwei Federn und einem mechanischen Umrichter. Wobei der Umrichter dafür sorgt, dass die Kräfte vom linken wie rechten Rad gleich aufgenommen werden.

Knifflige Bauteile sind besonders beliebt

Auch fertigungstechnisch ist das Dämpfungssystem Hightech. „Wir sind sehr froh, dass wir Partner haben, die uns bei der Bauteilfertigung mit ihrem Knowhow unterstützen“, freut sich Manojlovic. „Mit der Walter AG verbindet uns mittlerweile schon eine langjährige Partnerschaft.“ Die Fertigungsspezialisten aus Tübingen unterstützen das Rennteam bei besonders kniffligen Bauteilen, bei denen auch konstruktiv einiges geleistet werden muss. „Es macht uns immer sehr viel Freude, ein so engagiertes Team mit unserem Technologiewissen zu unterstützen“, sagt Dennis Orth, technischer Trainer bei der Walter AG. „In diesem Jahr haben wir das Greenteam mit gleich zwei Bauteilen unterstützt. Das sicherlich spektakulärere ist die Rockerachse aus dem Federdämpfungssystem.“

Die Rockerachse ist ein Teil des mechanischen Umrichters und nimmt die Kräfte von den Rädern auf und lenkte diese ins Federdämpfungssystem um. Bevor sich das Team der Walter AG mit der Rockerachse beschäftigt hat, wurde die Achse aus mehreren Bauteilen gefügt. Hierfür durften bestimmte Wanddicken nicht unterschritten werden, was das Gewicht der Achse erhöhte. „Wir haben das Fertigungsverfahren des Bauteils von Grund auf neu konzipiert und eine Möglichkeit gefunden, die Achse aus nur einem Teil komplett zu bearbeiten“, freut sich Orth.

Zweiseitenkomplettbearbeitung

Das Projekt wurde intern von einem dualen Studenten, Fachrichtung Maschinenbau, der Walter AG betreut, der die komplette Umsetzung begleitet hat. Im Technologiezentrum der Walter AG haben die Fertigungsexperten schließlich eine aufgrund der vielen Konturen und notwendigen Zweiseitenbearbeitung komplexe Fertigungsstrategie erarbeitet. Zum Einsatz kam dabei ein Zweikanal-Drehfräszentrum mit Haupt- und Gegenspindel.

„Wir freuen uns immer über komplexe Bauteile, bei denen sich unsere Studenten die Köpfe zerbrechen können“, sagt Orth und denkt schon an weitere zu optimierende Bauteile des Rennboliden.

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

Walter AG
www.walter-tools.com

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