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In unter 4 s von 0 auf 100 km/h

| Autor/ Redakteur: Nico Sauermann / Victoria Sonnenberg

Durch den Werkzeugsatz von Horn konnte die Mechanikabteilung vom Team Raceyard der Fachhochschule Kiel auch knifflige Zerspanungsaufgaben lösen. Für die Teilnahme an der Formula Student bauten sie einen leistungsstarken Elektrorennwagen.

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Fräsen eines Achsschenkels mit dem System DSA.
Fräsen eines Achsschenkels mit dem System DSA.
(Bild: Horn)
  • Für jede Saison der Formula Student kommt ein neuer Rennwagen zum Einsatz. So wie der Rennwagen wechselt auch jedes Jahr ein Teil des Teams, da bei einigen das Studium endet.
  • Das bedeutet, dass jedes neue Team die Entwicklung, Fertigung, Montage sowie die Tests des Rennwagens in eigener Regie durchführt. Dabei fließen die Erfahrungen der vergangenen Saisons in die Neuentwicklung mit ein.

In unter vier Sekunden von 0 auf 100 km/h, 160 kW Leistung und Teamgeist: Das erleben die Teilnehmer der Formula Student vom Team Raceyard der Fachhochschule Kiel.

Mit ihrem selbst entwickelten und gefertigten Elektrorennwagen treten sie in der „Kategorie E“ an. Für die Fertigung von Bauteilen des Wagens berät Horn die Kieler Studenten im Bereich Werkzeuge für Dreh- und Fräsbearbeitungen. „Wir schätzen das Know-how in der Zerspanung. Mit unserem Ansprechpartner von Horn, Thomas Wassersleben, bekommen wir immer einen guten Rat und schnelle Unterstützung“, so Lukas Schlott. Er ist Teammitglied von Raceyard und verantwortet die Bereiche Marketing und Eventmanagement.

Die Zusammenarbeit mit dem Institut für Computer integrated manufacturing – Technologietransfer (CIMTT) besteht schon seit mehreren Jahren. Thomas Wassersleben berät die mechanischen Werkstätten des Institutes mit Zerspanungslösungen und Werkzeugen. Über den Außendienstmitarbeiter von Horn kam auch die Anfrage des Rennteams Raceyard 2017/2018. Diese Anfrage beantwortete Horn mit einem Werkzeugsatz, welcher die Systeme Supermini des Typs 105, Ein- und Abstechsystem S100, Boehlerit- ISO-Schneidplatten sowie DS-­Alufräser beinhaltete. „Durch den Werkzeugsatz konnte unsere Mechanikabteilung auch knifflige Zerspanungsaufgaben lösen, welche aufgrund langer Auskragungen und enger Bohrungen nur schwer zugänglich waren“, erinnert sich Schlott.

Für jede Saison der Formula Student kommt ein neuer Rennwagen zum Einsatz. So wie der Rennwagen wechselt auch jedes Jahr ein Teil des Teams, da bei einigen das Studium endet. Das bedeutet, dass jedes neue Team die Entwicklung, Fertigung, Montage sowie die Tests des Rennwagens in eigener Regie durchführt. Dabei fließen die Erfahrungen der vergangenen Saisons in die Neuentwicklung mit ein. Das Team Raceyard 2017/2018 besteht aus 50 Mitgliedern, welche sich auf vier Hauptbereiche aufteilen: Sponsoring und Finanzen, Mechanik, Elektro und Marketing & Eventmanagement.

Selbst entwickelt und gefertigt

Bis auf wenige Bauteile ist der Rennwagen selbst entwickelt und gefertigt. Für die Bremssättel setzten die Kieler auf die SLM-Technik (Selective Laser Melting). Mit dem additiven Fertigungsverfahren druckten sie die eigens konstruierten Bremssättel aus einer Aluminiumlegierung. Beim Ausspindeln der Zylinderlauffläche des Bremskolbens setzten die verantwortlichen Mechaniker auf das Horn-System Supermini Typ 105. „Durch die dreidimensionale Form des Sattels und die engen Toleranzen des Zylinders war die Fertigung eine Herausforderung für unsere Mechaniker“, sagt Schlott.

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Das Zerspanen des Achsschenkels aus Aluminium übernahm ein dreischneidiger VHM-Schaftfräser des Systems DS mit polierten Spanräumen. Die Schwierigkeit bestand bei diesem Bauteil in der langen Auskragung des Werkzeugs. Des Weiteren wählten die Techniker aufgrund der Bauteilgeometrie das Fräswerkzeug mit Überlänge. „Durch die polierten Spanräume und aufgrund der Geometrie des Fräsers bekommen wir während der Bearbeitung keine Probleme mit aufklebenden Spänen und Rattermarken“, so Wassersleben.

Das Chassis des Rennwagens besteht aus einem CFK-Monocoque. Für die aerodynamischen Komponenten und andere Bauteile wie das Lenkgestänge wählten die Studenten ebenfalls den Werkstoff aus Kohlefasern. Für die Fertigung der Formen und das Laminieren der Teile standen dem Team Maschinen und das Know-how eines weiteren Sponsors zur Verfügung. „Das Laminieren der einzelnen Kohlefaserschichten war eine Herausforderung, da die Faserrichtungen der einzelnen CFK-Lagen für die spätere Steifigkeit des Chassis und der anderen Baugruppen Sorge tragen“, so Schlott. Für die Berechnungen der Aerodynamik sowie der Steifigkeit des Chassis und der weiteren Komponenten setzten die Studenten leistungsstarke Computer ein, welche im Kieler CIMTT zur Verfügung stehen.

Mit Allradantrieb an den Start

Die Komponenten für den elektrischen Antrieb sind ebenfalls eigene Entwicklungen des Teams. Bei dem herausnehmbaren Akku sind nur die Einzelzellen Kaufteile. Das Zusammenschließen der 288 Zellen sowie die elektronische Auslegung und Fertigung der Sicherheits- und Ladeelektronik übernahmen die Studenten selbst. Der Rennwagen ging in der Saison 2017/2018 erstmalig mit einem Vierradantrieb an den Start. Jedes Rad ist mit einem eigenen Elektromotor angetrieben, welcher auf der Radnabe sitzt. Im Verbund ergibt sich somit eine Gesamtleistung von 160 kW (circa 217 PS). Bei einem Leergewicht des Wagens von rund 230 kg eine beachtliche Leistung. Für die Rennen in der Formula-Student-Serie muss die Leistung jedoch auf 85 kW gedrosselt werden.

Gliederung in statische und dynamische Disziplinen

Bei den einzelnen Disziplinen der Formula Student kommt es nicht nur auf die Performance des Autos an. Sie gliedern sich in statische und dynamische Disziplinen. Bei den statischen Disziplinen spielen die betriebswirtschaftliche Seite und die konstruktiven Ansätze des Teams eine große Rolle. So müssen die Studenten in zwei Präsentationen den Businessplan und den Costreport darstellen und begründen.

Eine weitere statische Disziplin ist das Engineering und Design Event. Dort muss das Team die Jury von seiner Konstruktion überzeugen. Hierbei geht es vor allem um die Diskussion, bei der mit guten Argumenten und Rechtfertigungen auf die Anmerkungen der Jury eingegangen werden muss. Zu den dynamischen Events gehören Acceleration, Skid Pad, Autocross und Endurance.

Die Disziplin Acceleration ist ein Beschleunigungstest auf einer geraden Strecke von 75 m. Die Rennwägen beschleunigen hierbei in unter vier Sekunden von 0 auf 100 km/h. Beim Skid Pad fahren die Autos eine Strecke in Form einer liegenden Acht. Hohe Fliehkräfte beziehungsweise Querbeschleunigungen können bei dieser Disziplin zum Ausbrechen des Fahrzeugs führen. Beim Autocross lenken die Fahrer ihre Rennwägen einzeln über einen eng abgesteckten Kurs auf Zeit. Hierbei sind der Rennfahrer und die Fahrdynamik des Fahrzeugs auf einer Strecke von einem Kilometer Länge sehr gefordert. Die Endurance ist die größte und letzte Disziplin bei jedem Formula-Student-Event. Hier muss der Rennwagen seine Zuverlässigkeit auf einem Rundkurs von 22 km Länge beweisen. Diese Disziplin macht ein Drittel der erreichbaren Gesamtpunkte aus.

Jährliche Events europaweit

Die Formula SAE wurde 1981 in den USA gegründet und später als Formula Student nach Europa ausgeweitet. Seit 1999 gibt es jährliche Events im englischen Silverstone und seit 2006 auch in Deutschland auf dem Hockenheimring. Mittlerweile macht die Formula Student auch in Italien, Spanien, Brasilien oder in Japan halt und trägt dort Wettbewerbe aus. Die Formula Student ermöglicht es Studierenden, sich intensive praktische Erfahrungen in Konstruktion, Fertigung und wirtschaftlichen Aspekten rund um den Automobilbau anzueignen – und das Ganze außerhalb eines Hörsaals. Jedes Team entwickelt dazu einen einsitzigen Rennwagen auf Grundlage eines umfangreichen Regelwerks.

* Nico Sauermann ist Redakteur und Fotograf der Paul Horn GmbH. Weitere Informationen: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, Tel. (0 70 71) 70 04-0, info@phorn.de

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