Formula Student

Konstruktion - Stralsunder Studenten haben den Boliden konstruiert, der als erster deutscher Wagen beim Formula Student-Wettbewerb in Birmingham ins Ziel ging. Die Bauphase von der ersten Zeichnung bis zum fertigen Auto umfasste ein ganzes Jahr intensiver Arbeit.

10. Oktober 2005

1981 entwickelte die Society of Automotive Engineers (SAE) einen Konstruktionswettbewerb, der die praxisorientierte Ausbildung junger Ingenieure und die Fähigkeit, in Teamarbeit komplexe Aufgabenstellungen zu lösen, fördern soll. Unterstützung findet die Formula SAE bei den Automobilkonzernen General Motors, Ford und DaimlerChrysler. Ihr Gewinn sind junge Ingenieure, die durch ihre Arbeit an den Rennwägen hervorragende Qualifikationen im Bereich Automobilbau erlangen. Jährlich finden insgesamt drei Wettbewerbe statt: Formula SAE in den USA - der größte Wettbewerb mit 129 Teilnehmern im Jahr 2004, Formula Student in Großbritannien mit 67 Teams und Formula Australasia in Australien. Das student racing team der Hochschule Stralsund konnte 2004 den 20. Platz in der Formula SAE sowie den 1. Platz in der Gesamtwertung Class1 (200 series) in der Formula Student erringen. Im Juli dieses Jahres haben die jungen Rennfahrer in Birmingham als erstes deutsches Team die Ziellinie passiert.

Fachübergreifend gebaut

Ein fachbereichübergreifendes Team von Studenten baut ein Jahr lang neben dem Studium in seiner Freizeit an dem Fahrzeug. Die Studenten der Betriebswirtschaft kümmern sich um Sponsorenbeschaffung und -betreuung, Pressetätigkeit, Buchführung, Vorbereitung der Präsentation und Kostenkalkulation während des Wettkampfes. Konstruktion, Berechnung und Auslegung von Einzelkomponenten, Fertigung sowie Fertigungsüberwachung, Materialbeschaffung, Messtechnik und das Testprogramm verantworten die Studenten der technischen Fachbereiche. Weiterhin haben die Techniker die Aufgabe, den Design-Report, zu erstellen und zu präsentieren.

»Zunächst ist der Hauptgrund für die Beteiligung der Studenten immer die Begeisterung am Rennsport. Erst später verstehen sie die komplexen Zusammenhänge des Wettbewerbs, in dem betriebswirtschaftliches Denken mit technischer Denkweise in einem abgestimmten Paket kombiniert und schließlich an den Projekten anderer Hochschulen gemessen wird«, resümiert Ulf Steinfurth, technischer Angestellter im Lehrgebiet Fahrzeugtechnik an der FH Stralsund und teambetreuender Ingenieur.Für diesen Wettbewerb wird angenommen, dass ein Unternehmen Rennwägen für die Zielgruppe des nicht professionellen ›Wochenend-Rennfahrers‹ herstellt. Der Prototyp dieses Rennwagens darf maximal 30.000 US-Dollar kosten. Für die Teilnahme am Wettbewerb muss das Team eine komplette Produktionsplanung nachweisen, mit der ein gedachtes Unternehmen vier Rennwägen am Tag wirtschaftlich erstellen könnte. Bei der Konstruktion stehen Bremsleistung, Beschleunigung und Fahreigenschaften im Vordergrund. Der Rennwagen soll kostengünstig und einfach zu reparieren sein und eine hohe Zuverlässigkeit besitzen.Der Wettbewerb gliedert sich in zwei Teilwettbewerbe: Die statischen Events umfassen Design-Report (Konstruktionsbewertung), Präsentation und Kostenbericht (Kostenkalkulation und Fabrikplanung). Die dynamischen Events bestehen aus Sicherheitskontrolle, Bremsenkontrolle, Lautstärketest und Beschleunigung auf 75 m. Weiter zählen dazu der SkidPad, eine Strecke in Form einer 8, um die Fahrwerkseigenschaften widerzuspiegeln, sowie der Autocross, bei dem eine Rennstrecke mit Start aus dem Stand abgefahren wird und die erreichte Zeit gleichzeitig für die Startposition im Hauptrennen qualifiziert. Abgerundet werden die dynamischen Events durch Endurance, das Hauptrennen über 22 Meilen. Nach der Hälfte der Distanz ist ein Fahrerwechsel vorzunehmen, ohne am Fahrzeug etwas zu verändern oder das Fahrzeug aufzutanken, da ein Kraftstoffverbrauchswettbewerb integriert ist.

Der Konstruktionsprozess

Mit der Fertigstellung eines Wagens beginnt automatisch die gedankliche Auseinandersetzung mit dem folgenden Modell. Die Bauphase von der ersten Zeichnung bis zum fertigen Auto umfasst ein ganzes Jahr intensiver Arbeit. »Es wurde von Anfang an mit SolidWorks konstruiert. Der TY2000, unser erster Rennwagen, der heute als Dauerleihgabe im Technischen Landesmuseum in Schwerin steht, und auch alle Nachfolgemodelle sind ausschließlich in SolidWorks entstanden«, so Frank Seewald, Teammitglied und Gewinner des SolidWorks’ 3D Design & Analysis Award for race car designs der Formula Student Competition 2004. SolidWorks ist seit 1999 in den Fachbereichen Maschinenbau und Elektrotechnik der Fachhochschule Stralsund - derzeit im Umfang von 30 Lizenzen - im Einsatz. Betreut wird die FH vom SolidWorks-Partner DPS Softwarelösungen für Entwicklung und Fertigung GmbH. Die Gründe für diese Entscheidung lagen in der einfachen Bedienbarkeit des 3D-CAD-Programms - mit ein Grund, warum sich SolidWorks bestens als Konstruktionssoftware zur Ausbildung von Ingenieuren eignet. Nach Abschluss der Konstruktion in 3D geht es an die Fertigung. Die Studenten fertigen die Teile entweder selbst in der Werkstatt oder vergeben Fertigungsaufträge an Partner und Sponsoren in der Industrie. »Hier ist es besonders wichtig, zu anderen Systemen, die in der Industrie zur Anwendung kommen, kompatibel zu sein, was SolidWorks sehr gut durch die Import- und Exportmöglichkeiten sowohl auf zwei- wie auch auf dreidimensionaler Basis leistet«, so Frank Seewald.

Als Beispiel für die Vernetzung zwischen dem 3D-Modell und dem fertigen Produkt nennt Seewald den Rahmen: »Die Konstruktion baut auf mehreren voneinander abhängigen 3D-Skizzen auf. Dadurch konnten wir sehr schnell und einfach Änderungen durchführen. Wir haben uns im Vorfeld genau überlegt, wie wir den Rahmen für unsere Zwecke optimal konstruieren. Wir haben uns dann für einen Aufbau mit den drei Teilen Front­rahmen, Sicherheitszelle und Heckrahmen entschieden, aus denen die einzelnen Rohre abgespalten wurden. Diese wurden als abgewickelte Zeichnung an einen Partner in der Industrie übergeben, der die Rohre mittels Laser passgenau fertigte. So brauchten wir die Rahmenrohre nur noch wie ein Puzzle zusammenzusetzen.«

Mithilfe ausgiebiger Tests auf verschiedenen Prüfständen, der Teststrecke sowie auf der Rennstrecke selbst werden ständig Verbesserungen ausprobiert und erprobt. Zeitgleich werden die Änderungen ins 3D-Modell übernommen, um auch dort auf einem aktuellen Stand zu sein. »Wir nutzen die Möglichkeit der Spannungsanalyse mittels COSMOSworks. Zum einen spielt der Faktor Zeit bei uns eine große Rolle, so dass es für uns sehr wichtig ist, stets ein aktuelles und detailgetreues 3D-Modell zu haben. Zum anderen herrscht bei der Konstruktion starker Kostendruck. Jedes Zukaufteil und jedes gefertigte Teil geht mit in die Kostenrechnung ein. Folglich ist jede Maschinenstunde und jeder Bearbeitungsschritt für die Fertigung eines Einzelteils vorher genau zu überdenken. Der Einsatz genormter Standardbauteile ist angestrebt. Zudem gilt es, die Leichtbauweise konsequent durchzusetzen, denn nur ein leichter Rennwagen ist ein schneller Rennwagen«, so Frank Seewald.

Neue Herausforderungen für TY2005

Der TY 2005 wurde am 16. Dezember 2004 der Öffentlichkeit präsentiert. Seitdem sind einige Veränderungen in die laufende Konstruktion mit eingeflossen. Die Abstimmungsarbeiten auf dem Motorenprüfstand wurden mit einem verbesserten Ansaugsystem durchgeführt. Es konnte eine Spitzenleistung von 82 PS bei 12.000 min-1 erreicht werden. Sobald die letzten Verbesserungen in Antrieb, Fahrwerk und Bremsanlage vorgenommen sind und das Wetter es zulässt, wird auf einer Teststrecke am Ostsee-Flughafen Barth getestet.

»Der erste Wettkampf, an dem wir teilgenommen haben war der Formula Student in Birmingham. Es folgen mehrere kleinere Ausscheidungen in Europa und das Rennen in den USA im Mai 2006. Wahrscheinlich wird das dann auch das Abschiedsrennen des TY2005 sein. Der Wagen für die nächste Staffel steht dann schon in den Startlöchern.

Frauke Stautner

Erschienen in Ausgabe: 07/2005