Unser VDI-Team für die FSG 2017 berichtet

Fertigung und Montage eines Rennwagens

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Alle Bauteile sind konstruiert, die Aerodynamik ist simuliert, das Material ist auf dem Weg und die technischen Zeichnungen sind erstellt. Sie kann losgehen, die Fertigungs- und Montagephase bei DART Racing. Unser VDI-Team für die Formula Student Germany berichtet über ihre Vorbereitungen.

Bild: TU Darmstadt Racing TeamFertigung und Montage Rennwagen

Als studentische Hochschulgruppe organisieren und entwickeln wir alles am und um unseren Rennwagen μ2017 in Eigenregie. Lediglich wenn es darum geht, die am Computer entstandenen Konstruktionen umzusetzen, sind wir auf die Zusammenarbeit mit unseren Fertigern angewiesen. Für die Fertigung und Montage arbeiten wir über etwa drei Monate im Schichtbetrieb – je nach Arbeitsschritt 16 bis 24 Stunden täglich mit jeweils drei bis acht Personen.

Schritt 1: Das Fahrgestell laminieren
Höchste Priorität hat die Fertigung des größten und wichtigsten Bauteils: Das Laminieren unseres einteiligen Monocoques. Das Chassis trägt und schützt alle anderen Teile des μ2017. Zusätzlich bestimmt es durch seine Steifigkeit die Fahrdynamik-Eigenschaften.

Beim Laminieren verwenden wir einen „Sandwich“-Lagenaufbau: Ein wenige Zentimeter dicker Aluminiumwaben-Kern trennt eine innere und eine äußere Schicht aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Wie Kern und CFK-Lagen gestaltet werden, hat sich aus einer umfangreichen Struktursimulation ergeben.

Um unseren Rennwagen zu fertigen brauchen wir eine Negativ-Form, aus der wir später das Chassis formen. Zur Herstellung der Negativ-Form des Monocoques wird zunächst ein Positiv benötigt. Dieses fräsen wir aus einem Kunststoffmaterial. Nach vielen Tagen des Schleifens für eine hohe Oberflächengüte des Monocoques kann der zweite Schritt beginnen.

Bild: TU Darmstadt Racing TeamPositiv Modell MonoqueSchritt 2: Der Formenbau des Negativs
Zunächst laminieren wir auf das Positiv CFK-Lagen aus Trockengewebe. Die Lagen müssen mit Harz unter Vakuum getränkt werden. Im Gegensatz zum Modell für die Negativ-Form bestehen die CFK-Lagen des eigentlichen Monocoques aus Prepreg-Gewebe (preimpregnated fibers), in dem schon Harz eingearbeitet ist. Dadurch erreichen wir eine gleichmäßige Verteilung des Harzes und ein geringes Gewicht. Sobald der Formenbau abgeschlossen ist, kommen wir zum Höhepunkt, dem Legen der CFK-Lagen des Monocoques.

Schritt 3: CFK-Lagen legen
Eine Herausforderung dabei ist, einen Überblick über die zahlreichen Lagen zu behalten und immer wieder Teammitglieder ohne Erfahrung mit CFK an das präzise und schnelle Laminieren heranzuführen. Nachdem die äußere CFK-Schicht fertiggestellt ist, wird diese durch ein Vakuum angepresst und schließlich in einem Autoklav unter hohem Druck und hoher Temperatur ausgehärtet.

Danach wird der Aluminiumwaben-Kern gelegt. Er verleiht den CFK-Lagen des Monocoques zusätzliche Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. An den Verschraubungspunkten schneiden wir die Waben aus und legen stabilere Inserts zur Erhöhung der Belastbarkeit an diese Stellen ein. Nach einem weiteren Autoklav-Gang wird die Innenlage an den Aluminiumwaben-Kern gelegt und schließlich ein drittes Mal ausgebacken. Unser Monocoque ist nun fertiggestellt und bereit zur Montage.Bild: TU Darmstadt Racing TeamMonoque Lagen

Fräsen, Drehen, Schneiden
Parallel zur Fertigung des Monocoques werden andere Teile für den μ2017 und den μ-D-2017 gefräst, gedreht, wassergestrahlt, lasergeschnitten, lasergeschmolzen und erodiert. In diesem Jahr hatten ausgewählte Mitglieder die Chance, bei einem unserer Partner an einer CNC-Fräsmaschine ausgebildet zu werden. Diese Maschinen können Werkstücke auch bei komplexen Formen mit höchster Genauigkeit automatisch herstellen. Neben der spannenden Aufgabe, ein CAD-Modell (computer-aided design) zu verwirklichen, werden auf diese Weise weitere Erfahrungen in das Team getragen, von denen zukünftige Mitglieder profitieren können. Aus interessanten Diskussionen über die Fertigung von Bauteilen, sowie die Optimierungen zu unseren Konstruktionen nehmen wir wichtiges Wissen mit, welches uns den Rest unserer beruflichen Laufbahn begleiten wird.

Next Steps: Reifen und Motor
Als eines von wenigen Teams in der Formula Student sind wir in der Lage, unsere Reifen selbst zu entwickeln. Hierbei entsteht in Kooperation mit einem unserer Partner ein einzigartiges Produkt, was genau auf unsere Bedürfnisse ausgelegt ist. Genauso einzigartig ist auch die Fertigung der Reifen, bei der wir vom ersten Schritt bis zur Sichtkontrolle mitwirken konnten. Um ein intelligentes Konzept zur Kühlung der Motoren zu realisieren, haben wir dieses Jahr den Weg des selektiven Laserschmelzens verfolgt. Hierbei wird metallisches Pulver Schicht für Schicht dort aufgeschmolzen, wo es sich zu einem Bauteil verbinden soll. Auf diese Weise eröffnen sich in der Konstruktion völlig neue Möglichkeiten. So konnten wir die Kühlkanäle in unser Motorgehäuse integrieren. Durch ein solch innovatives Fertigungsverfahren sind wir in der Lage, einen weiteren Schritt in Sachen Leichtbau zu gehen und gleichzeitig die Funktionalität und Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Die Fertigungsphase ist jedoch nicht nur für uns eine Möglichkeit, Neues zu lernen. Durch unser Projekt und unser Bestreben immer leichter und schneller zu werden, bieten wir unseren Partnern eine Plattform, auf der sie in Zusammenarbeit mit motivierten Nachwuchsingenieuren innovative Fertigungsverfahren anwenden können.

Während die letzten Lagen des Monocoques gelegt werden, beginnt die Vormontage der Baugruppen, damit diese schnellstmöglich im Monocoque montiert werden können. Sobald die letzte Schraube fest sitzt werden wir mit dem Testen starten, um den μ2017 und unser autonomes Fahrzeug, den μ-D-2017, auf die Formula Student Germany und den neuen Wettbewerb Formula Student Driverless vorzubereiten.

Bild: TU Darmstadt Racing TeamMaximilian SchallerAutor: Maximilian Schaller
Aufgaben im DART-Team: Monocoque FEM, Zuschnitte
Studiert: Maschinenbau

 

 


Bis zum diesjährigen FSG-Event, das vom 8. bis 13. August in Hockenheim stattfindet, zeigen wir Euch hier im Blog und auf den VDI-Social-Media-Kanälen in Video- und Textbeiträgen den Weg der Vorbereitung unseres VDI-Teams. Hier gibt es alles zur FSG und zum DART Racing Team.

Kommentare & Pingbacks

Ein Gedanke zu “Fertigung und Montage eines Rennwagens

  1. Projekte wie dieses finde ich einfach grossartig. Einen eigenen Rennwagen zu bauen erfordert viel Geschick und Durchhaltevermögen. Die Einführung in das CNC Fräsen ist vorallem sehr hilfreich.

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