Die Formula Student ist ein internationaler Konstruktionswettbewerb, bei dem mittlerweile rund 480 studentische Teams aus weltweit 40 Ländern einen einsitzigen Formelwagen entwickeln, fertigen und fahren. Seit 2005 beteiligt sich auch das Racetech Racing Team von der TU Bergakademie Freiberg an diesem Wettbewerb. In der Saison 2011/2012 entstand der 6. Rennwagen (RTo6), der im Gegensatz zu seinen Vorgängern mittels zweier Elektromotoren angetrieben wird.
Autor: Johannes Jachning, Alumnus, Racetech Racing Team TU Bergakademie Freiberg e.V., Freiberg
Leichtbau ist im Formelsport ein wichtiges Konstruktionskonzept, lässt alleine einen Rennwagen aber noch nicht erfolgreich sein. Auch Zuverlässigkeit, Handling, optimale Kraftübertragung und viele weitere Punkte spielen in der Entwicklung eine entscheidende Rolle. Um diese sich teilweise widersprechenden Anforderungen erfüllen zu können, bietet es sich an, mit Hilfe computergestützter Optimierung neue organische, der Belastung angepasste, Konstruktionen zu entwickeln. Der Einsatz moderner Simulationssoftware ermöglicht kurze Entwicklungszeiten unter vier Monaten für einen zuverlässigen und leistungsstarken Rennwagen der Formula Student. Die Umsetzung der numerischen Simulation erfolgt mit Hilfe von Hyperworks von der Firma Altair Engineering GmbH.
Entwicklungsprozess Radträger
Am Beispiel des Radträgers soll im Folgenden das Potential von Topologieoptimierungen dargestellt werden. Für das Berechnungsmodell ist die Definition von Belastungen und Krafteinleitungspunkten erforderlich. Anhand von Messungen und Berechnungen am Vorgängerfahrzeug lassen sich insgesamt acht Lastfälle für die Auslegung definieren. Die Krafteinleitung erfolgt über den dynamischen Halbmesser. Ausgangspunkt für die Topologieoptimierung ist ein Bauraummodell, das den maximal zur Verfügung stehenden Platz für den Radträger festlegt.
Innerhalb dieses Bauraums soll die Geometrie des neuen Radträgers numerisch bestimmt werden. Durch die Trennung von Design und NonDesign Space können die Lagersitze und die Anbindungsflächen der Querlenker und des Bremssattels von der Optimierung ausgeschlossen werden. Eine Veränderung des NonDesign Spaces während der Simulation ist dabei nicht zulässig. Damit wird garantiert, dass durch die Radträgergeometrie die Fahrwerkskinematik nicht beeinflusst wird.
Mit Hilfe dieses Modells wird zunächst die Position des Bremssattels bestimmt. Dazu wird diese in verschiedenen Modellen variiert und je eine Topologieoptimierung durchgeführt. Gesucht ist hier die Variante, die die höchste Steifigkeit bei einem maximal zulässigen Gewicht ermöglicht. Dabei stellte sich ein radial, in Fahrtrichtung hinter dem Radträger, befestigter Bremssattel als die beste Alternative heraus. Für diese Konfiguration wird dann eine weitere Topologieoptimierung durchgeführt. In dieser werden zusätzlich zu den konstruktiven Randbedingungen sogenannte Fertigungsrandbedingungen berücksichtigt. Solche Fertigungsrandbedingungen können z.B. Symmetrien, Auszugsrichtungen, minimale und maximale Wandstärken oder wiederkehrende Strukturen sein. Für die geplante gusstechnische Herstellung des Radträgers werden an dieser Stelle minimale und maximale Wandstärken definiert und ein Zielgewicht von 500 g vorgegeben. Als Material kommt dabei Magnesium zum Einsatz.
Racetech Racing Team TU Bergakademie Freiberg, Tel.: 0173 6121034, E-Mail: johannes.jachning@racetech.tu-freiberg.de
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