Kaiserslautern Racing Team e.v.

Kaiserslautern Racing Team e.v. N e w s l e t t e r

Kaiserslautern Racing Team e.v. 2 Sehr geehrte Sponsoren, Unterstützer und Freunde, zum Ende der Konstruktionsphase unseres nächsten Formula Student-Rennwagens möchten wir Ihnen in diesem Newsletter einen Überblick über die Resultate der vergangenen zwei Monate geben. Bei unseren beiden großen Entwicklungszielen der Bereitstellung von einem Umrichtersystem, das unsere Motoren an ihrer Leistungsgrenze betreiben kann und der Integration der Akkumulatoren in das Monocoque sind uns erfolgversprechende Lösungen gelungen, von denen die Gruppenleiter aus Leistungselektronik und Chassis berichten werden. Neuentwicklungen im Fahrwerk und beim Akkumulator sorgen dafür, dass unser kommender Electronyte e16 mehr Metallsubstitutionen haben wird als alle Vorgänger. Für die gemeinsamen Unternehmungen mit einigen unserer Hauptsponsoren, die in der letzten Zeit stattfanden, möchten wir uns nochmals herzlich bedanken. Hervorzuheben sind dabei der Besuch beim Opel-Werk in Kaiserslautern, die informationsreichen Veranstaltungen der BASF in Ludwigshafen und die Teambuildingworkshops der Brunel GmbH und der ZF. Beide leisteten einen wertvollen Beitrag zum KaRaT-Teamgeist. Anfang November haben wir mit dem Electronyte e15 eine Demonstrationsfahrt auf unserem Campus veranstaltet, um neue Studierende für unser Projekt zu gewinnen. Der SWR hat dabei Aufnahmen gemacht, die im Rahmen der Nachrichtensendung Landesschau aktuell ausgestrahlt wurden. Der Beitrag ist noch über die Mediathek des SWR unter dem Titel Studenten entwickeln Rennauto abrufbar. Mit den besten Wünschen für eine frohe Weihnachtszeit, ihr Kaiserslautern Racing Team e.v.

Kaiserslautern Racing Team e.v. 3 Auch in dieser Saison bilden die Chassis- und Aerodynamikmitglieder eine gemeinsame Gruppe. Dies ist unter anderem bedingt durch die Ähnlichkeiten im Fertigungsablauf - jedoch lassen sich so vor allem die anstehenden Aufgaben besser verteilen: Die einzelnen Mitglieder werden zuerst die Bauteile vom Chassis konstruieren, damit das Fahrzeug frühzeitig montiert und getestet werden kann. Anschließend werden erst die aerodynamischen Bauteile in Angriff genommen. Durch dieses Prinzip erhoffen wir uns insgesamt eine schnellere Fertigstellung der Chassiskonstruktionen. Da die Fertigung des Monocoques in der Regel 2 bis 3 Monate dauert, sind die Personalressourcen so besser aufgeteilt. Unsere Gruppe übernimmt einen Großteil der Bauteilkonstruktionen vom letzten Jahr und verändert diese nur leicht. Daher waren Kopfstütze, Nase und Crashstruktur sofort in die neue Konstruktion eingepflegt und auch die Überrollbügel wurden nur hinsichtlich der Fertigung optimiert. Die größte Herausforderung ist die Integration des Akkus in das Monocoque neben den Fahrer. Dieses Konzept zwingt uns zu einer etwas schwierigeren Herstellung der Firewall (Schutz des Fahrers vor Feuer und Stromschlägen). Jedoch überwiegen die Gewichtsvorteile gegenüber außenliegenden Akkukästen erheblich. Wir erhoffen uns so eine Reduktion um circa 8kg durch den Wegfall der Akkukästen! Damit das Monocoque so steif wie möglich und trotzdem leicht wird, hat unsere Gruppe am Institut für Verbundwerkstoffe mehrere Kernmaterialien für die Sandwichkonstruktionen untersucht. An dieser Stelle noch ein Dankeschön an die Firma Schütz und Euro-Composites für die Bereitstellung von Mustermaterial! Im Moment werden die Proben noch ausgewertet. Sobald das geschehen ist, werden wir den passenden Kern bestellen, der eine Dicke von meist 20mm haben wird. Am Boden sowie dem Heck werden aus Gründen des Packagings eine Dicke von 10mm verwendet. Eine Kerndicke von 10mm im Boden hilft zudem, den Fahrer tiefer zu setzen und somit auch, den Schwerpunkt zu senken. Dafür verwenden wir einen Kern mit höherer Dichte, der zwar das Gewicht leicht erhöht, aber wiederum auch den Schwerpunkt senkt. Neben dem Monocoque und den Materialversuchen, sind auch die neuen Anbindungen des Gurtes in Arbeit. Der Gurt wird in diesem Jahr wieder von Schroth gesponsert, worüber wir uns sehr freuen. Auch andere Firmen haben uns ihre Unterstützung zugesagt. Wir bekommen unser Carbonfasergewebe wieder über die Kooperation Toho Tenax, C. Cramer & Co. Industrial Fabrics. DeltaPreg imprägniert uns das Gewebe und unsere UD-Prepregs beziehen wir wieder von der SGL Group. Die Epoxidblöcke bestellen wir bei der Rampf-Gruppe. Unsere Formen werden erneut von Team Zimmermann gefräst. Um die Bauteile nachher zu entformen, bekommen wir wieder von Chem-Trend die Füll- und Trennmittel geschenkt. Wir freuen uns auch über die Nitrilhandschuhe und die Feinwaage, die uns VWR International zur Verfügung gestellt hat.

Kaiserslautern Racing Team e.v. 4 Wie in anderen Gruppen stand auch im Fahrwerk die Weiterentwicklung der bestehenden Konstruktion aus dem Vorjahr im Vordergrund. Nach intensiven Tests des Fahrzeuges und einzelner Komponenten kamen wir zu dem Schluss, die Hinterachskinematik zu überarbeiten. Mit dem Ziel, eine höhere Steifigkeit der Komponenten und höher Stabilität des Fahrzeuges zu erreichen, wurde der Spurhebel vergrößert sowie der Nachlauf variiert. Des Weiteren war nach einer konservativen Saison 2014/15 der Entwicklungsprozess diese Saison wieder aggressiver. So sind die Konstruktionen weiter auf Leichtbau getrimmt bei Anforderungen, die unseren Testergebnissen entsprechen. Zu diesem Zweck bedienen wir uns diese Saison auch neuer Technologien wie dem Laserschmelzverfahren. Dieses Verfahren ermöglicht hohe Materialausnutzungen und optimierte Lastpfade. Um eine hohe Steifigkeit in einer der wichtigsten Komponenten des Fahrzeuges, der Lenkung, zu erzielen, wird daher das diesjährige Lenkgetriebegehäuse als zweiteilige Sinterkonstruktion realisiert. So kann eine optimales Lenkverhalten und eine direkte Rückmeldung für den Fahrer erreicht werden. Großes Leichtbaupotenzial bieten auch die Räder. Diese stellen eine der schwersten Baugruppen im Fahrwerkssystem dar. Daher wird dieses Jahr die Felge als ein Aluminium-CFK-Hybrid realisiert. Diese Bauweise wurde von der Chassis-Gruppe mit Tatkraft unterstützt um die Erfahrungen mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zu nutzen. Eine weitere Neuerung stellt das Konzept des vorderen Stabilisators dar. Auf Grund von Packagingproblemen entschlossen wir uns, von dem alten Konzept Abstand zu nehmen und einen bauraumoptimierten Mechanismus zu nutzen. Nun wird mit Hochdruck daran gearbeitet, die Konstruktionen in Rücksprache mit unseren Fertigungspartnern fertig zu stellen, die Fertigungsanweisungen- und Zeichnungen zu erstellen und so bald wie möglich in Fertigung zu gehen. Dafür werden nun die ersten Zukaufteile sowie Rohmaterialen bestellt. Einen Dank möchte das Team hier an die Firma Gleich Aluminium aussprechen, die uns auch dieses Jahr mit ihren hochfesten Aluminiumlegierungen unterstützt.

Kaiserslautern Racing Team e.v. 5 Im letzten Monat wurden zahlreiche Änderungen am Antriebsstrang durchgeführt, die im Vergleich zur vergangenen Saison zu einer Gewichtsersparnis von voraussichtlich 4 Kilogramm führen werden. Das Getriebegehäuse des e16 wurde im Durchmesser an die Zahnräder angepasst und weiterhin in der Tiefe reduziert, sodass wir bei gleicher Breite des Antriebsstrangs mehr Bauraum zwischen den Gehäusen zur Verfügung haben. Dieser wird in dieser Saison von der Leistungselektronik in Form der HV-Box sinnvoll genutzt und in Form eines Antriebpakets realisiert. Dadurch lassen sich kurze Wege bei der Verkabelung und Kühlung der Komponenten sowie eine schnelle Montage der gesamten Einheit realisieren. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist eine vereinfachte Bauform unserer Firewall, wodurch die Trennung von High und Low Voltage-Komponenten mit geringerem Aufwand umzusetzen ist. Die Antriebswelle wird dieser Saison als Hohlwelle ausgeführt. Dies ermöglicht uns neben einer Gewichtseinsparung von 490g pro Welle weiterhin ein geringeres Trägheitsmoment sowie eine verbesserte Torsionssteifigkeit um das anliegende Moment von 370Nm zu übertragen. Für die neue Saison setzen wir weiterhin auf unsere selbst entwickelten Motoren. Daher bleibt es bei einer Übersetzung des Getriebes von 4,9. Die Zahnräder dazu werden wieder von der Dreh- und Verzahnungstechnik GmbH Leipzig gefertigt und zur Verfügung gestellt. Vielen Dank dafür! Jeder Motor hat eine Leistung von 41KW bei einer Drehzahl von maximal 7500 Umdrehungen pro Minute. Die Wicklungen für den Motor werden wieder von der VSM-Antriebstechnik GmbH gesponsert. Im Vergleich zum Vorjahr haben wir die Komponenten des Motors weiter optimiert, sodass wir das Gewicht pro Motor um etwa 1,3 kg reduzieren konnten. Die Kühlung der Motoren wird dieser Saison ebenfalls neu ausgeführt. So werden die Kühlkanäle des Motors als 3D-Druck- Teil realisiert. Als Vorteil dieser Variante kann neben der Gewichtseinsparung auch eine höhere Korrosionsbeständigkeit überzeugen. Wir freuen uns außerdem, dass uns die Firma Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG für den Electronyte 16 die Achsmanschetten zur Verfügung stellt.

Kaiserslautern Racing Team e.v. 6 Erfreulicherweise konnten wir zur neuen Saison die Abteilung Leistungselektronik zahlenmäßig verstärken. Daher gilt es auch bei uns die motivierten Bewerber an ihre neuen Aufgaben heranzuführen. So wurde z.b. während des Konstruktionswochenendes von unseren Alumni ein Einsteigerkurs für ein E-CAD Programm abgehalten, sowie erste Arbeiten mit dem Lötkolben vollbracht. Um unser Entwicklungsziel die Motoren mit maximal zulässiger Leistung zu betreiben, entschieden wir uns in diesem Jahr zunächst zwei voneinander unabhängige Konzepte zu verfolgen: Die Weiterentwicklung der Leistungselektronik des Electronyte e15 und den Einsatz eines Umrichtersystems von Unitek. Um die beste Variante für unser diesjähriges Auto auswählen zu können, führten wir am Prüfstand der Technischen Universität wöchentlich abwechselnd mit beiden Systemen Tests durch. Dabei gelang es uns bereits mit einem System den Motor unter Volllast stabil zu betreiben. Als nächstes steht die Fertigstellung der Halterung für die Umrichter sowie HV-Komponenten auf dem Plan. Diese Saison möchten wir die Übersichtlichkeit in unserer LV-Box verbessern. Mit einem Steckkartenprinzip werden alle Platinen zu einer Einheit zusammengesteckt wodurch alle Verbindungskabel innerhalb der Box wegfallen werden. Für dieses neue Konzept müssen alle Platinen neu designed werden. Auch dieser Meilenstein liegt bereits in der Vergangenheit. Die Platinen werden nochmals auf Fehler überprüft und dann möglichst zeitnah in die Fertigung geschickt. Wir haben dadurch bereits einen zeitlichen Vorsprung von 2 Monaten im Vergleich zur letzten Saison. Auch beim Thema Sensorik möchten wir es nicht auf dem letzten Stand des Electronyte e15 beruhen lassen. Fehler wurden ausfindig gemacht und werden aktuell behoben. Parallel dazu arbeiten wir stets daran, die Software für neue Sensoren anzupassen und zu verbessern.

Kaiserslautern Racing Team e.v. 7 In dieser Saison hat sich der Akkumulator am Auto deutlich verändert. Zum einem ist er jetzt in das Monocoque integriert, aber auch die Position sowie das Material wurde modifiziert. Durch die Integration ins Monocoque entfallen die zusätzlichen Crashstrukturen am Akkucontainer, was zu einer Gewichtseinsparung am Auto führt. In der Konzeptphase gab es mehrere Ideen bezüglich Auswahl und Positionierung der Akkuzellen. Die Entscheidung fiel schließlich auf Zellen mit einer Kapazität von 22Ah (die des Electronyte e15 haben eine Kapazität von 10Ah). Durch die erhöhte Kapazität werden nur halb so viele Zellen wie im vergangenen Jahr benötigt. Dies spart uns circa 2kg Gewicht ein und erhöht unsere Gesamtkapazität auf etwa 7,8kWh. Die Zellen werden liegend verbaut, um den Schwerpunkt möglichst tief zu halten und so die Fahreigenschaften des Wagens zu verbessern. Um für eine größere Übersicht im Akkucontainer zu sorgen, wird dieses Jahr ein Großteil von einfachen Kabelverbindungen auf einer Platine zusammengelegt. Außerdem gab es den Wunsch, den Akkucontainer, der die Zellen beinhaltet, leichter zu konstruieren. Hierzu wurde nach alternativem Material gesucht, das sowohl die nötige Festigkeit, als auch gute Isolationseigenschaften besitzt und schwer entflammbar ist. Hierbei fiel unsere Wahl auf einen Glasfaserverbundwerkstoff, der auch als Rohmaterial für Platinen dient. Er ist nur etwa ein Viertel so dicht wie Stahl. Als nächstes galt es herauszufinden, mit welcher Plattenstärke wir auf die gleichen Festigkeitswerte kommen wie die eines vorgegebenen Stahlcontainers. Dafür wurde ein, den Formula Student Regeln entsprechender, Scherversuch sowie ein 3-Punkt- Biegeversuch durchgeführt. Die Versuche verliefen positiv und führten auf eine benötigte Plattenstärke von 3 beziehungsweise 4 Millimeter. Was uns zu einer Gewichtseinsparung, im Vergleich zur Stahlkonstruktion, von etwa 15 Prozent verhilft. Somit fiel die Entscheidung für den GFK-Werkstoff nicht schwer. Nun werden wir am CAD-Modell die Feinheiten verbessern, technische Zeichnung erstellen, alle benötigten Teile bestellen und baldmöglichst mit der Fertigung und Montage beginnen.

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