80.000 Arbeitsstunden von 80 Studierenden aus 23 Studiengängen haben sich ausgezahlt. „Carmen“ heißt der Elektro-Rennwagen, den die stolzen Studierenden der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) entwickelt und selbst gebaut haben – das alles freiwillig und neben den eigentlichen Studieninhalten.
Neun Monate lang hat das Team mit Unterstützung unterschiedlicher Sponsoren fast rund um die Uhr an Carmen gearbeitet. Das Ziel: die Teilnahme am internationalen studentischen Konstruktionswettbewerb Formula Student. Inhalt dieses Wettbewerbs ist es, in Teamarbeit einen einsitzigen Formelrennwagen zu konstruieren und fertigen. Jedes Jahr treffen sich die Studierenden am Hockenheimring, um ihre eigenhändig konstruierten Rennwagen miteinander zu vergleichen.
Der Anspruch der Formula Student ist die Ergänzung des Studiums um praktische Erfahrungen mit Inhalten aus Konstruktion und Fertigung sowie wirtschaftlichen Aspekten des Automobilbaus. Die Studierenden nehmen an, eine Produktionsfirma habe sie engagiert, einen Prototyp zur Evaluation herzustellen. Zur Ermittlung des Gewinnerteams bewertet eine Jury aus Experten der Motorsport-, Automobil- und Zulieferindustrie in den unterschiedlichen Disziplinen sowohl die Konstruktion als auch den Kosten- und Businessplan jedes Teams. Zusätzlich werden auf der Rennstrecke in verschiedenen dynamischen Disziplinen die Fahreigenschaften der Rennwagen getestet.
Bereits zwei Monate nach Projektstart – im Oktober 2018 – lagen erste Entwürfe vor. Im Fokus stand die möglichst schlanke und leichte Konzeption des Rennwagens. Die Idee dahinter: Weniger Masse gleich höhere Dynamik. Als Grundgerüst dient ein leichter Gitterrohrrahmen aus Stahl, gelenkt wird aus einem abgesenkten Cockpit und über ein Lenkrad, welches direkt aus dem 3D-Drucker stammt. Weitere Kleinteile, etwa Radträger oder Teile des Akkucontainers, wurden ebenfalls additiv gefertigt. Der Vorteil: Die Radträger sorgen für weniger ungefederte Masse, wodurch sich mehr Kraft auf die Straße übertragen lässt. Zwei Motoren im Heck und ein Akku mit einer Maximalspannung von 450 Volt treiben Carmen an. Den Fahrer schützen ein Sicherheitsrahmen mit Überrollbügeln, ein 6-Punkt-Gurt sowie eine Crashbox in der Front. Die Außenhaut besteht aus aerodynamischen Bauteilen aus Vollcarbon, im Unterboden befinden sich Aramidwaben, die auch in der Raumfahrt benutzt werden.
Zusammenarbeit mit der Harmonic Drive AG
„Als ich die Anfrage des Teams erhielt, war für uns sofort klar, dass wir die Studierenden unterstützen und ihnen so einen Praxisbezug ermöglichen möchten. Nach einigen Gesprächen zu den Anforderungen an unsere Getriebe war schnell klar, dass eine Sonderentwicklung zur Erfüllung aller Anforderungen benötigt wird. Somit haben unsere Auszubildenden in der Ausbildungswerkstatt die Fertigung des Sonderantriebes übernommen. Um einen möglichst leichtbauoptimierten Antrieb zu ermöglichen, haben sie ein Planetengetriebe der Baureihe HPG mit einem Alu-Gehäuse versehen. Um eine optimale Verbindung zwischen Motor und Getriebe zu realisieren, wurde weiterhin die Welle-Nabe-Verbindung nachgearbeitet“, so Marcel Heins, Mitarbeiter im technischen Support bei der Harmonic Drive AG.
Stephan Groß, Entwicklungsingenieur im Bereich Antriebsstrang/Powertrain im Projekt CURE: „Bei unseren zwei Getrieben handelt es sich um Planetengetriebe der Baureihe HPG der Harmonic Drive AG. Diese sind Umlaufrädergetriebe (Planetengetriebe) mit der Übersetzung i=5. Das Übersetzungsverhältnis wurde anhand von Fahrdynamikberechnungen auf optimale Beschleunigung ausgelegt. Das Getriebe ermöglicht mit seinem hohen wiederholbaren Spitzendrehmoment die Übertragung der Antriebsleistung der Motoren. Mit einem Gewicht von circa 4 kg / Stück tragen die Getriebe zum Leichtbau bei. Für ein Planetengetriebe haben wir uns entschieden, um eine optimale Bauraumausnutzung durch koaxiale An- und Abtriebswelle zu realisieren, auch wenn einstufige Stirnradgetriebe bzgl. Trägheitsmoment und Wirkungsgrad Vorteile bieten können. Durch die Verwendung eines Zukaufteils anstelle einer Einzelanfertigung haben wir mehrere tausend Euro einsparen können. Ein besonderer Dank gilt an dieser Stelle der Harmonic Drive AG, die uns kompetent bei der Auswahl unterstützt hat und ihre prognostizierte Lieferzeit wesentlich unterschreiten konnte.“
Anforderungen des Marktes an Getriebe, die – wie auch Harmonic Drive® Getriebe – hohe Drehzahlen beziehungsweise niedrige Untersetzungen unterstützen, schließen oftmals höchste Präzision ein. Harmonic Planetengetriebe werden diesem Anspruch gerecht. Aufgrund ihrer integrierten Motoranbindung mit Klemmelement und Motorflansch stellen sie die ideale Lösung in Kombination mit Servomotoren dar. Planetengetriebe der Baureihen HPGP und HPG-R bieten hohe Genauigkeit und geringes Spiel (Standard 3 arcmin; optional 1 arcmin) bei höchster Flexibilität.
