Studierende der Hochschule Karlsruhe entwickeln Rennwagen mit Hybridantrieb

Präsentation des selbst gebauten Fahrzeugs mit zahlreichen technischen
Neuerungen, mit dem das Team an Konstruktionswettbewerben auf dem
Hockenheimring, in Österreich und in Ungarn teilnimmt

Auch in diesem Jahr haben sich wieder ca. 80 Studierende der Hochschule
Karlsruhe (Die HKA) zusammengefunden, um einen einsitzigen Formelrennwagen
zu konstruieren und an­schließend selbst zu fertigen. Sie kommen aus den
Studiengängen Fahrzeugtechnologie, Maschinenbau, Mechatronik, Elektro- und
Informationstechnik sowie Wirtschaftsingenieurwesen, Informatik und
Medieninformatik und hatten ein großes gemeinsames Ziel: den Bau eines
eigenen Rennwagens für die diesjährige Teilnahme am internationalen
studentischen Konstruktionswett­bewerb Formula Student. Nach einer
erfolgreichen letzten Saison mit zwei Gesamtsiegen auf dem Hockenheimring
und in Ungarn wollen die Studierenden auch in diesem Jahr an diese Erfolge
anknüpfen.

Nach neun Monaten Entwicklung, Konstruktion und Fertigung haben die
Studierenden nun mit dem Rollout am Freitag, 23. Juni 2023, ein weiteres
großes Etappenziel erreicht und konnten das Resultat ihres Projekts mit
dem neuen Rennwagen „F-117“ erstmals der Öffentlichkeit präsentieren.

Die Hauptaufgabe der internationalen Konstruktionswettbewerbe der Formula
Student besteht darin, einen Rennwagen herzustellen, der für eine
Produktion in Kleinserie geeignet wäre. Geschwindigkeit ist nur ein
Aspekt, bewertet wird das Gesamtkonzept, zu dem auch die Beschleunigungs-
und Bremsleistung sowie Konstruktion, Gewicht und die kalkulierten
Produktionskosten zählen. Um also einen schnellen, wendigen, sicheren,
sparsamen und zuverlässigen sowie kostengünstigen Rennwagen zu entwickeln,
ist für die Studierenden eine genaue Projektplanung und Koordination samt
Marketingstrategie, Business Plan und Cost Report notwendig. Gefragt sind
demnach viele ingenieurspezifische Fähigkeiten wie auch umfangreiche
Wirtschafts- und Marketingkompetenzen. Das Konzept hinter diesem
Wettbewerb ist es, den Studierenden eine attraktive Möglichkeit zu bieten,
das im Studium angeeignete Wissen in die Praxis umzusetzen.

In der diesjährigen Saison gibt es eine grundlegende Änderung hinsichtlich
der Antriebsart: Der F-117 wird mittels eines Hybridsystems angetrieben.
Konkret wird die bisher antriebslose Vorderachse durch zwei Elektromotoren
beschleunigt. Eine zusätzliche Batterie, mit einem Energiegehalt von 500
Wh, versorgt diese mit ausreichend Leistung. Um die Langstrecken-Disziplin
über 22 km erfolgreich abschließen zu können, wird über die beiden 10 kW-
Motoren die Batterie wieder geladen (rekuperiert). Die Kraft der Motoren
wird über ein zweistufiges Planetengetriebe mit einem
Übersetzungsverhältnis von 1:17.7 auf die Räder übertragen.

Auch dieses Jahr hat es das Team geschafft, die Karosserie aus Kohlefasern
(CFK) weiter zu optimieren. Durch einen neuen Lagenaufbau konnte das
Gewicht des Monocoques reduziert werden, während gleichzeitig die
Steifigkeit weiter verbessert werden konnte. Um die Strömungsverhältnisse
am Fahrzeug zu optimieren, wurden viele weitere zeitintensive
rechnergestützte Simulationen durchgeführt, die – im Vergleich zum
Vorjahresfahrzeug – zu einem aufwendigeren Aeropaket führen. Dazu gehören
Sidepods, Wish Bone Cover sowie eine überarbeitete Anbindung an den
Heckflügel. Durch das verbesserte Aerodynamic-Paket kann mehr Anpressdruck
erzeugt und dadurch die Kurvengeschwindigkeit erhöht werden.

Aufgrund der aerodynamischen Veränderungen wurde der Auspuff an das Heck
des Fahrzeuges verlegt. In diesem Zug wanderten die Kühler in die
Sidepods. Des Weiteren wurde das Gaspedal überarbeitet. Ein neuer
Gangsensor ermöglicht nun präziseres Schalten.

Neben dem Hybridsystem gibt es weitere Neuerungen in der Elektronik. Ein
neuer Datenlogger zeichnet effizient die Mess- und Fahrzeugdaten auf.
Mittels Telemetrie werden diese in Echtzeit an den Applikationsrechner
übertragen. Zudem ermöglicht dies eine kabellose Übertragung neuer
Applikationen an das Fahrzeug und dessen Pilotin bzw. Piloten.

Wie in jedem modernen Entwicklung- und Produktionsprozess wird das
komplette Fahrzeug mithilfe von CAD-Systemen (Computer Aided Design) als
Modell im Rechner erzeugt. So entstehen nicht nur die benötigten
Fertigungsdaten, sondern auch die Simulation und Berechnung der
verschiedenen Bauteile und Funktionen wird möglich. Im Anschluss werden
die Bauteile individuell hergestellt und teilweise bis zur
Belastungsgrenze getestet.

In kaum einem anderen Projekt können in Vorlesungen und Übungen erworbene
Grundlagen durch ihre Anwendung und Vertiefung so umfassend in die Praxis
umgesetzt werden, wie in diesem Formula-Student-Projekt. Alle nötigen
Schritte werden dabei von den Studierenden selbst organisiert bis hin zur
hochkomplexen Fertigung der Einzelteile. Unterstützt werden sie dabei
durch viele Sponsoren und vom hochschuleigenen Institute of Materials and
Processes, an dem ein großer Teil der benötigten Komponenten selbst
hergestellt wird.

Nach dem Rollout des „F-117“ beginnt für die Studierenden die kurze
Testphase, um den Boliden für die Wettbewerbe der Formula Student „fit“ zu
machen. Ende Juli – also kurz nach dem Ende der Prüfungen, die die am
Projekt beteiligten Studierenden noch ablegen müssen, geht es dann für sie
auch „gleich richtig los“ mit dem ersten Wettbewerbsevent im
österreichischen Spielberg. Und nur kurze Zeit später folgen für das Team
die Wettbwerbe auf dem Hungaroring bei Mogyoró in Ungarn und auf dem
Hockenheimring.

„Der jedes Jahr weiterentwickelte Rennwagen der Studierenden ist für uns
immer wieder aufs Neue ein beeindruckender Beleg für die Kombination von
Fachwissen und ausgeprägtem Praxisbezug unserer Lehre und auch dafür, wie
gut es unsere Studierenden schaffen, ein solch umfangreiches Projekt zu
planen und umzusetzen“, betont Prof. Dr. Frank Artinger, Rektor der
Hochschule Karlsruhe.