Hochleistungskomponenten für Formula-Student-Rennwagen

Die Formula Student ist der größte internationale Ingenieurswettbewerb für Studierende. In diesem Wettbewerb konstruieren und fertigen die Studierenden in Teamarbeit einen einsitzigen Formelrennwagen, mit welchem auf Rennstrecken in der ganzen Welt an Events teilgenommen werden kann. In Deutschland fand der diesjährige Wettbewerb auf dem Hockenheimring statt.

Die Formula Student bietet drei Klassen – Verbrenner, Elektrisch und autonom-fahrend. Im Jahr 2024 haben sich mehr als 80 Teams angemeldet. Sie werden von einer Jury aus Experten der Motorsport-, Automobil- und Zulieferindustrie in unterschiedlichen Disziplinen bewertet.

Dabei geht es nicht nur um Rennzeiten und die Leistungsfähigkeit der Boliden, sondern um den ganzheitlichen Blick auf die Anforderungen in der Fahrzeugindustrie. So müssen die Teams unter anderem das konstruktive Design, eine Kostenanalyse sowie einen Vermarktungsplan vorstellen. Die Fahreigenschaften der Rennwagen wird in unterschiedlichen Disziplinen getestet, von Beschleunigungstest bis zum autonomen Bewältigen einer Rennstrecke.

Extrem schnelle DaisiE

Das Team Elbflorace der TU Dresden ist seit 18 Jahren Teil des Wettbewerbs. Im vergangenen Jahr konnte das Team neun Podiumsplätze bei unterschiedlichen Events für sich verbuchen. 2024 geht Elbflorace mit dem elektrischen Fahrzeug DaisiE an den Start. Es liefert eine Leistung von 4x35 Kilowatt bei einem Gewicht von lediglich 185 Kilogramm. Damit kommt es auf eine Beschleunigung von 0-100 km/h in unter 2,4 Sekunden. Am Fahrzeug arbeitet ein fast 70-köpfiges Team aus Ingenieuren aus unterschiedlichsten Fachrichtungen: von Maschinenbau-Studierenden, Elektrotechnikern bis zu Wirtschaftswissenschaftlern und Informatikern.

Um diese Kraft und Beschleunigung auf die Straße zu bekommen, braucht es vor allem leistungsstarke und dennoch leichte Komponenten wie die der Lee Hydraulische Miniaturkomponenten. Dennis Seifert, Head of Powertrain bei Elbflorace, erklärt: „Lee steht mit seinen Miniaturkomponenten für Performance und Zuverlässigkeit. Die Ventile sind extrem kompakt und leicht, was uns im Design der Subsysteme neue Möglichkeiten eröffnet. Das zeigt sich auch im Bremssystem unseres Fahrzeugs.“

Denn im Notbremssystem des autonom fahrenden Systems von DaisiE regulieren Lee-Komponenten den hydraulischen Druck. Das autonome System ist fester Bestandteil der Formula Student Prüfungen. Neben Dynamikprüfungen mit Fahrern müssen die Boliden auch autonom agieren können. Bei diesen Tests müssen die Fahrzeuge mit Kegeln abgesteckte Strecken abfahren, ohne mit diesen zu kollidieren. Hierzu kommen komplexe KI-Algorithmen und verschiedene Sensorsysteme zum Einsatz.

Die Magnetventile von Lee sind in einen im SLM-Verfahren gedruckten Ventilblock aus Aluminium in das autonom agierende Notbremssystem integriert. Damit gehört das System zu den leichtesten Varianten der Formula-Student-Serie.

Das ist kein Zufall, haben doch viele der Rennsport-Komponenten von Lee ihren Ursprung in der Luft- und Raumfahrt, wie Jürgen Prochno, Geschäftsführer bei Lee, betont: „Die Anforderungen im Rennsport ähneln sehr stark denen im Flugzeug oder in Raketen. In diesen Anwendungen kommt es auf jedes Gramm an, die auftretenden Kräfte sind enorm. Dazu kommen enorm hohe Drücke. Wir bieten hierfür leckagefreie Hochleistungskomponenten im Kleinstformat.“

Beispielsweise finden sich im Lee-Portfolio Edelstahl-Rückschlagventile für Systemdrücke bis zu 1.000 bar, die dabei aber gleichzeitig kürzer als 2,5 Zentimeter aufbauen. Wie alle Lee-Komponenten sind auch diese Ventile selbstverständlich zu 100 Prozent funktionsgeprüft und somit maximal zuverlässig.

Leistung für adaptives Fahrwerk

Bis zur diesjährigen Saison waren die Lee-Komponenten auch im Fahrwerk der Boliden von Elbflorace zu finden. Ihre Aufgabe: eine ausgeglichene Radlastverteilung, welche die Leistungsfähigkeit des Gesamtfahrzeugs enorm steigerte. Die Konstrukteure von Elbflorace hatten sich für ein hydraulisch entkoppeltes Fahrwerk entschieden.

Dennis Seifert erläutert: „Die hydraulische Entkopplung bietet enorme Vorteile. Das Fahrwerk kann die Radlasten noch präziser und schneller anpassen. Dies geschieht durch die Verwendung von hydraulischen Aktuatoren, die unabhängig voneinander an jedem Rad agieren können. Dadurch wird nicht nur die Bodenhaftung verbessert, sondern auch die Stabilität und Agilität des Fahrzeugs deutlich erhöht.“

Mit einer kleinen Pumpe an Bord konnte das hydraulische Fahrwerk des Rennwagens aufgepumpt werden. Mit diesem System konnte die Lage von RosE, dem Vorgängerfahrzeug von DaisiE, sowie die Bodenfreiheit auf die entsprechende Disziplin angepasst werden, um möglichst viel Anpressdruck zu generieren. Ventilblöcke, die mit Miniaturventilen der Lee Hydraulische Miniaturkomponenten ausgestattet waren, sorgten für eine radindividuelle Höhenverstellung. Dieses System ist durch Regeländerungen zur neuen Formula-Student-Saison jedoch nicht mehr realisierbar.

Jürgen Prochno erläutert abschließend die Hintergründe der langjährigen Zusammenarbeit mit dem Dresdner Uni-Rennteam: „Wir unterstützen als Sponsor seit vielen Jahren die Formula Student. Es ist für die Automotive-Branche von größter Wichtigkeit, dass die angehenden Ingenieure praxisnahe Erfahrung sammeln. Die Formula Student ist ein toller Weg, sich nicht nur in der Konstruktion eines gesamten Fahrzeugs zu üben, sondern auch realistische wirtschaftliche Rahmenbedingungen zu berücksichtigen.“

Zuverlässige Performance macht das Rennen

Dennis Seifert fasst zusammen: „Die Miniaturventile von Lee helfen uns dabei, leistungsstarke Hydrauliksysteme zu realisieren. Die Zuverlässigkeit spielt dabei eine ebenso große Rolle wie die Performance. Denn ausfallende Subsysteme sind das Schlimmste, was uns während eines Wettbewerbs passieren kann. Deshalb sind wir sehr froh, dass wir Lee als Sponsor und Partner an unserer Seite haben.“