Der High-Octane Motorsports e.V. der FAU Erlangen-Nürnberg baut seit 2007 jährlich Rennwagen für die Formula Student, speziell in der Verbrennungsmotorklasse. Toolcraft fertigte ihre optimierten Motoraufhängungen im 3D-Druck, da im Motorsport jedes Gramm entscheidend ist.
Die Motorhalter sind entscheidend für den Einbau des Motors im Rennwagen, da sie ihn mit dem CFK-Monocoque verbinden. Sie definieren die exakte Position des Motors und nehmen das Drehmoment von ca. 200 Nm auf. Eine steife Verbindung mit dem CFK-Monocoque-Chassis ist nötig, um über 10^7 Belastungszyklen standzuhalten. Das Team der FAU legte Randbedingungen wie Bauraum, Abmessungen, Befestigungsart und Materialwahl fest, um die Motorhalter hinsichtlich Gewicht, Kraftaufnahme und Topologie zu optimieren und additiv herzustellen.
Um das 3D-Druck Verfahren von der Konstruktion bis zur Fertigung und zerspantechnischen Nachbearbeitung zu optimieren, setzt toolcraft auf das NX Software Paket von Siemens inklusive der Bausteine für FEM-Berechnungen und Topologie-Optimierung. Als Basis für die Optimierung dienten CAD-Daten, die den möglichen Bauraum für die Motorhalter darstellten. Innerhalb dieses Bauraumes wurden Lastpfade iterativ ermittelt, sodass an wenig belasteten Bereichen der Bauteile Material entfernt werden konnte. Somit ließ sich eine maximale Gewichtsreduktion unter Erhalt der notwendigen Eigenschaften des Bauteils errechnen. Um das Leichtbaupotential vollständig auszunutzen, wurde als Material eine Ti6AlV4-Legierung ausgewählt. Dieser Werkstoff zeigt trotz der geringen Materialdichte hohe Festigkeitswerte, sodass die hohen Anforderungen im Motorsport erfüllt werden.
Durch den Einsatz von Siemens NX ist die Datenaufbereitung von der Konstruktion über die Simulation bis hin zur Baujobvorbereitung für den 3D-Druckprozess in einer schlanken Prozesskette möglich. So können in kurzer Zeit belastbare Ergebnisse erzielt werden. Da die Entwicklungszeit des Rennwagens zeitlich begrenzt ist, erhielt das Team der FAU ohne zusätzliche Wartezeiten verbesserte Teile. Dank der Topologie-Optimierung konnte die Masse der Bauteile um knapp 50 % reduziert werden. Gleichzeitig konnte eine Dauerfestigkeit der Motorhalter gewährleistet werden, sodass im Hinblick auf die Performance ein deutlicher Gewinn erzielt werden konnte.
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