Delta-Racing

Update Fahrwerk: Radträger

In der Abteilung Fahrwerk dreht sich alles um das Rad. Dieses wird gehalten und komplettiert durch die Baugruppe des Radträgers. Jener ist somit das Herzstück der Abteilung. Daher entschieden wir uns diesen weiterzuentwickeln und zu optimieren.

Bis zur Saison 2018/2019, mit dem DR 19-E, wurden die Radträger CNC aus einem Block gefräst. Dies spricht zwar für eine simplere Fertigung, jedoch schöpft es nicht das volle Potenzial des Leichtbaus aus.

Gewichtsreduktion ist eine der größten Bestrebungen im Motorsport. Abgesehen davon, dass die Gesamtfahrzeugmasse reduziert wird, liegt hier das Hauptaugenmerk auf den ungefederten Massen.

Diese bestehen aus sämtlichen Masseanteilen rund ums Rad, welche außerhalb der Federung des Fahrzeugs liegen. Zudem ist ein Gewichtsersparnis rund um das Rad in Bezug auf Agilität und Handling des Fahrzeugs sehr förderlich.

Die Besonderheit der ungefederten Massen liegt darin, dass diese einem Faktor unterliegen. Dies folgt aus der Tatsache, dass deren Masse nicht durch die Federung aufgefangen wird, sondern direkt auf das Fahrzeug wirken. So muss man die ungefederten Massen mit dem Faktor 7 multiplizieren, um den Einfluss auf die bewegte Gesamtmasse zu bestimmen.

Eine Gewichtsersparnis am Radträger von beispielsweise realen 500g hätte einen wirklichen Einfluss von 3500g auf das fahrende Fahrzeug.

Mit Hilfe der Strukturoptimierung, genauer gesagt der Topologieoptimierung, wurden die Radträger auf ein anderes Fertigungsverfahren neu ausgelegt. Zur Berechnung wird dem Analyse-Programm Altair Inspire, ein maximal großes Bauraummodell vorgegeben. Zudem gibt man Anbindungsgeometrien und Kinematikfreiräume vor, welche nicht veränderbar sind. Im Anschluss werden die Lastkollektive generiert. Ein Lastfall besteht aus unterschiedlichen Kräften und Einspannungen, die am Radträger vorherrschen. Für die verschiedenen Fahrsituationen werden nun die Lastfälle abgebildet. Auf Basis dieser Daten berechnet das Programm die optimale Platzierung von Material im Bauraum, um die größtmögliche Steifigkeit der Struktur zu erhalten. Das bionische Design wird nun nachgebildet und einer FEM-Analyse zur Untersuchung der Festigkeit und Verformung unterzogen. Hierbei wird nachgewiesen, dass der Radträger den Belastungen standhält. Üblich sind hier mehrere Optimierungen, um das optimale Design zu erhalten.

Bauraum mit Designvorschlag vorne links
Bauraum mit Designvorschlag hinten links

Da sich das Programm und dessen Algorithmus mathematisch an der Natur orientiert, erhält man ein bionisches Design, welches einer Baumstruktur ähnelt. Somit ergeben sich völlig neue Möglichkeiten der Bauteilmodellierung und Fertigung. Wir sind daher stolz, dass uns die Firma Shining3D/Eplus3D bei der Herstellung unterstützt und dies möglich macht. Die additive Fertigung erfolgt über einen „Metalldrucker“, der das Pulvermaterial schichtweise mit dem Laser aufschmilzt. Leider können hierbei keine hohen Oberflächenqualitäten erzeugt werden, wie sie im Fall eines Radlagersitzes benötigt werden. Daher muss anschließend eine Nachbearbeitung auf CNC-Fräsmaschinen erfolgen.

Abschließend lässt sich sagen, dass wir eine reine Gewichtsersparnis von circa 500g pro Radträger erreichen konnten. Somit sparen wir rund um das Fahrzeug 2000g ungefederte Masse und ungefähr 14000g Gesamtmasse in bewegtem Zustand. Das optimierte Fahrwerk des DR 21-E wird durch die Reduktion der ungefederten Massen deshalb agiler.

Endresultat: hinten rechts und vorne rechts
Der Radträger vorne rechts im eingebauten Zustand im Fahrzeug