Mit CERATIZIT auf Kurs zum nächsten Weltmeistertitel

Wie schnell ist schnell genug? Im vergangenen Jahr beantwortete das GreenTeam der Universität Stuttgart diese Frage mit dem beeindruckenden Wert von 1,461 Sekunden und einem Weltrekord. In dieser Zeit durchbrach der selbst konstruierte elektrifizierte Carbon-Rennwagen die Hundertermarke – doch was heißt schon schnell genug? 2023 geht eine neue Version des E-Boliden an den Start, diesmal mit noch mehr Titanbauteilen, um Gewicht zu sparen und dem nächsten Rekord sowie einer weiteren Verteidigung des Weltmeistertitels entgegenzueilen. Auch in dieser Saison unterstützt CERATIZIT das GreenTeam mit Werkzeug- und Zerspanungs-Know-how.

Geschwindigkeit und Beschleunigung haben seit jeher enormes Faszinationspotenzial. Begeisterte Mitte der 80er- und 90er-Jahre ein Ferrari F40 mit einer Beschleunigung von 4,1 Sekunden auf Hundert, unterbietet das heutzutage manches 2-Tonnen-Plus-SUV. In Rennserien wie bei der Formula Student werden noch ganz andere Maßstäbe angesetzt. Seit 2022 legte das Green Team der Universität Stuttgart die Messlatte wieder ein Stück höher. Das Team räumte nämlich nicht nur bei den einzelnen internationalen Rennen im großen Stil ab, sondern manifestierte seine Leistung in einem atemberaubenden Weltrekord mit 1,461 Sekunden in Null auf Hundert Stundenkilometer – eine Leistung, an der sich so mancher die Zahnräder ausbrechen könnte.

Mit Werkstoff-Diät die Führung in der Weltrangliste verteidigen.

Das GreenTeam Uni Stuttgart e.V. wurde 2009 gegründet und nimmt seitdem regelmäßig an dem internationalen Konstruktionswettbewerb für Studierende, der Formula Student, teil. Dabei konstruieren und fertigen Studierende eigenständig einen elektrisch angetriebenen Rennwagen, der in Disziplinen wie Beschleunigung und Ausdauer bewertet wird. 2023 haben sich wieder 50 Studierende zusammengeschlossen, um den ersten Platz in der Weltrangliste dieses Wettbewerbs zu verteidigen. Hierbei gilt es, absolute Top-Leistungen in den vier Formula-Student-Events in den Niederlanden, Österreich, Ungarn und Deutschland zu zeigen.

Und da gilt es, den Carbon-Rennwagen weiter auf Diät zu setzen. Das neue Modell wiegt knapp 145 Kilogramm und bringt dank des Vierrad-Antriebs mit selbst entwickelten Motoren und neu entworfenem Hochvolt-Akkumulator eine maximale Leistung von 180 Kilowatt auf die Straße. Durch das geringe Fahrzeuggewicht entspricht dies 1.750 PS pro Tonne. „Für das diesjährige Fahrzeug haben wir noch mal sehr viel Entwicklungszeit in die ungefederten Massen wie unter anderem das Wheel-Package gesteckt. Mit CERATIZIT als unserem Partner konnten wir hinsichtlich Masse und Dimensionen einiges einsparen“, erläutert Malte Maleika, Gesamtfahrzeugleiter & Bereichsleitung Mechanik beim GreenTeam. Für die Spitzenbeschleunigung bedeutet das 2,5g, ungefähr vergleichbar mit der Kraft, die auf Astronaut:innen beim Wiedereintritt der Rakete in die Erdatmosphäre wirkt.

Titan ersetzt Aluminium.

CERATIZIT unterstützt das GreenTeam bereits seit mehreren Jahren mit Werkzeug- und Prozess-Knowhow bei der Fertigung komplexer Teile. „Dieses Jahr fertigt CERATIZIT für uns den Träger, das Stator-Gehäuse und auch die Bremssättel. Wir sind sehr dankbar für diese Unterstützung, da wir dadurch die Möglichkeit haben, unser Wheel-Package sehr klein und sehr leicht zu dimensionieren, damit wir alles in die eigens gefertigte und entwickelte Carbon-Felge packen können“, so Malte Maleika.

Bisher waren die Bauteile meist aus Aluminium – in diesem Jahr werden auch Komponenten aus Titan benötigt. „Ziel war es, den intern E0711-13 bezeichneten E-Rennwagen noch etwas leichter zu machen als das Erfolgsfahrzeug aus dem vergangenen Jahr. Dazu wurde unter anderem das Werkstoff-Karussell in Richtung Titan gedreht. Das bisher verwendete Aluminium gilt als relativ unkompliziert in der Zerspanung. Aber Titan? Eine komplett andere Welt und normalerweise eher im Aerospace- als im Automotive-Sektor vertreten“, erinnert sich Stephen Pennington, Anwendungstechniker bei CERATIZIT UK & Ireland Ltd in Sheffield. Warum? Weil Titanwerkstoffe einen schlechten Wärmeleitfaktor haben, wodurch in der Scherzone hohe Temperaturen entstehen und die Zerspanungswärme nicht wie bei anderen Materialien in den Span abgeführt wird.

Projekt unter Strom.

Doch bevor es ans Zerspanen gehen konnte, gab es einige Prozessparameter zu durchdenken. „Dazu reiste ich mehrmals für einige Wochen in unsere Niederlassung nach Besigheim. Dort haben wir – die Entwicklungsingenieurin Sophie Mueller und der Konstruktionsingenieur Kristian Muehlbeier – den größten Teil der Programmierung gemacht und die Spannvorrichtungen entwickelt“, erläutert Stephen Pennington die fruchtbare Kooperation zwischen Sheffield und Besigheim. Insgesamt mussten acht Radträger und ebensoviele Motorgehäuse aus Aluminium sowie acht Bremssättel und 16 Bremskolben aus Titan gefertigt werden. Teils im Vorfeld additiv gefertigt, ging es um die Endbearbeitung – mit extrem niedrigen Toleranzen.

Zugriff auf ein Werkzeug-Füllhorn.

Allerdings waren das nicht die einzigen Hürden des Projekts: Manche Bearbeitungsvorgänge mussten an schwer zugänglichen Ecken gemacht werden, „da war die richtige Werkzeugauswahl neben der sorgfältigen Programmierung entscheidend für den Erfolg. Glücklicherweise hatte ich ja freien Zugriff auf ein umfassendes Werkzeug-Arsenal“, lacht Stephen Pennington. So kamen ihm aus seinen Erfahrungen aus anderen Projekten direkt die VHM-Schaftwerkzeuge der SilverLine von CERATIZIT für die Titanbearbeitung in den Sinn. „Ich wusste, dass diese Allrounder einwandfrei funktionieren, und kombiniert mit einer entsprechenden Kühlung hatte ich das perfekte Werkzeug für viele Aufgaben innerhalb des Projekts gefunden!“

Speziell beim Drehen der Bremskolben löste sich das Titan eher wie ein Band ab als wie einzelne Späne. Da halfen die DirectCooling-Werkzeughalter enorm, indem sie einen gezielten Kühlmittelstrahl direkt an die neuen CTPX710-Wendeschneidplatten brachten. „Nicht auszudenken, wenn bei den 3D-gedruckten Bauteilen im Zerspanprozess etwas danebengegangen wäre! Das hätte den gesamten Zeitplan umgeworfen!“, gibt Stephen Pennington zu. Doch dank zahlreicher weiterer Werkzeuglösungen lief alles wie am Schnürchen.

Besondere Sicherheit gab die Prozessüberwachung mit ToolScope, die auch kleinste Schwankungen in der Bearbeitung wahrnimmt und bei Bedarf sogar die Maschine stoppt – bevor Schlimmeres passieren kann. „Zum Glück trat ein solcher Fall nie ein. Ich bin in Titan mit langsamerem Vorschub und niedrigeren Geschwindigkeiten gefahren, damit war ich auf der sicheren Seite. Und obwohl ich bis dato nicht so oft mit Titan in Berührung gekommen bin, lief es viel besser als ich mir ausgemalt hatte!“, erklärt ein erleichterter Stephen Pennington. Und der Lohn der Mühe? Bis zu 45 % Gewichtseinsparung bei den Bremssätteln im Gegensatz zu den Aluminium-Vorgängern half dem GreenTeam, das Gesamtgewicht des Rennwagens deutlich zu reduzieren.

Auch die Fertigung war ein Rennen auf Zeit.

„An der Partnerschaft mit CERATIZIT ist uns besonders wichtig, dass wir eine gute Kommunikation haben und kurze Wege. Diese Flexibilität ist uns sehr wichtig, da die Formula Student ein sehr schnelllebiges Projekt ist und unser Partner dementsprechend auch schnell agieren muss“, verrät Malte Maleika. Dazu Stephen Pennington: „Die Arbeit mit dem GreenTeam war eine unglaubliche Erfahrung, in so ziemlich allen Belangen. Unsere größte Herausforderung war der enge Zeitplan, in dem wir die Teile fertigen und wieder nach Stuttgart schicken mussten, damit der Launch des Rennwagens auch planmäßig stattfinden konnte.“

Doch alles lief glatt und der Renner war rechtzeitig bereit für die ersten Wettkämpfe. „Das ganze Projekt war eine echte Herausforderung, bei der ich mich als Ingenieur enorm weiterentwickelt habe. Beispielsweise bei der Bearbeitung all dieser hochtoleranten Teile innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens für eine direkte Anwendung, in diesem Fall einem Formel-E-Auto mit Sieger-Genen.“

U30-Party für den nächsten Titel.

Die Formula Student bietet seit ihrer Gründung 1979 angehenden Ingenieuren eine Plattform zum Lernen und eine einzigartige Möglichkeit, das theoretische Wissen der Studenten im praktischen Kontext anzuwenden. In diesem Sinne unterstützt CERATIZIT solche Projekte mit jungen Talenten. Dazu Deniz Yilmaz, Marketing Service Manager bei CERATIZIT: „Wirklich bemerkenswert bei unserem Projekt in diesem Jahr: Alle Teilnehmenden, ob bei uns oder beim GreenTeam, waren unter 30. Und nur weil Studenten-Projekt draufsteht, heißt das noch lange nicht, dass nicht die gleichen geringen Toleranzen und hohen Ansprüche gelten, wie beim Automobilbau auf Konzern-Niveau. Wer den schnellsten Rennwagen auf die Piste schicken will, hat für Kompromisse eben keine Zeit!“

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