Automotive Electronics - Komponenten Formula Student – TU München und Panasonic bestimmen das Tempo

Autor / Redakteur: Billy Ogano * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Im Wettbewerb Formula Student messen sich Studierende aus ganz Europa, darunter auch das Team TUfast der Technischen Universität München, das unter anderem von Panasonic unterstützt wird.

Anbieter zum Thema

Bereit zum Start: Der Rennwagen der Technischen Universität München beim Wettbewerb der Formula Student in Barcelona.
Bereit zum Start: Der Rennwagen der Technischen Universität München beim Wettbewerb der Formula Student in Barcelona.
(Bild: Matthias Frey, Panasonic)

Normalerweise jagen Formel-1-Rennwagen mit Geschwindigkeiten von bis zu 315 km/h um den Circuit de Barcelona-Catalunya. Im vergangenen August jedoch fand dort die „Formula SAE“ statt, bei der lediglich 120 km/h erreicht werden dürfen. Das entspricht den von der Society of Automotive Engineers (SAE) aufgestellten Regeln.

An diesem Rennen nehmen Studenten aus der ganzen Welt teil. Formula Student (FS) ist der bekannteste Motorsportwettbewerb für Studierende in Europa. Der Wettbewerb wird von der Industrie und hochkarätigen Ingenieuren mit dem Ziel gefördert, rennsportbegeisterte und innovative Ingenieure weiterzubilden und mehr junge Leute zu ermutigen, einen Ingenieurberuf zu ergreifen.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

2010 wurde eine separate Klasse für Elektrofahrzeuge eingeführt, um den Innovationsprozess voranzubringen und zukünftige Technologien wie elektrische Antriebssysteme mit einzubinden. Der Wettbewerb gilt als eine der weltweit besten Trainingsstätten und wird von über 250 freiwilligen Juroren aus dem Motorsport und der Maschinenbaubranche unterstützt.

2016 wurden über 10 Wettbewerbe rund um den Globus veranstaltet. Sieben fanden in Europa (Großbritannien, Deutschland, Italien, Österreich, der Tschechischen Republik, Ungarn und Spanien) statt, weitere fünf in den USA, Brasilien, Australien, Japan und Korea. Die Wettbewerbe werden nach sehr ähnlichen Regeln und Vorgaben durchgeführt, so dass die Teams an mehreren Wettbewerben teilnehmen können, ohne ihre Arbeit nennenswert verändern zu müssen.

Jedes Team hat die Aufgabe, einen einsitzigen Prototypen mit Verbrennungs- oder Elektro-Motor (und 2017 sogar autonome Automobile) für Autocross oder Sprintrennen zu bauen und diesen einem hypothetischen Hersteller vorzustellen. Der Wagen muss kostengünstig, wartungsfreundlich und zuverlässig sein und sich durch eine hervorragende Beschleunigung, Brems- und Fahreigenschaften auszeichnen.

Aber zurück zur Formula Student Spanien, Circuit de Barcelona-Catalunya. Das Thermometer zeigt 35° C, es gibt kaum Schatten, und der Asphalt ist glühend heiß. Nach drei Tagen Blut, Schweiß und elektrischer Spannung machen sich die Anstrengungen endlich bezahlt: dritter Platz für den Elektro-Rennwagen eb016 der TU München – vor 37 anderen Teilnehmerwagen.

TUfast, eine Gruppe von rund 70 Technologie- und Maschinenbaustudenten der Technischen Universität München, hat an ihren Rennwagen über ein Jahr lang gebaut. Einige der Studenten haben sich das ganze Jahr frei genommen, um Vollzeit an dem Projekt zu arbeiten. Und der Circuit de Barcelona-Catalunya beweist erfolgreich, dass sich die nahezu 9000 Arbeitsstunden und selbstentwickelte Elektronik bezahlt machen.

Der eb016 ist dank einer Motorsteuerung (ECU) und eines Umrichters, einer NS-Anlage und eines BMS – die alle komplett selbst gebaut und entworfen worden – sowie seiner anpassungsfähigen Aerodynamik und einer aktiven Hinterachsenlenkung ein technischer Erfolg. Und all dies ist in weniger als 170 kg untergebracht mit einem beeindruckenden Abtrieb von 1000 N bei 60 km/h.

Erfolgreichstes Jahr 2016

„2016 war die bei weitem das erfolgreichste Jahr in der Geschichte unseres Clubs“, meint Max Burggraf, Team Manager von TUfast. „Man braucht einen schnellen Wagen, aber genauso wichtig ist, dass er erprobt und zuverlässig ist, da nicht nur die schnellsten Teams mit den größten Budgets die Gewinner sind!“ Was also unterscheidet die diesjährige Erfahrung von früheren Erfahrungen?

„Einen erfolgreichen Rennwagen zu bauen, bedeutet, als Zwerg auf den Schultern von Riesen zu sitzen. Sprich: wir als Studenten sind auf das Knowhow und die technische Erfahrung von Sponsoren und Partnern angewiesen.

Wir haben das große Glück, Sponsoren aus vielen verschiedenen Sparten der Automobilindustrie zu haben, wie Audi, Knorr Bremse und Webasto. In unserem Premium-Sponsor Panasonic haben wir einen Partner gefunden, der uns nicht nur finanziell unterstützt hat, sondern vor allem unser Design mit seinem Knowhow und Produktspektrum bereichert und schließlich zu unserem Erfolg beigetragen hat!“

Die Konstruktionsplanung ist sehr streng und um diese erfüllen zu können benötigt es Hilfestellung. „Das Team von Panasonic-Technikern und Produktmanagern hat uns geholfen, Fehler zu vermeiden. Dank dieses Austausches zwischen Industrie und Hochschule, werden die Wagen jedes Jahr besser, denn frische und kreative Ideen von unserer Seite in Verbindung mit vielen Jahren Erfahrung auf der Seite von Sponsoren werden am Ende das beste Design hervorbringen.“

Die Kooperation zwischen Industrie und Hochschulen ist jedoch keine Einbahnstraße. Die Industrie ist ebenfalls Nutznießer. Die Formula Student ist eine ideale Plattform, um erworbenes technisches Wissen in der Praxis und im Wettbewerb zu prüfen und gleichzeitig ein umfassendes Verständnis auf vielen Ebenen zu entwickeln.

Studenten, die am Formula Student Wettbewerb teilnehmen, demonstrieren ihre Querdenker- und Design-Fähigkeit in einer realitätsnahen Entwicklungsumgebung. „Als Unternehmen mit einem starken Schwerpunkt auf der Automobilindustrie und unserer Kompetenz im Bereich Automobilanwendungen ist die Formula Student eine ideale Umgebung, die Fähigkeiten und das Potenzial unserer Bauelemente zu demonstrieren“, erklärt Matthias Frey, Head of Corporate Marketing bei Panasonic.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen, wie die TU München Bauelemente und Lösungen von Panasonic eingesetzt hat.

Bauelementlösungen – thermische Lösung:

Wenn es um die Reduzierung des thermischen Widerstands geht, setzen viele Entwickler auf Wärmeleitpasten. Bei relativ großen Oberflächen wie IGBTs ist die Auflagefläche auf dem Kühlkörperprofil gefräst, um die Konvexität/Konkavität zu beseitigen, denn normalerweise lassen sich die am Markt verfügbaren Methoden, um größere Diskrepanzen beim thermischen Widerstand zu reduzieren, nicht ohne erhebliche Kosten bewerkstelligen.

Wärmeleitpasten bringen jedoch folgende Nachteile mit sich:

  • Die Wärme-Pads können undicht sein,
  • je nach Anbringungsverfahren kann Zuverlässigkeit nicht garantiert werden,
  • Wärmeleitpaste kann austrocknen,
  • die Anbringung ist schwierig und zeitaufwändig.

Weicher pyrolytischer Graphitbogen

„Der weiche pyrolytische Graphitbogen (SoftPGS, Soft Pyrolytic Graphite Sheet) von Panasonic schien von Anfang an die beste Lösung für unser Wärmemanagementproblem zu sein. Die pyrolytisch hergestellten Graphitfolien von Panasonic sind ultraleichte Folien, deren Wärmeleitfähigkeit fünf Mal höher als die von Kupfer ist. Sie sind geeignet, weil sie flexibel sind und sich gut schneiden lassen“, fügt Burggraf hinzu.

„Wir konnten den Bogen in komplexe dreidimensionale Formen falten und ihn in die Wärmequelle schieben, um die überschüssige Wärme besser zu verteilen oder sie durch gute thermische Kopplung zum Kühlsystem zu leiten. Durch Verwendung von SoftPGS als Zwischenstufe zu IGBTs und Kühlsystemen in unserem Umrichter konnten wir eine 30-prozentige Verbesserung der Wärmeübertragung gegenüber der herkömmlichen Wärmeleitpaste erzielen! Das ermöglicht einen optimalen Betrieb der IGBTs und verlängert die Nutzungsdauer der Ausrüstung.“

Anwendungsbeispiel Grid-EYE:

Die Reifentemperatur und die damit verbundenen Auswirkungen sind im Motorsport entscheidende Erfolgsfaktoren. Der Reifendruck ist in hohem Maße von der Temperatur abhängig. „Die Reifentemperatur wird bei Rennen vom Setup beeinflusst. Geringfügige Änderungen der Leistung, der Straßenwölbung und des Reifendrucks (Biegung) verändern die Reifentemperatur ebenfalls.

Die optimale Reifentemperatur beträgt 26 bis 28 °C. Sinkt die Reifentemperatur unter den Betriebswert, kann der Reifen keine Haftung aufbauen und rutscht ab. Übersteigt der Reifen die optimale Betriebstemperatur, verändert sich die „Reifenchemie“; dies führt zu Aufrauung und einer Beeinträchtigung der Haftung“, erläutert Burggraf.

Aus diesem Grund suchten er und sein Team nach einer einfachen, zuverlässigen und benutzerfreundlichen Lösung, um Daten vor Ort zu generieren. „Wir erkannten sehr schnell, welche Vorteile Grid-EYE bietet. Über die Parametereinstellungen – Spur/Sturz – können wir sicherstellen, dass sich die Reifen genau nach unseren Vorstellungen abfahren.

Ein großes Plus ist vor allem die hochdifferenzierte Temperaturbereichsanzeige, die es uns ermöglicht, die Leistung zu optimieren. Ein weiteres Argument für Grid-EYE war, dass der Sensor in SMD-Bauweise ausgeführt und extrem klein ist, so dass wir ihn schnell und problemlos einsetzen konnten.“

Der Infrarot-Temperatursensor Grid-EYE von Panasonic eignet sich ideal zur Messung der aktuellen Reifentemperatur. Anhand der gesammelten Daten der Sensormessungen können fundierte Entscheidungen getroffen werden, wie das Fahrzeug einzustellen ist. Große Schwankungen haben eine unmittelbare Auswirkung auf die Fahrzeugleistung und die Lebensdauer der Reifen.“

Zurück in München arbeitet das Team daran, sich in die beste Startposition für den Wettbewerb im nächsten Jahr zu bringen. Mit Feedback von den Juroren wird die Wagenkonstruktion komplett überarbeitet, um im kommenden Jahr noch ehrgeizigere Ziele zu erreichen. Das junge Team der TU München freut sich auf eine noch erfolgreichere Saison 2017.

* Billy Ogano ist Deputy Director Product Marketing Department Industrial Sales Division bei Panasonic Automotive & Industrial Systems Europe.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:44913364)