Abszolút pontosság az első helyért folytatott küzdelemben
„A siker és a kudarc között néhány mikron a különbség” – mondja Andreas Ladner. Ő a Stuttgarti Alkalmazott Tudományok Egyetemének „DHBW Engineering” Formula Student csapatának mechanikai részlegének vezetője. A 2025-ös versenyszezonra szánt autóhoz a csapat a Paul Horn GmbH-tól kért segítséget az „eSleek25” alkatrészeinek gyártásában. A versenyautó alumínium kerékagy-tartóinak megmunkálása különösen nagy kihívást jelentett. Patrick Artelt, a HORN termékmenedzsere vállalta ezt a kihívást, és a HORN gyártási részlegének szakembereivel együttműködve kidolgozott egy szerszámot és megmunkálási koncepciót. „A feladat bonyolult volt. Az alkatrész geometriája nagyon összetett, és a szükséges tűrések néhány mikronon belül vannak” – mondja Artelt.
A Formula Student versenyautó, az „eSleek25” teljesítményadatai biztosan megdobogtatják a sportkocsi-rajongók szívét. Mind a négy kereket közvetlenül, különálló, 38 kW-os villanymotorok hajtják. A négy motor együttesen 152 kW (kb. 204 LE) teljesítményt ad le, és 2,2 másodperc alatt gyorsítja az autót nulláról 100 km/h-ra. Az agymotorok összesen lenyűgöző, 1400 Nm nyomatékot adnak le. Versenyzésre azonban a teljesítmény maximum 80 kW-ra korlátozódik. Az elektromos hajtás alkatrészei a csapat saját fejlesztésű alkatrészei. Csak az egyes akkumulátorcellákat vásárolták meg saját fejlesztésűként. Az akkumulátor kapacitása 6,82 kWh, 600 voltos fedélzeti feszültség mellett.
Minden szezonban új versenyautó
Minden Formula Student szezonban új versenyautót vezetnek be. A versenyautóhoz hasonlóan a csapatot is szinte minden évben újra összeállítják. Ez azt jelenti, hogy minden új csapat önállóan végzi a versenyautó fejlesztését, gyártását, összeszerelését és tesztelését, és részt vesz a versenyeken. Az előző szezonokban szerzett tapasztalatokat beépítik minden új fejlesztésbe. A DHBW Stuttgart csapata 110 tagból áll, akik különböző részlegekre oszlanak. Ezek közé tartoznak például a mechanikus alkatrészek, az elektromos rendszerek és az aerodinamika. „Fantasztikus csapatunk van. Minden egyes részleg szenvedélyesen végzi a feladatát” – mondja Ladner.
A mechanikus alkatrészek gyártásának egyik legnagyobb kihívását a négy agytartó jelenti. Ezekben kaptak helyet a villanymotorok és a bolygókerekes fogaskerekek, amelyek közvetlenül a kerekekhez továbbítják a nyomatékot. Az agytartók összetett geometriával rendelkeznek. „A versenyzésben mindig az a cél, hogy az alkatrészek súlyát a lehető legalacsonyabban tartsuk. Ez azonban nem veszélyeztetheti a merevséget” – mondja Ladner. A diákok ezért komplex végeselem-szimulációkra támaszkodnak az agytartók fejlesztése során.
Nyers alkatrész a 3D nyomtatóból
A tervezés egy dolog, a gyártás megint más. Az összetett alkatrészgeometria miatt az alumínium nyersanyagokat 3D nyomtatóval állítják elő. „Kidolgoztunk egy gyártási stratégiát két beállítással történő megmunkáláshoz egy 5 tengelyes megmunkálóközponton. A profil- és pozíciótűrések különösen nagy kihívást jelentettek” – mondja Artelt. Van oka a szükséges precizitásnak: a napkerék közvetlenül a motorhoz van csatlakoztatva. Ezért fontos a pontos beállítás, mivel bármilyen eltolódás a bolygókerekek egyik oldalán kopást okozna. „Még egy kis eltolódás is gyorsan súlyos fogaskerék-károsodást okozna” – mondja Ladner.
A gyártási tűrések 0,007 mm (0,0003) tartományban vannak. Mivel mindössze négy nyersdarabot szállítottak és négy kész alkatrészre volt szükség, nem volt helye a hibának. A megfelelően megtervezett szerszám mellett a gépkezelő programozása és szakértelme is kulcsfontosságú volt. A két beállításban huszonhét különböző HORN szerszámot használnak a különböző megmunkálási műveletekhez. Ezek közé tartoznak az állítható orsós szerszámok, dörzsárok, PKD marók és cirkulármaró szerszámok.
Hasítási tűrések
Az orsószerszámok vették át a csapágyülések és az axiális bemélyedés gyártását. Itt találhatók az alkatrész legszűkebb pozíciótűrései. A szerszámok pontosan beállíthatók a kívánt átmérőre. „A pontos beállítás lehetővé teszi számunkra, hogy mikronos pontossággal megmunkáljuk a kívánt tűréshatárig. Lehetővé teszi számunkra, hogy tovább szűkítsük a már amúgy is nagyon szűk tűréshatárt” – mondja Artelt. A csapágyülések megmunkálásához egy egyélű, PKD-betétes lapkával ellátott szerszámot használtunk. Egy második orsószerszám vette át az axiális bemélyedés gyártását. Ez kétélű volt, és 315-ös típusú lapkákkal volt felszerelve.
Számos HORN rendszer végzett egyéb összetett megmunkálási műveleteket. Ezek közé tartozott egy PKD szármaró. Egyetlen befogással marta ki a kerékagy rögzítéséhez szükséges átmérőt. A választás a vágóél hossza és a szükséges felületkezelés miatt esett rá. A HORN DR dörzsárazó rendszert az agytartó rögzítési pontjainak dörzsárazására is használták.
Nem csak teljes gázzal
A Formula Student egyes szakágaiban nem csak az autó teljesítménye számít. A szakágak statikus és dinamikus szakágakra oszlanak. A statikus szakágakban a csapat üzleti menedzsmentje és tervezési megközelítése játszik fő szerepet. A hallgatóknak két prezentációban kell bemutatniuk és indokolniuk üzleti tervüket és költségkalkulációjukat. Egy másik statikus szakág a mérnöki és tervezési esemény. Itt a csapatnak meg kell győznie a zsűrit a tervezés és a kivitelezés érdemeiről. Ez elsősorban egy vita, amelyben a zsűri észrevételeit megalapozott érvekkel és indoklással kell megválaszolni.
A dinamikus versenyszámok közé tartozik a gyorsulás, a körpálya, az autocross és a hosszútávú verseny. A gyorsulási verseny egy gyorsulási teszt egy egyenes, 75 méteres pályán. A versenyautók három másodperc alatt gyorsulnak 0-ról 100 km/h-ra. A körpályán az autók egy nyolcas alakú pályát tesznek meg. A nagy centrifugális erők és az oldalirányú gyorsulás ebben a versenyszámban a jármű megcsúszását okozhatja. Az autocrossban a versenyzők egyénileg vezetik versenyautóikat egy szigorúan meghatározott pályán az idővel. Ez a dinamikus teszt nagy terhelést jelent a versenyzőnek és a járműnek egy kilométeres távon. A hosszútávú verseny a legnagyobb és egyben utolsó versenyszám minden Formula Student versenyen. Itt a versenyautónak egy 22 kilométeres pályán kell bizonyítania megbízhatóságát. Ez a versenyszám az elérhető pontszám egyharmadát teszi ki.
„Örömmel emelem ki a DHBW Stuttgart Formula Student csapata és a HORN közötti sikeres együttműködést. Mindkét fél elkötelezettsége és szakértelme tette lehetővé a nagy pontosságú alumínium agytartók gyártásának kihívást jelentő projektjének megvalósítását” – mondja Ladner.
Formula Student
A Formula SAE-t 1981-ben alapították az Egyesült Államokban, majd később Formula Student néven terjeszkedett ki Európába. 1999 óta éves versenyeket rendeznek az angliai Silverstone-ban, 2006 óta pedig Németországban, a Hockenheimringen. Ma már Olaszországban, Spanyolországban, Brazíliában és Japánban is rendeznek versenyeket. A Formula Student lehetővé teszi az ambiciózus diákok számára, hogy intenzív gyakorlati tapasztalatot szerezzenek az autóipar tervezésében, gyártásában és gazdasági vonatkozásaiban – mindezt az előadótermen kívül. Minden csapat egy együléses versenyautót fejleszt egy átfogó szabályrendszer alapján.