31.12.2016

GreenTeam mit Porsche-Genen

Der Konstruktionswettbewerb Formula Student Electric gilt als Prüfstein für künftige Ingenieure der Elektromobilität. Porsche Engineering unterstützt das teilnehmende GreenTeam der Universität Stuttgart bei der Entwicklung der Elektrorennwagen.

Die Erfolgsbilanz kann sich sehen lassen: dritter Platz in diesem Jahr auf dem Hockenheimring, seit 2009 stets unter den besten sechs der Weltrangliste, im Premierenjahr sogar auf Platz eins und 2015 ein bemerkenswerter Beschleunigungsweltrekord. Jedes Jahr stellt das GreenTeam der Universität Stuttgart mit kompromisslosem Einsatz einen Rennwagen her, der sich in unterschiedlichen Wettbewerben beweist. Auch in diesem Jahr fuhren die angehenden Ingenieure des GreenTeams mit ihrem von Grund auf selbst entwickelten, konstruierten und aufgebauten Elektrofahrzeug im internationalen Vergleich bei der Formula Student Electric ganz vorne mit.

Die Formula Student

Die Formula Student ist ein internationaler Konstruktionswettbewerb für Studenten mit Austragungsorten wie Barcelona, Melbourne oder Detroit. Für die Teams geht es darum, selbstständig einen Rennwagen zu konstruieren und zu fertigen, um damit gegen Teams aus der ganzen Welt anzutreten. Gewinner ist am Ende nicht unbedingt das schnellste Auto, sondern das Team mit dem besten Gesamtpaket aus Konstruktion, Rennperformance, Finanzplanung und Verkaufsargumenten.

Es gibt zwei Klassen, in denen die Studenten antreten können: Die Formula Student Combustion (FSC) bezeichnet die Klasse mit verbrennungsmotorischen Antrieben, in der Formula Student Electric (FSE) sind es Fahrzeuge mit Elektromotoren, die unter anderem auf dem Hockenheimring getestet werden. Durch die zunehmende Beliebtheit des Wettbewerbs muss oft im Voraus eine Bewerbungsphase überstanden werden, bevor es tatsächlich in den Wettbewerb mit Teams anderer Top-Universitäten wie Zürich, Delft und Karlsruhe geht. Erst nach einer strengen Überprüfung, ob die internationalen Formula-Student-Reglements eingehalten wurden, dürfen die Fahrzeuge ins Rennen.

In zwei Disziplinarten können insgesamt 1.000 Punkte erreicht werden. Bei den statischen Disziplinen werden die Kosten des Autos, die Ingenieurleistung und fiktive Vermarktung von einer Fachjury bewertet. Bei den dynamischen Disziplinen werden die Wagen auf verschiedenen Kursen einem Praxistest unterzogen – hier sind die Zeit und die Energieeffizienz ausschlaggebend. Da die einzelnen Kategorien unterschiedlich stark gewichtet werden, kann die richtige Taktik den Sieg bringen.

Die Kooperation

Porsche Engineering zählt zu den Hauptsponsoren des GreenTeams und unterstützt nicht nur finanziell, sondern auch durch Sachleistungen und die Bereitstellung von Prüfständen sowie durch Know-how und Beratung im Fahrzeugentwicklungs-prozess. „Die Zusammenarbeit mit Porsche Engineering hilft uns bei der Weiterentwicklung unserer Hochvoltkomponenten. Ohne die wertvolle Prüfstandzeit könnten wir nicht so nah an das Limit gehen,“ freut sich Alexander Stemmler (25), Student der Luft- und Raumfahrttechnik und im GreenTeam mitverantwortlich für Aero- und Thermodynamik.

Gute Zusammenarbeit: Studenten und Ingenieure profitieren voneinander

Die langjährige Kooperation zwischen Studenten und Experten im Ingenieurdienstleistungsbereich ist für beide Seiten von Vorteil. Junge Talente kommen frühzeitig mit Unternehmen in Kontakt und können dabei wertvolle Verbindungen für ihre persönliche berufliche Laufbahn aufbauen. Sie sammeln Praxiserfahrungen und erlernen den Umgang mit Geschäftspartnern. Auch die Unternehmen profitieren vom direkten Kontakt zu Nachwuchsingenieuren und den damit verbundenen Draht zu Universität und Lehre.

Der Rennwagen E0711-7

Beim aktuellen Rennwagen E0711-7 setzte das GreenTeam auf geregelten Allradantrieb mit vier radnahen Wechselstrommotoren. Jede der Elektromaschinen erzeugt bis zu 35 Kilowatt Leistung und ein maximales Drehmoment von 36 Newtonmetern. Die Energie stellt eine Hochvoltbatterie mit 6,8 Kilowattstunden bereit. Um die Wärmeentwicklung bei hohen dynamischen Belastungen zu beherrschen, verfügen Stromspeicher und Inverter über ein ölbasiertes Kühlsystem. Der Monoposto erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 123 km/h. Besonders beeindruckend ist sein Sprintvermögen: Nur rund zwei Sekunden vergehen, bis bei voller Beschleunigung aus dem Stand die 100-km/h-Marke durchbrochen wird. Die dafür verantwortliche Systemelektronik haben die Studenten ebenfalls selbst entwickelt.

Ausgeklügelte Rennwagentechnik steckt auch in Fahrwerk und Aerodynamik. So konstruierten die Nachwuchsingenieure ein platzsparendes und leichtes Monospring-System mit je einer Querfeder pro Achse. Für Anpressdruck und damit hohe Querbeschleunigungen im Wettbewerb sorgt ein umfassendes Aerodynamikpaket, mit dem der Rennwagen einen Auftriebsbeiwert von cA = –2,8 erreicht.

Vom Konzept bis zum Rennen

Der Entstehungsprozess eines GreenTeam-Rennwagens erstreckt sich über ein Zeitfenster von rund acht Monaten und umfasst die vier Teilabschnitte Konzept, Konstruktion und Design, Fertigung sowie Zusammenbau. Jeweils im September eines Jahres wird aus Erfahrungswerten der letzten Wettbewerbe und durch Wissenstransfer vom Vorjahresteam das Overall-Konzept ausgearbeitet. Die Schwerpunkte liegen dabei auf besonders wichtigen Fahrzeugentwicklungsthemen wie Batteriekühlung, Hochvoltnetz und Aerodynamik. Bereits zu diesem Zeitpunkt beginnt auch die Kooperation mit Porsche Engineering. Dadurch erhält das Team schon frühzeitig professionelles Feedback und Tipps für die Realisierung des Elektrorennwagens.

In der Konzeptphase werden sowohl die angestrebten Zielzeiten des Fahrzeugs als auch die sogenannte Verkaufsstrategie genau durchdacht, denn später muss das Team gegenüber den Juroren von Formula Student sein Fahrzeugkonzept, die Kosten und sonstige Entwicklungsspezifika begründen. Im folgenden Arbeitsabschnitt Konstruktion und Design, der sich von Oktober bis Mitte Dezember erstreckt, wird der zukünftige Rennwagen am Computer per CAD konstruiert. Im Anschluss daran beginnt in Zusammenarbeit mit Fertigungspartnern der Aufbau des Elektrofahrzeuges. Im Rahmen einer langen Phase werden alle Komponenten des Autos im sukzessiven Testbetrieb beansprucht und aufeinander abgestimmt. Als letzter Prozessschritt folgt der Zusammenbau aller Komponenten zum kompletten Fahrzeug.

Die Experten von Porsche Engineering unterstützen die Studenten

Mit dem Rollout Ende April – der ersten offiziellen Präsentation des Fahrzeugs vor Sponsoren, Unterstützern, Freunden und Familie – erreichen die Studenten eines ihrer wichtigsten Etappenziele. „Wir lernen sehr viel von den erfahrenen Porsche-Ingenieuren und freuen uns dann, auch ihnen unsere eigenen Entwicklungen zu präsentieren“, sagt Alexander Stemmler. Anschließend veranstaltet Porsche Engineering als Hauptsponsor in dieser Phase mit dem Team ein „Probe Design Event“ – als Vorbereitung für die Präsentation des Fahrzeugs vor den Formula-Student-Juroren. Der Rennwagen wird in ähnlicher Form wie beim späteren Wettbewerb vorgestellt und gemeinsam mit den Porsche-Ingenieuren diskutiert und bewertet. Somit können sich die Studenten bereits auf kritische Fragen einstellen und sie erhalten eine unabhängige Einschätzung zu ihrem Rennwagen sowie letzte Tipps. Im Juli und August müssen die Elektrorennwagen schließlich auf den Rennstrecken beweisen, wie erfolgreich Konzept und Taktik im Wettbewerb mit den anderen konkurrierenden internationalen Hochschulteams abschneiden.

Das GreenTeam

Das GreenTeam Uni Stuttgart wurde 2009 als gemeinnütziger Verein gegründet und ging aus dem Rennteam Uni Stuttgart e.V. hervor, das Rennwagen mit Verbrennungsmotoren entwickelt. Das GreenTeam strebt dagegen mit einem rein elektrisch betriebenen Fahrzeug bei der jährlich veranstalteten Formula Student in der Kategorie Formula Student Electric einen der vorderen Plätze in der Weltrangliste an.

Jedes Jahr entwickelt ein Team aus 45 Bachelor- und Masterstudenten der Universität Stuttgart unter anderem aus den Studiengängen Fahrzeug- und Motorentechnik, Maschinenbau, Elektromobilität und Umweltschutztechnik ein Gesamtkonzept für einen elektrisch betriebenen Rennwagen. Eine Teilnahme, für die viele Studenten sogar ihr Studium für zwei Semester ruhen lassen, ist erst ab dem vierten Semester möglich. Fast ein Jahr lang tüfteln die angehenden Ingenieure rund 60 Stunden wöchentlich an ihrem E-Fahrzeug, was eine umfassende Auseinandersetzung mit anspruchsvollen Themen wie Regelungstechnik, Leistungselektronik oder Fahrdynamik voraussetzt. Neben dem verantwortungsvollen Umgang mit der Technik spielen auch Aspekte wie Zeitmanagement, Teamwork und Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle. 

In den vergangenen Jahren konnte das GreenTeam auf den internationalen Formula-Student-Events einige Erfolge verzeichnen: So stellten die Stuttgarter Studenten 2015 mit dem E0711-5 einen Beschleunigungsweltrekord auf. Mit einer Zeit von 1,779 Sekunden für den Spurt von 0 auf 100 km / h ist das Elektrofahrzeug im Guinness-Buch der Rekorde eingetragen.

Das GreenTeam der Universität Stuttgart

Info

Text erstmalig erschienen im Porsche Engineering Magazin 2/2016

Text: Peter Weidenhammer // Fotos: Felix Bezler und Jörg Eberl

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