Getriebemotoren für E-Boliden: Mit starkem Partner auf der Überholspur

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Nach der Corona-bedingten Pause im vergangenen Jahr, findet die Formula Student Electric (FSE) 2021 wieder statt. Mit dabei: die Rennschmiede Pforzheim. Erstmals gehen die Studierenden mit einem E-Boliden an den Start. Trotz Pandemie hielt das Team den eng gesteckten Zeitplan ein und präsentierte – wenn auch online – pünktlich das Konzept des Rennwagens. Unterstützung in Sachen Getriebemotoren bekamen die Studenten von einem Antriebsspezialisten, der in der Regel keine Fahrzeuge ausstattet und seine Komponenten daher ein wenig modifizieren musste.

Getriebemotoren: In den Farben Gold und Blau ist er gehalten und hört auf den Namen RSP21 Sapphire. RSP steht für Rennschmiede Pforzheim, eine Initiative der Hochschule Pforzheim, die jedes Jahr mit einem selbstentwickelten Rennwagen an der Formula Student teilnimmt. Viele Jahre konnte das Team auf den großen Rennstrecken dieser Welt mit ihren mit Verbrennungsmotor ausgestatteten Boliden Erfolge feiern.

Erstmals mit elektrischem Race-Car am Start

2019 wechselte das Rennteam in die anspruchsvollere FSE und entwickelte schon für das vergangene Jahr ein rein elektrisch angetriebenes Race-Car. Für die Pforzheimer eine technische Herausforderung. Und dann kam auch noch Corona. Die Studierenden mussten ihre Arbeit unterbrechen, der Wettbewerb wurde gestoppt. Das wird in diesem Jahr wohl nicht passieren. Doch das Virus erschwerte es dem Team, den eng gesteckten Zeitplan bis zur Präsentation Ende April einzuhalten – Kontaktbeschränkungen und Ausgangssperren machten Treffen schwierig. Doch sie haben es geschafft. Und das auch durch Unterstützung von Sponsoren und Partnern wie Stöber aus Pforzheim.

Getriebemotoren: Modifizierte Lösung für den Boliden

„Wir liefern nicht nur erstklassige Antriebskomponenten, unsere Ingenieure greifen dem Team zudem mit sehr viel Know-how unter die Arme“, sagt Dr. Florian Dreher, der die Studierenden seitens Stöber in Sachen Getriebemotoren betreut. Fahrzeuge stattet der Spezialist mit seinen Lösungen in der Regel nicht aus. „Deswegen modifizierten wir zusammen mit den Kollegen aus den jeweiligen Entwicklungsbereichen die Motoren und die Antriebsregler ein bisschen“, ergänzt Stephan Scholze, Leiter des Management Centers Elektronik bei Stöber.

Um einen wettbewerbsfähigen Boliden zu bauen, waren zum Beispiel maximale Drehzahlen von etwa 10.000 Umdrehungen in der Minute gefragt sowie Motorleistungen von je 20 Kilowatt. Der Antriebsspezialist entwickelte dafür zwei hochdrehende Synchron-Servomotoren für die Hinterachse. „Wir haben dazu die Polpaarzahlen auf die geforderte Drehzahl angepasst“, erklärt Dreher. Zum Lieferprogramm gehörten auch zwei kompakte Planetengetriebe aus dem ­Stöber-Programm mit Übersetzung i=7 sowie zwei leistungsstarke Antriebsregler der Baureihe SI6. „Die Regler mussten wir in ihrer Größe etwas kleiner gestalten, damit sie in die windschnittig geformte Karosserie passen“, erklärt Scholze. Um ihre Ansteuerung kümmerten sich die Studierenden, was keine leichte Aufgabe war.

Vom Schaltschrank in den Rennwagen

„Wir haben die Antriebsregler zudem mobil gemacht“, berichtet Scholze. Denn eigentlich befinden sich diese Komponenten bei den Kunden im Schaltschrank. Im Rennwagen müssen sie dagegen in ein Gehäuse, das sie vor Schmutz und Nässe schützt. Wichtig ist eine hocheffiziente Kühlung der Getriebemotoren, damit sie nicht überhitzen. Die Studierenden entwickelten eine auf das Fahrzeug angepasste Lösung, die Motoren und Antriebsregler in einem Wasserkreislauf kühlt. Metallschäume in den Kühlplatten führen die Wärme noch besser ab. Im Prüffeld bei Stöber fanden und finden dazu umfangreiche Tests statt, aber auch etwa zur Beschleunigung des Fahrzeugs oder hinsichtlich des Strecken- und Fahrprofils am Hockenheimring.

Vor dem Rennen steht die Qualifikation

„Die Studierenden entwickelten die Konzepte in enger Abstimmung mit unseren Experten und setzten diese eigenständig um“, beschreibt Dreher die Zusammenarbeit. Denn sie wissen genau, was sie benötigen – wie viel Drehmoment zum Beispiel an der Hinterachse wirken muss oder auch, wo die Komponenten montiert sein müssen. Wichtig ist, dass die Motoren und Getriebe für diese Aufgabe optimal aufeinander abgestimmt sind. Zusammen mit Stöber hat die Rennschmiede auch eine eigene Hochvoltbatterie mit einer Nennspannung von knapp 520 Volt entwickelt.

Nun geht es darum, den Rennwagen fit für die Qualifikation des finalen Rennens zu machen. Denn die FSE ist ein Konstruktionswettbewerb, bei dem Experten die Teams in Bezug auf Konzept, Planung und Fahrzeug bewerten. Da alle Boliden Prototypen sind, müssen sie eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen und Regeln einhalten. Erfüllen die Teams mit ihren Wagen diese Grundvoraussetzungen, können sie am Rennen teilnehmen. Geprüft werden unter anderem die Hochvoltbatterie, die elektrische Sicherheit sowie alle sicherheitsrelevanten Bau- und Zubehörteile. Es darf keine Betriebsflüssigkeit austreten und die Regularien zum Überrollschutz müssen erfüllt sein. Dazu kommt die Einhaltung einer bestimmten Lautstärke und ein Bremsentest.

Ob die Rennschmiede in Hockenheim antreten darf, um zu zeigen, dass ihr etwa 230 Kilogramm schwerer Sapphire auch fahrtüchtig ist, entscheidet sich vor Ort. Aktuell befindet sich die Rennschmiede noch auf der Warteliste. Sicher ist dagegen im Rahmen der Formula Student die Teilnahme auf dem ­ FS Alpe Adria Event in Kroatien. „Jede Qualifikation für eine Teilnahme zu erhalten, ist schon eine herausragende Leistung für jedes Team“, freut sich Dreher.

Die Autorin Claudia Grotzfeld ist verantwortlich für das Marketing bei Stöber Antriebstechnik in Pforzheim.

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