Mit additiv gefertigten Lösungen zu neuen Höchstleistungen in der E-Mobilität

Gemeinsam mit dem GreenTeam Uni Stuttgart entwickelte das Project Engineering Team von CERATIZIT eine Zerspanungslösung für die anspruchsvolle Endbearbeitung der additiv gefertigten Radträger, die den vollelektrischen Rennwagen des schwäbischen Formula-Student-Teams zu neuen Höchstleistungen beflügeln. Eine Erfolgsgeschichte, die im wahrsten Sinne des Wortes bewegt.

Das GreenTeam

Wer an Studenten denkt, denkt in den meisten Fälle an Hörsäle, Vorlesungen und das Studentenleben. Dass sich 70 Studenten ein ganzes Jahr lang eine Pause vom Studium nehmen und nur mit der Entwicklung und dem Bau eines vollelektrischen Rennwagens und der Teilnahme an der Formula-Student-Saison beschäftigen, ist eher ungewöhnlich. Doch genau das machen die Mitglieder des GreenTeams Uni Stuttgart. Seit 2009 zählt das Team zu den Top 10 in der Welt und brach bereits zweimal den Weltrekord für die Beschleunigung von 0 auf 100 km/h. Da haben selbst Hypercars wie ein Porsche 918 Spyder das Nachsehen. Genau genommen sind es seit 2016 sogar zwei Autos, an denen die immer neu zusammengestellten Teams Jahr für Jahr arbeiten: ein konventionelles Modell mit Fahrer und ein Driverless-Fahrzeug, das mit allerlei Sensoren und künstlicher Intelligenz ohne direkten menschlichen Eingriff Rennen bestreitet.

Für die Saison 2021 hatte sich das Team einmal mehr einen großen Wurf vorgenommen, um der Konkurrenz mit dem Modell E0711-11 EVO den entscheidenden Schritt voraus zu sein. „Wir sind eines der besten Teams, weswegen der Sieg für uns alles bedeutet“, erklärt Maximilian Ziegler, der für die Gesamtfahrzeugleitung Mechanik sowie die Entwicklung der neuen Radträger verantwortlich ist. Eine Schlüsselrolle bei diesem Vorhaben kam laut Ziegler den neuen, additiv gefertigten Radträgern zu: „Mit den neuen Radträgern hat das Auto ein hohes Potenzial. Die Verlagerung der Elektromotoren in die Räder verbessert die Aerodynamik.“

Ein kniffliger Fall: Die komplexe Fertigung der Radträger

So fortschrittlich die neuen Radträger sind, so komplex ist auch die Fertigung. „Die Radträger sind ein sehr komplexes Teil für deren Produktion wir das Wissen und die Erfahrung der Industrie benötigten“, so Ziegler. Gemeinsam mit Renishaw ging es zunächst daran, die Komponenten für die additive Fertigung zu optimieren.

Doch schon bald stand das Team vor der nächsten Herausforderung, wie Ziegler erklärt: „Nach dem 3D-Druck durch Renishaw brauchten wir eine Lösung, um einige Oberflächen zu bearbeiten.“ Doch die Suche war alles andere als einfach. An die Kombination aus einem komplexen Bauteil mit Durchmessern über 120 mm, geringen Wandstärken und engen Toleranzen an den zu bearbeitenden Innen- und Außenflächen traute sich keiner heran.

Nach intensiver Recherche kontaktierte Max Ziegler schließlich CERATIZIT. Komplexe Zerspanungslösungen für Kunden aus dem Automotive-Bereich, die höchste Anforderungen an Leistung, Präzision und Prozesssicherheit erfüllen müssen, gehören für das Global Project Engineering Team der Zerspanungsspezialisten zum alltäglichen Geschäft. Projektmanager Tim Haudeck nahm die Herausforderung an. „Wir sind ständig mit den Grenzen des Möglichen konfrontiert und suchen immer wieder Lösungen, um diese Grenzen zu verschieben, um das bisher Unmögliche doch möglich zu machen. Das GreenTeam-Projekt hat uns aufgrund der Komplexität der Bearbeitung eine ideale Möglichkeit geboten, um unser Know-how im Bereich E-Mobility unter Beweis zu stellen“, so Haudeck. 

Gemeinsam mit dem GreenTeam und Renishaw erfolgte eine detaillierte Analyse der Bauteile und der Anforderungen an den 3D-Druck und die Nachbearbeitung, um die Radträger weiter zu optimieren und eine optimale Zerspanungslösung zu finden. „Uns war schnell klar, dass wir mit einer Standardlösung kaum in der Lage sein würden, die geforderten Toleranzen einzuhalten“, erklärt Tim Haudeck. 

Doch selbst mit einer Sonderlösung waren die Anforderungen hoch. „Für die Bearbeitung auf einer 5-Achs-Maschine mit HSK63-Schnittstellte mussten wir die Unwucht reduzieren und das Gewicht minimieren, um die geforderten Toleranzen zu erreichen. Uns wurde schnell klar, dass ein optimales Ergebnis nur mit einer additiv gefertigten Lösung zu erreichen sein würde“, so Haudeck weiter. Es mussten nicht nur Durchmesser von über 120 mm bearbeitet werden. Hinzu kamen Wandstärken von teilweise unter 1 mm und IT6-Toleranzen sowohl an den Innen- als auch an den Außenflächen.

Um die Toleranzen einzuhalten, sollten alle wichtigen Durchmesser und Passungen in einer Aufspannung bearbeitet werden. Hierfür entwarf das Engineering Team einen additiv gefertigten Aufsatz mit zwei Aufnahmen für Wendeschneidplatten und einem Schwingungsdämpfer, der auf eine U-Achse montiert wird. Das leichte, FEM-optimierte Design nimmt die bei der Zerspanung auftretenden Kräfte optimal auf und ermöglicht die geforderte Bearbeitung in einer Aufspannung. Außerdem konnte durch die additive Fertigung eine Kühlung direkt an der Schneide realisiert werden. 

Den Entwicklungsprozess zu begleiten und die Bearbeitung des eigenen Bauteils zu verfolgen, war auch für Maximilian Ziegler ein Highlight: „Die Arbeit mit CERATIZIT und Renishaw war fantastisch, da wir auf Augenhöhe kommuniziert haben und dieselbe Leidenschaft teilen“, zeigt Ziegler sich nach der Fertigstellung des ersten Bauteils begeistert.

Erfolg auf der Rennstrecke dank additiv gefertigter Radträger

Der Aufwand für die additiv gefertigten Radträger hat sich für das Team gelohnt. Bei vier Rennen in der Saison 2021 erreichte das GreenTeam in der Gesamtwertung zweimal den ersten und einmal den zweiten Platz. „Das Auto ist so wie wir es uns erträumen konnten. Für mich persönlich war aber auch die Zusammenarbeit mit CERATIZIT super, es ist perfekt gelaufen“, freut sich Maximilian Ziegler über den Ausgang der Saison.

Innovative Lösungen für Automotive-Kunden

Für Tim Haudeck ist das GreenTeam-Projekt ein gutes Beispiel dafür, was moderne Fertigungsverfahren und das Know-how der CERATIZIT-Mitarbeiter zu leisten vermögen. „Teile wie der Radträger des GreenTeam hätte man noch vor ein paar Jahren gar nicht fertigen können. Erst durch die additive Fertigung sind solche Teile realisierbar. Voraussetzung ist natürlich, dass das notwendige Know-how für Anwendungen und Werkzeuge sowie eine hohe Lösungskompetenz vorhanden sind. Mit unserer Erfahrung in den Bereichen Automotive und E-Mobility sowie unserem Global Project Engineering Team sind wir für die Anforderungen der Automobilindustrie bestens aufgestellt.“