In dieser Abschlussarbeit wird die Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team behandelt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein konkurrenzfähiges Allradkonzept für das Black Forest Performance zu erstellen und dies in ein dreidimensionales Modell überzuführen. Für die Erstellung des Allradkonzeptes wird die grundlegende Theorie aufgearbeitet und bewertet. Darauf wird eine Analyse aus den erfolgreichsten Teams des Wettbewerbs erstellt.
Auf dieser Basis entsteht ein neues Zielkonzept, welches dann durch das Vorgehensmodell nach VDI 2206 in einem ersten Makrozyklus umgesetzt wird. Dabei werden anhand der Anforderungsliste Vorgaben an den Antriebstrang definiert und in detaillierten Arbeitsschritten aufgearbeitet. Das bestehende System wird in einzelne Komponenten zerlegt. Die Auslegung erfolgt durch unterstützende Berechnungssoftwaren und wird anschließend durch die Modellierungssoftware CAD in ein 3D-Modell übergeführt. Das Ergebnis eines wettbewerbsfähigen Allradkonzeptes wird für das weitere Vorgehen ausgearbeitet und bietet somit die Grundlagen für die Weiterentwicklung.
Die Elektromobilität prägt die Zukunft des Motorsports. Diese Arbeit untersucht die Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für ein Formula Student Rennfahrzeug und kombiniert theoretische Analysen mit praxisnahen Lösungen.
Sie richtet sich an Ingenieure, Motorsport-Enthusiasten und Studierende im Bereich Fahrzeugtechnik, Mechatronik und Automotive Engineering. Sie bietet wertvolle Einblicke in moderne Antriebssysteme und zeigt, wie innovative Konzepte in der Praxis umgesetzt werden können.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
1.2 Aufbau der Arbeit
2 Projektbeschreibung
2.1 Formula Student
2.2 Reglement der FSG
2.3 Aktueller Stand des Black Forest Performance Teams
3 Grundlagen des elektrischen Allradantriebs
3.1 Historie
3.2 Auslegung des Antriebs
3.3 Komponenten
3.3.1 Energiespeicher
3.3.2 Batteriemanagement
3.3.3 Inverter
3.3.4 Elektromotor
3.3.4.1 Gleichstrommotor
3.3.4.2 Drehstrommotor
3.3.5 Getriebe
3.3.5.1 Getriebe vs. Direktantrieb
3.3.5.2 Getriebearten
3.3.6 Differenzial
3.3.7 Antriebswellen
3.3.7.1 Längswellen
3.3.7.2 Seitenwellen
3.4 Möglichkeiten (Arten) der Anordnung
3.5 Konkurrenzanalyse
4 Stand der HFU in der Antriebskonzeption
4.1 Aktueller Stand
4.2 Gründe für einen Allradantrieb
4.3 Neue Antriebskonzeption – Allrad im Formula Student
5 Vorgehensweise zur technischen Realisierung des Allradantriebs
5.1 V-Modell
5.2 Software zur Produktentstehung
5.2.1 KissSoft – Berechnungssoftware
5.2.2 eAssistant – Berechnungssoftware
5.2.3 CAD Modellierung – Creo Parametric 7.0
5.2.4 Anforderungsliste
5.3 Bauteile und deren Funktionen
5.4 Stückliste
5.5 Bauraumabstimmung
5.6 Werkstoffauswahl
6 Konstruktive Umsetzung - Ergebnisse
6.1 Getriebeübersetzung
6.2 Zweistufiges Stirnradgetriebe
6.2.1 Zahnräder
6.2.2 Wellen
6.2.3 Wälzlager
6.2.4 Gehäuse
6.3 Verbindung an den Rahmen
6.4 Planetengetriebe
6.4.1 Zahnräder
6.4.2 Wellen
6.4.3 Gehäuse
6.5 Seitenwelle
7 Diskussion der Ergebnisse
8 Fazit & Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit befasst sich mit der Neukonzipierung und Modellierung eines elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team der Hochschule Furtwangen. Ziel ist die Erstellung eines wettbewerbsfähigen Allradkonzepts, das auf theoretischen Grundlagen, einer Marktanalyse erfolgreicher Wettbewerbsteams sowie dem VDI 2206 Vorgehensmodell basiert und in ein dreidimensionales CAD-Modell überführt wird.
- Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für Formula Student Fahrzeuge
- Konstruktive Auslegung von Antriebskomponenten (Getriebe, Wellen, Gehäuse)
- Methodische Vorgehensweise gemäß VDI 2206 und V-Modell
- Analyse von Wettbewerbsteams und deren Antriebstopologien
- Integration und Bauraumanpassung an den Fahrzeugrahmen
Auszug aus dem Buch
3.1 Historie
Die Geschichte des Allradantriebs ist eng mit der Geschichte des Automobils verbunden. 1895, neun Jahre nach der Geburt des ersten Automobils, wurde ein Dampfwagen mit vier kleinen Dampfmaschinen, die je ein Rad antreiben erbaut. Fünf Jahre darauf stellte Ferdinand Porsche 1900 das Lohner-Porsche-Rennwagen Elektromobil mit Allradantrieb vor, dass mit jeweils ein Radnarben-Elektromotor ausgestattet war.
Somit hält auch der Allradantrieb heute seine Position im Automobilbau und lässt sich in vier Hauptkategorien für Allradfahrzeuge definieren:
1. Das Segment der leicht geländegängigen Fahrzeuge (SUVs, SAVs) und Geländewagen, die vier angetriebene Räder vor allem aus Traktionsgründen benötigen
2. Der Bereich der Sportwagen und Limousinen, in dem neben guter Traktion die verbesserte Fahrdynamik ausschlaggebend für den Einsatz von Allradantrieb ist
3. Die Koppelung einer elektrisch angetriebenen Achse mit einem Standardantrieb, das sogenannte elektrische Allradsystem
4. Letztendlich der elektrische Antrieb beider Achsen Vgl. (Pischinger und Seiffert 2021, S. 793)
Von den genannten vier Hauptkategorien kommt die Kategorie zwei, der Bereich der Sportwagen, für die Formula Student am nächsten. In den dynamischen Teildisziplinen ist neben der Beschleunigung und Geschwindigkeit eine hohe Traktion, ein gutes Fahrverhalten und Stabilität von großer Bedeutung. Der Allradantrieb bietet speziell in diesen Bereichen einen großen Vorteil.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Erläutert die Problemstellung, die Zielsetzung sowie den Aufbau der Arbeit im Kontext des Formula Student Wettbewerbs.
2 Projektbeschreibung: Beschreibt den Formula Student Wettbewerb, das spezifische Reglement für Elektrofahrzeuge und den Stand des Black Forest Performance Teams.
3 Grundlagen des elektrischen Allradantriebs: Vermittelt technisches Grundwissen über Antriebskomponenten wie Motoren, Energiespeicher und Getriebe sowie eine Analyse der Antriebskonzepte von Konkurrenzteams.
4 Stand der HFU in der Antriebskonzeption: Analysiert den bisherigen Konzeptionsstand des Hochschulteams im Vergleich zu den Marktanforderungen und begründet den Wechsel zum Allradantrieb.
5 Vorgehensweise zur technischen Realisierung des Allradantriebs: Detailliert die methodische Umsetzung mittels V-Modell, Softwareeinsatz, Anforderungsdefinition und Bauraumplanung.
6 Konstruktive Umsetzung - Ergebnisse: Dokumentiert die konkreten Berechnungen, Auslegungen und 3D-Konstruktionen der Antriebsstrangkomponenten inklusive Getriebe und Seitenwellen.
7 Diskussion der Ergebnisse: Hinterfragt die erzielten Ergebnisse kritisch und bewertet die Erfüllung der Anforderungsliste sowie offene technische Fragestellungen.
8 Fazit & Ausblick: Fasst die Ergebnisse zusammen und benennt notwendige nächste Schritte zur Validierung und Optimierung des Konzepts.
Schlüsselwörter
Elektrofahrzeug, Allradantrieb, Formula Student, Antriebsstrang, Getriebe, Elektromotor, V-Modell, Konstruktion, CAD-Modellierung, Bauraum, Stirnradgetriebe, Planetengetriebe, Formula Student Germany, Wettbewerbsanalyse, Fahrzeugdynamik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Der Fokus liegt auf der Entwicklung und 3D-Modellierung eines elektrischen Allradantriebs, der speziell auf die Anforderungen eines Formula Student Rennwagens eines Hochschulteams zugeschnitten ist.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit deckt die theoretischen Grundlagen elektrischer Antriebe, die systematische Vorgehensweise bei der technischen Entwicklung, die Konkurrenzanalyse im Motorsport sowie die detaillierte konstruktive Auslegung von Getriebe- und Wellenkomponenten ab.
Welches primäre Ziel verfolgt der Autor mit dieser Untersuchung?
Das Hauptziel ist die Erstellung eines wettbewerbsfähigen, auf das bestehende Fahrzeugkonzept abgestimmten Allradantriebskonzepts, das als fundierte Basis für eine zukünftige technische Umsetzung und Weiterentwicklung im Team dient.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Entwicklung verwendet?
Der Autor nutzt das V-Modell gemäß VDI 2206 als strukturiertes Vorgehensmodell, um eine interdisziplinäre Produktentwicklung von der Anforderungsdefinition bis hin zur Konstruktion und Simulation transparent nachvollziehbar zu machen.
Was wird im Hauptteil des Dokuments detailliert behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Auslegung der Antriebsstrangkomponenten. Hierzu gehören Getriebeplanungen, Berechnungen von Zahnrädern und Wellen mittels Software (KissSoft, eAssistant) sowie die notwendige Gehäusekonstruktion und die Integration in den Rahmen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Projekt am besten?
Kernbegriffe sind Allradantrieb, Getriebeauslegung, Formula Student, CAD-Konstruktion, V-Modell und Fahrzeugentwicklung.
Wie floss das Know-how der "Formula Student" Wettbewerbskonkurrenz in die Arbeit ein?
Der Autor analysierte die zehn erfolgreichsten Teams der FSE-Historie. Diese Konkurrenzanalyse diente als Benchmark, um festzustellen, dass das Allradkonzept und die Verwendung von Planetengetrieben derzeitiger Industriestandard bei Spitzen-Teams sind.
Warum wurde für die Umsetzung des Planetengetriebes spezifisch das "Hohlrad fest"-Prinzip gewählt?
Die Wahl fiel auf diese Variante, da sie eine kompakte und effiziente Übersetzung für die geforderten Drehzahlanpassungen des Elektromotors auf die Radnabe ermöglicht, was durch Berechnungsmodelle und Kutzbachpläne für das Team validiert wurde.
- Quote paper
- Mustafa Ciftci (Author), 2022, Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1563523
