Hochschule für Technik und Wirtschaft des SaarlandesFachhochschule Kaiserslautern
 
 
 
SERIENMODELL BMW 120D
FAHRZEUG-UMBAU
LOGBUCH
ENTSTEHUNG EINES RENNSPOILERS
DER SPOILER FÜR UNSEREN PROJEKT 24H - RENNBOLIDEN:
Vom Konzept zum Einsatz auf der Nordschleife in nur 14 Tagen (Mit freundlicher Unterstützung des Kunststoffnetzwerkes Rheinland-Pfalz)
Ziel des Sponsors Kunststoffnetzwerk Rheinland-Pfalz war es, im Rahmen des Projektes 24h dem Hochschulteam innerhalb kürzester Zeit einen konkurrenzfähigen Spoiler zu Verfügung zu stellen. Die Randbedingungen waren dementsprechend hart. Das von Dupré-Motorsport zur Verfügung gestellte Strömungsprofil des Haupt- und Nebenflügels, mußte in das oberste Ziel der Konstruktion, der Haltbarkeit auf der Rennstrecke über die Distanz von 24 Stunden, umgesetzt werden. Der Kostenrahmen sollte überschaubar sein und die verfügbaren Ressourcen bestmöglichst ausgenutzt werden. Die einzelnen Schritte vom Konzept bis zum Einsatz werden nun in den folgenden Abschnitten dargestellt:

1.) >> Aufbau des Spoilers
2.) >> Konstruktion und Berechnung
3.) >> Fertigung der Krafteinleitungselemente
4.) >> Fertigung der Strukturschaumkerne
5.) >> Fertigung der Flaps
6.) >> Fertigung der Flügel
7.) >> Endmontage und Design
8.) >> Zusammenfassung

1.) Aufbau des Spoilers (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)

Der Spoiler besteht im wesentlichen aus einem Hauptflügel (1), einem verstellbaren Nebenflügel (2), seitlichen Flaps (3) und den Aluminium-Halterungen (4) zur Anbindung an das Fahrzeug.
Die Haupt- und Nebenflügel werden in einer Kohlenstofffaser-Sandwich-Konstruktion mit einem Strukturschaumkern gefertigt, wobei die Kohlenstofffaser-Lagen per Hand auflaminiert werden. Diese Fertigungsmethode bedingt eine nachträgliche Lackierung um die Oberfläche ansprechend zu gestalten. Die seitlichen Flaps werden ebenfalls in einer Kohlenstofffaser-Sandwich-Konstruktion ausgeführt, allerdings hier mittels dem Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) hergestellt.

2.) Konstruktion und Berechnung (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Nach Übergabe der aerodynamisch optimierten Flügelkonturdaten erfolgte die Konstruktion und Auslegung des Spoilers. Die Flügel- und Flap-Körper wurden in einer Kohlenstofffaser-Sandwich-Konstruktion mit einem Strukturschaumkern ausgefertigt. Besonderes Augenmerk musste hierbei auf die werkstoffgerechte Anpassung der Krafteinleitungselemente gelegt werden. In mehreren Schleifen zwischen Konstruktion und Berechnung wurde schließlich das Enddesign und der Faserverbund-Lagenaufbau festgelegt.

3.) Fertigung der Krafteinleitungselemente (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Mit Übergabe der CAD-Daten erfolgte die CNC-gesteuerte Fertigung der Aluminium-Krafteinleitungselemente.



4.) Fertigung der Strukturschaumkerne (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Mit Übergabe der CAD-Daten erfolgte die CNC-gesteuerte Fertigung der Strukturschaumkerne. Die Kerne dienen als formgebende Unterlage für die per Hand auflaminierten Kohlenstofffaser-Deckschichten. Des weiteren gewährleistet der Schaum die Schubübertragung zwischen den Deckschichten innerhalb des Sandwichverbundes. Bild 4 zeigt den Fräsvorgang sowie die fertigen Schaumkerne mit eingeklebten Krafteinleitungselementen.

5.) Fertigung der Flaps (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Die Fertigung der Flaps erfolgte durch das RTM-Verfahren. Trockene Kohlenstofffasergewebe und der Strukturschaumkern wurden in ein eigens angefertigtes, geschlossenes Stahl-Werkzeug eingelegt, danach erfolgt die Injizierung eines warm aushärtenden Epoxid-Harzes. Die Fasern werden vollständig imprägniert und bilden nach dem Aushärten einen stabilen Verbund mit dem Harz. Bild 5 zeigt das geöffnete Werkzeug und ein damit hergestellten Flap.

6.) Fertigung der Flügel (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Auf die vorbereiteten Strukturschaumkerne wurde, per Hand, der noch nasse Kohlenstofffaser-Epoxidharz-Verbund aufbracht. Nachdem der Lagenaufbau vollständig abgebildet war, erfolgte die Aushärtung des Harzes im Heissluft-Ofen bei ca. 60°C. Bild 6 zeigt die Rohlinge vor (in einem Vakuumsack) und nach dem Aushärten des Epoxid-Harzes.

7.) Endmontage und Design (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Die Flügel-Rohlinge wurden noch einmal auf Kontur gefräst, gespachtelt und rot lackiert. Danach wurden die Sponsoren-Aufkleber angebracht. Um die Kohlenstofffaser-typische Textur zu erhalten erfolgte keine Nachbearbeitung der Flaps. Lediglich Bohrungen zum Verstellen des Nebenflügels wurden eingebracht. Es erfolgte die Endmontage und Übergabe an die Projektleitung des Projekts 24h.

8.) Zusammenfassung (>> zurück zum Inhaltsverzeichnis)
Innerhalb von nur 2 Wochen ist es den Firmen des Kunststoffnetzwerkes Rheinland-Pfalz gelungen, einen hochwertigen und wettbewerbstauglichen Heckflügel für den Einsatz am Nürburgring bereitzustellen. Diese Leistung ist der reibungslosen Zusammenarbeit unter den Partner-Firmen zu verdanken, die Ihre jeweilige Kompetenzen erfolgsorientiert und optimal einsetzten. Ein nicht unerheblicher Erfolgsfaktor war zudem das enorme Engagement und die Motivation der beteiligten Mitarbeiter.

Das Kunststoffnetzwerk Rheinland-Pfalz wünscht dem Team von Projekt24h viel Erfolg beim 24-Stunden-Rennen in der „Grünen Hölle“!

Aufbau des Spoilers
CAD
FEM-Berechnungsergebnis
Gefräste Krafteinleitungselemente
Fräsvorgang Schaum
Fertige Schaumkerne
geöffnetes RTM-Werkzeug
Flap in Sandwich-Bauweise
Flügelrohlinge (vor dem Aushärten)
Flügelrohlinge (nach dem Aushärten)
Nachbearbeitung
Lackierung und Applizierung der Aufkleber
Fertig montierter Spoiler
Übergabe des fertigen Spoilers