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Das Running Snail Racing Team der Hochschule Amberg- Weiden

Kabelbaumentwicklung im Rennwagenbau

01 Besonderes Kennzeichen der Running-Snail-Renner ist die hohle Vorderradfelge, die auf einem großen Lagerring läuft

02 Das Team der Hochschule Amberg-Weiden hat viel Arbeit investiert und ist stolz auf seinen neuen Elektro-Rennwagen Running Snail

03 Eplan Harness pro D zeigt dem Elektrokonstrukteur die Anschlüsse – hier die zentrale Steuereinheit des Rennwagens – sowohl als Liste als auch realitätsnah an, was die Orientierung sehr einfach macht

04 Der Kabelbaum des Rennwagens reicht bis in die Vorderachse, wo Sensoren die Bremstemperatur messen

Die Formula Student fasziniert Studenten der unterschiedlichsten Fachrichtungen seit Anfang der 2000er-Jahre auch in Deutschland. Bei der Formula Student Electric können seit 2010 auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge an den Start gebracht werden. Das Running Snail Racing Team der Hochschule Amberg-Weiden hat sich in diesem Jahr erstmals dieser Herausforderung gestellt. Mit an Bord: das Kabelbaum-Tool Eplan Harness pro D.

Die Formula Student ist eine faszinierende Möglichkeit, schon im Studium Arbeitserfahrung zu sammeln – und zwar anhand eines Motorsportprojekts. Ziel ist es, innerhalb eines Semesters einen Rennwagen auf die Räder zu stellen. „In unserem Running Snail Racing Team sind alle Fakultäten der Hochschule Amberg-Weiden vertreten“, erläutert Teamchef Stefan Dotzler, „von Maschinenbau und Elektrotechnik über Marketing bis hin zur Medientechnik.“ Etwa 80 Teammitglieder stecken einen beträchtlichen Teil ihrer Studienzeit in das Projekt. Das Running Snail Racing Team kann sich mit Erfolgen schmücken: Schon der erste Wagen gelang so gut, dass das Team den „Best Newcomer Award“ erhielt. 2010 folgte der Gewinn des Formula Student-Events in Ungarn. „Das ist für eine kleine Hochschule wie unsere mit nur etwa 3.000 Studenten eine große Leistung“, ordnet Projektleiter PR/Orga Konrad Bittner die Erfolge ein. „Wir konkurrieren mit Teams viel größerer Unis, die sowohl personell als auch finanziell mehr Unterstützung haben.“

Rennwagen mit Elektroantrieb
In der laufenden Saison konzentriert sich das Running Snail Team erstmals auf die Elektroantriebsversion der Formula Student, die FSE (Formula Student Electric, Bild 1 und 2). „Das passt sehr gut“, wie K. Bittner erläutert, „denn unsere Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik legt Wert auf regenerative Energien. Ein E-Antrieb spiegelt da auch den aktuellen Trend der Automobilindustrie wider. Zudem ist die Zusammenarbeit mit der Fakultät Elektro- und Informationstechnik viel enger als früher. Wir wollen zeigen, dass der Elektroantrieb nicht nur Verzicht bedeutet, sondern Spaß bringt und zum Motorsport passt.“ Thomas Simson, Baugruppenleiter Kabelbaum, erläutert die besonderen Anforderungen des Elektroantriebs: „Wir haben im neuen FSE-Auto 212 m Kabel, doppelt so viel wie im letztjährigen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Es sind etwa 400 Einzeladern verbaut, das ist sogar das Dreifache des letztjährigen Kabelbaums.“ Die elektrische Ausstattung umfasst neben dem reinen Antrieb – Batterie, Wechselrichter und Motor – noch weitere Bereiche und Aggregate: Das mikroprozessorgesteuerte Batteriemanagement soll eine möglichst hohe Fahrleistung aus den Akkus holen, das Armaturenbrett informiert den Fahrer über den Status des Fahrzeugs. Batterien und Motor werden gekühlt, zudem nimmt eine Vielzahl von Sensoren Daten auf, von Bremsdruck und -temperatur über Federweg bis hin zum Akkuzustand. Und nicht zuletzt verlangt das Reglement bestimmte Installationen, beispielsweise ein Not-Aus-System und ein Signalhorn, das Umstehende beim Losfahren des Wagens warnt.

3D-Software für Konstruktion von Kabelbäumen
Die Anschlüsse all dieser Komponenten erfasste T. Simson in Eplan Harness pro D einer Software, die seit Sommer 2012 von Eplan angeboten wird [3]. Im Februar erhielt Running Snail seine Lizenz, zusammen mit einer eintägigen Einführung in die Software. T. Simson erinnert sich: „“Eplan Harness pro D”:http://www.eplan.de/de/loesungen/elektrotechnik/eplan-harness-prod/ ist sehr stark selbsterklärend, der Start war also sehr einfach. Wir konnten nach der eintägigen Einweisung sofort loslegen und hatten danach nur noch einige wenige Fragen zu speziellen Funktionen an Eplan.“ In der Harness-pro-D-Bibliothek werden zunächst die benötigten Steckverbinder definiert. Dabei geht es um mehr als die reine Geometrie, denn es werden auch die Pinbelegung und der Name der einzelnen Leitung definiert. Daraus erkennt die Software nach entsprechender Generierung, welche Pins in welchen Steckverbindern miteinander verbunden sind, der Kabelbaum baut sich also quasi von selbst auf (Bild 3). „Den Schaltplan selbst haben wir in Eagle entwickelt.“, erläutert T. Simson. „Wir konnten allerdings aufgrund der Zeitnot die Importfunktion von Harness pro D nicht nutzen. Für den direkten Import müssen die Benennungen der Steckverbinder und Leitungen in den Bibliotheken beider Programme identisch sein. da der Schaltplan schon fertig war, als wir Eplan Harness pro D bekamen, haben wir die Übertragung in diesem Jahr noch manuell gemacht. Im nächsten Fahrzeug wollen wir die Importschnittstelle dann nutzen.“ Die 3D-Geometrie des Autos und damit die Lage und Ausrichtung der Steckverbinder übernahmen die Studenten aus dem 3D-CAD-System Creo 2.0, mit dem der Rennwagen konstruiert wurde (Bild 4).

Harness pro D bietet Schnittstellen zu den wichtigsten CAD-Systemen und auch zu Neutralformaten wie Iges und Step. In Eplan Harness pro D lassen sich die Einzeladern zu Kabelbäumen zusammenfassen und die Kabelbäume dreidimensional verlegen. Dabei achtet die Software auf den Biegeradius des Kabelbaums, der umso größer wird, je mehr Leitungen er umfasst und je größer der Durchmesser dieser Leitungen ist. So färbt sich beispielsweise während des Zusammenfassens der Leitungen eine Biegung rot, weil mit dem Einfügen einer Leitung der minimale Biegeradius unterschritten wurde. Durch Ziehen mit der Maus kann T. Simson dann die Verlegung des Kabelbaums anpassen, so dass der Biegeradius wieder eingehalten wird. Der letzte Schritt ist das automatische Erstellen einer Nagelbrettzeichnung. Diese Zeichnung wird dann tatsächlich auf ein großes Brett aufgezogen und der Verlauf des Kabelbaums mit Nägeln definiert. Dann lassen sich die einzelnen Adern auf dem Brett verlegen und so der Kabelbaum fertigen. Running Snail machte dabei gute Erfahrungen, wie T. Simson erläutert: „Die Leitungslängen haben in dem dreidimensional gewinkelten Kabelbaum immer gestimmt, das war mit der bisher genutzten in Eagle eingebauten Funktionalität nicht immer so. Der Kabelbaum passte auf Anhieb ins Auto und wir haben keine einzige Leitungen vergessen.“ Zudem liefert Eplan Harness pro D auf Knopfdruck wertvolle Informationen, die beim Bau des Wagens benötigt werden, beispielsweise, wie viele Meter Leitung in welchen Farben und Durchmessern benötigt werden.

Thomas Simson fasst zusammen: „Wir haben von Null bis zum fertigen Kabelbaum einen Monat benötigt, das dauerte früher viel länger, obwohl die Verkabelung wesentlich kleiner war. Zudem passten die Leitungslängen exakt, man musste keinen „Sicherheitszuschlag“ auf die Kabellänge geben. Eplan Harness pro D hat uns damit messbare Vorteile gebracht. Die Unterstützung des Systemherstellers war sehr gut, offene Fragen konnten wir in kürzester Zeit am Telefon klären. Durch die einfache Bedienung konnten wir uns – wohlgemerkt neben dem Studium – schnell einarbeiten und produktiv mit der Software arbeiten.“ K. Bittner ist von dem 2013er Wagen, der am 23. Mai vorgestellt wurde und am 03. Juli 2013 am ersten Wettbewerb in Silverstone teilnahm, überzeugt: „Wir haben einen sehr leichten Rennwagen gebaut, der gute Fahrleistungen bringt. Zudem haben wir in diesem Jahr stark auf das Design des Wagens geachtet, was sich nicht nur in den blau eloxierten Aluminiumteilen zeigt, sondern eben auch darin, dass die Aggregate sauber verbaut wurden. Zum gewünschten professionellen und ‚aufgeräumten‘ Eindruck ist eine saubere Verlegung der Leitungen in exakt gefertigten Kabelbäumen unabdingbar. Eplan Harness pro D hat hierbei hervorragende Dienste geleistet.“ (hz)

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Autor:
Dipl.-Ing. Ralf Steck ist freier Fachjournalist für die Bereiche CAD/CAM, IT und Maschinenbau in Friedrichshafen.
rsteck@die-textwerkstatt.de