Entwicklung eines elektrischen Allradantriebs für das Black Forest Performance Team

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

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.