Wie wir dieses Jahr gefertigt haben
Für den aktuellen Wagen haben wir ein Aeropaket aus Front- und Heckflügel entwickelt, welches durch Diffusoren im Unterboden unterstützt wird. Die entstehende Downforce verhilft dem Wagen in schnellen Kurven zu mehr Grip und somit zu besseren Rundenzeiten.
Während der Entwicklung helfen uns computergestützte Fluid Simulationen, welche es ermöglichen, die Strömungen und Druckbereiche an Flügeln und Aeroelementen zu visualisieren. In der Zukunft wird die Konstruktion durch die Simulation des Faserverbundwerkstoffes unterstützt um leichte, steife und stabile Verbundbauteile fertigen zu können.
Faserverbundwerkstoffe wie Kohlefaserlaminat oder Glasfaserlaminat sind hochfest und dabei leicht. Die Fasern haben die Aufgabe die Kräfte als Zugspannungen aufzunehmen. Der umliegende Kunststoff nimmt die Druckspannungen im Material auf und hält die Fasern in Position. Dieses Materialverhalten macht den Werkstoff einzigartig.
Da die Ausrichtung, Art und Anzahl der Fasern einen hohen Einfluss hat auf den Werkstoff haben, muss bei der Fertigung besondere Sorgfalt eingehalten werden. Die Fasern werden in der Regel als Matten in gewebter oder gelegter Form verwendet. Eine Matte des gewünschten Fasermaterials wird in eine Form gegeben und anschließend von Harz und Härter getränkt. Das Aushärten von Harz und Härter führt zur Fixierung der Fasern in ihrer Position.
Durch das Schichten von Fasermatten kann das gewünschte Materialverhalten eingestellt werden. Die Faserrichtung sollte dabei an den Belastungsfall angepasst werden. Wie bereits erwähnt ist dabei die Zugkraft in Faserrichtung besonders interessant. Diese sollte in alle auftretende Richtungen „aufgefangen“ werden. Fasermatten mit gekreuzten oder gewebten Maschen eigenen sich, um z.B. Kräfte mit 90° oder 45° Versatz mit einem Schlag abzudecken.
Wie beim Backen von z.B. Kuchen benötigt man eine Form, um dem Laminat seine Geometrie zu geben. Für flache Bauteile können Platten aus lackiertem Holz o.ä. genutzt werden. Für komplexe Geometrien müssen aufwendige Formen hergestellt werden. Bei der Form haben wir uns für die Flügelprofile für einen Ansatz entschieden, der es uns ermöglicht das gesamte Profil in einem Arbeitsschritt zu fertigen. Wir nutzen dazu eine positive Form, um welche das Laminat herum gelegt wird. Um eine Anpressung des Laminats zu ermöglichen wird eine Folie aus Teflon um das Laminat gelegt und in einem Vakuumsack ausgehärtet. Die Teflonfolie verschafft uns eine glatte Oberfläche des Flügels auf der Außenseite und die positive Form im Kern gibt eine genaue Geometrie vor.
Für die Fertigung der Formen konnten wir auf eine Fräse des befreundeten Formula Student Teams Race-Ing. der FH Dortmund zurückgreifen. Mit Hilfe von CAM Software konnten wir unkompliziert die benötigten Werkzeugbahnen generieren und präzise Formen herstellen.
Eine alternative Vorgehensweise wäre gewesen, mit zwei negativen Formen den Flügel von außen nach innen zu laminieren. Dabei wären allerdings zwei Fügekanten an der Vorder- und Hinterseite des Flügels entstanden die sich mitunter negativ auf die Strömung auswirken.
Für die Arbeit mit Verbundwerkstoffen unterstützt uns seit Jahren die Firma Sika. Mit Produkten rund um den Formbau, Kleb- und Dichtstoffe und Verbundwerkstoffe ist SIKA ein wichtiger Partner für uns geworden.
