Akademischer Rennstall gewinnt in der Formula Student mit von Siemens PLM Software inspirierten Konstruktionen und nachhaltiger Wirtschaftlichkeit

Qualifizieren rennsporttauglicher Ingenieure

Die Ausbildung an der Hochschule Aalen beschränkt sich nicht auf theoretisches Wissen. Von digitalen Netzwerken, Gesundheit und E-Mobilität bis zu erneuerbaren Energien, Photonik oder Robotik bildet die Hochschule Aalen Studenten zu hochqualifizierten Spezialisten aus, die von ortsansässigen Unternehmen gesucht werden.

Um die herausragenden Konstruktionsfertigkeiten zu erlangen, die im Berufsleben gefragt sind, nehmen die Studierenden der Hochschule Aalen auch an der Rennserie für Elektrofahrzeuge teil. Das 2009 als nicht-gewinnorientierter eingetragener Verein gegründete E-Motion Rennteam Aalen zählt zu den über 600 Universitätsteams weltweit, die sich mit selbst konstruierten und gebauten Wagen in 18 Rennen messen.

Formula Student ist der größte Ingenieurwettbewerb der Welt. Der Gewinner ist nicht einfach, wer nach einer bestimmten Anzahl von Runden als erster ins Ziel kommt. Zusätzlich zum Beschleunigungs- und Slalomwettbewerb sowie einem Autocross-Qualifying und einem Ausdauerrennen über 22 Kilometer müssen die Ingenieure ihr Auto vorstellen und den Entwicklungsprozess erklären. Eine Jury aus prominenten Persönlichkeiten aus der Automobilbranche und dem Rennsport bewerten die Konstruktion und Fertigung, den zugrundeliegenden Businessplan und die Kostenanalyse.

Von Beginn an konzentrierte sich das E-Motion Rennteam auf Elektro-Rennwagen und präsentierte 2012 sein erstes Modell. 2018 entwickelte der Verein außerdem einen Wagen, um bei der Formula Student an der fahrerlosen Klasse teilzunehmen.

„In einer Organisation mit zahlreichen Abteilungen von Mechanik- und Elektroentwicklung bis Finanzen und Marketing arbeiten Studierende aus verschiedenen Fakultäten unter Zeitdruck und mit eingeschränkten Ressourcen zum Erreichen gemeinsamer Ziele zusammen“, beschreibt Felix Herzog, CTO des E-Motion Rennteams Aalen. „Wenn sie die Hochschule verlassen, sind sie rennsporterprobte Ingenieure, die in kürzester Zeit produktiv werden können.“

The E-Motion Rennteam Aalen is a group of students at the Aalen University of Applied Sciences who design and build electric race cars to compete in the Formula Student racing series.

Hohe Fluktuation als Herausforderung für die Konstruktion

Das E-Motion Rennteam hat 55 Mitglieder von den Fakultäten der Hochschule Aalen. Die Technikstudenten unter ihnen konstruieren hunderte von Teilen für jedes Auto.

„Die bis 2014 bestehende Multi-CAD-Umgebung brachte einige Herausforderungen mit sich“, sagt Carolin Reichelt, ehemals Chief Executive Officer (CEO) des E-Motion Rennteams und Alumna der Hochschule Aalen. „Unsere Technikstudenten mussten sich mit den verschiedenen Oberflächen mehrerer Softwarepakete vertraut machen und die Normierung auf neutrale Dateiformate wie Step bedeutete einen Verlust des Detailgrades der Modelle.“

Eine weitere Herausforderung stellte die hohe Fluktuation dar. „Viele Studenten bleiben nur ein oder zwei Semester im Team“, sagt Herzog. „Sie teilen, was sie im Lauf einer Rennsaison lernen, sodass ihr Wissen im Team bleibt und nicht verloren geht.“

Um die Studenten in die Lage zu versetzen, diese Herausforderungen zu meistern, vereinheitlichte das E-Motion Rennteam ihre computergestützte Konstruktionssoftware (CAD) und führte Software für das Product Lifecycle Management (PLM) ein. Um einen möglichst sanften Übergang zu ermöglichen, wurde der Rollout der neuen Software mit einer Masterarbeit vorbereitet.

For all mechanical design work and some verification, E-Motion Rennteam Aalen uses NX software.

Mit NX und Teamcenter zum Erfolg

Mit der CAD-Software NX™ von Siemens PLM Software erzeugt das E-Motion Rennteam extrem komplexe 3D-Modelle ihrer Fahrzeuge. „Unsere Modelle enthalten von Beginn alle Teile, von Schrauben über Flansche bis zu Kabelbindern“, sagt Herzog. „Ihr großer Detailreichtum verhindert unliebsame Überraschungen in der Produktion.“

Für die Teileproduktion greift das Team auf die Infrastruktur der Hochschule zurück. Während Sponsoren die Fertigung der maschinell hergestellten Teile übernehmen, fertigt das Team alle Teile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in seiner eigenen Werkstatt.

„Die überragende Qualität und Reichhaltigkeit der in NX erstellten CAD-Modelle ermöglicht uns, mit wenig Aufwand und Zeit eine hohe Verarbeitungsqualität zu erzielen“, sagt Herzog. „Das trägt wesentlich zu unserem Erfolg bei Ausdauerwettbewerben bei.“ Für das Produktdatenmanagement und die workflowgetriebene Zusammenarbeit verwenden sie die Software Teamcenter®, ebenfalls von Siemens PLM Software. Dieses PLM-System verbindet Menschen und Prozesse mit einem digitalen roten Faden für Innovation und eliminiert die traditionellen Barrieren zwischen funktionalen Silos.

„Alle unsere Teammitglieder nehmen über die intuitive Oberfläche der Software an der Entwicklung des Rennwagens teil“, sagt Herzog. „Teamcenter ist nahtlos in alle Softwarelösungen von Siemens PLM Software integriert, einschließlich NX und macht es einfach, den gesamten Produktentwicklungsprozess über alle Versionen, Varianten und Änderungen einer Konstruktion zu verwalten, zu dokumentieren und zu verfolgen.“

Um allen Teammitgliedern, auch denen mit nicht-technischen Aufgaben, die Verwendung von Teamcenter leicht zu machen, implementierte das E-Motion Rennteam die Software mit einer extrem schlanken Prozessstruktur. „Das ermöglicht Studenten unter Zeitdruck, sich ohne Teilnahme an Sitzungen zwischen zwei Vorlesungen oder Prüfungen auf den aktuellen Projektstand zu bringen“, fügt Reichelt hinzu. „Da dies eine Menge Zeit spart, ist Teamcenter das zentralste Tool für alle Mitglieder des E-Motion Rennteams.“

Design work at the E-Motion Rennteam Aalen involves all engineering disciplines and includes vehicle assembly in a workshop provided by at the Aalen University of Applied Sciences. Photo: P. Kemptner

Wärme und Kosten im Blick

Teamcenter hilft dem E-Motion Rennteam-Ingenieuren dabei, Fehler nicht zu wiederholen. Sie verwenden verschiedene Arten der Simulation. Zum Überprüfen der Konstruktion des Kühlsystems der Wagen verwenden sie die Software Simcenter Amesim™ aus dem Simcenter-Portfolio von Siemens PLM Software für das Modellieren und Analysieren mechatronischer Systeme.

„Simcenter Amesim verwendet für die Modellbeschreibung Gleichungen, die das hydraulische, pneumatische, thermische, elektrische oder mechanische Verhalten des Systems repräsentieren“, so Herzog. „Das ermöglicht uns noch vor der Ausdetaillierung der Geometrie im CAD-System, das Verhalten des Kühlsystems zu simulieren.“

Berechenbarkeit ist für die Wirtschaftlichkeit eines Rennwagenprojekts wichtig. Da die Kosten bei jeder Produktentwicklung eine entscheidende Rolle spielen, enthält die Formula Student eine Kosten- und Fertigungsdisziplin. Bei einem Kostenanalyse-Event müssen die teilnehmenden Teams einen schriftlichen Kostenbericht vorlegen und erläutern, der die kalkulatorische Größe des Fahrzeugs, seiner Teile und die erforderlichen Fertigungsschritte abdeckt.

Das E-Motion Rennteam-Management implementiert die Lösung Teamcenter® Product Costing von Siemens PLM Software. Diese Software bietet eine Plattform zum Erstellen und Verwalten der Kalkulationen und ermöglicht den Datenaustausch zwischen ERP- und PLM-Lösungen. Product Costing verwendet Kalkulationsmethoden, die auf einer detaillierten Produktstruktur basieren und definiert den Materialeinsatz und die Prozesskosten. Es ermöglicht verschiedenen Abteilungen mittels Teamcenter zusammenzuarbeiten.

Ermutigt durch die Erfolge bei der Teamcenter-Implementierung, wird auch dies wissenschaftlich vorbereitet. Wirtschaftsingenieurstudent Andreas Gayser, der das Kostenteam des E-Motion Rennteams zwei Jahre lang geleitet hat, verfasste hierzu eine vorbereitende Bachelorarbeit. Er ist für den Rollout der Software verantwortlich, wodurch die Chancen des E-Motion Rennteams beim Formula Student-Wettbewerb weiter steigen.

Using Teamcenter, E-Motion Rennteam Aalen members share the knowledge required to build a digital twin of the cars and their components