Einsatz von Simulationen zur Entwicklung eines funktionierenden, vollelektrischen Le Mans-Rennwagens zur Förderung der Nachhaltigkeit

Auf dem Weg zum Erfolg beim E-Rennsport in Le Mans

In einer Welt, in der Nachhaltigkeit im Vordergrund steht, ziehen immer mehr Rennteams E-Alternativen in Betracht. Nun stellt sich die Frage: Wie würde es sich auf das Le Mans-Rennen auswirken, wenn Sie mit Elektroantrieb an Langstreckenrennen teilnehmen könnten? Was wäre, wenn Sie Ihren Rennwagen in der gleichen Zeit aufladen könnten, die Sie zum Tanken von Benzin oder Diesel benötigen? Das ist es, was das InMotion-Studierendenteam, das an die Technische Universität Eindhoven in den Niederlanden angebunden ist, realisiert hat.

Auf dem Automotive Campus in Helmond feilt InMotion derzeit an seinem neuesten Fahrzeug, dem Revolution. Der Revolution ist ein vollelektrischer Le-Mans Rennwagen, mit innovativer 12-Minuten-Schnellladetechnologie und Batteriepaketen der nächsten Generation.

„Wir versuchen wirklich, im Bereich der Mobilität innovativ zu sein“, sagt Martijn Scholtus, Account Manager bei InMotion. „Wir sind der Meinung, dass das Schnellladen zum jetzigen Zeitpunkt viel zu langsam ist, und das könnte ein Grund dafür sein, dass viele Leute nicht mit Elektroautos fahren. Mit dem Revolution wollen wir die Ladezeit so schnell wie möglich gestalten. Die Ladezeit beträgt 12 Minuten. Das ist ein enormer Fortschritt. Und es ist ein Le Mans-Rennwagen.

„Das prestigeträchtigste Rennen sind die 24 Stunden von Le Mans. Unser gesamtes Team träumt davon, mit dieser Technologie dort Rennen zu fahren. Wenn sie beim 24 Stunden-Rennen von Le Mans funktioniert, dann wird sie überall funktionieren.“

Ein Jahrzehnt erfolgreicher Innovationen

Das InMotion-Team, das als Stiftung geführt wird, die die Studenten jährlich rotieren lässt, praktiziert kontinuierliche Innovation. Erfahrene ehemalige Mitglieder treffen sich wöchentlich mit dem aktuellen Team, um Informationen auszutauschen und sie bei der Lösung technischer Herausforderungen zu unterstützen.

InMotion hat vier innovative Rennwagen in Folge gebaut, darunter den traditionellen Bio-Ethanol Ignition (das schnellste E-Fahrzeug des studentischen Wettbewerbs in der Formel 3), den Fusion, den Vision (ein aerodynamischeres E-Auto) und den Revolution (ein echter Pionier mit seiner E-Ladezeit von 12 Minuten – das ist schneller als bei einem E-Porsche oder einem Tesla).

„Zehn Jahre Studierendenteams sind schon imponierend“, fasst Ewout Timmermans, Teammanager bei InMotion zusammen. „Das ist es, was InMotion so besonders macht. Die Menschen, die es vor zehn Jahren gegründet haben, sitzen immer noch im Aufsichtsrat. Die Leute, die den ersten elektrischen Rennwagen, den Fusion, gebaut haben, unterstützen uns immer noch mit ihrem Fachwissen. Das ist einzigartig. Es geht darum, voranzukommen, Fortschritte zu machen und die gleichzeitig die Kontinuität im Team zu wahren.“

Mit Siemens-Lösungen Berufserfahrungen sammeln

Ein Hauptaugenmerk von InMotion lag im vergangenen Jahr auf der Professionalisierung des Teams. Die Studierenden wollten noch eine Schippe drauflegen und wie ein echtes Rennteam auftreten. InMotion wandte sich an Siemens Digital Industries Software, um dies zu verwirklichen.

„Siemens ist dabei ein maßgeblicher Partner, da sie uns die gesamte Software für die Entwicklung und die Konstruktion des Fahrzeugs zur Verfügung stellen“, fügt Timmermans hinzu.

„Es ist unabdingbar, mit modernster Software zu arbeiten. Siemens stellt diese Software-Suite auch für die Formel 1 zur Verfügung. Bei InMotion arbeiten wir also mit der gleichen Software wie die Profi-Teams, und das ermöglicht uns enormes Entwicklungspotenzial. Als Ergebnis haben wir einen erstaunlichen Rennwagen in der Garage, der ein enormes Stück Ingenieurskunst darstellt. Das ist wirklich etwas Besonderes.“

Mit dem Ziel eines einsatzfähigen elektrischen Le-Mans-Rennwagens und eines hochprofessionellen Rennteams setzen die Studierenden auf die gleichen Softwaretools von Siemens wie führende Formel-1-Teams.

Eine innovative Denkweise

Das Team erstellte einen umfassenden digitalen Zwilling des Revolution und seiner Systeme mit NX™ für detaillierte CAD-Arbeiten (Computer-Aided Design) und verschiedenen Simcenter™-Softwaretools wie Simcenter STAR-CCM+™ und Simcenter 3D für fortgeschrittene Engineering-Aufgaben. Angesichts der innovativen Vorgehensweise des Teams ist es nicht verwunderlich, dass InMotion eines der ersten Studententeams war, das die Software Teamcenter® vollständig in den Prozess integrierte, um die richtigen Daten aus dem digitalen Faden des Revolution zu nutzen. Teamcenter, NX und Simcenter sind alle Teil der Siemens Xcelerator Business-Plattform für Software, Hardware und Services. Angesichts der Tatsache, dass Terabytes an Daten im Umlauf sind, hilft die Nutzung von Teamcenter den verschiedenen angehenden Ingenieuren, sich auf die wichtigen Daten zu konzentrieren, während sie gleichzeitig an komplexen Aspekten des digitalen Zwillings arbeiten. Teamcenter spielt eine Schlüsselrolle bei der Optimierung des Prozesses, indem es fortschrittliche Simulations-, Datenmanagement- und Testprozesse nahtlos in einem digitalen roten Faden verknüpft.

„Die Leute denken, dass wir einfach anfangen, etwas zu entwerfen, aber das stimmt nicht. Wir haben den Revolution als Team entworfen, und dieser Prozess umfasst eine Vielzahl von Anforderungen, Vorlieben, Ideen und Beschränkungen“, berichtet Thomas Kuijpers, technischer Leiter bei InMotion.

Die Leistungsfähigkeit des umfassenden digitalen Zwillings

Ausgehend von den Konstruktionsvorgaben und -kriterien verwendeten die InMotion-Ingenieure den klassischen V-Zyklus-Ansatz, der traditionell von den meisten Automobil-Erstausrüstern (OEMs) zur iterativen Konstruktionsentwicklung eingesetzt wird. Nach monatelanger Entwurfs- und Analysephase entwickelte das Team den Konstruktionsentwurf für den Revolution.

"Wenn man so etwas wie den Revolution entwerfen will, muss man eine solide Basis haben, auf der man aufbauen kann“, erläutert Kuijpers. „Das schaffen wir mit Tools von Siemens, wie zum Beispiel der 3D-Modellierung mit Siemens NX. Wir erstellen ein Modell und testen es bereits in einer digitalen Umgebung, damit wir sicher sein können, dass wir beim Bau des Endprodukts in der Realität keine Probleme haben werden.“

Eine der größten Herausforderungen für das Konstruktionsteam war die Größe der Revolution-Baugruppe und die Anzahl der spezialisierten Ingenieure, die an verschiedenen Bereichen des Modells arbeiteten.

„Da wir ein ziemlich großes Engineering-Team haben, ist es wichtig, dass wir Aufgaben an verschiedene Konstrukteure delegieren können“, erklärt Kuijpers. „Die Verwendung von Teamcenter ermöglicht es uns, gleichzeitig an derselben Baugruppe zu arbeiten und unsere eigenen Iterationen zur Konstruktion beizutragen – und das alles, ohne Gefahr zu laufen, die Arbeit der anderen zu überschreiben oder die Baugruppe in Teile aufteilen zu müssen.“

Nutzung eines digitalen roten Fadens

Die Arbeit innerhalb eines digitalen Fadens mit einem digitalen Zwilling war für einige der Ingenieure im Team ein neues Konzept. Herkömmliche Methoden wie das Erstellen von Prototypen und spontane Fehlerbehebung gehören für die neue Generation der InMotion-Ingenieure der Vergangenheit an.

„Ich denke, für die meisten Ingenieure war es ein echter Aha-Effekt, dass man in einer virtuellen Welt so detailliert arbeiten und anspruchsvolle Entwurfs- und Konstruktionsleistungen so genau darstellen kann“, berichtet Kuijpers.

Das Team erkannte schnell, dass die Einarbeitung aller Mitarbeiter in die Siemens-Lösungen alles andere als eine "Out-of-the-Box"-Erfahrung (OOTB) war. Sie erhielten Unterstützung von Emixa Industry Solutions, einem Platinum Smart Expert Partner von Siemens mit Sitz in Best, Niederlande.

„Die Berater von Emixa Industry Solutions haben immer schnell reagiert und uns den richtigen Weg gezeigt, wenn wir nicht weiterkamen“, erzählt Kuijpers. „Ein weiterer Pluspunkt von Siemens, insbesondere für Studierende, ist die Siemens Xcelerator Academy. Die meisten von uns hatten bereits Online-Kurse an der Universität besucht, aber als wir anfingen, als neues Team zu arbeiten, hatten wir mehr Zugang zu spezifischem Material und Tutorials. Das war sehr hilfreich für uns.“

„Ich habe NX und Simcenter häufig für Festigkeitsanalysen verwendet“, sagt Chiel Boons, Akkupack-Ingenieur bei InMotion. „Vor allem, wenn es um schwierige Dinge geht, wie den Rohrrahmen, in dem alle Komponenten, der gesamte elektrische Antriebsstrang, die Hinterradaufhängung und die Heckflügel untergebracht sind. Es muss alles passen und stabil sein, um die Radlasten zu tragen. Um so etwas zu konstruieren, können Sie vom Modell in NX sofort zu Simcenter wechseln, um einen Festigkeitsanalysetest durchzuführen. Sie können die Lasten und Abhängigkeiten anwenden, um zu sehen, ob der Rahmen hält, wo Sie Konstruktionsverstärkungen benötigen oder wo sich Material abnutzen könnte“.

„Mit diesen vernetzten Siemens-Tools können Sie sich darauf verlassen, dass Ihr Konstruktionsentwurf tatsächlich in das Fahrzeug passt und so funktioniert, wie es sein sollte.“ Er fügt hinzu: „Es ist einfach angenehm, wenn man keine Änderungen vornehmen muss und die Dinge einfach wie gewünscht funktionieren“.

Aufgrund vieler sehr fortschrittlichen Aspekte der Siemens Xcelerator Business-Plattform können sich aktuelle und zukünftige InMotion-Teams auf eine solide technische Grundlage verlassen, um im E-Rennsport-Ökosystem und hoffentlich bald auch in Le Mans erfolgreich zu sein.