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Eco-Mobil aus Carbon

: HTL Salzburg


Seit dem Schuljahr 2016/17 wird an der HTL Salzburg im Gegenstand Maschinenbau ab der 4. Unterrichtsstufe zusätzlich der Schwerpunkt Kunststofftechnik unterrichtet. 17 Schüler der Klasse 4c vertiefen bis zur Matura ihre Kenntnisse in Produktdesign, Formgebung, Fertigungsmöglichkeiten, Formenbau und Konstruktion.

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Das Interesse der Industriebetriebe an ausgebildeten Kunststofftechnikern ist groß. Daher wird der neu gestartete Schwerpunkt im Ausbildungszweig Maschinenbau großzügig von den unterschiedlichsten Sponsoren unterstützt. Vor allem das Projekt des Elektrofahrzeugs „Scorpion“ findet großen Anklang und erfreut sich namhafter Unterstützer.

Rennerfolg wiederholen

Seit rund drei Jahren arbeitet das Racing Team der HTL Salzburg am Elektrofahrzeug und nahm damit bereits 2016 erfolgreich am Shell Eco Marathon in London teil. Unterstützt durch Sponsoren gelang dem Salzburger Team, unter 23 europäischen Teilnehmern, den neunten Platz in der Kategorie sparsamstes Elektrovehikel Urban-Concept, einzufahren. Die Umsetzung des Projektes erfolgte großteils durch die Schülern selbst. Sie übernahmen neben der organisatorischen auch die technische und praktische Umsetzung. Vor allem die Teammanagerin Franziska Eichhorn (Abteilung Maschinenbau) war immer an vorderster Front tätig. Mehr als 300 Arbeitsstunden steckten die Schüler in das Projekt – überwiegend in der Freizeit.

Der Erfolg am Shell Eco Marathon spornte das Team zusätzlich an und weitere Verbesserungen sind bis zum nächsten Rennen geplant. Mit einer leichteren und verbesserten Version will man im Sommer 2017 wieder an den Start. „Die Teams am Eco-Marathon waren untereinander sehr offen und wir konnten dadurch viel lernen und Verbesserungsmöglichkeiten an unserem eigenen Auto erkennen. Diese werden wir bis zum nächsten Start versuchen umzusetzen“, sieht Franziska
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An die Negativform werden Holzplatten angeschraubt, welche es erlauben, einen Rand zu laminieren und dadurch die Steifigkeit erhöht.

An die Negativform werden Holzplatten angeschraubt, welche es erlauben, einen...

Eichhorn vom HTL Racing-Team motiviert in die Zukunft. Beflügelt vom Erfolg, gelang es weitere Sponsoren für den "Scorpion" zu begeistern.

Effizienzsteigerung durch Leichtbau

Das selbstgebaute Fahrzeug „Scorpion“ ist auf Energieeffizienz spezialisiert. Bei der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung wurden zwei Ziele verfolgt. Einerseits die Teilnahme am Shell Eco Marathon und andererseits die Erlangung der Straßenzulassung der Klasse L6e (rotes Kennzeichen). Um diese Ziele zu erreichen arbeiten insgesamt 20 Schülerinnen und Schüler verschiedenster Jahrgänge der Abteilungen Maschinenbau und Elektrotechnik an der HTL Salzburg intensiv zusammen.

Das Projekt hat zwei wesentliche Inhaltspunkte: Es befasst sich einerseits mit den Vorschriften der Straßenverkehrsverordnung, andererseits wird versucht das Fahrzeug so leicht wie möglich zu konstruieren. Dazu werden Leichtbau-Werkstoffe aus der Formel 1 und der Flugzeug-Branche verwendet, um das Gewicht weiter zu reduzieren. Die wachsenden Anforderungen an die Effizienz der Fahrzeuge lassen sich insbesondere durch ein geringes Fahrzeuggewicht erreichen. Deshalb wird auch bei der Weiterentwicklung des Scorpions immer mehr auf Kunststoff gesetzt.

Massive Gewichtsoptimierung

Die Karosserie des zukunftsorientierten Elektroautos entstand mit Unterstützung der Firma Mubea-Carbo-Tech. Sie ist um ein Carbon-Monocoque aufgebaut, welches im Handauflegeverfahren laminiert wurde. Die Form wird beim Laminieren durch eine Negativform aus dem Kunststoff
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Die erste Schicht wird auf die Form auflaminiert. Die Radkästen werden freigelassen.

Die erste Schicht wird auf die Form auflaminiert. Die Radkästen werden freigelassen.

Ureol, des am Computer erstellten Fahrzeugdesigns, vorgegeben. Die Karosseriebauteile bestehen aus verschiedenen Carbon-Matten und Polyurethan-Kernen. Auf die äußerste Schicht, aus einem Carbon-Faser-Gewebe mit ca. 450g/m2, wurden zahlreiche Kantenverstärkungen aus einem tri-axialem-Carbon-Gelege mit ca. 600g/m2 laminiert, welche für ausreichende Steifigkeit sorgen sollen. Die innerste Schicht gleicht der Äußersten und verbirgt an einigen höher beanspruchten Stellen einen leichten Kern aus Polyurethan. Nach dem Laminieren mit einem niedrigviskosen Harz wurden die Bauteile, zum Aushärten, vakuumverpackt um die Lagen aneinanderzupressen.

Auch die Felgen des Fahrzeugs wurden nicht ohne das sechste Element des Periodensystems (Kohlenstoff) gebaut. Die Felgenbetten, welche im Vakuuminfusionsverfahren bei Mubea-Carbo-Tech gefertigt wurden, sorgen für ein geringeres Massenträgheitsmoment und damit für kleinere, ungefederte Massen.

Neben einer Carbonkarosserie bietet sich bei der Gewichtseinsparung mittels Kunststoffs vor allem die Windschutzscheibe aus Plexiglas an, die beim Scorpion auf einen Carbonrahmen aufgeklebt wird. Bei diesem Klebevorgang ist darauf zu achten, die Spannungen in der Scheibe möglichst gering zu halten, um spätere Risse zu vermeiden. Aus diesem Grund wird ein Vorlegeband verwendet, welches in den Carbonrahmen eingelegt wird, um so den Klebevorgang zu vereinfachen. Die Kunststoffscheibe wird bei der Firma „k-tec“ mittels Tiefziehen (thermoforming) hergestellt, da sie sphärisch gekrümmt ist. Beim Carbonrahmen handelt es sich um einlagige Carbonmatten, welche anhand einer Negativform laminiert werden.

Prototypenbau mittels 3D-Druck

Diese Negativform wird mittels 3D-Druck an der HTL hergestellt. Dabei wird die komplette Negativform des Scheibenrahmens in 20 Einzelteile zerlegt, um den Druckbereich des 3D-Druckers nicht zu überschreiten. Die wieder zusammengefügten Einzelteile werden anschließend auf zwei Holzplatten verschraubt und der Scheibenrahmen laminiert werden. Zum Abschluss ist es noch nötig, den laminierten Rahmen nachzubearbeiten, da an den Eckstellen durch das Aushärten an der Luft womöglich unsaubere Stellen entstehen können. Diese werden ausgekittet und anschließend mit Lack besprüht, sodass sie kaum sichtbar sind und eine optimale Position der Kunststoffscheibe gewährleisten.

Doch nicht alle Kunststoffteile die zum Projekt beitragen sind auch im Fahrzeug verbaut. Viele Prototypen wurden vor der Fertigung im 3D-Format ausgedruckt und letzte Mängel ausgebessert. Durch den Einsatz von Kunststoff konnte das Team eine Gewichtsersparnis von ca. 100 kg im Vergleich zu einem aus Metallen hergestellten Fahrzeug erzielen. Das entspricht einer Optimierung von rund 40 Prozent.

Nach Beendigung der Entwicklungsphase folgt die Fertigung der optimierten Bauteile – zeitgerecht vor dem Shell Eco Marathon, der im Mai 2017 wieder in London ausgetragen wird. Das ambitionierte Ziel, eine Verbesserung der letztjährigen Platzierung, könnte für das Racing Team durchaus Realität werden.

An die Negativform werden Holzplatten angeschraubt, welche es erlauben, einen Rand zu laminieren und dadurch die Steifigkeit erhöht.
Die erste Schicht wird auf die Form auflaminiert. Die Radkästen werden freigelassen.
Nach dem laminieren wird ein Vakuumsack um die Form gegeben. Wichtig dabei ist, dass der Sack viele Falten schlägt, sodass er in jede Kante hineingezogen werden kann.
Das Ergebnis nach dem Aushärten der Carbonmatten unter Vakuum. An den zahlreichen weißen Stellen kann man erkennen, dass das Abrissgewebe, das für eine schöne Oberfläche auf der Innenseite sorgt, noch nicht entfernt wurde.


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/xtredimg/2016/Kunststofftechnik/Ausgabe118/9392/web/Gerratt_05.jpgMit elektronischer Haut die Welt fühlen
Ehe Roboter sicher mit Menschen zusammenarbeiten können, brauchen sie bessere Möglichkeiten, die Welt um sich herum wahrzunehmen, als sie heute verfügbare Sensorik zur Verfügung stellt. Am Laboratory for Soft Bioelectronic Interfaces (LSBI) der École Polytechnique Fédérale de Lausanne arbeiten Aaron P. Gerratt und sein Team an einer Sensorik, die Berührungen elektronisch erfassbar macht. Im Unterschied zu anderen Ansätzen soll sich das Tast-Sensorium flächig über die Arme und Greifer von Robotern ziehen lassen und muss daher extrem dünn sein. Dadurch ist als die elektronische Haut auch dafür geeignet, Prothesen einen Tastsinn zu verleihen. Noch wurde längst nicht die letzte Etappe dieser Forschungsreise begonnen. Dennoch konnten die Schweizer Wissenschaftler im Rahmen der Materialerforschung bereits die praktische Eignung nachweisen. Autor: Ing. Peter Kemptner / x-technik
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