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3D-Druck im Motorsport - Hart- und Weichkomponenten für ein komplexes Bauteil

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3D-Druck im MotorsportHart- und Weichkomponenten für ein komplexes Bauteil

Enge Einbauräume und dadurch häufig bedingt schwierige Geometrien sowie maximale Leistung jedes einzelnen Bauteils sind typische Randbedingen für Konstrukteure im Motorsport. Mitunter kann der 3D-Druck helfen, Bauteile zu optimieren – wie es bei einem neuartiger Lufteinlass gelang, der im Selektiven Lasersintern (SLS) realisiert wurde.

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CRP Racing, Motorrad 125 cc

Für ein Fahrerteam der Moto3-Klasse hat die FuE-Abteilung von CRP Technology eine modifizierte Version der Ansaugleitung der Airbox im Auslass der Verkleidung des Motorrads entwickelt. Die neue Version wurde im 3D-Druckverfahren und mit den Materialien Windform erstellt. Die Modifikation ist das Ergebnis eines Wegs, den CRP zusammen mit den Ingenieuren des Motorsportteams eingeschlagen hat, um die Platzprobleme zu lösen, auf die der Kunde im Bereich der Vorderachse hingewiesen hatte.

Während der Arbeiten zeigte sich eine neue Anforderung, es war das Problem der Quetschgefahr des Lufteinlasses zu lösen, das vom Vorderrad bei der Bremsung verursacht wird. Dieses Problem wurde deutlich nach der Erstellung des Prototypen und dem anschließenden Test auf der Rennstrecke: Der Druck, der auf die Gabel während der Bremsung ausgeübt wurde, führte zur Absenkung der Gabel mit darauf folgender Quetschung des Lufteinlasses. Da der Lufteinlass ja hart ist, hätte dies zum Bruch des Schutzblechs führen können.

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Erste Konstruktion des Lufteinlasses als 3D-Druckbauteil

Voraussetzungen
Eine korrekte Luftzufuhr in die Airbox trägt zur optimalen Motorleistung in allen Drehzahlbereichen bei. Es entstand die Idee, den Lufteinlass bis zur vorderen Verkleidung zu verlängern, um einen ruhigeren Luftfluss zu gewährleisten. Der Lufteinlass sollte in der Vorderverkleidung integriert werden, ohne Modifikation der Fahrkomponenten, also an Fahrgestell und Gabelplatten, um auf der Strecke die Vor- und Nachteile dieser Lösung schnell testen zu können.

Der Einsatz der SLS-Technik versprach einige Vorteile:

  • Weitgehende Freiheit bei Design und Konstruktion – Design For Functionality an Stelle von Design for Manufacturing
  • Erstellen von Mock-ups für Montagetests und Fittings (Kupplung)
  • Erstellen von funktionsfähigen Teilen für Tests
  • Reduzierung der Realisierungszeiten des Projekts
Lufteinlass

Die definitive Validierung dieser neuen Komponente hängt ab von einer realen Rückmeldung auf der Piste im Hinblick auf Leistung, Zuverlässigkeit und Zugänglichkeit. Daher wurde die Airbox als Basis beibehalten, um sowohl den traditionellen als auch den neuen Lufteinlass montieren zu können, mit dem Ziel, Daten über den Druck während der Funktionsweise auf der Rennstrecke unter gleichen Bedingungen zu erhalten. Mit CAD wurde es möglich, den Lufteinlass zu konstruieren und dabei die Platzanforderungen auch unter besonders ungünstigen Setting-Bedingungen einzuhalten.

Der erste Prototyp
Nachdem ein vorläufiger Entwurf des Lufteinlasses festgelegt wurde, entstand ein Prototyp aus dem Werkstoff Windform GF 2.0. Diese Entscheidung resultierte aus der Notwendigkeit, Kosten einzusparen mit dem Ziel von mehr Tests mit mehreren Prototypen. Der erste Prototyp hat es erlaubt, die korrekte Vorgehensweise der Konstruktion zu prüfen. Bei der Montage wurden einige Unstimmigkeiten deutlich, vor allem eine Reduzierung des Durchgangsbereichs der Luft-Unterplatte während der Lenkmanöver und der Absenkung der Gabel.

Übergänge zwischen harter und weicher Komponente

Um eine größere Durchgangsoberfläche zu erhalten, haben die Konstrukteure die Unterplatte des Lufteinlasses in Windform RL2realisiert, einem neuen, gummiähnlichen Material, und den oberen festen Teil in XT 2.0. Die beiden Teile würden dann verklebt. Als erste Phase wurde eine Klebeprobe vorgenommen, um die Haltbarkeit der Materialien und der Verklebung selbst zu bestimmen.

Der zweite Prototyp
In der Folge wurde ein weiterer Prototyp realisiert, auch dieser aus GF 2.0. Nachdem der zweite Prototyp montiert wurde, ergab sich die Notwendigkeit, einige Teile zu korrigieren: Im vorderen Bereich war der weiche Teil zu schmal, bei Lenkbewegungen am stehenden Fahrzeug bewegten sich die Gabeln zu dicht an den Klebebereich heran. Zudem kam im hinteren Bereich die Hülse des Anschlusses an den Lufteinlass beim starken Bremsungen zu dicht ans Vorderrad.

Endgültiger Prototyp

Bei maximaler Absenkung der Gabel beobachtete wurde festgestellt, dass das vordere Schutzblech die Leitung in einem sehr breiten Bereich im weichen Teil zu quetschen begann. Im Hinblick auf die Fahrqualität ist dies eine ungünstige Bedingung: Bei starken Bremsungen muss der Lenker frei sein, um dem Fahrer eine schnelle Korrektur der Spur zu ermöglichen, da das Gewicht fast vollständig auf dem Vorderrad liegt.

Es handelt sich um kleine Korrekturen, aber es muss möglich sein, sie schnell vorzunehmen: Bei dieser besonderen Situation kann die Berührung eines Teils aus Gummi mit dem Schutzblech und somit mit dem Lenker das Fahrgefühl des Piloten beeinträchtigen. Daher wurde entschieden, den Lufteinlass durch Reduzierung der Kontaktfläche mit dem Schutzblech und Erweiterung des Teils aus Windform RL zu modifizieren. Die letzte Version des Prototypen wurde aus starrem Oberteil und flexibler Unterplatte verklebt.

Der eingebaute Lufteinlass

Mit dieser Konstruktion aus zwei Werkstoffen verringert sich das Gewicht der Baugrupe und deren Leistung steigt. Es ergeben sich günstige Oberflächenkonturen und Strömungsverhältnisse trotz geringen Einbauraums, da beim Bremsen das vordere Schutzblech den Lufteinlass problemlos berühren kann. Außerdem kann durch Verbreiterung des weichen Teils bis zu den Gabeln das einfache Rangieren seitens der Techniker mit maximalem Lenkwinkel in den Boxen problemlos erreicht werden.

Die Phase des Klebens ist in der Definition des Prototypen ein wichtiger Punkt. Die Auswahl des Klebstoffs und die Entscheidung für die korrekte Technik garantieren die Funktionalität des Teils. Hier wurde erreicht, dass der Prototyp des Lufteinlass wie ein homogenes Teil erscheint.

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