Entwicklung eines Kohlefaser-Monocoque für ein elektrisch betriebenes Rennfahrzeug

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit dem Entstehungsprozess eines Monocoques in Sandwichbauweise, für ein Rennfahrzeug des TUW-Racing. In diesem Produktentwicklungsprozess werden die Konzepterarbeitung, Konstruktion, Optimierung, Fertigung und Validierung behandelt. Die Konzeptphase wird mittels Paarweisevergleich und Nutzwertanalyse unterstützt, um die Umgebung für eine objektive Entscheidungsfindung zu schaffen. Aus diesem entstehen Konzeptvorschläge, die dem TUW-Racing bereitgestellt werden, um ein Lastenheft zu erstellen. Auf Grund der definierten Konzepte und Regeln des Formula Student entsteht die Außenform der Karosserie. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt aber auf der Optimierung der Sandwichstruktur. Dabei soll eine Torsionssteifigkeit von 2500 bis 3000Nm/°, bei einer minimalen Masse erreicht werden. Hierfür wird eine Finite-Elemente-Software verwendet. Abschließend wird das gefertigte Monocoque einer Torsionssteifigkeitsmessung unterzogen, um die errechneten Werte zu validieren. Das fertige Produkt besitzt ohne Anbauteile eine Masse von 20,7kg und eine Torsionssteifigkeit von 2412Nm/°. Mit Anbauteilen wird eine Steifigkeit von 2837Nm/° erreicht.

This thesis deals with the development process of a monocoque in sandwich design, for a racing car of the TUW-Racing. The process goes through the concept development, design phase, optimization, manufacturing, and validation of the product.The concept phase is supported by the Pair-By-Pair comparison and the Utility Analysis to create an environment for objective decision making. This process creates suggestions for concept variants and can be considered by the TUW-Racing to create the Technical Specification Sheet. The shape of the chassis is based on the defined concepts and the rules of the formula student. The main focus of this thesis is the optimization of the sandwich structure. Thereby a torsional stiffness of 2500 to 3000Nm/° should be achieved by simultaneous minimization of the weight. Therefore a Finite Element Analysis is used. Conclusively the torsional stiffness of the monocoque is validated through an experimental setup.The final product, without additional components, weighs 20,7kg and achieves a torsional stiffness of 2412Nm/°. The torsional stiffness with additional structures reaches 2837Nm/°.