ACE Stossdämpfer: Bedienkräfte dosieren Gasfedern optimieren Fahrgefühl

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Um beim internationalen Rennen «Formula Student» mit ihrem elektrisch angetriebenen Fahrzeug Chancen auf einen Sieg zu haben, nutzt das Team der TU Dresden «Elbflorace» unter anderem Industriegasfedern von der ACE Stossdämpfer GmbH zum Dämpfen der Bewegungen an Gas- und Bremspedalen.

Das Fahrzeug der vorhergehenden Saison «EFR17ed05», auch «ZoE» genannt, ist nur 168 kg leicht und beschleunigte im Sommer 2025 aus dem Stillstand mit vier wassergekühlten Radnabenmotoren mit je 35 kW Antriebsleistung, selbst entwickelten Invertern und einem Monocoque aus karbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf 100 km/h in weniger als 2,3 s. Zur Geschwindigkeitsregelung des Rennwagens stehen dem Fahrer in erster Näherung ein Beschleunigungs- und ein Bremspedal zur Verfügung. Darüber hinaus wird die Fahrt von mehreren selbst entwickelten Regelungen unterstützt, die beispielsweise den Reifenschlupf überwachen oder eine agilere Kurvenfahrt durch Torque Vectoring ermöglichen.

Optimal angepasste Pedale

Im Vergleich zu üblichen Pkw sind die Pedale beim elektrischen Rennwagen anders angebunden, haben einen abweichenden Pedalweg und vermitteln dem Fahrer ein geeignetes Fahrgefühl. Beispielsweise müssen stärkere Vibrationen, das dynamische Ansprechverhalten des Fahrzeugs und möglichst wenig körperliche Ermüdung des Fahrers berücksichtigt werden. Beide Pedale sind auf eigenen Schlitten montiert, um deren Position optimal für wechselnde Fahrer einstellen zu können.

Zum Beschleunigen des Rennwagens hat der Fahrer ein Pedal aus CFK, welches auf einem im 3D-Druck aus CFK gefertigten Schlitten zum Verfahren auf Rohrschienen aus CFK montiert ist. Der Drehpunkt des Pedals liegt bei der Ferse des Fahrers in Form eines magnetdotierten Bolzens. Die Rotation des Pedals und somit des Bolzens wird redundant über zwei unterschiedlich ausgeführte Hall-Sensoren bestimmt. Zwei parallele Industrie-Gasdruckfedern stabilisieren den Pedalweg und bieten dem Fahrer zusätzlich einen mechanischen Widerstand für das Fahrgefühl. Dieser Widerstand kann auf das Feedback des Fahrers angepasst werden.

In diesem Bereich der Rennwagen-Konstruktion ist die ACE Stossdämpfer GmbH ein wesentlicher Unterstützer, der das Team der TU Dresden bereits seit mehreren Jahren mit Industrie-Gasdruckfedern der Ausführung GS-10-20-AD-100N und GS-12-20-AD-100N sponsert. Der Kontakt zum Unternehmen ist stets unkompliziert, zuvorkommend und mit wertvollen Hinweisen gespickt, wofür das Team sehr dankbar ist.

Kompakt, leicht, optimal integrierbar

Aufgrund des Reglements der Formula Student und damit einhergehenden Sicherheitsanforderungen sind die konstruktiven Freiheiten am Bremspedal eingeschränkt. Entsprechend sind das Pedal, der Schlitten und die Schiene aus der Aluminiumlegierung EN-AW-7075 gefertigt und lediglich die Fussführungen aus CFK. Bei Betätigung des Bremspedals wird bis zu der Kraft, welche durch die einzelne Gasdruckfeder definiert wird, ein in Reihe montierter Membran-Kraftsensor betätigt. Über das Ausgangssignal der Kraftmessdose und die Rekuperation der vier elektrischen Maschinen wird der Rennwagen gebremst und die Energie zurückgewonnen. Erst bei Überschreiten der Losbrechkraft und damit einhergehender signifikanter Bewegung der Gasdruckfeder wird zusätzlich über die beiden Hauptbremszylinder für den vorderen und hinteren Bremskreis die mechanische Bremsung eingeleitet.

Flexibel einstellbar

Insbesondere die definierte Einschubkraft bei ausgefahrener Kolbenstange und der vernachlässigbare Weg bis zum Erreichen dieser begründen die Anwendung von Gasdruckfedern. So kann gewährleistet werden, dass der mechanische Bremsvorgang und der damit einhergehende Energieverlust erst beim ausgelegten Pedaldruck eingeleitet wird. Deshalb sind Gasdruckfedern auch in Fahrzeugen zahlreicher weiterer Teams der Formula Student zu finden. Alle nutzen den Vorteil, dass Gasdruckfedern im Vergleich zu anderen Federtypen kompakt gebaut und leicht sind. Das ermöglicht den Einbau im engen Vorderwagen des Formel-Motorsports.

Durch den per Füllventil individuell einstellbaren Gasdruck und den einfachen Austausch der gesamten Feder lassen sich die Gasdruckfedern flexibel anpassen. Die Dimension der Gasfeder ist im Rahmen der Anwendung unabhängig von der Ein- und Ausschubkraft. Die Gasdruckfedern der ACE Stossdämpfer GmbH sind wartungsfrei und ihre Lebensdauer übertrifft auch bei intensiver Nutzung bei weitem den Zeitraum einer Saison.

Innovation für künftige Technologien

Zusammenfassend zeigt das Team des Vereins «Elbflorace Formula Student TU Dresden e.V.», wie innovative Technik und zielgerichtete Entwicklungsprozesse im studentischen Umfeld Spitzenleistungen erzielen können. Mit einem hoch motivierten Team und dem Einsatz aktueller Materialien und Technologien werden jährlich Fahrzeuge entwickelt, die hinsichtlich Leichtbau, Antriebstechnik und Regelungstechnik als richtungsweisend gelten können. Die Kombination aus theoretischem Wissen und praktischer Anwendung bereitet die Studierenden nicht nur optimal auf ihre berufliche Zukunft vor, sondern fördert auch den technologischen Fortschritt im Bereich des elektrischen und autonomen Motorsports.

(kmu)

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