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Stuttgart: Uni-Rennteam profitiert von
Idar-Obersteiner Know-how

3-D-Druck und Feinguss aus einer Hand: Das Idar-Obersteiner Unternehmen Horbach-Technik unterstützt das Rennteam der Uni Stuttgart, das jedes Jahr ein neues Formel-Fahrzeug für die Formula-Student-Wettbewerbe entwickelt. In diesem Wettbewerb entwerfen, konstruieren und bauen die teilnehmenden Studenten innerhalb eines Jahres einen Formel-Rennwagen nach vorgegebenem Reglement und treten in weltweiten Wettbewerben gegeneinander an.

Im Formel-Rennwagen unterwegs: Die Uni Stuttgart kooperiert mit Horbach-Technik in Idar-Oberstein und nutzt das Know-how der Mitarbeiter. Präzise 3-D-Druck-Modelle stehen beim Unternehmen ebenfalls im Fokus, wie Geschäftsführer Christian Müller betont.  Fotos: Horbach-Technik
Im Formel-Rennwagen unterwegs: Die Uni Stuttgart kooperiert mit Horbach-Technik in Idar-Oberstein und nutzt das Know-how der Mitarbeiter. Präzise 3-D-Druck-Modelle stehen beim Unternehmen ebenfalls im Fokus, wie Geschäftsführer Christian Müller betont. Fotos: Horbach-Technik

Beim Fahrzeug für die aktuelle Saison stand die Optimierung der Aerodynamik, speziell die Erhöhung des Abtriebs, im Vordergrund. Das ganze Konzept wurde gezielt auf aerodynamische Bedürfnisse angepasst. Das bedeutete, dass aus Platzgründen das Kühlsystem nicht mehr vom Vorjahresmodell übernommen werden konnte, sondern komplett neu entwickelt werden musste. Statt des sonst üblichen Kühlkreislaufs, der vom Wasserkühler im Seitenkasten einmal durch den Motor und wieder zurück zum Kühler führt, sollte es in diesem Jahr zwei parallel geschaltete Kühlkreisläufe an den Seiten des Monocoques (Fahrgestell) geben.

Allerdings waren sämtliche Versuche vorab zu einer Parallelschaltung von zwei Wasserkreisläufen alles andere als vielversprechend, da die Wasserstromtrennung und -zusammenführung immer mit sehr großen Druckverlusten einherging, unter anderem aufgrund der strömungsungünstigen Form der originalen Wassereinlass- und Wasserauslassmotorstutzen.

Strömung optimiert

Das Team hatte schließlich die rettende Idee, den Wasserstrom gar nicht außerhalb des Motors zu trennen und wieder zusammenzuführen. Dazu mussten spezielle Stutzen die Wasserströme, von beiden Kühlern kommend, getrennt in den Motor führen, direkt am Austritt des Motors wieder trennen und in die unterschiedlichen Kreisläufe zurückleiten.

Die eigene Entwicklung von strömungsoptimierten Anschlussstutzen stellte die einzige Möglichkeit der Umsetzung dar. Strömungsoptimiert bedeutete vor allem: keine großen und plötzlichen Durchmesseränderungen im Wassersystem, keine scharfen Kanten, an denen es zu Verwirbelungen kommen kann, und doppelter Querschnitt an Stellen mit doppeltem Durchfluss. Es wurde auf möglichst große Radien in den Biegungen Wert gelegt sowie auf ein geringes Gesamtvolumen der Teile, um dem engen Rahmen gerecht werden zu können und an jeder Stelle Gewicht zu sparen.

Während die neuen Motorstutzen Schritt für Schritt im CAD entwickelt wurden, blieb die Frage nach dem Fertigungspartner zunächst lange offen. Katharina Wolff vom Rennteam Uni Stuttgart, zuständig für das Kühlsystem, betont: „Um völlig frei in den Möglichkeiten der strömungsoptimalen Form zu sein, war klar, dass lediglich ein Gussteil infrage kommen konnte.“ Hierzu musste jedoch eine Partnerfirma gefunden werden, die den Feinguss mit einer sehr glatten Oberfläche liefern konnte, die möglichst keine Wasserwirbelbildung verursacht.

Auch die engen Toleranzen der kleinen Bauteile, beispielsweise hinsichtlich der Anschlussmaße an den Motor, mussten eingehalten werden. Ebene Dichtflächen, sehr geringe Wandstärken und trotzdem genügend Stabilität bei einer hohen Temperaturfestigkeit, um dem Rennbetrieb des Motors standzuhalten, waren hierbei ein absolutes Muss. Wolff betont weiter: „Zum Glück stießen wir auf die Firma Horbach-Technik, die unsere Begeisterung für den Motorsport teilt und sich direkt auf unsere Anfrage hin anbot, unsere Bauteile als Aluminiumfeinguss zu fertigen.“

Das seit 94 Jahren bestehende und 21 Mitarbeiter beschäftigende Unternehmen Horbach-Technik in Idar-Oberstein ist allerdings weit mehr als eine Gießerei. Schon früh befasste man sich dort mit Modellfertigung und -vervielfältigung in unterschiedlichen Verfahren. Die Feingießerei will vor allem als Problemlöserin bei besonders hohen Anforderungen oder gusstechnisch schwierigen Projekten verstanden werden. Außerdem gehört Horbach zu den Pionieren des 3-D-Drucks und ist Vertriebs- und Servicepartner unter anderem von Solidscape, Marktführer im 3-D-Druck von Gießmodellen.

Die Spezialisten von Horbach und das Uni-Team optimierten gemeinsam die Form, um jede der einzelnen Anforderungen perfekt zu erfüllen. Bei Horbach wurden die Modelle schließlich auf einem Solidscape-Drucker gedruckt, da dieser höchste Detailpräzision und glatte Oberflächen sichert. Außerdem ergeben diese Modelle perfekte Gießformen für das Wachsausschmelzverfahren, da das Modellmaterial restlos verbrennt. Die Ein- und Auslassstutzen wurden dann in einer Aluminiumlegierung gegossen und im unbearbeiteten Rohzustand an das Uni-Team versandt.

Jüngst gelang Durchbruch

3-D-Druck ist ohnehin ein Topthema bei Horbach-Technik. Geschäftsführer Christian Müller berichtet: „Unsere Kunden aus der Schmuckbranche fragen uns immer nach den preiswerten 3-D-Druckern, von denen in den Medien die Rede ist. Doch selbst Geräte, die von der Präzision her überzeugten, hatten bislang einen entscheidenden Haken: das nicht gießbare Modellmaterial. Deshalb sind wir schon seit Jahren auf der Suche nach Alternativen und testen alles, was auf den Markt kommt und irgendwie Erfolg versprechend wirkt.“

Anfang des Jahres 2017 fand schließlich der „formlabs Form2“ den Weg ins Horbach-Testprogramm: ein kompakter, preiswerter und vor allem hochpräzise arbeitender 3-D-Drucker, der mit der Laserlichttechnologie ausgestattet ist. Das Modell entsteht also aus dem flüssigen Kunststoff durch Erhärtung der Stellen, an denen der Laserstrahl auftrifft. Die Modelle waren hervorragend, die Gießversuche hingegen enttäuschend. Bei Horbach experimentierte man mit unterschiedlichen Ausbrennprozessen und mit Kunststoffen aus aller Welt. Lange vergeblich.

Unzählige Versuche später ist jüngst der Durchbruch gelungen: Nach ausgiebigen Tests in der hauseigenen Gießerei mit unterschiedlichen Schmuckformen bringt Horbach das System auf den Markt: den „formlabs Form2“ in Kombination mit einem neuartigen Kunststoff, der sich rückstandslos ausbrennen lässt. Horbach-Technik bietet das betriebsfertige System für weniger als 3500 Euro an.

Auch die laufenden Betriebskosten sollen sehr niedrig sein, da der Energieverbrauch minimal ist und das speziell entwickelte Kunststoffdruckmaterial preiswert verkauft wird. Christian Müller sagt dazu: „Wir sind wirklich glücklich, endlich eine 3-D-Druck-Lösung anbieten zu können, von der wir selbst absolut überzeugt sind und die für breite Kundenkreise höchst rentabel ist.“ Vera Müller

Idar-Oberstein Birkenfeld
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