Formula Student: Besser Gas geben mit Industriegasfedern

Das Fahrzeug der vorhergehenden Saison EFR17ed05, auch „ZoE“ genannt, wiegt nur ca. 168 kg und beschleunigte im Sommer 2025 aus dem Stillstand mit vier wassergekühlten Radnabenmotoren à 35 kW, selbst entwickelten Invertern und einem Monocoque aus karbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) auf 100 km/h in unter 2,3 Sekunden. Für die Geschwindigkeitsregelung des Rennwagens stehen dem Fahrer in erster Näherung ein Beschleunigungs- und ein Bremspedal zur Verfügung. Darüber hinaus wird die Fahrt von mehreren selbstentwickelten Regelungen unterstützt, welche beispielsweise den Reifenschlupf überwachen oder eine agilere Kurvenfahrt durch Torque Vectoring erlauben.

Pedalkonstruktion und Gasfedern für besondere Anforderungen

Im Vergleich zu einem handelsüblichen Pkw sind die Pedale deutlich verschieden an das Fahrzeug angebunden, haben einen abweichenden Pedalweg und begegnen darüber hinaus auch höheren Anforderungen, um dem Fahrer ein geeignetes Fahrgefühl zu vermitteln. So müssen beispielsweise stärkere Vibrationen, das dynamische Ansprechverhalten des Fahrzeugs und eine möglichst geringe körperliche Ermüdung des Fahrers betrachtet werden. Beide Pedale sind auf eigenen Schlitten montiert, um deren Position optimal für die wechselnden Fahrer verschieben zu können.

Für die Beschleunigung des Rennwagens hat der Fahrer ein Pedal aus CFK, welches auf einem 3D-Druck-Schlitten, ebenfalls aus CFK, zum Verfahren auf den CFK-Rohrschienen 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 den ELBFLORACE e.V. bereits seit mehreren Jahren mit Industrie-Gasdruckfedern der Typen 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.

Kompakte, leichte Maschinenelemente für optimale Integration

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.

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

Durch den per Füllventil individuell einstellbaren Gasdruck und den einfachen Austausch der gesamten Feder ist ELBFLORACE flexibel in der nachträglichen Anpassung der Pedalerie. 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 übersteigt auch bei intensiver Nutzung bei weitem den Zeitraum einer Saison.

In Zukunft Gasdruckfedern aus Leichtbaumaterialien?

Zusammenfassend zeigt der ELBFLORACE Formula Student Team TU Dresden e.V., wie innovative Technik und zielgerichtete Entwicklungsprozesse im studentischen Umfeld Spitzenleistungen erzielen können. Mit einem hoch motivierten Team und dem Einsatz modernster Materialien und Technologien werden jährlich Fahrzeuge entwickelt, die in punkto Leichtbau, Antriebstechnik und Regelungstechnik Maßstäbe setzen. 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.

Um den Leichtbau weiter zu optimieren, wäre es für den ELBFLORACE e.V. zukünftig wünschenswert, bei der Entwicklung von Gasdruckfedern aus Leichtbaumaterialien mitzuwirken und diese im Fahrzeug zu implementieren. Die kontinuierliche Förderung und die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern wie ACE untermauern die Bedeutung des Projektes für die Ausbildung und den Innovationsgeist an Hochschulen weltweit.

Informationskasten

Vielseitig anwendbar, per Ventiltechnik einstellbar und online berechenbar: Industriegasfedern von ACE

Die verbauten Industrie-Gasdruckfedern der Typen GS-10-20-AD-100N und GS-12-20-AD-100N sind bei einem Hub von 20 mm theoretisch in der Lage, jeweils bis zu 100 N an Ausschubkraft aufzubringen. Aufgrund der geschilderten unterschiedlichen technischen Anforderungen werden sie von den Nachwuchs-Ingenieuren je nach Bedarf über das im Gewindezapfen des Druckrohres leicht zugängliche Ventil auf den benötigten Schlusswert eingestellt, um sich optimal der Pedalkonstruktion und den individuellen Fahrerbedürfnissen anzupassen.

In den meisten Fällen kommen Gasdruck- oder Gaszugfedern zum Einsatz, wenn es darum geht, die Handkraft der Anwender beim Öffnen von Klappen und Hauben zu verstärken. So sind die hochwertigen Lösungen der ACE Stoßdämpfer GmbH, die seit 2016 zur Stabilus Gruppe gehört, in der Lage, eine perfekte Unterstützung der menschlichen Muskulatur mit Kräften von 10 N bis 13.000 N bei Körperdurchmessern von 8 mm bis 70 mm zu bieten. ACE stellt Konstrukteuren neben regulären Industriegasfedern auch solche aus Edelstahl mit Ventil in Körperdurchmessern von 8 mm bis 40 mm, mit Hüben von 20 mm bis 700 mm sowie mit Ausschubkräften von 10 N bis 5.000 N zur Verfügung. Um Freigaben für Lebensmittel- oder Umwelttechnik zu erhalten, sind die einzelnen Edelstahl-Lagertypen standardmäßig mit einem speziellen Lebensmittelöl nach FDA-Richtlinie befüllt.

ACE informiert online ausführlich über diese Maschinenelemente
www.ace-ace.de/de/produkte/geschwindigkeitsregulierung/industrie-gasdruckfedern.html

und bietet zudem ein kostenloses Programm zur Berechnung von Industriegasfedern:
www.ace-ace.de/de/berechnungen/geschwindigkeitsregulierung/gasfeder-berechnung-online.html

Dort gelangen Interessenten innerhalb weniger Schritte intuitiv zur idealen Lösung. Dabei werden die optimal passende ACE Industriegasfeder und das benötigte Montagezubehör exakt angegeben. Zudem lässt sich mit Hilfe des Onlinetools eine Montageskizze generieren. Ein weiteres Plus: Man kann die so ermittelten Industriegasfedern direkt über den angeschlossenen Online-Shop bestellen.

Links
https://elbflorace.de/ 
www.formulastudent.de 
www.ace-ace.de/de/produkte/geschwindigkeitsregulierung.html 
www.ace-ace.de/de/produkte/geschwindigkeitsregulierung/industrie-gasdruckfedern.html 
www.ace-ace.de/de/produkte/geschwindigkeitsregulierung/industrie-gasdruckfedern/gs-8-bis-gs-70.html