Der I.D. R Pikes Peak bei Aerodynamik-Tests im Windkanal. / Foto: Volkswagen

Volkswagen profitiert von innovativen Methoden in Test- und Entwicklungsphase
Rund 2.000 Komponenten für Windkanal-Modell im Kunststoff-Druck hergestellt
Kleinteile aus dem 3D-Drucker auch am rennfertigen I.D. R Pikes Peak
Wolfsburg (WB/Volkswagen) - Keine vier Wochen ist es her, dass Romain Dumas im I.D. R Pikes Peak in 7:57,148 Minuten eine neue Bestmarke beim Pikes Peak International Hill Climb aufgestellt hat.

Für die Ingenieure von Volkswagen Motorsport dauerte der Kampf gegen die Uhr deutlich länger – rund acht Monate. Diese, im Rennsport extrem kurze Zeitspanne blieb den Technikern, um den ersten rein elektrisch angetriebenen Rennwagen von Volkswagen zu entwickeln.

Dass sie diese Aufgabe mit Bravour lösten, lag auch an innovativen Methoden während der Test- und Entwicklungsphase. „Als wir mit einem 1 : 2-Modell des I.D. R Pikes Peak im Windkanal waren, haben wir viel Zeit durch den Einsatz von 3D-Druck gewonnen“, erläutert Dr. Benjamin Ahrenholz, Leiter Berechnung/Simulation bei Volkswagen Motorsport. Nach seinen Aufzeichnungen testeten die Aerodynamiker mehrere Hundert verschiedene Konfigurationen für Karosseriedetails des Elektro-Rennwagens. „Für das Windkanal-Modell haben wir rund 2.000 Einzelteile im 3D-Druck hergestellt, manchmal mit mehreren Druckern gleichzeitig“, beschreibt Ahrenholz.

Diese Teile standen dem Team in wenigen Tagen zur Verfügung. „Bei herkömmlicher Fertigung, zum Beispiel aus Kohlefaser, hätten wir jeweils mehrere Tage oder Wochen warten müssen“, sagt Ahrenholz. Tage, die den unter Zeitdruck stehenden Ingenieuren nicht zur Verfügung standen. Zumal die Herstellung von Kohlefaser-Teilen mit aufwendigem und damit kostenintensivem Formenbau verbunden ist. Ein Vorteil des dreidimensionalen Druckverfahrens ist die Fertigung von Einzelstücken.

Gedruckte Bauteile sparen Zeit auch bei Testfahrten
Aufgrund der technischen Möglichkeiten lagen die Grenzen für die in der Entwicklungsphase des I.D. R Pikes Peak verwendeten 3D-Druck-Komponenten bei einer Kantenlänge von rund 50 Zentimetern. „Es ging zum Beispiel um Teile wie die lamellenartige obere Abdeckung der vorderen Radhäuser“, erklärt Ahrenholz. „Den großen Heckflügel des I.D. R Pikes Peak haben wir dagegen im 1 : 2-Modell aus Aluminium hergestellt.“ Die Bandbreite reichte vom nur wenige Zentimeter großen Halter für einen Sensor bis zu komplex geformten Kanälen, die Batterien und Bremsen mit Kühlluft versorgen.

Da 3D-Drucker vergleichsweise weichen, thermoplastischen Polymer-Kunststoff verarbeiten, sind auf diese Weise hergestellte Komponenten mechanisch nicht stark belastbar. „Im Windkanal spielt dies nur eine untergeordnete Rolle“, sagt Ahrenholz. Erst die in der Testphase als ideal ermittelten Bauteile wurden anschließend aus Kohlefaser-Verbundstoff oder Metall gefertigt. Gelegentlich konnten die Ingenieure 3D-Druck-Erzeugnisse aber auch nutzen, um die Zeit bis zur Anlieferung der Endprodukte zu überbrücken. „So mussten Testfahrten nicht unterbrochen werden, nur weil ein bestimmtes Teil noch nicht fertig war, zum Beispiel eine Abdeckung für die Leistungselektronik der Batterie“, blickt Ahrenholz zurück.

Komponenten aus dem 3D-Drucker auch im Rennfahrzeug
Tatsächlich fanden sich einige im 3D-Druck gefertigte Komponenten im Rennfahrzeug wieder. Dabei handelte es sich ausschließlich um Kleinteile, deren Form mit anderen Fertigungsmethoden, wie Guss oder Laminieren, nur sehr aufwendig herstellbar gewesen wäre und deren Abmessungen keine extrem niedrigen Toleranzen einhalten mussten. Denn der im 3D-Druck verwendete Kunststoff wird erwärmt, da er für die Verarbeitung in den Druckerdüsen zähflüssig sein muss. Das auf diese Weise hergestellte Teil schrumpft beim Erkalten ein wenig, sodass sich die Endmaße, je nach Druckverfahren, nicht zu 100 Prozent exakt definieren lassen.
Daher stammten im I.D. R Pikes Peak bei der Rekordfahrt am 24. Juni 2018 nur Hilfskomponenten wie Halter für Kabel oder Schalter aus dem 3D-Drucker. Einen Anteil am Gesamtkonzept des Rekordfahrzeugs haben ohne Frage auch sie.