Auf der Überholspur mit TQ-Motor

StarkStrom Augsburg, ein interdisziplinäres Projekt der Technischen Hochschule Augsburg, entwickelt jährlich mit einem Team aus circa 30 motivierten Studentinnen und Studenten aller Fakultäten einen Rennwagen und tritt mit ihm bei der Formula Student an, einem internationalen Konstruktionswettbewerb zwischen Universitäten und Hochschulen. Ziel des Wettbewerbs ist es, einen funktionsfähigen Prototypen im Stil eines Formel-1-Wagens zu entwickeln und dessen Können auf der Rennstrecke zu beweisen. Dabei müssen die Teams nicht nur in Bezug auf Geschwindigkeit, sondern vielmehr mit einem Gesamtpaket aus leistungsstarker Technik, Performance auf der Rennstrecke sowie Kosten- und Marktverständnis punkten.

Mit ihren Vorgänger-Modellen, dem „Josef Tüftle“ bzw. dem „Roten Kobold“ gewann das Team von Starkstrom Augsburg 2022 den am Hockenheimring ausgetragenen Formula Student Germany Driverless Cup, ebenso die Formula Student East Driverless 2023 am berühmten Hungaroring in Ungarn. Im Lenkantrieb des RoKo 2.0 ist nun zum dritten Mal ein Brushless DC-Motor (bürstenloser Gleichstrommotor) des Elektronikspezialisten TQ verbaut – der Innenläufermotor ILM-E. Gerade im Motorsport sind die Themen Gewicht, Größe und Leistungsdichte von zentraler Bedeutung. Der ILM-E-Motor (ein so genannter Frameless-Motor) von TQ passt hier perfekt, denn er verfügt nicht nur über eine hohe Drehmomentdichte, sondern ist dabei auch besonders klein und leicht. Darüber hinaus eignet er sich dank seiner hohen Ansteuerungsfähigkeit und Präzision perfekt für autonomes Fahren.

„Unser Auto kann sowohl mit als auch ohne Fahrer fahren. Wenn es ohne Fahrer fährt, ist ein elektrischer Lenkantrieb nötig“, erklärt Laurin Kinader aus dem Manufacturing-Team von StarkStrom Augsburg. Hier kommt der Frameless-Motor von TQ zum Einsatz. Dieser kann die verschiedenen Lenkwinkel, die sich aus den entlang der Strecke aufgestellten Pylonen (bzw. umgerechnet durch die Leistungselektronik) ergeben, sehr schnell umsetzen und somit der Strecke perfekt folgen. „Bevor wir die Motoren von TQ entdeckt haben, hatten wir deutlich größere Motoren verbaut, die sehr schwer waren. Mit dem ILM-E-Motor können wir jetzt sehr viel Gewicht einsparen, und unser Auto wird damit schneller“, so Kinader weiter.

Ein weiterer Vorteil der Frameless-Motoren, von dem Anwender profitieren, ist die hohe konstruktive Freiheit, die sie ermöglichen: Gehäuse und Welle lassen sich spezifisch an die individuellen Anforderungen anpassen, da die Motoren gehäuselos sind und direkt in die Maschine integriert werden können – im Gegensatz zu gehausten, klobigen Motorblöcken. Das weiß auch Benjamin Hof, Manager LV Electronics bei StarkStrom Augsburg zu schätzen: „Dank des hohlen Designs der Innenläufer-Motoren von TQ konnten wir eine Hohlstange in der Lenkung verbauen. Das spart Gewicht und eröffnet uns die Möglichkeit, Kabel für unser Lenkrad durchzuführen. Davon unabhängig profitieren wir vom sehr hohen Nenn- und Spitzen-Drehmoment des Motors. Das heißt, wir können sehr dynamisch lenken und aufgrund der guten Ansteuerung des Motors auch für das Gesamtsystem im Driverless-Modus eine Top-Leistung erzielen“.

Für diese Leistung sorgt unter anderem die hohe Polpaarzahl (die Anzahl der kupferumwickelten Polpaare innerhalb des Motors). Dank ihnen fährt der Motor sehr schnell mit Peak-Drehmoment an. Das sorgt dafür, dass kein Hysterese-Verhalten (Verzögerungsmoment) entsteht. Das Auto fährt schneller um Kurven und lässt sich generell schneller lenken, was speziell für das Driverless-System wichtig ist. Insgesamt kann der Rennwagen mit dem ILM-E-Motor viel dynamischer fahren, als dies mit anderen Motoren möglich wäre.

Doch nicht nur der Motor selbst überzeugt das Team von StarkStrom Augsburg, sondern auch die Zusammenarbeit mit TQ. Besonders die schnellen Reaktionszeiten und das gute Feedback der Elektronikspezialisten zu Fragen oder Entwicklungsstufen hilft den Machern des RoKo 2.0 dabei, dass der Motor seine komplette Stärke ausspielen kann und sie ihn bestmöglich einsetzen können.

„Wir waren 2023 eines der stärksten Driverless-Teams, das bedeutet, dass der Lenkwinkel-Motor eine entscheidende Komponente für erfolgreiche Wettbewerbe ist“, so Benjamin Hof. Die Zeichen stehen bei StarkStrom Augsburg dementsprechend auf Sieg. Da wundert es auch nicht, dass es das erklärte Ziel des Vereins ist, noch viele weitere Titel hinzuzugewinnen.