3D-Druck eines Elektrikgehäuses für NASCAR-Rennwagen, eine Einleitung
CRP USA hat gemeinsam mit DC Electronics ein Elektrikgehäuse entwickelt, das mittels 3D-Druck und Lasersintern (LS) mit Windform-Materialien hergestellt wird. DC Electronics ist ein Unternehmen mit Sitz in Großbritannien und Mooresville (North Carolina), USA. Es ist einer der führenden Hersteller von kundenspezifischen elektrischen Systemen für die Motorsportindustrie.
CRP USA unterstützte DC Electronics mit seiner additiven Fertigung und den Windform-Materialien beim Bau eines kundenspezifischen Elektrikgehäuses für NASCAR-Rennwagen.
Das Elektrikgehäuse für NASCAR-Rennwagen
Die NASCAR-Meisterschaft der Sprint-Cup-Kategorie stellte im Februar 2012 auf die elektronische Kraftstoffeinspritzung als Motorsteuerungssystem um. Gemäß den Vorschriften bestand ein Teil des elektrischen Systems aus einem Relaisschaltkasten, der die 12-V-Stromversorgung für die verschiedene Sensoren, Aktuatoren und Kraftstoffpumpen verwaltete. Der Relaiskasten enthält elektromechanische Vorrichtungen (Relais) und zwei Schutzschalter.
Insgesamt versorgte der Kasten 7 separate Stromkreise, von denen 5 Kanäle keinen Schutz aufwiesen. Probleme mit den Leistungsschaltern hatten mehrere Teams dazu veranlasst, sie zu umgehen und den Schutz der Stromkreise vollständig zu eliminieren.
Das von DC Electronics entwickelte Gerät basiert auf Festkörperkomponenten, d. h. es gibt keine beweglichen Teile, die durch Vibrationen beeinträchtigt werden könnten. Jeder Stromkreis ist mit einem maximalen Sicherheitsstrom vorprogrammiert, dem die Verkabelungen standhalten können. Sollte der Strom diesen Wert überschreiten (aufgrund eines Unfalls oder einer fehlerhaften Komponente), wird der Ausgang abgeschaltet, bevor die Verkabelung beschädigt werden kann.
Darüber hinaus ist jeder Stromkreis mit einer zweifarbigen LED an der Außenwand des Gehäuses versehen, um die Fehlersuche im Falle eines Problems zu erleichtern. Die LEDs zeigen an, ob der Stromkreis ausgeschaltet oder defekt ist.
Verbundwerkstoff Windform LX 2.0
Für das Elektrikgehäuse wurde Windform LX 2.0 (inzwischen ersetzt durch seine Weiterentwicklung Windform LX 3.0) verwendet. Die mechanischen Eigenschaften dieses Materials machen es ideal für diese Art von Anwendung. Dank seiner Glasfaserverstärkung zeichnet sich Windform LX 2.0 durch eine gute Zugfestigkeit aus. Es hat eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und sein Schmelzpunkt liegt bei ca. 180 °C. Es hat eine natürliche schwarze Farbe und die fertige Oberfläche kann auf Ra = 1,5 Mikrometer geglättet werden. Außerdem ist es nichtleitend, eine Eigenschaft, die sich für das Elektrikgehäuse als grundlegend erwiesen hat.
Die Hauptanforderung an das Material war ein geringes Gewicht, und die Form musste eine nachträgliche Montage an den vorhandenen Halterungsbügeln ermöglichen.
Es musste robust genug sein, um bei der Montage auf der Platte nicht beschädigt zu werden, und gleichzeitig die von der Leiterplatte erzeugte Wärme aufnehmen und ableiten können.
DC Electronics hatte bereits ein aus einem Walzblock und ein aus einem kohlenstoffbasierten Verbundwerkstoff hergestelltes Gehäuse getestet.
Das aus einem Walzblock hergestellte Gehäuse war schwer und teuer in der Herstellung. Das Gehäuse aus Kohlefaserverbundstoff erwies sich ebenfalls als kostspielig und eignete sich nicht für kleine Änderungen des Designs im Laufe des Projekts, da für jede Änderung neue Formen und Muster angefertigt werden mussten.
CRP USA schlug DC Electronics vor, das Teil mit Windform-Materialien und 3D-Druck herzustellen. Diese Lösung erwies sich als die geeignetste, und das Gewicht des endgültigen Bauteils aus Windform LX 2.0 war geringer als das der beiden aus einem Walzblock und mit kohlenstoffbasiertem Verbundwerkstoff hergestellten Gehäuse.
Die Vorteile von 3D-Druck und Windform LX 2.0
Der größte Vorteil des Einsatzes von Windform LX 2.0 und des industriellen 3D-Drucks für DC Electronics war die schnelle Lieferung von produktionsgerechten Teilen zu einem vernünftigen Preis. Hinzu kommt die Möglichkeit, schnell und einfach Designänderungen am CAD-Modell vorzunehmen. „Wir sind bei diesem Projekt auf keine einschränken Faktoren gestoßen“, sagt David Cunliffe, CEO und Mitbegründer von DC Electronics.
„Wir haben uns vor allem wegen der schnellen Konstruktion der Komponenten und der mechanischen Eigenschaften des Materials für Windform entschieden“, fügt Cunliffe hinzu.
„Darüber hinaus hat CRP USA auch das Design des Gehäuses für uns übernommen, was einen nützlichen Mehrwert darstellt und uns dazu veranlasst, CRP USA und Windform-Materialien für zukünftige Produkte, die wir in der Entwicklung haben, in Betracht zu ziehen.“
Windform LX 2.0 und der 3D-Druck lieferten ein zufriedenstellendes Endergebnis. Das Elektrikgehäuse wurde auf der Strecke getestet und das Bauteil erwies sich als absolut zuverlässig. Dank der Technologie der additiven Fertigung und der Windform-Materialien war es DC Electronics möglich, in kurzer Zeit ein zuverlässiges Elektrikgehäuse für die NASCAR-Rennwagen herzustellen.