Die größte Teilstruktur der neuen Fahrsimulationsanlage, den Erprobungsraum aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, fertigte Hahlbrock.

In dem Simulatordom kann ein komplettes Mercedes-Fahrzeug Platz finden (nicht nur Mock-Ups); die 360°-Projektionswand dient der realitätsgetreuen Darstellung des Straßenverkehrs. Untergebracht ist dieser Erprobungsraum als Hexapod mit sechs beweglichen Stützen.

Für die Simulation hochdynamischer Fahrvorgänge war das Ziel die Entwicklung eines sehr leichten und gleichzeitig steifen Simulatordoms.

AUFBAU

• Runde Trägerplattform mit aufgesetztem Kugelabschnitt als Projektionsfläche
• Oberer Abschluss durch ein Dach in Form eines flachen Kegels
• Das Dach trägt die acht Hochleistungsbildprojektoren
• Türöffnung zum Einbringen der PKW in den Dom

GEOMETRIE UND GEWICHT

• Kugeldurchmesser, außen: 7,67m
• Kugeldurchmesser, innen: 7,52m
• Kugelhöhe: 3,00m
• Domhöhe mit Dach: 4,52m
• Dombreite mit Tor: 7,81m
• Torbreite: 2,68m
• Torhöhe: 2,49m
• Gewicht (ohne PKW): ca.5,5t

MATERIALIEN

• Plattform: Zentrales Aluminiumgusselement mit radial angesetzten Formteilen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK)
• Dommantel (Kugelabschnitt): Faserverbundsandwichmaterial, bestehend aus einem Kern aus leichtem PVC-Schaumstoff und beidseitigen dünnen Deckschichten aus CFK
• Domdach: Dachkalotte ebenfalls aus Faserverbundsandwichmaterial, radial mit Rippen und Streben aus CFK versteift

FERTIGUNGSVERFAHREN

Die Herstellung der CFK-Teile erfolgte in einem vakuumunterstützten Harzinjektionsverfahren. Flächige Gelege aus Carbonfasern wurden in mehrere Schichten trocken in ein formgebendes Werkzeug eingelegt und anschließend unter Vakuum mit Epoxidharz imprägniert. Der Verbund aus Carbonfasern und dem Kunstharz härtete dann unter Temperaturen bis ca. 80° aus. Nach dem Entfernen der ausgehärteten CFK-Rohteile aus den Formwerkzeugen wurden die Kanten der Formteile mit NC-gesteuerten Maschinen in ihre endgültige Kontur gefräst und gegebenenfalls gebohrt.

MONTAGE

Die einzelnen CFK-Formteile wurden untereinander mit einem Epoxidharzklebstoff verklebt und mit ca. 24.000 Spezialnieten aus Titan vernietet. Die Anordnung und Ausrichtung der über 200 CFK-Einzelteile erfolgte in NC-gefrästen Montagevorrichtungen, wobei einzelne Teile mit Entfernungslasern genau justiert wurden. Die Genauigkeit der kugelförmigen Schalen des Dommantels wurde durch Laserscanning ermittelt.

Projektbilder

Das Berliner Institut ist eine Einrichtung des Bundesumweltamtes. Aufgabe der Versuchsanlage ist die Untersuchung des Schadstoffeinflusses auf aquate Lebensformen.

Es wurden 16 Gerinneanlagen mit insgesamt 1632 Metern Fließlänge, bestehend aus modular zusammenschaltbaren Gerinneschalen, Becken, Krümmern, Mischbehältern und Sonderteilen aus GFK gefertigt. Alle wasserberührenden Flächen wurden mit einer hochmigrationsarmen und verschleißfesten Gelcoat – deren Eignung durch Abrasionsversuche der MPA Hannover überprüft wurde – ausgerüstet.

Die Ausführung der Gerinneverbindungen erlaubt die Auswechselung einzelner Komponenten, ohne einen Gerinneverband vollständig demontieren zu müssen.

Die Gerinnedichtungen sind so gestaltet, dass ihrerseits keine relevante Migration von Stoffen in das Wasser der Anlage stattfindet und Verformungen des unter Temperatur und Vibrationen beanspruchten Gerinneverbandes keine Leckagen hervorrufen.

Projektbilder

Nachdem der Simulatordom auf das Bewegungssystem montiert und das Gesamtsystem technisch etabliert war, konnte das Institut für Kraftfahrzeuge IKA an der RWTH Aachen mit seinem neuen hochdynamischen Fahrsimulator den Probebetrieb aufnehmen.

Dieses innovative Werkzeug zur Erforschung neuer Fahrzeugsysteme und des autonomen Fahrens wurde, finanziell unterstützt durch das BMBF, vom Simulatorspezialisten Imtec-Innovative Maschinentechnik konzipiert und beim IKA implementiert.

Der neue IKA-Fahrsimulator ist trotz der Zielvorgabe geringster Masse so groß dimensioniert, dass auch große komplette PKW im Dom auf einem Schienensystem aufgenommen werden können. Die kugelsphärische Projektionsfläche umschließt das Fahrzeug dabei um 360° und bietet so dem Testfahrer oder Probanden eine höchstmöglich realitätsgetreue Darstellung der Fahrsimulation.

Die Einhaltung der exakten Kugelgeometrie auch in den nahtlos gearbeiteten Fügestellen zwischen den 10 einzelnen Domwandelementen aus FVK war nicht nur bei der CNC-gestützten Fertigung der Formwerkzeuge und der Bauteilbearbeitung eine Herausforderung, sondern auch beim Fügen der FVK-Bauteile zu einem allseitig geschlossenen Simulatordom.

Fertigungsverfahren des Simulatordoms

Für die in Sandwichbauweise gefertigten Kugelschalenelemente entschied sich Hahlbrock für den Einsatz eines speziellen Glasfaser-Prepregs, der den Unikat-Charakter des Simulatordoms und die Wirtschaftlichkeit seiner Herstellung in Einklang bringt. Dieser Prepreg verleiht den großformatigen FVK-Bauteilen mit relativ dünnen Laminaten die für die korrekte Bildprojektion erforderliche Steifigkeit auch bei größeren Beschleunigungen des Simulatordoms und generiert hinreichend konstante Materialdicken. Die Aushärtungstemperatur des Prepregs unter 100 °C gestattete die Verwendung üblicher PVC-Hartschaumstoffe für die Sandwichkerne. Diese wurden vor dem FVK-Fertigungsprozess thermisch in die gewünschte Kugelschalengeometrie umgeformt, untereinander verklebt und mit nötigen Rezessen versehen. Auch die Elemente des Dachkegels, der die Bildprojektoren aufnimmt und der Bodenplatte wurden in Sandwichbauweise mit dem gleichen Kernmaterial gefertigt. Alle Faserverbundbauteile wurden auf Basis des 3D-CAD-Modells des Fahrsimulators CNC-gestützt getrimmt, gebohrt und gefügt.

Pressemitteilung zur Eröffnung

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Die Herausforderung bei der Herstellung von Belagschalen aus GFK ist die hinreichend formtreue Übertragung der porigen Asphaltnarbung von der Ebene auf eine möglichst spaltlose Zylinderfläche.

Dabei wird die Oberflächenstruktur einer asphaltierten Teststrecke zunächst mit einer elastischen Matrize abgeformt und später in einem zweiten speziellen Fertigungsprozess auf mehrere teilkreisförmige, in der Regel dickwandige Schalen aus GFK übertragen. Diese bilden dann, auf einer Lauftrommel des Reifenherstellers zum Vollkreis zusammengefügt, mit hoher Formtreue einen kurzen Abschnitt der originalen Testfahrbahn ab.

Das Faserverbundmaterial, welches den mit der Testtrommel rotierenden Belagschalen die hohe mechanische Festigkeit verleiht, wird auf der abgeprägten Oberfläche in einem mehrstufigen Prozess gehärtet und generiert so eine für kunstharzgebundene Werkstoffe sehr hohe Abriebfestigkeit, auch unter hohen Aufstandslasten von LKW-Reifen.

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Am Fachgebiet Fahrzeugtechnik der TU Darmstadt (FZD/TUD) wird am Thema alternativer Fahrsimulatorkonzepte geforscht (Projekt MORPHEUS).

Hierbei wird die Tauglichkeit eines reifengebundenen Ansatzes für die Darstellung der Fahrerbeschleunigungen von straßengebundenen Verkehrsmitteln untersucht, womit sich künftig unter anderem automatisierte Fahrfunktionen absichern lassen.

Hahlbrock hat im Auftrag der TU die Kabine eines hochdynamischen, reifengebundenen, mobilen Fahrsimulators, der sich für erste Probandenstudien eignet, entworfen und gefertigt.

Aufbau und Materialien

Den Ansprüchen an die erforderliche Dynamik der Kabine auf Hexapod und Bewegungsplattform wurde durch eine Leichtbaukonstruktion in Composite-Bauweise Rechnung getragen. Die Kabine wurde als Zylinder mit ebener Dach- und Bodenplatte aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GF-EP) in Sandwichbauweise ausgeführt, wobei das SPRINT^®-Verfahren zum Tragen kam. Auch die ebene, zweiflügelige Schiebetür, durch welche der Proband/Nutzer in die Kabine gelangt, wurde so als Composite-Sandwich ausgeführt.

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