Die Formula Student zählt zu den international bedeutendsten studentischen Konstruktionswettbewerben. Hochschulteams aus aller Welt entwickeln, bauen und präsentieren eigene Formelrennwagen – und treten schließlich damit auf den Rennstrecken gegeneinander an. Eines dieser Teams ist Elbflorance von der TU Dresden. Der eingetragene Verein wurde 2006 gegründet, heute arbeiten dort jährlich rund 80 Studierende aktiv am Projekt und in der Saison 2025/26 bereits am 18. Fahrzeug. Dieses fährt vollelektrisch über die Rennstrecken Europas. Im weltweiten Vergleich platziert sich das Team seit Jahren unter den Top 10 % – ein Erfolg, der ohne die Unterstützung der Hochschule und industrieller Sponsoren, darunter auch ACE, nicht möglich wäre.

Hohe Leistung im Leichtbaupaket

Der Rennwagen der vorhergehenden Saison, der EFR17ed05 „ZoE“, bringt lediglich rund 168 Kilogramm auf die Waage. Vier wassergekühlte Radnabenmotoren mit je 35 kW, selbst entwickelte Inverter und ein Monocoque aus CFK sorgen dafür, dass „ZoE“ im Sommer 2025 in unter 2,3 Sekunden von 0 auf 100 km/h beschleunigte.

Gesteuert wird das Fahrzeug über zwei Pedale – Beschleunigung und Bremse. Ergänzt werden diese durch mehrere selbst entwickelte Regelsysteme, die unter anderem den Reifenschlupf überwachen oder durch Torque Vectoring agileres Kurvenverhalten ermöglichen.

Pedalkonstruktion und Gasfedern: Besondere Anforderungen im Rennbetrieb

Gaspedal mit Industriegasfedern von ACE © Christoph Melzer

Im Vergleich zu einem Pkw sind die Pedale eines Formula-Student-Fahrzeugs deutlich anders gestaltet. Sie verfügen über abweichende Pedalwege, sind anders angebunden und müssen höheren Anforderungen standhalten. Vibrationen, schnelles Ansprechverhalten und geringe körperliche Ermüdung der Fahrer stehen im Fokus. Beide Pedale sind auf verschiebbaren Schlitten montiert, um sie optimal an wechselnde Fahrerinnen und Fahrer anpassen zu können.

CFK, 3D-Druck und präzise Messung beim Fahrpedal

Das Gaspedal besteht aus Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) und ist auf einem ebenfalls aus CFK gefertigten 3D-Druck-Schlitten auf CFK-Rohrschienen montiert. Der Drehpunkt liegt an der Ferse des Fahrers in Form eines magnetdotierten Bolzens. Die Rotation – und damit die Pedalstellung – wird redundant über zwei unterschiedlich ausgeführte Hall-Sensoren erfasst.

Bremspedal mit Industriegasfedern von ACE © Christoph Melzer

Zwei parallele Industrie-Gasdruckfedern stabilisieren den Pedalweg und erzeugen den gewünschten mechanischen Widerstand. Das Feedback lässt sich an die Wünsche der Fahrer anpassen. Hier ist die ACE Stoßdämpfer GmbH ein langjähriger Unterstützer. Das Team setzt Gasdruckfedern der Typen GS-10-20-AD-100N und GS-12-20-AD-100N ein. Der Kontakt zum Unternehmen sei „stets unkompliziert, zuvorkommend und mit wertvollen Hinweisen gespickt“, wofür das Team sehr dankbar ist.

Kompakte Maschinenelemente für die Bremskonstruktion

Die Regelwerke der Formula Student schränken die Gestaltung des Bremspedals stärker ein als beim Fahrpedal. Pedal, Schlitten und Schiene bestehen daher aus der Aluminiumlegierung EN-AW-7075, während die Fußführungen aus CFK gefertigt sind.

Bei Betätigung des Bremspedals wirkt der Fahrer zunächst bis zu der Kraft, die durch eine einzeln montierte Gasdruckfeder definiert wird, auf einen Membran-Kraftsensor. Das Ausgangssignal steuert zusammen mit der Rekuperation der vier elektrischen Maschinen die Bremsung und Energierückgewinnung. Erst wenn die Losbrechkraft überschritten und die Gasdruckfeder signifikant bewegt wird, greifen zusätzlich die beiden Hauptbremszylinder für die mechanische Bremsung.

Entscheidend für die Anwendung von Gasdruckfedern ist die definierte Einschubkraft bei ausgefahrener Kolbenstange sowie der vernachlässigbare Weg bis zu deren Erreichen. Dadurch setzt die mechanische Bremsung erst bei dem vorgesehenen Pedaldruck ein. Gasdruckfedern sind zudem kompakt und leicht – ein Vorteil für den engen Bauraum im Vorderwagen moderner Formula-Student-Fahrzeuge.

Dank individuell einstellbarem Gasdruck und einfachem Austausch der Federn bleibt das Team flexibel bei Anpassungen der Pedalerie. Die verbauten Gasdruckfedern von ACE sind wartungsfrei und halten auch intensiver Nutzung weit länger stand als die Dauer einer Saison.

Blick nach vorn: Gasdruckfedern aus Leichtbaumaterialien?

Das Team Elbflorance zeigt eindrucksvoll, wie im studentischen Umfeld innovative Technik, Zielstrebigkeit und moderne Materialien zusammenwirken. Die jährlich neu entwickelten Fahrzeuge setzen in den Bereichen Leichtbau, Antriebstechnik und Regelungstechnik Maßstäbe. Gleichzeitig profitieren die Studierenden: Die Kombination aus theoretischem Wissen und praktischer Anwendung bereitet optimal auf die spätere berufliche Laufbahn vor und trägt zum technologischen Fortschritt im elektrischen und autonomen Motorsport bei.

Für kommende Entwicklungszyklen wäre es für Elbflorance wünschenswert, „bei der Entwicklung von Gasdruckfedern aus Leichtbaumaterialien mitzuwirken und diese im Fahrzeug zu implementieren“. Die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern wie ACE unterstreicht die Bedeutung des Projekts und den Beitrag, den Formula-Student-Teams zur Ausbildung und zum Innovationsgeist an Hochschulen weltweit leisten.

Vielseitig anwendbar, per Ventiltechnik einstellbar und online berechenbar

Die verbauten Industrie-Gasdruckfedern von ACE 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.