Rapid Prototyping

Völlig abgehoben von der Basis konnte man bei der Konstruktion des neuen "Strassenfegers" jedoch nicht vorgehen. Zum einen legt man im Hause Porsche grossen Wert auf eine gewisse Familienähnlichkeit zwischen Strassen- und Rennwagen, zum anderen existiert ein Reglement. Dieses schreibt für Fahrzeuge der Kategorie GT1 eine Strassenzulassung vor. Dem neuen 911 GT1 liegen deshalb alle Vorschriften der allgemeinen EU-Betriebserlaubnis zugrunde, vom Abgasverhalten über Sicherheitsnormen, Geräuschgrenzwerte, Heizung, Nummernschilder bis zum Feld der Wischer auf der Frontscheibe. Auf gut einem Quadratkilometer im Weissacher Entwicklungszentrum des Zuffenhausener Herstellers befinden sich sämtliche aufeinander abgestimmte Anlagen, die beginnend bei der Idee zur Entwicklung, Erprobung und Produktion technischer Artikel (nicht nur Autos) benötigt werden.

Hier setzt Porsche nur die innovativsten Tools ein oder arbeitet mit den entsprechenden Firmen zusammen. Ferry Porsche beschrieb die hier herrschende Philosophie einmal so: "Will man Consulting Engineering richtig betreiben, so geht das nur, wenn man auch in der Lage ist, das fertige Produkt hinzustellen." Und wie effizient dies vonstatten gehen kann, beweist der 911 GT1. Bei seiner Entwicklung gab es ausser dem Mittelmotor-Konzept eine weitere traditionsbrechende Änderung: den Einsatz einer Wasserkühlung anstelle der Luftkühlung für den Sechszylinder-Boxermotor. Die jeweils zu Dreierpacks zusammengefassten Zylinder und Zylinderköpfe werden nun auch durch einen Wasserkreislauf gekühlt. Diese Umstellung reduziert einerseits die extreme thermische Belastung, die bei einem Endurance-Rennen auftritt, und trägt andererseits dazu bei, den Benzinverbrauch zu senken. Da für eine solche Basisentwicklung - die Wasserkühlung sollte auch in den 911er-Serien zum Einsatz kommen - wenig Zeit blieb, beschritt Porsche neue Wege.

Normalerweise werden für Strömungsuntersuchungen am Kühlkreislauf spezielle Zylinderköpfe und Kurbelgehäuse benötigt, bei denen Fenster für die visuellen Untersuchungen eingefräst sowie eine grosse Anzahl an Druck- und Strömungssensoren für die Messungen angebracht sind. Dieser Vorgang ist kosten- und zeitaufwendig und somit für ein zeitkritisches Projekt nicht relevant. Aus demselben Grund verzichtete man auf theoretische Computersimulationen anhand von Finite-Element-Netzen. Da für die Motorkonstruktion ein 3D-CAD System zum Einsatz kam, lag es nahe, Untersuchungs- prototypen mittels Stereolithographie (STL) herzustellen. Dieses Verfahren nutzt die geometrischen Beschreibungen des CAD-Systems. So ist es möglich, den Kühlkreislauf als transparentes Photopolymer-Modell (Epoxydharz) abzubilden.

Le Mans Race Car Porsche GT1 1996:

Bereits zwei Wochen nach der Konstruktion im 3D-CAD-System konnten die im Stereolitho- graphieverfahren hergestellten Gehäusekomponenten des Getriebes feinbearbeitet und montiert werden.

Zehn Wochen vor Beginn der ersten Tests waren die Teile bereits fertig. Die Kosten für die Stereolithographie-Teile (zwei Zylinderköpfe, zwei Kurbelgehäuse mit Kühlkreislauf sowie einer Wasserpumpe mit Zuführsystem) betrugen 39.000 US-Dollar. Bemerkenswert an diesem Versuchsaufbau war, dass beim Zusammenbau Aluminium- und Epoxidharzteile kombiniert wurden und die Tests problemlos überstanden. Dank der transparenten Bauteile konnte anhand der definierten Grösse von Luftblasen der räumliche Verlauf der Strömung studiert werden. Aus deren Grösse und Anzahl liessen sich Bereiche turbulenter Strömung und unzureichend gekühlte Stauzonen ableiten. Besonders kritische Zonen wurden im CAD-System modifiziert und nochmals hergestellt. So liessen sich mehrere Varianten schnell und kostengünstig herstellen und testen.

Wahl fiel wieder auf Stereolithographie

Mit der Entscheidung zum Mittelmotorkonzept musste das verstärkte Sechsganggetriebe in einem neuen Gehäuse anders positioniert werden. Somit veränderte sich auch der Ölkreislauf und die Kühlerposition, da die Luft vom Unterboden durch einen ausladenden Diffuse am Heck geleitet wurde, um den Abtrieb zu erhöhen. Auch hier fiel die Wahl auf die Stereolithographie. Nachdem Porsche das Getriebegehäuse im 3D-CAD-System konstruiert hatte, liess man das Gehäuse wiederum bei 3D Systems auf einer SLA 500 fertigen. Zwei Wochen, nachdem die Daten bei den Darmstädtern eingetroffen waren, erhielt Porsche die einzelnen Gehäusekomponenten zur Fertigbearbeitung und Montage. Nach der Feinbearbeitung montierte das Team alle weiteren Komponenten, wie Kugellager, Wellen, Zahnräder, Schiebemechanismen und die Ölpumpe für die Tests. Das Sechsgang-Getriebe wurde mit etwa achttausend Umdrehungen lastfrei betrieben. Die Öltemperatur durfte jedoch die für das Polymer kritische Temperatur von 70 °C nicht überschreiten. So liess sich der interne Strömungsverlauf des Öles aus allen Winkeln beurteilen und optimieren.

Mit den funktionalen Prototypmodellen des Kühlkreislaufes des Sechszylinder- Boxermotors und des Getriebegehäuses konnte Porsche die Testläufe wesentlich früher durchführen als geplant. Zudem fielen die Testergebnisse erheblich exakter aus als mit auf herkömmliche Weise hergestellten Modellen. Nur so liess sich das Projekt 911 GT1 in einem Zeitraum von acht Monaten umsetzen. Auf dem 24-Stunden-Rennen von Le Mans 1996 erfolgte die Bewährungsprobe: Drei Fahrzeuge der Zuffenhausener Marke belegten die ersten drei Plätze im Gesamtklassement. Porsche-Vorstandsvorsitzender Dr. Wendelin Wiedeking konnte sich freuen: "Ein grosser Erfolg für Porsche, dessen sprichwörtliche Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in Le Mans nachhaltig unter Beweis gestellt wurde."

Dipl.-lng. Dieter Steinheuser, CA-Technologien Motorsport bei Porsche