Kap 6.1 349 380 - bücher.de · PDF file Coupé, Lamborghini Gallardo Spider, Audi...

Click here to load reader

  • date post

    04-Jul-2020
  • Category

    Documents

  • view

    5
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Kap 6.1 349 380 - bücher.de · PDF file Coupé, Lamborghini Gallardo Spider, Audi...

  • 360 6 Aufbau

    kosten auch weiterhin einen hohen Marktanteil hal- ten. Während sich allerdings der Anteil des Qualitäts- stahles deutlich verringert, steigen die Anteile von höherfesten Stahlsorten und von Bake-hardening- Stählen, deren Festigkeit durch eine zusätzliche Wärmebehandlung erhöht wird.

    Literatur

    [1] Hucho, W.-H.: Aerodynamik des Automobils. 5. Aufl. Wiesba- den: Vieweg Verlag, 2005

    [2] Hiement, R. u.a.: Optimierung von Karosserie und Fahrwerk des neuen Opel Astra als Beispiel für erfolgreiches Frontloading. In: VDI-Bericht 1398 (1998), S. 101 – 122

    [3] Leuschen, B.; Hopf, B.: Fügen von Stahl, Aluminium und deren Kombination. In: VDI-Bericht 1264, 1996

    [4] ATZ/MTZ-Extra, April 2005, Der neue Passat [5] Hahn, O.; Gieske, D.: Ermittlung fertigungstechnischer und

    konstruktiver Einflüsse auf die ertragbaren Schnittkräfte an Durchsetzfügeelementen. FAT-Bericht 116, 1995

    [6] Braess, H.-H.: Negative Gewichtsspirale. In: ATZ 101 (1999), Nr. 1 [7] Weitere Informationen insbesondere in den VDI-Berichten 665

    (1988), 818 (1990), 968 (1992), 1134 (1994) und 1398 (1998) sowie in der ATZ

    [8] Teske, L.; Strehl, R.; Hallik, M.: Das Karosseriekonzept des neuen OPEL Vectra C. In: VDI-Bericht 1674 (2002) S. 85 – 98

    [9] GZVB, Faszination Karosserie, 2. Braunschweiger Symposium 2005, ISBN 3-937655-00-4

    [10] ATZ/MTZ -Extra-Ausgaben über Neuentwicklungen

    6.1.2 Space-Frame

    6.1.2.1 Einleitung

    Weltweit ist seit Jahrzehnten eine deutliche Zunahme der Fahrzeuggewichte in der Automobilindustrie zu verzeichnen. So betrug seit den achtziger Jahren die Gewichtszunahme in der Mittelklasse und unteren Oberklasse im Schnitt etwa 15 kg pro Jahr. Im einzel- nen ist die stetige Gewichtszunahme auf höhere Si- cherheitsanforderungen, verschärfte Gesetzgebungen, gestiegene Komfortansprüche, zunehmend umfangrei-

    cher werdende Zusatzausstattungen und die Universali- tät der Fahrzeuge zurückzuführen (Bild 6.1-9). Diese Gewichtszunahme bedingt bei gleichen Fahr- leistungen eine Anpassung des Motoren-/Getriebe- aggregates und damit verbunden stärkere Fahrwerke und Bremsanlagen sowie ein größeres Tankvolumen. Die oben genannten Gewichtszunahmen bilden eine Gewichtsspirale, die zu einer Steigerung des Energie- verbrauchs und der Umweltbelastung führt. So wer- den üblicherweise für 100 kg Mehrgewicht je nach Fahrzeugtyp und Motorbauart etwa 0,3 l bis 0,6 l Kraftstoffmehrverbrauch pro 100 km in Ansatz ge- bracht (Bild 6.1-10). Der Energieverbrauch eines Fahrzeuges wird wäh- rend der Laufzeit vom Gesamtfahrwiderstand und dem Energieverbrauch an Bord bestimmt. Danach ist die Masse eine wesentliche, den Fahrwiderstand beeinflussende Größe. Nicht nur aus ökologischen Gründen werden von modernen Kraftfahrzeugen niedrigerer Kraftstoff- verbrauch, geringere Emissionen und Recyclefähigkeit gefordert. Aus Kundensicht sind auch eine kontinuier- liche Verbesserung der Fahreigenschaften wie Fahr- zeugdynamik oder Fahrzeugagilität gewünscht, wie sie bei gleichbleibender Motorisierung durch eine Redu- zierung des Fahrzeuggewichts erzielt werden können.

    6.1.2.2 AUDI-Space-Frame

    Das größte Gewichtsmodul im Fahrzeug bildet die Karosserie. Ein Karosserieleichtbau als primärer Schritt z.B. in Form einer Vollaluminiumkarosserie ermög- licht, zusammen mit der konsequenten Nutzung von Leichtbauwerkstoffen im ganzen Fahrzeug, zusätzliche sekundäre Gewichtsreduzierungen. So sind dann ohne Abstriche bei den Fahrleistungen kleinere Motoren einsetzbar. Weitere Gewichtserleichterungen resultie- ren aus geringeren Belastungen für Fahrwerk, Getriebe, Räder, Bremsen und aus einer verkleinerten Tankanla- ge und einer angepassten Abgasanlage (Bild 6.1-11).

    130

    120

    110

    100

    ca. +20 kg/a

    ca. +10 kg/a

    Gründe für den GewichtsanstiegQu

    l ta i ät

    K om

    for t

    Gesetzgebeung

    Sicherh eit

    Interieur

    G ew

    ic ht

    [% ]

    Baujahr

    1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Bild 6.1-9 Gewichtsent- wicklung im Automobilbau

  • 6.1 Karosseriebauweisen 361

    13,5% Mehrgewicht + Getriebeanpassung + 10% Mehrleistung Verbrauch: 109,1%

    Basisfahrzeug Verbrauch: 100% 10% Mehrgewicht

    Verbrauch: 102%

    Mehrgewicht von +3% durch Sekundäreffekte (Anpassung Federn, Lager, Bremsen, Crash, etc.)

    13% Mehrgewicht Verbrauch: 102,5%

    12% kürzeres Getriebe zum Erreichen gleicher Elastizitäten wie Basismodell

    13% Mehrgewicht + Getriebeanpassung

    Verbrauch: 108%

    13% Mehrgewicht + Getriebeanpassung + 10% Mehrleistung

    Verbrauch: 109%

    Mehrgewicht von 10%

    Leistungserhöhung über Drehzahl für gleiche Beschleunigung 0-100 km/h wie Basismodell

    0,5% Mehrgewicht durch Akustikmaßnahmen zur Kompensation der Mehrleistung

    Ausgangsbasis: B-Segment im Leistungsspektrum 4 Zylinder Ottomotoren

    Karosserie

    Ausstattung

    Elektrik

    Flüssigkeiten

    Motor

    Fahrwerk

    Anteil der Fahrzeugmodule an der Gewichtszunahme

    Gewichtsanteil der Fahrzeugmodule

    57

    6

    11

    3 2

    21 35

    14

    25

    55

    17

    Die Analyse möglicher Leichtbauwerkstoffe bezüg- lich spezifischem Gewicht, Festigkeit, Steifigkeit, Crashverhalten, Verfügbarkeit und Energiebedarf zeigt im Kfz-Karosseriebau deutliche Vorteile für den Werkstoff Aluminium. Die reine Substitution einer Stahlkarosserie, führt zu einer maximalen theoretischen Gewichtseinsparung von 66 %. Eine funktionsgleiche Auslegung bezüg- lich Crashmanagement, statische und dynamische Steifigkeiten und maximale Einzellasten, führt zu einer realistischen Gewichtseinsparung von 45 %. Die Nutzung der unterschiedlichen Halbzeugarten des Aluminiums in funktionsgerechter Gestaltung macht den leichten Werkstoff zusätzlich sehr attraktiv. Neben dem eingesetzten Blech stehen mit Aluminium- Strangpressprofilen und Aluminium-Gussteilen kos- tengünstige Halbzeuge zur Verfügung, die sich zu einer aluminiumgerechten Konstruktion vereinigen lassen. Die Verwendung dieser Halbzeugarten führte im Karosseriebau zu einem neuen Konstruktionskonzept, dem Audi-Space-Frame (ASF®). Das Ergebnis der werkstoffgerechten Konzeptausle- gung im Audi A8 führte zu einer außergewöhnlichen Produktqualität und der besten Leichtbaugüte. Die Leichtbaugüte ist wie folgt definiert:

    Leichtbaugüte 3Ger 2

    1

    kg 10

    Nm/Grad m

    m L

    c A ⎛ ⎞

    = ⋅⎜ ⎟ ⋅ ⎝ ⎠⋅

    mGer = Gerippegewicht (ohne Türen und Klappen) c1 = Torsionssteifigkeit A = Aufstandsfläche (Spur · Radstand)

    Sie ist ein Maßstab dafür, mit wie wenig Masse bei gegebener Radaufstandsfläche welche Steifigkeit erreicht wurde. Mit 220 kg Karosseriegewicht ohne Türen und Klappen und einer Torsionssteifigkeit von 32.000 Nm/Grad erreicht die neue A8 ASF-Karosse eine Leichtbaugüte von 1,5 und ist damit eindeutig Klassenprimus. Die erreichte Gewichtseinsparung liegt gegenüber einer vergleichbaren heutigen Stahl- karosserie in Blechschalenbauweise bei etwa 45 %. Über diese Vorteile des ASF®-Konzeptes bezüglich der Gewichtsreduzierungspotentiale und den damit ver- bundenen ökologischen und fahrdynamischen Konse- quenzen zeichnet sich die Aluminiumstruktur mit ausgezeichnetem Energieabsorptionsvermögen, idealen Recyclingvoraussetzungen und sehr günstiger energeti- scher Bilanzierung aus. Derivate können mit erheblich reduziertem Aufwand gegenüber einer konventionellen Karosseriebauweise realisiert werden.

    6.1.2.3 Das Karosseriekonzept des ASF®

    Der Audi Space Frame wurde mit dem AUDI A8 im Jahr 1994 erstmals für ein Serienfahrzeug eingeführt. Dieses Karosseriekonzept wurde dann im A2, wel- cher 1999 auf den Markt kam, für einen Großserien-

    Bild 6.1-10 Kompensation über Leistungssteigerung

    Bild 6.1-11 Gewichtsanteil der einzelnen Module im Fahrzeug und deren Gewichtszunahme

  • 362 6 Aufbau

    einsatz weiterentwickelt. Das Produktportfolio der Fahrzeuge mit ASF wurde bis Ende 2006 bei Audi um folgende Modelle ergänzt: Lamborghini Gallardo Coupé, Lamborghini Gallardo Spider, Audi TT Coupé, Audi TT Roadster und Audi R8. In der Ka- rosse des neuen TT findet zum ersten mal der ASF in hybrider Bauweise seine Anwendung. Ein besonderes Merkmal des ASF ist der verwendete Aluminiumhalbzeugmix aus Guss, Profilen und Blech. Sie bilden eine selbsttragende Rahmenstruk- tur, in die jedes Flächenteil mittragend integriert ist. Der ASF verwirklicht mit wenig Masse eine maxima- le Stabilität. Er wurde für höchste Steifigkeits-, Kom- fort- und Sicherheitsanforderungen dimensioniert. Konstruktive Merkmale sind multifunktionale Groß- gussteile, lange durchgehende Profile und ein hoher Anteil von geraden Strangpressprofilen. Es werden nur an den Stellen gebogene Profile einge- setzt, wo die Außenhautform dies notwendig macht (Bild 6.1-12).

    Gussteil

    Strangpressprofil

    Blech

    Bild 6.1-12 Spaceframe Audi A8 (D3). Das Mate- rialkonzept

    Über die genannten konstruktiven Maßnahmen wird eine deutliche Reduzierung der Teilezahl erreicht. Dies verbessert einerseits den Komfort (weniger Verbindungsstellen zwischen den Bauteilen), ande- rerseits wirkt es sich günstig auf die Kosten und die Fertigungsprozesse aus. Die bekannten Verbindungs- techniken wie MIG-Schweißen, Nieten und Laser- schweißtechnik werden stetig weiter optimiert. Das Laserhybridschweißen vereint die Vorteile beider thermischen Fügetechnologien (MIG- und Laser- schweißen), wobei die Verbindungsarten des MIG- Schweißens (Überlappnaht, Kehlnaht) und die