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About this book

Mobilität, Sicherheit, Komfort und Umwelt sind die technischen Hauptziele der Produktentwicklung im Automobilbau. Die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und die Senkung der CO2-Emission stellen dabei Entwicklungs- und Fertigungsingenieure vor immer neue Herausforderungen.Leichtbau, innovative Werkstoffe und alternative Fertigungsverfahren stehen im Fokus der diesjährigen 14. Karosseriebautage. Ziel dieser Tagung ist, die an der Entwicklung und Fertigung der Karosserie Beteiligten zu einem Erfahrungsaustausch zusammenzuführen.

Table of Contents

Frontmatter

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG

Frontmatter

Der Natur in die Karten geschaut – Optimierungsverfahren aus dem Bereich der Bionik

Zusammenfassung
Mit Bionik verbinden die Meisten Anwendungsbeispiele wie den Lotuseffekt oder die Haifischhaut. Weniger bekannt ist dagegen, dass sie auch als Ideenlieferant für Optimierungsverfahren zur Lösung von Problemen aus dem Ingenieursbereich dienen kann.
Ein sehr erfolgreiches Beispiel dafür sind die Methoden CAO (Computer Aided Optimization) zur Formoptimierung und SKO (Soft Kill Option) zur Topologieoptimierung, welche auf der Simulation der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen basieren.
Während man die Wachstumsregel nur für Festigkeitsprobleme verwenden kann, sind evolutionäre Algorithmen und Optimierung mit Teilchenschwärmen (PSO = Particle Schwarm Optimization) zur Lösung von allgemeinen Optimierungsproblemen einsetzbar. Dabei enthalten sowohl evolutionäre Algorithmen als auch PSO Zufallskomponenten und sind damit auch zum Auffinden eines globalen Optimums geeignet.
Lothar Harzheim

Funktionsintegrierte und bionisch optimierte Fahrzeugleichtbaustruktur in flexibler Fertigung

Zusammenfassung
Die Automobilindustrie ist verstärkt gefordert, eine zunehmende Zahl an Antriebskonzepten und Energiespeichersystemen in einer ebenfalls deutlich wachsenden Variantenbreite von Fahrzeugderivaten zu integrieren. Die Nutzer werden Fahrzeuge nachfragen, die nicht nur mit Blick auf Ausstattungsdetails individualisiert sind, sondern auch auf die Technik, etwa die Antriebssysteme. Daraus leitet sich das Erfordernis einer ebenso energie- wie ressourcenschonenden und kosteneffizienten Produktion ab. Hierbei könnten möglicherweise auch Leichtbau und generative Fertigungstechniken eine wichtige Rolle spielen, die (schon heute) als Variante die Möglichkeiten von Industrie 4.0 aufzeigen.
Martin Hillebrecht, Claus Emmelmann

KOMPONENTEN

Frontmatter

Scheinwerfer 2025 – bionisch inspiriert und generativ gefertigt

Zusammenfassung
3-D-Druck und Bionik erobern neue Anwendungen im Pkw. Edag hat eine Kombination aus Werkstoffen und Verfahren erdacht, mit der eine durchgehende generative Fertigung eines Scheinwerfers mit Ausnahme der Reflektoren möglich ist. Im Projekt namens GenLight wird die LED-Kühlleistung mit bionischen Kühlkörpern gesteigert. Bis 2025 könnte der Scheinwerfer Serienreife erlangen.
Klaus Zander, D. Sokoloy, W. Schwarz, M. Frohnapfel

Die Schiebetür – alles andere als konventionell

Zusammenfassung
Schiebetüren gehören schon lange zum Stand der Technik im Karosseriebau. Längst wurde die Technologie vorangetrieben, weg von eindimensional erscheinenden Schiebeelementen, hin zu komplexen mehrdimensional beweglichen Getriebestrukturen, die auch modernen Designanforderungen gerecht werden.
Andreas Cousin, J. Klingbeil

Entwicklung des Fahrzeugunterbodens vor dem Hintergrund CO2-Effizienz

Zusammenfassung
Durch die zukünftige CO2-Gesetzgebung werden Aerodynamik und Leichtbau von Kraftfahrzeugen stark an Bedeutung gewinnen. Dieser Vortrag beschreibt mögliche Potenziale im Bereich des Fahrzeugunterbodens und wie man diese mittels eines Materialbaukastens anforderungsgerecht realisieren kann. Dabei wird beschrieben, wie der Fahrzeugunterboden im Spannungsfeld Aerodynamik, Kosten und Leichtbau optimal ausgestaltet werden kann und welche Herausforderungen es dabei gibt.
Oliver Mende

KAROSSERIEENTWICKLUNG

Frontmatter

Elektrisch angetriebene Stadtbusse – Ausgangslage, Entwicklungsstand, Ausblick

Zusammenfassung
Die Fahrgastzahlen im deutschen Öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) haben 2015 zum zweiten Mal in Folge die 10 Milliarden-Grenze überschritten. Gewinner sind die Städte und Metropolregionen, die teilweise nicht nur erhebliche Zuwanderungsgewinne, sondern erfreulicherweise seit 2000 vielerorts auch einen überproportionalen Anstieg der Fahrgastzahlen von über 25 Prozent zu verzeichnen hatten. Die Steigerungen betreffen sowohl den städtischen als auch den regionalen Eisenbahnverkehr.
Ulrich Sieg

Effiziente rechnerunterstützte Entwicklung von Karosseriekonzepten

Zusammenfassung
Organisationen und Prozesse in der Fahrzeugentwicklung sind in den letzten Jahrzehnten vordringlich auf standardisierte Abläufe einer Änderungskonstruktion ausgerichtet wurden. Simulationsunterstütze Entwicklung wurde vor allem im Hinblick auf die Steigerung der Prognosegüte und standardisierter Simulationsprozesse optimiert. Eine Analyse des Entwicklungsprozess in der frühen Phase bei einem großen deutschen OEM (Damjanovic et al. 2014) hat ergeben, dass in Verbesserungen des Wissens- und Datenmanagements sowie der Modellierung von (nicht nur) konzeptioneller Geometrie inkl. Simulation auf 3D sowie die Verbesserung interdisziplinärer Zusammenarbeit erhebliche Potenziale schlummern. Lösungsansätze ergeben sich hierzu beispielsweise
  • im Aufbrechen einer strikten Trennung von früher und später Phase,
  • in Modellierungstechniken, die durch Parametrisierung Variantenvielfalt fördern,
  • durch Zugriff und damit Sicherstellung der Nachvollziehbarkeit des sich steigernden Detaillierungsgrads über die PLM/SPDM-Systeme,
  • in einer verbesserten simulations- und optimierungsgesteuerten Konstruktion mit ganzheitlich greifenden, d.h. holistischen Ansätzen,
  • oder auch durch Verbesserung unternehmensweiter, effizienter Datenübertragung und einer Verminderung von Barrieren bzw. Interfaces.
Klemens Rother, W. Pohl, D. Schneider, U. Jankowski

MAN-Omnibusse – Rechnungs-Messungs-Vergleich des dynamischen Umsturzes eines Gesamtfahrzeugs

Zusammenfassung
Die Anforderungen an einen Omnibus sind sehr vielfältig. Neben dem Fahrkomfort und das Wohlergehen der Passagiere (Sichtfeld, Fahrdynamik, Akustik, …) spielt ebenfalls die Festigkeit eine entscheidende Rolle. Dabei wird beim Gerippe zwischen der Betriebs- und Crashfestigkeit unterschieden. Eine gesetzliche Anforderung für die Crashfestigkeit ist in der Norm ECE R66 [1] vorgeschrieben. In dieser Norm wird die Umsturzsicherheit des Fahrzeugs definiert.
Roland Krivachy, S. Guserle, L. Ginsberg

FAHRZEUG I

Frontmatter

Carbon Core – die neue BMW 7er Karosserie

Zusammenfassung
BMW ist mit seiner Technologie-Strategie BMW EfficientDynamics hinsichtlich der Reduzierung von Verbrauch und CO2-Emissionen seit vielen Jahren Vorreiter in der Automobilindustrie. Diese Technologie-Strategie beinhaltet jedoch nicht nur motorische Maßnahmen, sondern sämtliche Entwicklungen, bei denen mit intelligentem Leichtbau das Fahrzeuggewicht zur weiteren Energie-Einsparung konsequent reduziert wird. Unter dem Begriff „Intelligenter Leichtbau“ versteht man ein Konzept, nach dem bei BMW in einem intelligenten Materialmix an jeder Stelle des Fahrzeugs der jeweils am besten geeignete Werkstoff zum Einsatz kommt – mit dem Ziel einer weiteren Gewichtsreduzierung um den Verbrauch zu senken, gleichzeitig aber auch die passive Sicherheit, die Fahrdynamik, den Komfort und die Akustik weiter zu erhöhen.
Jetzt hat BMW als weltweit erster Automobilhersteller mit der Industrialisierung des ultraleichten Hightechmaterials CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff, kurz Carbon) in der Großserienfertigung einen neuen, wegweisenden Entwicklungssprung gemacht. CFK (Carbon) kommt erstmals beim neuen BMW 7er in Mischbauweise mit anderen Werkstoffen im Bereich der Fahrgastzelle zum Einsatz, ist 30 Prozent leichter als Aluminium und rund 50 Prozent leichter als Stahl.
Dieser neue, hochinnovative Mischbau, bei BMW als „Carbon Core“ bezeichnet, basiert auf dem Technologietransfer aus den BMW i Modellen und trägt zur Optimierung des Fahrzeuggewichts sowie zur Materialfestigkeit und -steifigkeit bei. Daraus resultieren deutlich verringerte Verbrauchs- und Emissionswerte bei gleichzeitig verbesserten Fahrleistungen, erhöhter Fahrdynamik und noch mehr Komfort. Dank dieser zukunftsweisenden CFK-Technik konnte zusammen mit weiteren intelligenten Leichtbaumaßnahmen das Gewicht der neuen BMW 7er Limousine – trotz Gewichtszunahme durch neue Sicherheits- und Komfortfeatures – gegenüber dem Vorgänger um bis zu 130 kg gesenkt werden. Damit ist der neue BMW 7er nicht nur das derzeit leichteste und verbrauchsgünstigste Fahrzeug im Segment der weltweiten Luxuslimousinen, sondern gleichzeitig Vorreiter einer neuen, innovativen Mischbautechnologie, die den Automobilbau nachhaltig beeinflussen wird.
Michael Ahlers

The All New Opel Astra Sports Tourer

Ohne Zusammenfassung
Frank Saterdag, Gerald Creter

Mercedes-Benz F015 – autonome Mobilität der Zukunft

Zusammenfassung
Vortrag lag zu Redaktionsschluss nicht vor. Vielen Dank für Ihr Verständnis.
Sylvain Wehnert

Auto und Karosserie – vom hölzernen Kutschkasten zur selbsttragenden Verbundkarosserie

Ohne Zusammenfassung
Erik Eckermann

KONZEPTE

Frontmatter

Passive Sicherheit instand gesetzter Pkw

Zusammenfassung
Die passive Sicherheit ist bei der Entwicklung moderner Pkw integrierter Bestandteil des Produktentstehungsprozesses und wird u. a. in Wechselwirkung zum Leichtbau aufwendig optimiert. In der Produktion werden die dabei entwickelten konstruktiven Auslegungen mit hoher Genauigkeit und Prozesssicherheit umgesetzt. Die auf diese Weise erreichten Eigenschaften eines Pkw – z. B. das Niveau der passiven Sicherheit – können jedoch im Laufe der Fahrzeuglebensdauer teilweise verloren gehen. Ein wichtiger Aspekt sind hierbei falsch instand gesetzte Unfallschäden.
Um einen Beitrag zur Lösung dieses Problems zu leisten, haben das Kraftfahrzeugtechnische Institut (KTI) und DEKRA das Forschungsprojekt „Fair Repair“ initiiert. Ziel ist die Beantwortung der Frage, ob – und wenn ja in welchen Maße – sich eine nicht fachgerechte Unfallreparatur negativ auf das Niveau der passiven Sicherheit eines Pkw bei einem erneuten Unfall auswirkt. Mit Hilfe von Fallbeispielen wird in diesem Beitrag zunächst das Risiko aufgezeigt, das durch falsche (z. B. entgegen Herstellervorgabe durchgeführte) Reparaturen entstehen kann. Im Anschluss daran werden Crashversuche vorgestellt, welche im Rahmen des Projektes durchgeführt wurden.
Helge Kiebach

Die Revolution in der automobilen Softwareentwicklung und ihre Auswirkungen auf das Interieur

Zusammenfassung
Wir sind heute vernetzter denn je. Es gibt kaum noch einen Moment, in dem wir nicht über Smartphones, Tablets und Laptops meist kabellosen Zugriff auf Daten und Informationen haben, die unseren Alltag komfortabler gestalten. Je mehr die Digitalisierung, und mit ihr einhergehend die Vernetzung in unseren Tagesablauf vordringt, desto mehr stören wir uns an den Dingen, die mit der digitalen Welt nicht harmonieren wollen. Denn wenn plötzlich nicht nur Geräte, sondern ganze Abläufe und Handlungen auf das Netz angewiesen sind, steigt der Frust umso mehr, wenn etwas, das aus dem Blickwinkel des Endkunden eigentlich ebenso vernetzt sein müsste, isoliert erscheint.
Damit die automobile Entwicklung im digitalen Wettbewerb marktfähig bleibt, führt also kein Weg umhin, integrativ zu denken, und das Beste den unterschiedlichen Arbeits- und Denkweisen so zusammenzubringen, das etwas Neues entstehen kann.
In dem eingereichten Vortrag liegt der Fokus auf den Auswirkungen der oben beschriebenen „nutzergetriebenen“ Revolution in der automobilen Softwareentwicklung auf das Interieur und die Bedienung des Fahrzeugs. Neue Funktionalitäten, einen hohen Automatisierungsgrad und nicht zuletzt die Tatsache, dass der Fahrer sich zukünftig nicht mehr nur ums Fahren kümmert, sondern andere Dinge tut, aber ständig wieder ins Verkehrsgeschehen zurückgeholt werden muss erhöhen den Anspruch auf Usability, Anzeige und Bedienung. Neue Materialien im Interieur, geänderte Bedienmuster und Anforderungen verschärfen diesen Anspruch noch.
Heiko Herchet

ENTWICKLUNGSMETHODEN I

Frontmatter

Virtuelles Testen von kohlefaserverstärkten Kunststoffbauteilen bei Airbus

Zusammenfassung
Vortrag lag zu Redaktionsschluss nicht vor. Vielen Dank für Ihr Verständnis.
Wolfgang Wohlers

Methoden zur Fahrersicht-Optimierung am Beispiel des neuen Opel ASTRA

Zusammenfassung
Vortrag lag zu Redaktionsschluss nicht vor. Vielen Dank für Ihr Verständnis.
Lars Woyna

Batterieträger in Faserkunststoffverbundbauweise

Zusammenfassung
Im Forschungsprojekt „e-generation“ arbeiteten unter der Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung Industrieunternehmen und Hochschulinstitute an zentralen Herausforderungen der Elektrifizierung des automobilen Antriebsstrangs. Das Forschungsziel im Teilprojekt „Integrative Sicherheitsstrukturen zum Batterieund Insassenschutz bei E-Fahrzeugen“ bildete die Entwicklung einer integrativen Sicherheitsstruktur für E-Fahrzeuge in einer neuartigen Faserkunststoffverbund(FKV)- Spritzguss-Hybridbauweise. In Zusammenarbeit zwischen der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG und dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden wurde hierbei ein bestehender Batterieträger in mehrteiliger Stahlbauweise unter Verwendung eines innovativen Fertigungsprozesses in eine einteilige Struktur aus Faserkunststoffverbund (FKV) überführt. [1, 2]
Der FKV-Batterieträger besteht aus einer langfaserverstärkten Thermoplast(LFT)- Plattform zur Aufnahme der Batterie, die in einem Spritzgießprozess an ein endlosfaserverstärktes, thermoplastisches Hohlprofil mit integrierten Lasteinleitungselementen aus Aluminium angeformt wird [2]. In einem mehrstufigen Fertigungsprozess wird hierbei die am ILK etablierte und weiterentwickelte Schlauchblastechnologie [3] zur Herstellung des mehrfachgekrümmten Hohlprofils genutzt, welches im Nachgang mittels Spritzgießen funktionalisiert wird. Hierdurch lassen sich integrale FKVStrukturen mit belastungsangepasstem Lagenaufbau herstellen, die ein hohes Maß an Funktionsintegration durch den nachgeschalteten Spritzgießprozess ermöglichen.
Im Vergleich zu der mehrteiligen Referenzstruktur aus Stahl konnte durch den FKVBatterieträger eine Massereduktion von 30 % sowie eine Bauteileinsparung von 66 % realisiert werden. Sämtliche relevanten Sicherheitsanforderungen wurden sowohl virtuell als auch versuchstechnisch erfolgreich nachgewiesen. Durch die moderaten Leichtbaumehrkosten von weniger als 10 €/kg stellt die Fertigungstechnologie eine wirtschaftliche Alternative zum Stand der Technik dar. Das Ziel weiterführender Entwicklungen ist es, die Fertigungskosten durch die Erhöhung des Automatisierungsgrades zu senken.
Nino Andricevic, A. Liebsch, M. Gude

ENTWICKLUNGSMETHODEN II

Frontmatter

BFast – systematische Ableitung von Ersatzlastfällen aus Betriebslasten

Zusammenfassung
Umfang und Komplexität virtueller Entwicklungsmethoden nehmen in der Automobilindustrie seit Jahren zu. Trotz allgemein steigender Rechenkapazitäten vergrößert sich der virtuelle Entwicklungsaufwand stetig. Dies ist der zunehmenden Zahl an Modellvarianten, bei gleichzeitiger Verkürzung der Modelllaufzeiten, und damit verbundenen, beschleunigten Entwicklungsphasen geschuldet. Im frühen Stadium der Vorentwicklung sind umfangreiche Bemessungskonzepte aber oftmals unnötig aufwändig und dadurch ein geeigneter Ansatzpunkt, Zeit zu sparen. Eine realistische Einschätzung neuer Bauteilkonzepte sowie fundierte Entscheidungsfindungen sind häufig auch mit einfacheren Ansätzen möglich.
In den Entwicklungsabteilungen braucht man für die tagtäglichen Anwendungen, insbesondere in der Vorentwicklung, nicht immer bis ins letzte Detail wissenschaftlich ausgearbeitete Berechnungsverfahren und -theorien, sondern hier sind vielmehr schnelle und einfache Werkzeuge von entscheidendem Vorteil. Praktikabel sind ein auf das Wesentliche fokussierter Ansatz und eine effiziente Auswertbarkeit der Simulationsergebnisse. Eine universelle Integration in die vorhandene Software-Infrastruktur dient zusätzlich der Produktivität. Die Methode BFast [1] setzt an dieser Stelle an:
Sascha Wörner, U. Jung

Die Konzeptentwicklung als Bindeglied der technischen Innovationen zum realen Design

Zusammenfassung
Am Anfang der Entwicklung eines neuen Fahrzeugs steht jeder Hersteller vor der gleichen Frage:
Wie kann die perfekte Mischung aus Design, Technik und Innovationen gefunden werden?
Außerdem stellt sich immer die Frage, wer den besten Kompromiss bei Zielkonflikten für das Gesamtfahrzeug sucht.
Wir bei Audi haben dafür die Konzeptentwicklung. Einen eigenständigen Bereich innerhalb der technischen Entwicklung der hauptverantwortlich bis zum jeweiligen Konzeptentscheid die Fahrzeugentwicklungen verantwortet.
Andreas Orf, M. Duscha

FAHRZEUG II

Frontmatter

Ford Focus RS – Rebirth of an Icon

Zusammenfassung
Der Focus RS basiert auf der 5-türigen Variante des aktuellen Ford Focus ST (C346MCA ST) und ist mit einem 350PS starken 2,3ltr. 4-Zylinder sowie mit einem Allrad Antrieb ausgestattet. Das Fahrzeug wurde für die Märkte in Nord Amerika, Asia Pacific und Europa entwickelt.
Für die Entwicklung der Umfänge Exterieur, Interieur und Elektrik des Ford Focus RS wurde der Entwicklungsdienstleister EDAG Engineering GmbH als Partner betraut. Die Produktion des RS erfolgt an dem zentralen Produktionsstandort in Saarlouis, Deutschland.
Der Ford Focus RS wurde genau wie seine Vorfahren für den sportlich ambitionierten Fahrer entwickelt. Das Fahrzeug wurde für die Rennstrecke konzipiert und ist gleichzeitig absolut alltagstauglich.
Rolf Züchner, Tobias Fritze

Highlights des Porsche Boxster Spyder

Zusammenfassung
Der Porsche Boxster Spyder stellt bezüglich Leistung, Fahrdynamik und Agilität das aktuelle Topmodell der Porsche Boxster-Baureihe dar.
Die Kombination aus stärkstem Motor und geringem Gewicht macht diesen Spyder zum bislang schnellsten und dynamischsten Modell der Boxster-Familie.
Detlev Ranft, Kai Geißenhöner

2016 Cadillac CT6 – Product Engineering

Ohne Zusammenfassung
Robert N. Saje
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