Karosseriebautage Hamburg

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In der Geschichte des Fahrzeugbaus wird ständig daran gearbeitet, die Fahrzeuge leistungsfähiger, effizienter und prägnanter zu gestalten. Wo verschiedene Alternativen zur Verfügung stehen, zum Beispiel an Antrieben oder Werkstoffen, können diese anhand einer Lebenszyklusbetrachtung (Life Cycle Analysis, LCA) hinsichtlich der Umweltauswirkungen miteinander verglichen werden. Dabei werden alle Phasen des Produktzyklus berücksichtigt. Die Nutzungsphase stellt bei den herkömmlichen Fahrzeugen durch den Treibstoffverbrauch die ausschlaggebende Größe dar.

Leichtbau und Großserie sind eine nicht ganz einfach zu beantwortende Fragestellung. General Motors stellt sich der Herausforderung, die uns die europäische Union mit Ihren Zielen für 2020 gesetzt hat. Als weltweiter Automobilhersteller sind unsere Bemühungen aber immer auch global ausgerichtet. CO2 Reduzierung hat somit einen hohen Stellenwert bei der Entwicklung unserer zukünftigen Fahrzeugflotte weltweit, wir dürfen jedoch hierbei unseren Kunden nicht aus den Augen verlieren. Leichtbau und somit ein reduzierter CO2 Ausstoß muss für unsere Kunden weiterhin in allen Regionen erschwinglich bleiben.

Basis für unseren Leichtbauansatz ist hierbei zunächst einmal Stahl, mit seinem attraktivem Preis-/Leistungsverhältnis, der auch weiterhin eine wichtige Rolle in unserem Karosseriekonzept bildet. Wir können hier in der Übergangsphase zwischen 2015 und 2020 noch ein beträchtliches Potential heben. Dies werden wir insbesondere mit dem Einsatz hochfester und höchstfester Werkstoffe realisieren.

Konsequenter Leichtbau in der Fahrzeugentwicklung nimmt wieder mächtig an Fahrt auf. Nicht nur die ambitionierten CO2-Ziele ab dem Jahr 2020, sondern auch die Markteinführung einer ganzen Palette an elektrifizierten Fahrzeugen, bei denen versucht wird, Änderungen in der Gewichtsverteilung und den Lastpfaden durch Leichtbau in den Griff zu bekommen, sind aktuelle Treiber für Leichtbau. Zudem steht Leichtbau immer unter der Prämisse vertretbarer Herstellkosten.

Wir von EDAG sind überzeugt, dass der automobile Leichtbau der nahen Zukunft nicht nur eine Antwort kennt. Jeder Werkstoff muss sein Bestes geben und hat seine spezifischen Vorteile für den jeweiligen technischen Anwendungsfall. Das Spektrum der von uns ausgewählten Technologiebeispiele reicht von Multi-Material-Konzepten bis hin zu energieeffizienten und bezahlbaren Leichtbauweisen: Vom Rennsport über das Premiumsegment, Speziallösungen für die Elektromobilität bis hin zur klassischen Serienproduktion. Die Technologieansätze haben wir in enger Zusammenarbeit mit namhaften Forschungseinrichtungen und Technologiepartnern identifiziert, entwickelt und in Forschung und Entwicklung begleitet.

Die im Vortrag dargestellten Beiträge sollen die Zukunftspotenziale vermitteln und zum Dialog anregen.

Das Thema der Elektromobilität hat bei Volkswagen Tradition. Innerhalb der letzten 40 Jahre sind mehrfach Forschungs- und Konzeptfahrzeuge entwickelt und der Öffentlichkeit vorgestellt worden. Einige dieser Modelle sind auch in den Handel gekommen, wie z.B. der Golf III CitySTROMer. Intensiviert wurden die Untersuchungen in den letzten Jahren im Zuge der gesellschaftlichen Diskussionen zur Nachhaltigkeit und CO2-Thematik. Mit dem e-up! hat Volkswagen die Produktion von Elektrofahrzeugen aufgenommen und wird mit dem e-Golf die Produktpalette erweitern.

Die Automobilindustrie steht auch nach vielen Jahren intensiver Auseinandersetzung mit der Entwicklung von Elektrofahrzeugen immer noch vor einigen Herausforderungen. Dabei geht es auf der einen Seite um Fragen zur Energiespeicherung und Gestaltung der Batterieeinheiten, aber auch um die übergeordneten Diskussionen um die Infrastruktur der Ladestationen. Auch die steigenden Stromkosten, Subventionen und die tatsächliche Ökobilanz der Fahrzeuge werden regelmäßig aufs Neue diskutiert.

Das Unternehmen TECOSIM, Spezialist für Berechnung und Simulation und CAEEntwicklungspartner aller deutschen Automobilhersteller, befasst sich derzeit mit einer sehr viel konkreteren Aufgabenstellung: der Crash-Sicherheit von Elektrofahrzeugen. Die gesetzlichen Anforderungen bedienen sich prinzipiell der gleichen Standards wie bei Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb. Für die Hochvoltkomponenten gelten zusätzliche Auflagen: So spielt die unfallsichere Unterbringung aller sicherheitsrelevanten Hochvoltkomponenten schon in frühen Entwicklungsphasen eine maßgebliche Rolle. Eine Gefährdung des Insassen durch Kurzschlüsse, Brand oder Elektrifizierung des Fahrzeuges muss ausgeschlossen werden. Bei steigendem Gesamtgewicht durch die Hochvolttechnik verringert sich daher meist der zur Verfügung stehende Deformationsraum zum Energieabbau. Die dadurch entstehenden hohen Fahrzeugbeschleunigungen können von konventionellen Rückhaltesystemen nur unzureichend ausgeglichen und abgefangen werden.

Gleichzeitig wird zur Maximierung der Reichweite die Karosserie durch den Einsatz neuartiger und in der Crash-Auslegung von Pkw noch unbekannter Materialien aus der Luft- und Raumfahrt konsequent auf Leichtbau getrimmt. Um mit diesen Materialien immer noch die hohen Anforderungen an Fahreigenschaften, Haltbarkeit und natürlich die Crash-Sicherheit erfüllen zu können, müssen die Konstrukteure einen Weg finden, das Potential der Werkstoffe durch neue Konstruktionsansätze, Lastpfadkonzepte und Fügetechniken möglichst vollständig auszunutzen.

Der weltweite Trend zu immer größeren Städten zieht einen immer größer werdenden Bedarf an innerstädtischen Transportlösungen nach sich. Gleichzeitig fordert der Gesetzgeber eine deutliche Reduzierung von Treibhausgasen und Emissionen sowie die Einhaltung sich weiter verschärfender CO2-Grenzwerte. Zudem werden immer mehr Großstädte mit Einfahrbeschränkungen belegt, um der Smog- und Feinstaubbelastung entgegenzuwirken.

Das Fahrzeugkonzept e-Co-Motion von Volkswagen Nutzfahrzeuge zeigt die Zukunftsvision eines elektrisch angetriebenen Stadtlieferwagens.

Ein ideales E-Lieferfahrzeug sollte nach Einschätzung von Volkswagen Nutzfahrzeuge ausschließlich für den E-Antrieb konzipiert sein, um ein Fahrzeug mit optimalem Kundennutzen zu erreichen. So standen hohe Wendigkeit bei geringer Verkehrsfläche und eine sehr gute Übersichtlichkeit durch eine hohe Sitzposition ganz oben im Lastenheft dieses Projektes. Zudem ist eine sehr gute Sitzergonomie mit gutem Ein- bzw. Durchstieg wünschenswert. Eine einfache Beladung durch eine niedrige Ladebodenhöhe bei hohem Ladevolumen soll die Arbeit des Nutzers erleichtern.

Das Gesamtkonzept ist so konzipiert, dass sich auf einer weitgehend identischen Bodengruppe möglichst viele Derivate, also unterschiedlichste Aufbauten und Kundenlösungen, ableiten lassen.

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In den Entwicklungsabteilungen von Unternehmen werden Produkte entworfen. Dazu werden deren Produktionsmethoden und -probleme besprochen und gelöst. Das primäre Ergebnis der Entwicklung ist jedoch das virtuelle Produkt, welches die Schnittstelle zur Produktion und damit ein eigenständig zu entwickelndes Ergebnis darstellt. Entwicklungsmethoden zur Erzeugung des virtuellen Produkts werden jedoch häufig vernachlässigt. Während die meisten Unternehmen für physische Produkte ein Qualitätsmanagement verwenden, findet dieses für das virtuelle Produkt größtenteils keine Anwendung. Als Folge dessen wird die in einem Fahrzeugprojekt gewonnene Erfahrung nicht organisiert wiederverwendet.

Die Erfahrung der Mitarbeiter, die die Probleme und Lösungen in einem Projekt erarbeitet haben, kann in nachfolgenden Projekten einen Nutzen bringen. Beispielsweise kann sich ein Mitarbeiter auf rahmenlose Türen von Coupés und Cabrios spezialisieren und so einen Wissensübertrag von einem zum nächsten Projekt gewährleisten. Durch die steigende Anzahl der Karosserievarianten von BMW- und Mini-Derivaten findet aktuell ein Wandel von der sequentiellen hin zu einer parallelen Entwicklung statt. Beispielsweise befinden sich im Produktportfolio der Marke BMW 16 Fahrzeuge, die mit Rahmentüren ausgestattet werden, und für dessen Entwicklung ein Zeitraum von etwa zehn Jahren vorgesehen ist. Bei einer Entwicklungsdauer der Türen von etwa drei Jahren im Fachbereich pro Fahrzeugprojekt kann die Erfahrung nicht durch sequentielle Bearbeitung der Projekte durch einzelne Mitarbeiter übertragen werden. Die Bearbeitung erfolgt durch mehrere Mitarbeiter parallel. Das Problem bei der parallelen Bearbeitung mehrerer gleichartiger Projekte durch unabhängig voneinander arbeitende Mitarbeiter ist die Redundanz der Problemlösungsvorgänge und der fehlende Wissenstransfer. Die vorhandenen bekannten Probleme und die dazu erarbeiteten Lösungen eines Projekts sind zwar teilweise dokumentiert aber unstrukturiert und können daher gleichartigen Problemen anderer Projekte nicht zugeordnet werden.

Dieser Beitrag beschreibt einen neuartigen Ansatz für den abteilungsübergreifenden Abstimmungsprozess in der Karosserieentwicklung. Im Zuge einer studentischen Arbeit an der HAW Hamburg wurde innerhalb des CAD-Systems CATIA V5 die prototypische Umsetzung eines Tools für bidirektionale Kommunikations- und Abstimmungsaufgaben (im Folgenden „Bidi-Tool“) für die Schnittstelle Tür-Seitenwandrahmen realisiert. Das Grundgerüst des „Bidi-Tools“ ist ein parametrisch-assoziatives Modell des Rohbaus einer Vordertür in Rahmenbauweise mit dem korrespondierenden Ausschnitt des Seitenwandrahmens. In diesem Modell erfolgt die Konstruktion der Grundflächen für die Tür- und Seitenwandrahmenentwicklung nicht innerhalb der einzelnen Bauteilmodelle, sondern wurde vielmehr in sechs Konstruktionsbereiche (A-Säule, Dachrahmen, B-Säule oben, B-Säule unten, Schweller und Fensterbrüstung) unterteilt. Jeder dieser Konstruktionsbereiche wird durch einen Konzeptschnitt getrieben, welcher sowohl die zugehörigen Konzeptflächen der Türstruktur, als auch des Seitenwandrahmens definiert. Assoziative Eckknotenbereiche verbinden die einzelnen prismatischenBereiche miteinander. Durch Parametervariation (Längen- und Winkelmaße) innerhalb der Konzeptschnitte wird die resultierende Geometrie von Tür und Seitenwandrahmen dimensioniert und gesteuert. Das Modell steht im exakt gleichen strukturellen Aufbau sowohl dem Fachbereich Türen als auch dem Fachbereich Seitenwandrahmen zur Verfügung. Beide Modelle sind über gemeinsame Konstruktionstabellen, welche die Parameter der einzelnen Konzeptschnitte verwalten, miteinander verknüpft. Mittels einer Graphical User Interface (GUI) können Konstruktionsvorschläge schnell und einfach zwischen den beiden Fachabteilungen kommuniziert werden. Ein Pop-Up Fenster innerhalb der CATIA-Umgebung informiert den Anwender darüber, wenn ein neuer Konstruktionsstand von der anderen Abteilung zur Bewertung freigegeben wurde. Per Mausklick wird das eigene Modell auf die neuen Vorschlagsparameter aktualisiert. Dabei kann der Anwender die Beurteilung des Konstruktionsvorschlags innerhalb der 2D-Profilschnitte oder anhand der aktualisierten 3D-Konzeptgeometrien vornehmen und diese bei Bedarf modifizieren und als Gegenvorschlag zurückschicken. Die Ausgabeelemente des „Bidi-Tools“ sind neben Grundflächen und assoziativen Eckknoten für die Serienbauteilkonstruktion auch die ausmodellierte Konzeptgeometrie von Türrohbau und korrespondierendem Türeinstiegsflansch, die z.B. als Eingangsdaten für einen FE-Simulationsprozess dienen können. Das entwickelte „Bidi-Tool“ bietet Potenzial bereits in der frühen Entwicklungsphase abgestimmte Konzeptschnitte und Konzeptgeometrien mit einem hohen Detailierungsgrad zu erzeugen.

In der komplexen Welt der Produktentwicklung ist der Einsatz virtueller Simulationstools mittlerweile zum Standard geworden, die Komplexität der Themen sowie die vorgegebene Entwicklungszeit erfordern diese Vorgehensweise. Einzelne etablierte Simulationstechniken wie beispielsweise Virtual Reality (VR) entwickeln sich evolutionär, d.h. dass Rechnerperformance und Darstellungsmöglichkeiten (HD → 4K) kontinuierlich weiter entwickelt werden. Daneben finden sich neue Ansätze und technische Möglichkeiten von Simulationstechniken wie beispielsweise die Darstellungssimulation von Bordnetzsoftware. Um den Entwicklungsprozess gesamthaft von der Darstellung einer Zielversion bis zur Ausleitung und Absicherung von Seriendaten abzusichern, bietet die Verbindung und integrierte Anwendung ursprünglich separat konzipierter Einzelsysteme einen deutlichen Mehrwert. Resultierend aus diesem Ansatz ergeben sich neben Aspekten der Integration in den Produktivprozess insbesondere auch Anforderungen an Themen des Datenmanagements.

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Ende der 50er, Anfang der 60er-Jahre beschäftigte die Unfallforscher insbesondere in den USA – einem der Hauptabsatzmärkte von Porsche – die Sicherheit der Fahrzeuginsassen bei Cabriolets im Falle eines Roll-Overs.

Als vorausschauende Antwort auf die technische Herausforderung wurde 1962 ein Prototyp 901 Targa mit herausnehmbarem Dachteil und flexibler Heckscheibe aufgebaut (Bild 1.a).

Die Bezeichnung ″Targa″ wurde speziell für die Version des Porsches 911 mit herausnehmbarem Dachmittelteil verwendet. Der Name war angelehnt an das sizilianische Langstreckenrennen ″Targa Florio“ und bedeutet ins Deutsche übersetzt: „Schild“.

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Der Gewichtsanteil von Karosserieaußenflächen an der Gesamtkarosserie ist signifikant, weshalb sich eine genauere Betrachtung der Möglichkeiten einer Gewichtseinsparung in den Außenflächen lohnt. Bei einer konventionellen Stahl-Schalenbauweise beträgt das Gesamtgewicht der sichtbaren Karosserieaußenflächen zwischen 60kg (AKlasse- Fahrzeug) und 80kg (Multiple Purpose Vehicle). Die Blechdicken variieren zwischen 0,6mm und 0,8mm. Bei einer durchschnittlichen Blechdicke von 0,75 mm würde eine Reduzierung um 0,1mm Blechstärke (14%) eine Gewichtseinsparung von bis zu 11 kg bedeuten. Voraussetzung für eine Umsetzung der Leichtbauansätze ist die Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit, Herstellbarkeit und Qualität, wobei in diesem Beitrag die Steifigkeit im Vordergrund steht. Bei Blechflächen mit großer Stützweite, die beispielsweise im Dachbereich zu finden sind, ist es besonders schwierig die Steifigkeitsanforderungen einzuhalten. Hier müssen zusätzliche Versteifungsmaßnahmen ergriffen werden. Dies gilt sowohl für herkömmliche Stahlbleche als auch für alternative Konzepte aus Aluminium oder Leichtblech [MüSo13].

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Kaum ein Fahrzeug vereint seit seinem Erscheinen die alltagstaugliche Funktion so anmutig und nachhaltig mit der Form wie der Porsche 911. Dies hat den Elfer seit nunmehr 50 Jahren zu einem Kultobjekt gemacht. (Bild 1.1)

Der 911 ist das Porsche-Sinnbild für die Synthese von Aerodynamik und Design und er verkörpert alles, was die Porsche Design-Philosophie ausmacht. Gegensätzliche Interessen von Design und Aerodynamik haben dabei immer wieder zu wegweisenden Lösungen geführt. Deshalb erfordert Design innovative Lösungen, wenn Rennsport- Qualitäten auf die Straße gebracht werden.

Ziel des Projektes war es ein wirtschaftliches Leichtbautürkonzept für einen schweren Lkw mit Hilfe des Werkstoffs Stahl darzustellen. Das ausgearbeitete Türkonzept stellt eine schlüssige Ergänzung zur innovativen EDAG „LightCab“ Nutzfahrzeugkabine dar, welche im Jahr 2011 erstmals vorgestellt wurde.

Zentrales Bauteil der Leichtbautüre ist ein durch Innenhochdruck (IHU) umgeformtes Rohr aus Hochmanganstahl (TWIP). Die Herstellbarkeit des IHU-Türrahmens wurde durch Simulationen optimiert und abgesichert. Die Tür wurde hinsichtlich ihrer Funktionserfüllung konzipiert und in mehreren Schleifen zur Erfüllung statischer und dynamischer Kennwerte, Crashperformance und Gewicht optimiert.

FEM-Berechnungen haben gezeigt, dass die Rahmensteifigkeit gegenüber konventionellen Türen in Stahl-Schalenbauweise deutlich gesteigert ist. Weiterhin kann die Türe durch die höchste Festigkeit des TWIP-Rohres als lasttragendes Element innerhalb der Kabine bei den verschiedenen Crashtests (z.B. ECE R29-3) wirken, und auf einem hohen Spannungsniveau Energie durch Verformung abbauen, ohne zu versagen. Damit wird der Überlebensraum gewahrt und der Fahrer noch besser geschützt.

Das Konzept zeigt, dass sich bei der Variation der Ausführung der Beplankung verschiedene Leichtbauszenarien darstellen lassen.

Die Idee zur Umsetzung der Abdeckung Motorraum des 918 Spyder in der heute bekannten Ausführung entstand in einer Konzeptphase, in der die aus der Studie bekannten Sidepipes nach oben verlegt wurden. Die damit verbundene Verlegung des Hauptschalldämpfers, unter die Endrohre, die Positionierung der Katalysatoren direkt unter der Außenhaut, sowie die Abwärme des Motors und der seitlichen Kühler machen eine offene Struktur der Karosserie über diesen Hitzequellen erforderlich.

Das „iPhone auf Rädern“, ADAM & YOU.

ADAM ist Opels erstes Fashion Stadtfahrzeug. Es ist ein Fahrzeug des A-Segments – also ein Fahrzeug mit einer Länge über alles von ca. 3,50 m bis zu 3,80 m. ADAM ist ein Kleinfahrzeug und es ist individuell konfigurierbar, je nach Geschmack und Ausrichtung des Kunden. Es ist das perfekte Fahrzeug für den trendigen urbanen Käufer, der Wert auf Attitüde legt und seinen individuellen Style nach außen leben möchte.

ADAM steht für …

Die Marke BMW i steht für visionäre Mobilitätskonzepte und eine neue Interpretation der Premium-Charakteristik, die sich stark über Nachhaltigkeit definiert. Nach der Weltpremiere des ersten Serienmodells BMW i3 weitet die BMW Group diese revolutionäre Antwort auf die Herausforderungen der individuellen Mobilität von morgen mit dem BMW i8 auch auf das Sportwagensegment aus. Das Plug-in-Hybrid-Modell ist der progressivste Sportwagen unserer Zeit. Der BMW i8 vermittelt eine ebenso revolutionäre wie zukunftsweisende Ausprägung der BMW typischen Freude am Fahren – mit einem von hoher Emotionalität geprägten Design, den dynamischen Fahrleistungen eines Sportwagens sowie Verbrauchs- und Emissionswerten auf Kleinwagenniveau. Eine außergewöhnlich leichte und aerodynamisch optimierte Karosserie, fortschrittliche BMW eDrive Antriebstechnik kombiniert mit einem kompakten, hochaufgeladenen 1,5 Liter-Benzinmotor mit BMW TwinPower Turbo Technologie und ein intelligentes Energiemanagement vereinen sich zu einem Gesamtkonzept, das eine neue Stufe der Entwicklungsstrategie Efficient Dynamics repräsentiert. Der revolutionäre Ansatz führt zu einer einzigartigen Relation zwischen den Fahrleistungen und dem Kraftstoffverbrauch. Der BMW i8 setzt mit seiner Fahrgastzelle aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) Maßstäbe für Gewichtsoptimierung in einem Plug-in-Hybrid-Automobil, er kann rein elektrisch und damit emissionsfrei fahren und verfügt über das dynamische Potenzial eines Sportwagens, der in 4,4 Sekunden von null auf 100 km/h spurtet.