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Über dieses Buch

Die weitere CO2-Reduktion von Pkw und Nutzfahrzeugen ist nach wie vor der wichtigste Treiber in der Entwicklung von Karosserien. Leichtbaumaßnahmen gelten hier als probates Mittel: Mit dem Einsatz neuartiger Produktionstechniken, einer fachkundigen Substitution konventioneller Werkstoffe durch Leichtbaualternativen und der Integration von Funktionen können Karosseriebauingenieure die Effizienz noch wesentlich verbessern. Das beweisen zahlreiche aktuelle Lösungen für Pkw und Nutzfahrzeuge, die auch im Rahmen dieser Fachtagung vorgestellt werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

KONZEPTE FÜR DIE MOBILE ZUKUNFT

Frontmatter

Disruptiv innovative Fahrzeug- Plattformen und Design-Konzepte für die mobile Zukunft im urbanen Raum

Zusammenfassung
– Wie werden wir wohl in Zukunft wohnen?
– Womit werden wir unseren Lebensunterhalt erarbeiten?
– Wie werden wir unsere Freizeit verbringen?
– Wie wird die Versorgung der Stadtmenschen logistisch geregelt?
– Wie mobil müssen/wollen/dürfen wir noch in den großen Urbanisationen sein?
Viele Fragen also, die nach ganzheitlichen Antworten suchen!
Johann Tomforde

The Euro NCAP Safety Rating

Zusammenfassung
Over the last decades, the European New Car Assessment Programme (Euro NCAP) has become synonymous with crash testing and safety ratings. During this period, the total road death toll in EU-28 has been reduced by roughly a quarter, despite a significant growth in road traffic volumes (ETSC, 2011). One important factor is that cars in Europe have become much safer, due to vehicle safety regulations and industry’s response to initiatives such as Euro NCAP.
Michiel R. van Ratingen

Haltungen und Raumbedarf – Geänderte Randbedingungen für die Karosserie durch autonomes Fahren?

Zusammenfassung
Die Entwicklung des Automobils ist keine Erfindung aus dem Nichts heraus, sondern ein konsequenter und logischer Schritt die Mobilitätsbedürfnisse des Menschen einfacher und selbstbestimmt zu gestalten. Zum Ende des 19. Jahrhunderts war der individuelle Personentransport auf kürzeren und mittleren Strecken geprägt von Pferdekutschen. Diese wurden ihrerseits über Phasen langjähriger technischer Weiterentwicklung vom einfachen Lastenträger zu komfortablen Reisefahrzeugen verbessert. Nach wie vor war zum Fortbewegen aber die Muskelkraft des Zugpferdes notwendig, dessen Unterhalt und Pflege nicht nur notwendigen Raum, Personal und Geldmittel erforderte, sondern auch Fachkenntnis, Kraft und Fertigkeit bei dem Umgang mit den gelehrigen aber auch eigensinnigen Tieren. Auch der sich auf Straßen und Wegen ansammelnde Pferdemist entwickelte sich zu einem allgegenwärtigen Problem, so daß in verschiedenen Städten sogar der Bann der Pferdedroschken aus den Innenstadtbezirken auf politischer und gesellschaftlicher Ebene diskutiert wurde. Wegbereiter des Automobils waren einerseits die Eisenverhüttung und die Stahlverarbeitung seit dem Beginn des 18. Jahrhunderts, sowie andererseits die Entwicklung von Kraftarbeitsmaschinen, wie der Dampfmaschine durch Thomas Newcomen (1712), die später durch James Watt (1769) entscheidend weiterentwickelt wurde. Die Entwicklung des Elektromotors u.a. durch Hermann Jacobi (1834) und des Verbrennungsmotors durch Nikolaus August Otto (1860) schufen weitere Möglichkeiten die Muskelkraft von Mensch und Tier durch Arbeitsmaschinen zu ersetzen.
Rainer E. Grünen

MATERIALIEN

Frontmatter

Bionische Entwicklung einer additiv gefertigten A-Säulen-Verstärkung

Zusammenfassung
Generative Fertigungsverfahren sind aufgrund der großen Gestaltungsfreiheit und der Möglichkeit zur Bauteilintegration insbesondere für den bionischen Leichtbau bedeutsam. Entscheidend ist dafür zu Beginn die systematische Auswahl eines geeigneten Bauteils oder Anwendungsbereichs. Am Volkswagen Standort Osnabrück wird dafür ein systematischer Auswahlprozesses durchgeführt, aus dem der A-Säulen-Bereich von Cabriolets zur Entwicklung eines generativen Bauteils hervorgeht. Als Designraum wird der Bereich der oberen Türscharnieranbindung bis zur Mitte der oberen A-Säule gewählt.
Zu Beginn erfolgen die Definition eines reduzierten linear-statischen FEErsatzmodells, das u.a. den Hauptlastfall der Dacheindrückung nach FMVSS 216a aus dem Crash-Setup des Gesamtfahrzeugmodells berücksichtigt sowie eine FE-Analyse des Referenzbauteils. Grundlage für die Neuentwicklung ist die Interpretation der Lastpfade mit Hilfe einer Topologieoptimierung auf Basis der Multi-Model-Optimierung (MMO). Durch den MMO-Ansatz können unterschiedliche Deformationsschritte des ursprünglichen Crash-Lastfalls der Dacheindrückung berücksichtigt werden, indem der zeitabhängige Lastfall in eine Abfolge statischer Lastfälle unterschiedlicher Bauraumverformungen eingeteilt wird. Das Endergebnis berücksichtigt so die Lasteinwirkungen aller Verformungsschritte. Im Anschluss erfolgt die Bauteilkonstruktion als Interpretation des Ergebnisses der MMO. Ein weiterer Entwicklungsschritt ist die Einbringung von bionischen Wirkprinzipien nach dem ELiSE-Produktentstehungsprozess als alternativer Lösungsansatz. Kern des ELiSE-Verfahrens ist die Umsetzung von bionischen Leichtbauprinzipien durch adaptive Konstruktionsalgorithmen, die auf den evolutionär voroptimierten Leichtbaustrukturen von Planktonorganismen (Diatomeen und Radiolarien) als biologische Vorbilder basieren. Nach der konstruktiven Umsetzung der Wirkprinzipien folgt die parametrische Optimierung. Während der Konstruktion und der Anpassungen durch die Optimierung wird kontinuierlich die Aufbaurichtung des späteren Druckprozesses berücksichtigt. Die Validierung erfolgt durch die Auswertung des Dacheindrücktests im Gesamtmodell des Fahrzeugs anhand eines Kraft-Weg- Diagramms. Aus der Ergebnisinterpretation der MMO-Topologieoptimierung kann eine Gewichtsreduktion um 62 % im Vergleich zum Serienstand erzielt werden. Das finale Konzept entspricht einer Gewichtsreduzierung zum Serienstand von 74 %. Im Rahmen der Funktionsintegration kann die Anzahl der Bauteile von sechs auf drei bzw. zwei reduziert werden. Insgesamt bieten sowohl die ELiSE- wie auch die MMOKonstruktion eine beachtliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu den Serienstand- Bauteilen und tragen somit zu einer relevanten Verminderung der Fahrzeugmasse bei ähnlicher A-Säulen-Steifigkeit bei.
André Heinrichs, Daniel Siegel, Philipp Frank, Paul Bomke, Robert Naguschweski, Marvin Frank

Lösungsansätze für bezahlbaren Leichtbau in der automobilen Großserie

Ohne Zusammenfassung
Eiko Türck

Warmumformung verzinkter Stähle

Ohne Zusammenfassung
Karl M. Radlmayr, R. Kelsch, A. Sommer, T. Kurz, J. Faderl

ENTWICKLUNGSMETHODIK I

Frontmatter

Effiziente Absicherung der Derivatevielfalt durch Berechnung und Simulation – der neue Crafter von VW Nutzfahrzeuge

Zusammenfassung
Der neue VW Crafter bietet ein breites Angebotsspektrum, das für jeden potentiellen Kunden die richtige Transportlösung bereitstellen soll. Zwei Radstände, drei Fahrzeuglängen, drei Fahrzeughöhen, unterschiedliche Antriebskonzepte mit Rückwirkung auf die Karosserie, offene Aufbauten, unterschiedliche Tonnagen und vieles mehr führen zu einer extrem großen Karosserievarianz.
Gleichzeitig stellen Nutzfahrzeugkunden hohe Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit ihres Fahrzeuges. Neben einer hohen Robustheit und großen Zuverlässigkeit des Fahrzeuges sind beispielsweise niedrige Verbrauchswerte elementare Voraussetzungen für einen Markterfolg im Segment der leichten Nutzfahrzeuge.
In diesem Beitrag soll gezeigt werden, wie es mit Hilfe der Berechnung möglich ist, die Erfüllung dieser Anforderungen innerhalb der großen Karosserievarianz zielgerichtet sicherzustellen, wobei die physische Absicherung auf ein notwendiges Minimum reduziert und die knappe Ressource „Zeit“ im Entwicklungsprozess für die richtigen Fragestellungen eingesetzt werden kann.
Im Rahmen des Vortrags wird auf wesentliche Berechnungsdisziplinen der Fahrzeugentwicklung eingegangen. Besondere Schwerpunkte liegen auf den Themen Aerodynamikentwicklung und Festigkeitsabsicherung der Karosserie. Wichtige Erfolgsfaktoren werden benannt und erläutert.
Jörg Wendekamm

Ford Craftmanship Processes and Achievement @ all new Fiesta

Ohne Zusammenfassung
Frank Timm, M. Albrecht

Herausforderungen und Lösungen während der CAE-Entwicklung des neuen Panamera

Ohne Zusammenfassung
Jan Hogenmüller, J. Kretzschmar

NUTZFAHRZEUG

Frontmatter

Vollautomatisches aktives Heckflügelsystem zur Aerodynamikoptimierung von Lkw-Trailern

Zusammenfassung
Die Transportleistung durch Lkw nimmt seit Jahren stetig zu: Seit 1990 sind die Emissionen im Transportsektor um 20,5 % gestiegen; dabei ist der Straßentransport ist für 70 % der gesamten Emissionen aus dem Transportsektor verantwortlich. Über 70 % der zugelassenen Nutzfahrzeuge in Europa werden im Langstreckenverkehr eingesetzt. Aktuelle Klimaabkommen sehen bis 2050 eine Reduktion des CO2-Ausstoßes im Transportsektor um 60 % im Vergleich zum Stand von 1990 vor. Um diese Ziele zu erreichen, hat die EU im Jahre 2014 eine Strategie zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und CO2-Ausstoßes von Nutzfahrzeugen verabschiedet. Diese soll technologische Anreize schaffen, um über konventionelle Lösungen hinaus (wie etwa die Reduktion der Leermasse) die Ziele zu erreichen. Derzeit befindet sich die Europäische Kommission in einem Gesetzgebungs- und Zertifizierungsverfahren, welches zum Ziel hat, den CO2-Ausstoß von Lkw und dessen Komponenten messbar, vergleichbar und bewertbar zu machen. Die Folge werden CO2-Obergrenzen für Nutzfahrzeuge sein, welche die Industrie vor zunehmende Herausforderungen stellt, entsprechende Produkte anzubieten. Entsprechende Obergrenzen müssen bereits in USA, Kanada, China und Japan eingehalten werden.
Wolfgang Reul, Rainer Buffo

Design-Technik-Konvergenz: der Lkw-Stahlstoßfänger – ein System im Spannungsfeld von Gestaltung und Funktion

Zusammenfassung
Wenn wir über die Entwicklung eines Stahlstoßfängers diskutieren, stellen sich folgende Fragen:
- warum betrachten wir trotz des Fortschritts in der Kunststofftechnologie im XXI. Jahrhundert überhaupt noch einen Stoßfänger aus Stahl?
- Welche speziellen Anforderungen muss ein Stahlstoßfänger gegenüber einem Kunststoffstoßfänger erfüllen, bzw. wie soll der Stahlstoßfänger aussehen?
Ich möchte gemeinsam mit Ihnen versuchen diese Fragen zu beantworten. Um das zu machen, werde ich die Kernmärkte und damit die Schlüsselkunden der Nutzfahrzeugindustrie kurz vorstellen.
Andrés Queipo, Holger Koos

Runter von der Leiter – wie eine Einzelradaufhängung clever und kostengünstig integriert werden kann

Zusammenfassung
Die Vorteile einer Einzelradaufhängung liegen klar auf der Hand: das Fahrzeug ist besser beherrschbar, spurtreuer und der Komfortgewinn deutlich spürbar. Während sich in Stadtbussen die Einzelradaufhängung fest etabliert hat, konnte sie sich in schweren Nutzfahrzeugen bislang nicht durchsetzen.
Jochen Seifert, Guido Rau

Von der Monokultur zum Materialmix – Werkstoffe und Werkstoffkombinationen im Karosseriebau

Zusammenfassung
Wie ein roter Faden zieht sich die Suche nach leichteren Werkstoffen und Aufbauten durch die Fahrzeugentwicklung, nicht nur beim Auto, sondern auch im Waggon- und Flugzeugbau und bei dem Vorläufer des Automobils, der Kutsche. Verwendete man anfänglich nur das von der Natur gegebene Holz, so setzte man für die Karosserie seit dem ersten Quartal des vergangenen Jahrhunderts mehr und mehr Stahl ein, das in neuerer Zeit von weiteren Werkstoffen ergänzt oder ersetzt wird.
Erik Eckermann

KONZEPTE FÜR PKW UND NFZ

Frontmatter

Fahrzeuganforderungen bei leichten Nutzfahrzeugen für den inner- und außerstädtischen Lieferverkehr

Zusammenfassung
In den letzten Jahren konnte ein beachtliches Wachstum bei Paketzustellungen und Dienstleistungen im Lieferservice festgestellt werden, das sich insbesondere durch das geänderte Käuferverhalten mit zunehmenden Internetbestellungen begründen lässt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2014 ingesamt 2,7 Mrd. Paketsendungen zugestellt. Für das Jahr 2020 werden Steigerungen um 30 % (3,5 Mrd. Paketlieferungen) prognostiziert. Gleichzeitig definieren die Umweltauflagen, die Gesetzgebungen zu den Abgas- und Geräuschemissionen insbesondere für den innerstädtischen Lieferverkehr sowie die Qualitätsanforderungen bei Lebensmittel- oder Medikamententransporten zusätzliche Herausforderungen, die entsprechende Leichtbaumaßnahmen beim Lieferfahrzeug und/oder bei den speziellen Sonderaufbauten notwendig werden lassen. Lieferzeiten sollen mit den passenden Konzepten verkürzt und die Transportkosten auf ein wirtschaftlich vertretbares Niveau weiter gesenkt werden.
Die Bewältigung des zukünftigen Transportaufkommens und die weitere Optimierung der Wirtschaftlichkeit der Lieferverkehre bedürfen demzufolge zukünftig mehr individualisierte und den Aufgaben angepasste Aufbauten und Sonderfahrzeuge. Jedes Jahr produzieren mehr als 10.000 Aufbauhersteller (ABH) ca. 150.000 Einheiten sogenannter Multi-Stage-Fahrzeuge. Zur Erzielung von Kostenvorteilen sind Synergien beim Grundfahrzeug mit den verschiedenen alternativen Antrieben von
– optimierten Verbrennungsmotoren mit deren integrierten Abgasnachbehandlung,
– Aggregate für alternative Kraftstoffe, wie z. B. CNG, LNG oder Biokraftstoffen, oder
– Elektromotoren
sicherzustellen.
Die zukünftigen Bestimmungen zu den Emissionsgesetzgebungen, wie Real-Drive-Emissions (RDE), Einhaltung der CO2-Flottenzielwerte oder etwa die Einhaltung der EVAP-Grenzwerte werden auch bei den Multi-Stage-Fahrzeugen weitere Auswirkungen für die Aufbauten und Sonderfahrzeuge haben.
Zur Einhaltung der Gewichtsgrenzen werden werkstoffliche und kontruktive Leichtbaulösungen in den Vordergrund rücken.
Zusammenfassend können sich folgende Entwicklungsaufgaben zur Optimierung des zukünftigen inner- und außerstädtischen Lieferverkehrs ergeben:
- Leichtbaulösungen bei den Karosserieaufbauten werden eine größere Bedeutung erhalten, um die zulässigen Zuladungsgewichte zu erhöhen und Emissionsgrenzen einzuhalten.
- Wechselaufbauten zur Verbesserung des Materialflusses bei den Lade- und Entladevorgängen sind kundengerecht zu entwickeln, so dass sich auf die eigentlichen Liefer- und Zustelltätigkeiten konzentriert werden kann.
- Elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit heute noch schweren Batteriespeicher müssen konsequent Leichtbaukonzepte verfolgen, um die Gewichtsgrenzen des zulässigen Gesamtgewichtes einzuhalten und insbesondere die Einschränkungen der Fahrerlaubnisregelungen zu beachten.
- Kühltransporte müssen energieeffizienter ausgeführt werden, um insbesondere Energieverluste beim Be- und Entladen zu vermeiden,
- Forderungen zur Lärmreduzierung in den Städten werden Elektroantriebe, sowie lautlose Be-, Entlade-, und Transportvorrichtungen erfordern und damit insbesondere die Nachtbelieferung in den Städten ermöglichen.
Nur gemeinsam mit den Nutzern, den Kunden, den Aufbauherstellern und den Logistikdienstleistern sind zukünftige maßgeschneiderte Konzepte der Lieferfahrzeuge zu erarbeiten. Werkstoffliche und kontruktive Leichtbaulösungen werden für die Sonderfahrzeuge zu erarbeiten sein, um mit standardisierten Schnittstellen optimierte Fahrzeug- und Aufbaukonzepte wirtschaftlich zu realisieren. Der im September 2016 vorgestellte neue Crafter bietet mit seiner zukunftsweisenden modularen Fahrzeug- und Elektronikarchitektur sowie den vielen Farhrerassistenzsystemen eine solide Basis für die notwendigen alternativen Antriebe und Fahzeugaufbauten.
Harald Ludanek

ENTWICKLUNGSMETHODIK II

Frontmatter

Polygonmodelling im Entwicklungsprozess

Zusammenfassung
Die stetig zunehmende Vielfalt von Baureihen und Derivaten in der Automotiven Entwicklung und der hiermit einhergehende verstärkte Einsatz von CAD-Systemen im kreativen und konstruktiven Bereich erfordert eine immer höhere Flexibilität der Systeme. In der Designentwicklung kommen daher verstärkt Polygonmodeller wie Autodesk Maya, 3ds Max oder Modo unterstützend zum Einsatz.
Die ursprünglich im Animationsbereich sowie in der Entwicklung von Computerspielen eingesetzte digitale Technik des Polygonmodellings kann aufgrund der schnellen Anpassbarkeit auch für weitere Anwendungsszenarien sehr attraktiv sein. Besonders im Bereich des 3D Entwurfs sowie der konzeptionellen Visualisierung können aufgrund des iterativen Prozesses zwischen technischer und gestalterischer Entwicklung Vorteile genutzt werden. Die polygonale Umsetzung kann ähnlich der Abtastung eines physischen Modells als abgesicherte Grundlage für die weitere Konstruktion sowie der Serienflächenerstellung dienen.
Jorma Lemberg, Arndt Liebig

Verzugsoptimierung durch Schweißsimulation in komplexen Baugruppen für Lkw-Sonderfahrzeuge

Ohne Zusammenfassung
Hendrik Schafstall

3D-Master: Zeichnungslose Produktbeschreibung im Zeitalter der Digitalisierung

Zusammenfassung
Systems Engineering und Next Generation Product Documentation, der Einsatz von Virtual & Augmented Reality im Engineering, digitale Fabrik und virtuelle Inbetriebnahme sind nur einige der Mega-Trends, die in den letzten Jahren aus dem Hype Digitalisierung entstanden sind. Diese verfolgen alle unter anderem das Ziel eine digitale Transformation im Produktentstehungsprozess herbeizuführen. Soweit die Theorie! In der Anwendung scheint bei vielen Unternehmen die vollständige Realisierung dieser Transformation eher noch Zukunftsmusik zu sein, bedingt durch eine Vielzahl an Hürden, die es noch in den eigenen Entwicklungsprozessen zu überwinden gilt. Dazu gehören hohe manuelle Erstellungs- und Pflegeaufwände, fehlende Automatisierungsmöglichkeiten, kein durchgängiger Datenprozess innerhalb der Systemlandschaft, lückenhafte Einbindung der Datenqualität im Unternehmens- und Entwicklungsprozess.
Vasileios Kitsios, Richard Haslauer

KOMPONENTEN

Frontmatter

Die neue Vordersitzstruktur des Panamera

Ohne Zusammenfassung
Jörg Dittus

Inkrementelles Schwenkbiegen zur kostengünstigen Herstellung von Trägerstrukturen in Elektrofahrzeugen

Zusammenfassung
Variantenvielfalt und Individualisierung sind Treiber des modernen Fahrzeugmarkts und verlangen nach skalierbaren Fertigungsverfahren. Besonders im Bereich des wirtschaftlichen Leichtbaus der Fahrzeugstruktur kommen vermehrt hochfeste Stahlsorten zum Einsatz.
Die hohen Leichtbauanforderungen der Elektromobilität, deren derzeit schlecht planbare Absatzzahlen und die anspruchsvollen Sicherheitsvorschriften erhöhen zusätzlich auch die fertigungstechnischen Anforderungen. Inkrementelles Schwenkbiegen ist ein Verfahren zur Biegeumformung von Profilhalbzeugen und ermöglicht die flexible Herstellung skalierbarer Leichtbaustrukturen in Profilbauweise bis zur Losgröße 1.
Bernd Engel, Peter Frohn, Martin Hillebrecht, Andre Knappe

FAHRZEUG

Frontmatter

Die Entwicklung der Karosserie des Audi Q2 – eine deutsch-italienische Geschichte

Zusammenfassung
Der anhaltende Erfolg der Audi Q-Reihe, Q3, Q5, Q7 sowie das weiter wachsende Segment der „Sport Utility Vehicles“ (SUV) sowie der „Sport Activity Vehicles“ (SAV) bewog Audi dazu diese Erfolgsgeschichte in der Klasse A0 unterhalb der Golf-Klasse fortzuschreiben.
Wilhelm Lohmar, Alessandro Marangon

Effiziente Entwicklung von Karosserievarianten am Beispiel des neuen VW Crafter

Zusammenfassung
Leichte Nutzfahrzeuge im C-Transporter-Segment (3,5 t bis 6 t) haben ein extrem breites Einsatzspektrum. Sie werden für eine Vielzahl von Transportaufgaben im gewerblichen Bereich verwendet: Von Paketdienst bis mobile Werkstatt, von Materialtransport auf Baustellen bis zu Sonderausbauten.
Karsten Sommer

Ampera-e – Opels Weg der Fahrzeugelektrifizierung

Zusammenfassung
Ab Frühling 2017 zeigt der neue Opel Ampera-e der Konkurrenz die Rücklichter – mit dem Antritt eines Sportwagens und der mit Abstand größten elektrischen Reichweite aller Wettbewerber in seinem Segment. Die Reichweite des Ampera-e mit 500 Kilometer ohne Ladestopp ist mindestens 100 Kilometer mehr als der beste Mitbewerber. Das bisher größte Manko eines Elektroautos – die Angst mit leeren Batterien liegen zu bleiben – ist damit endgültig passé.
Christian Zentner, Klaus-Peter Eckhardt
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