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Über dieses Buch

Leichtbau ist eine Königsdisziplin im Fahrzeugbau. Das Buch folgt der Logik, wonach Leichtbau-Innovationen vorrangig durch die integrale Betrachtung von Bauweisen, Werkstoffeigenschaften und Herstellverfahren möglich und entsprechende Potenziale erschließbar sind. Wichtig ist die Behandlung verschiedener Leichtbau-Strategien. Erörtert werden vorwiegend Stoff-, Form-, Konzept- und Bedingungsleichtbau. Das Bindeglied zur Behandlung der Leichtbau-Werkstoffe stellen die Kapitel zu Anforderungen an bzw. Auslegung von Leichtbauteilen und die systematische Entwicklungsmethode dar. Ein wesentlicher Schwerpunkt des Buches ist die Darstellung relevanter Leichtbau-Werkstoffe hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften und ihrer Entwicklungspotenziale. Dieser Schwerpunkt gliedert sich vorrangig in die Werkstoffgruppen Stähle, Leichtmetalle, Keramiken und Kunststoffe sowie Faserverbund-Kunststoffe. Mit Werkstoff- und Halbzeugtechnologien für den Leichtbau werden innovative Fertigungs-, Bauteil- und Oberflächenverfahren adressiert. Ein querschnittlich positioniertes Kapitel zu Recycling und Life-Cycle-Assessment rundet das Thema ab. Die Betrachtung von Leichtbau im Entwicklungsprozess der Fahrzeugindustrie und der Leichtbau-Konzepte für alternative Fahrzeug-Konzepte führen in die Zukunft automobiler Mobilität.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Leichtbau als Treiber von Innovationen

Mobilität ist ein Grundbedürfnis der Menschheit. Dies gilt seit dem Beginn der Menschwerdung in Afrika und der kulturellen Entwicklung in allen Erdteilen und setzt sich kontinuierlich fort.
Horst E. Friedrich, Sivakumara K. Krishnamoorthy

Chapter 2. Die Technische Motivation

Das Gewicht und dessen Verteilung im Fahrzeug sind wichtige Faktoren hinsichtlich Fahrverhalten und Verbrauch. Diese Einflüsse wirken besonders in Bezug auf die Agilität des Fahrzeugs, ebenso auf die Sicherheit wie auf die Zuladung und die Gesamtenergiebilanz aus. In diesem Kapitel wird zunächst auf die Fahrtwiderstände eingegangen und die Frage, welchen Einfluss die Gewichtsreduktion auf diese hat. Ein weiterer Aspekt sind die verschiedenen Fahrzyklen sowie der reale Gebrauch eines Fahrzeugs durch den Kunden. Folgend werden die positiven und negativen Eigenschaften eines leichteren Fahrzeugs bezüglich Fahrdynamik dargestellt. Die Betrachtung und Umkehr der Gewichtsspirale schließen das Kapitel ab.
Thomas Gänsicke, Martin Goede

Chapter 3. Die Leichtbaustrategien

Der normale Entwicklungsprozess von Personenkraftfahrzeugen dauert heute üblicherweise zwischen 36 und 48 Monaten. In diesem Zeitraum werden alle neuen Anforderungen infolge neuer Gesetze, gestiegener Sicherheitsanforderungen und ebenso Kundenwünsche wie Komfortverbesserungen technisch umgesetzt. Dabei nimmt das projektierte Fahrzeug stets an Gewicht zu. Die dabei angewendeten bekannten und bereits erfolgreich eingesetzten Lösungen zur Gewichtsminimierung reichen oft nicht aus, um das im Lastenheft formulierte Gewichtsziel zu erreichen.
Gunther Ellenrieder, Thomas Gänsicke, Martin Goede, Hans Georg Herrmann

Chapter 4. Anforderungen an den Leichtbau im Fahrzeug

Im übergeordneten Sinn ist unter dem Begriff „Betriebsfestigkeit“ die Eigenschaft eines Bauteils oder Produktes zu verstehen, alle innerhalb der geplanten Lebensdauer auftretenden Beanspruchungen schadensfrei zu ertragen. Zur Dimensionierung von Bauteilen oder Produkten muss also immer eine Gegenüberstellung von Beanspruchung durch äußere Lasten und Beanspruchbarkeit des Bauteils erfolgen.
Wilfried Eichlseder, Rodolfo Schöneburg

Chapter 5. Anforderungsmanagement und Werkzeuge für Leichtbauweisen auf dem Weg zum Multi-Material-Design

Durch die jahrhundertelange Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Fahrzeugen entsteht das Auto, wie es heutzutage auf unseren Straßen zu sehen ist. Die vermeintlichen Erwartungen des Fahrers und der Passagiere an ein Fahrzeug werden häufig durch die Summe aller Anforderungen beschrieben, die andere Fahrzeuge in der Vergangenheit erfüllt haben. Das Ergebnis ist eine schrittweise Verbesserung in jeder neuen Fahrzeuggeneration. Durch die Veränderung wichtiger Fahrzeugkomponenten, wie z. B. Ersetzen des klassischen Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor oder die Einführung neuer Werkstofftechnologien, werden die Anforderungen und die Beziehung zwischen ihnen erheblich beeinflusst [1]. Das Überdenken traditioneller Fahrzeugkonzepte erfordert auch eine Neubewertung der in der Vergangenheit gewachsenen Anforderungskollektive. Außerdem müssen in einer globalisierten Welt die Unterschiede und Unsicherheiten verschiedener Märkte und Regierungen in einem gemeinsamen Modell abgebildet werden, damit Einflussfaktoren (Fahrzeug Entwicklungserfahrung, Systemkomponenten, Anforderungen, Zukunftsszenarien) beschreibbar werden und der Entwickler eine Methode und ein Werkzeug erhält, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
Horst E. Friedrich, Sivakumara K. Krishnamoorthy, Frank Nehuis, Jafet G. Sánchez Ruelas, Carsten Stechert, Thomas Vietor

Kapitel 6. Die Leichtbauwerkstoffe für den Fahrzeugbau

Der Werkstoff Stahl hat sich bei der Konstruktion von Automobilen insbesondere aufgrund seiner hervorragenden Kombination von Festigkeit und Duktilität in Verbindung mit einer hohen Verfügbarkeit und relativ günstigen Herstellungskosten bewährt. Jedoch sind die Anforderungen an die Auslegung von Automobilen hinsichtlich Leichtbau, Sicherheit und Umweltschutz in den letzten Jahren stetig gestiegen, wovon auch der Werkstoff Stahl betroffen ist. Impulse hierfür gaben vor allem veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen wie die Auflagen zur Reduzierung der CO2-Emissionen, erhöhte Energiekosten und damit eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs genauso wie die Erhöhung der Recyclingraten für einen nachhaltigen Ressourceneinsatz. Darüber hinaus stiegen die Komfortansprüche des Kunden genauso wie die Ansprüche an einen hohen Sicherheitsstandard. Diese zum Teil widersprüchlichen Anforderungen können nur über den Lösungsansatz Leichtbaukonzepte erfüllt werden. Eine zentrale Rolle für den wirtschaftlichen Automobilleichtbau spielen dabei insbesondere die höher- bis höchstfesten Stähle.
Hajo Dieringa, Klaus Drechsler, Thomas Evertz, Volker Flaxa, Peter Furrer, Rainer Gadow, Zacharias Georgeou, Rudolf-Hermann Gronebaum, Karl Ulrich Kainer, Norbert Kwiaton, Christian Lesch, Christoph Leyens, Andreas Müller, Manuel Otto, Manfred Peters, Joachim Schöttler, Thomas Schulz, Bianca Springub, Gerhard Ziegmann

Kapitel 7. Werkstoff- und Halbzeugtechnologien für Leichtbau-Anwendungen

Eine Einteilung der Fertigungsverfahren ist in der DIN 8580 allgemeingültig beschrieben. Fertigungsverfahren werden in sechs Hauptgruppen eingeteilt. Jede Hauptgruppe basiert auf spezifischen Merkmalen.
Uwe Eggers, Peter Furrer, Rainer Gadow, Lothar Gaul, Ansgar Geffert, Ortwin Hahn, Vitalij Janzen, Gerhard Kopp, André Kröff, Gerson Meschut, Andreas Müller, Stefan Mütze, Thomas Olfermann, Dietrich Scherzer, Rodolfo Schöneburg, Sebastian Süllentrop

Chapter 8. Recycling, Life-Cycle-Assessment und Rohstoffverfügbarkeit

Leichtbauwerkstoffe sind im Automobilbau seit geraumer Zeit im Einsatz. Im Zuge der verstärkten Bemühungen, leichte und somit potenziell sparsamere Fahrzeuge zu entwickeln, wird verstärkt über die Vor- und Nachteile einzelner Leichtbaumaterialien diskutiert. Die Masse eines Fahrzeugs ist ein wichtiger Hebel, Kraftstoffeinsparungen zu erzielen. Ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch führt nicht nur zu einer Schonung fossiler Ressourcen, sondern ist auch mit einer Verminderung der Emissionen aus Verbrennungsprozessen verbunden. Die im Automobilleichtbau verwendeten Werkstoffe können sich aus ökologischer Sicht in ihrer Herstellung und Verwertung maßgeblich von herkömmlichen Materialien unterscheiden. In der Regel sind Leichtbaumaterialien mit einem höheren Produktionsaufwand im Vergleich zu konventionellen Materialien wie Stahl verbunden, was zu einer Verschiebung von Emissionen aus der Nutzungsphase in die Herstellungsphase eines Bauteils führt. Um Aussagen über den ökologischen Vorteil eines Leichtbauteils treffen zu können, reicht es daher nicht aus, nur die Kraftstoffeinsparung in der Nutzungsphase eines Fahrzeugs zu betrachten. Vielmehr muss eine ganzheitliche Betrachtung über den gesamten Lebensweg eines Fahrzeugs und der für Herstellung und Betrieb erforderlichen Vorprozesse erfolgen.
Simone Ehrenberger, Sven Knöfel, Stephan Schmid, Eckhard Schüler-Hainsch

Chapter 9. Leichtbaukonzepte für heute und morgen

Um der Gefahr zu begegnen sich mit Utopien zu beschäftigen, ist es notwendig, sich auf ein gemeinsames Verständnis bezüglich der wichtigsten Randbedingungen für die zukünftigen Fahrzeugentwicklungen zu einigen.
Gunther Ellenrieder, Horst E. Friedrich, Stefan Kienzle

Backmatter

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