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SS 20166 Karosserieleichtbau1 Materialien im Karosseriebau Vorlesungsunterlagen Torsionsvierkantrohre (geschlitzt & geschlossen)

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1 SS Karosserieleichtbau1 Materialien im Karosseriebau Vorlesungsunterlagen Torsionsvierkantrohre (geschlitzt & geschlossen)

2 im Auftrag der SS 2016 Karosserietechnik 6 Karosserieleichtbau

3 SS Karosserieleichtbau3 Karosserieleichtbau Primärer und sekundärer Leichtbau Erwünschte Gewichtsspirale

4 SS Karosserieleichtbau4 Golf 1: 780 kg Golf 4: – kg Golf 5: – kg Karosserieleichtbau Tatsächliche Entwicklung des Fahrzeuggewichts VW Golf beispielhaft – Trend gilt für alle Fahrzeuge

5 SS Karosserieleichtbau5 Karosserieleichtbau Entwicklung des Fahrzeuggewichts Ursachen der Gewichtszunahme (nach Modulen)

6 SS Karosserieleichtbau6 Karosserieleichtbau Entwicklung des Fahrzeuggewichts Ursachen der Gewichtszunahme (nach Funktionen)

7 SS Karosserieleichtbau7 Karosserieleichtbau Tatsächliche Entwicklung des Fahrzeuggewichts VW Golf VII: Gewichtszunahme erstmals umgekehrt Quelle: atzonline

8 SS Karosserieleichtbau8 Karosserieleichtbau Tatsächliche Entwicklung des Fahrzeuggewichts Mit hohem Aufwand wird der Mehrverbrauch wieder kompensiert:  Beispiel BMW (Vergleich Äpfel mit Birnen (siehe Quelle) aber Trend stimmt): BMW 324d  Baujahr 1989  Verbrauch8,6 l/100km (AutoBild Testrunde mit Autobahn-Vollgasanteil)  Leistung86 PS  Vmax166 km/h  Gewicht1170 kg  Bereifung175/?? R?? BMW X5 30d  Baujahr 2014  Verbrauch8,8 l/100km (AutoBild Testrunde mit Autobahn-Vollgasanteil)  Leistung258 PS  Vmax230 km/h  Gewicht2242 kg  Bereifung255/?? R?? Quelle: AutoBild 2014 Quelle: AutoBild KW

9 SS Karosserieleichtbau9 Karosserieleichtbau Bestimmung des Leergewichts Einrechnung der Flüssigkeiten führt zu Tankverkleinerungen (z.B. Audi Q7 Bj. 2016) Quelle: 2015

10 SS Karosserieleichtbau10 Fahrzeuggewicht Komfort Verbrauch, Abgasemissio n aktive und passive Sicherheit Kosten Zuverlässigkeit Transportleistung Karosserieleichtbau Grundsätzliche Einflussgrößen auf das Fahrzeuggewicht

11 SS Karosserieleichtbau11 Die wesentlichen Faktoren für die Einführung von Leichtbaumaßnahmen sind Verbrauch und Abgasemission. Bis auf den Luftwiderstand beinhalten alle Faktoren für den Leistungsbedarf das Fahrzeuggewicht. P Bed :benötigte Leistung m F :Fahrzeuggewicht m zu :Zuladung μ ges :Radwiderstandsbeiwert α:Steigungswinkel v:Fahrzeuggeschwindigkeit a:Fahrzeugbeschleunigung e m: Massenfaktor Drehbeschleunigung ro:Dichte der Luft c w :c w -Wert A:Fahrzeugstirnfläche g:Erdbeschleunigung Karosserieleichtbau Einfluss des Fahrzeugsgewichts auf den Leistungsbedarf

12 SS 2016 Karosserieleichtbau Rollwiderstand Einflussfaktoren auf den Radwiderstandsbeiwert:  Reifen-Rollwiderstand Walkwiderstand Reibwiderstand (Lagerung etc.) Lüfterwiderstand  Fahrbahnwiderstand Nachgiebige Fahrbahn Unebene Fahrbahn Schwallwiderstand  Kurven- und Vorspurwiderstand 6 Karosserieleichtbau12

13 SS Karosserieleichtbau13 Die günstigen Verbrauchswerte resultieren neben der Verbesserung des Wirkungsgrad hauptsächlich aus der Verringerung des Luftwiderstandes. Die erreichte Gewichtsreduzierung des Rohbaus wird oft durch Mehrausstattungen kompensiert. -40% -30% -20% -10% Basis Kraftstoffverbrauch Fahrzeuggewicht [kg] Luftwiderstandsbeiwert Liter Karosserieleichtbau Einfluss von Luftwiderstand und Gewicht auf den Verbrauch

14 SS Karosserieleichtbau14 Karosserieleichtbau Einfluss von Gewicht auf den Verbrauch Was bringen 100 kg weniger Gewicht?  Oft genannt: 0,3 l/100 km Sind aber nach neusten Berechnungen zu optimistisch  Im NEFZ: 0,15 l/100 km Benzinverbrauch ist nicht proportional zum Fahrwiderstand Nur bei dynamischerer Fahrweise kann sich der Wert verdoppeln  Der sogenannte Fuel Reduction Value (FRV) ist von großer Bedeutung für die gesamtheitliche Bewertung von Leichtbaumaßnahmen in Life Cycle Asessments Quelle: atzonline

15 SS Karosserieleichtbau15 Karosserieleichtbau Einfluss von Gewicht auf den Verbrauch im NEFZ Im NEFZ: 0,15 l/100 km  Aufteilung der CO 2 -Emissionen im NEFZ: Quelle: atzonline

16 SS Karosserieleichtbau16 Karosserieleichtbau Einfluss von Gewicht auf den Verbrauch im NEFZ Aktueller VW Passat: Quelle: ams

17 SS 2016 Karosserieleichtbau Flottenverbrauch und Flottenverbrauch In den letzten Tagen ist ein Artikel im „Handelsblatt“ über eine Studie des „Center of Automotive Management (CAM)“ in Bergisch-Gladbach erschienen. Dieses Institut hat die Ergebnisse einer Studie über die Verbrauchsfortschritte der verschiedenen Automobilhersteller veröffentlicht. Als durchschnittlicher Flottenverbrauch in Deutschland wurden für Audi 144g CO2/km, für BMW 145g CO2/km und Mercedes- Benz mit 156g CO2/km ausgewiesen (Quelle KBA, Daten Januar bis Juli 2012). Herr Beninga, unsere Entwickler arbeiten ja mit „Volldampf“ an neuen sauberen und verbrauchsoptimierten Antrieben. Wie kann es sein, dass die erwähnte Studie uns als „Schlusslicht“ unter den Premiumherstellern ausweist?  Die Studie geht als Basis von Zahlen des Kraftfahrtbundesamtes aus und betrachtet damit den deutschen Markt. Hier wird die so genannte M1 Flotte betrachtet, die auch Vans enthält. Bekanntlich haben weder BMW noch AUDI Vans im Portfolio und insofern werden in der Studie Äpfel mit Birnen verglichen. In der Betrachtung fehlt zudem bei Mercedes-Benz die Marke smart, während der Mini bei BMW mit eingerechnet wird. Der einzig faire und richtige Vergleich ist, unsere Pkw-Flotte inklusive smart und ohne die Vans auszuweisen. Und da liegen wir zum aktuellen Zeitpunkt bei exakt 144,85 g CO2/km, also genau auf gleicher Höhe wie BMW und AUDI. Wenn man darüber hinaus die Tatsache berücksichtigt, dass unser Mercedes-Benz Produktportfolio generell auf größeren Fahrzeugen basiert als beispielsweise das von Audi, muss man zu dem Schluss kommen, dass wir technologisch keinen Rückstand haben! Wie reagieren wir als Unternehmen auf solche Veröffentlichungen?  Wir haben mit den Verfassern Kontakt aufgenommen und auf die missverständliche, teilweise auch falsche Darstellung hingewiesen. Dies hat dazu geführt, dass in weiteren Veröffentlichungen jetzt der smart mit berücksichtigt wurde, woraus ein Wert von 150g CO2/km resultiert. Richtig für den Vergleich wäre es jedoch, diese Zahl auch um den Van-Effekt zu korrigieren und somit den Wert von 145g CO2/km, also ca. 5,8l/100km, auszuweisen. Es ist wichtig, dass unsere Mitarbeiter diese Zahlen kennen, um im beruflichen oder persönlichen Umfeld richtig argumentieren zu können. 6 Karosserieleichtbau17 Quelle: Daimler

18 SS 2016 Karosserieleichtbau NEFZ und Realverbrauch MERCEDES-BENZBMWAUDI Mercedes A 180 BlueEFFICIENCY Edition 7,2 l S / 100 km BMW 116i 7,4 l S / 100 km Audi A3 1,4 TFSI COD 8,0 l S / 100 km Mercedes C 220 CDI BlueEFFICIENCY Edition 6,2 l D / 100 km BMW 320d EfficientDynamics Edition 5,5 l D / 100 km Audi A4 2,0 TDI 6,7 l D / 100 km Mercedes E 220 CDI 7,1 l D / 100 km BMW 520d EfficientDynamics Edition 7,1 l D / 100 km Audi A6 2,0 TDI 7,2 l D / 100 km Mercedes GLK 220 BlueTEC 4Matic 7,7 l D / 100 km BMW X3 xDrive20d 8,5 l D / 100 km Audi Q5 2,0 TDI quattro 8,1 l D / 100 km Mercedes ML 350 BlueTEC 4Matic 10,5 l D / 100 km BMW X5 xDrive30d 11,1 l D / 100 km Audi Q7 3,0 TDI quattro 10,8 l D / 100 km Mercedes SLK ,8 l S / 100 km BMW Z4 sDrive 35is 13,6 l S / 100 km Audi TT RS Roadster 13,3 l SP / 100 km Markendurchschnitt 8,4 l / 100 km Markendurchschnitt 8,8 l / 100 km Markendurchschnitt 9,0 l / 100 km 6 Karosserieleichtbau18 Quelle: Auto Zeitung

19 SS Karosserieleichtbau19 Karosserieleichtbau CO 2 -Emission im Betrieb deutlich höher, als bei der Herstellung Beispiel M-Klasse (W164):  Die Produktion verursacht eine Emissionen von 11 Tonnen CO 2  In der Nutzungsphase emittiert die M-Klasse rund 44 Tonnen CO 2 Bedingt durch den höheren Kraftstoffverbrauch emittiert das Vorgängermodell aus 2005 während der Nutzung 69 Tonnen CO 2. In Summe ergeben sich hier also etwa 80 Tonnen CO 2 -Emissionen. Die Reduzierung von 25 Tonnen der CO 2 -Emissionen pro Fahrzeug der neuen M-Klasse gegenüber dem Vorgänger entspricht etwa der 2,5-fachen jährlichen Pro-Kopf-Emission eines Durchschnitts-Europäers.  Insgesamt für Herstellung, Nutzung und Verwertung rund 55 Tonnen CO 2  Der TÜV Süd hat der M-Klasse als erstes Fahrzeug ihrer Klasse das Umweltzertifikat nach der ISO-Norm TR ausgestellt

20 SS Karosserieleichtbau20 Werkstoffauswahl: - hochfeste Stähle - Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) - Kunststoffe Karosserieleichtbau Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung

21 SS Karosserieleichtbau21 Werkstoffauswahl: - hochfeste Stähle - Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) - Kunststoffe Konstruktive Maßnahmen: - beanspruchungsgerechte Dimensionierung Karosserieleichtbau Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung RMRM RMRM tt Geschlossenes ProfilOffenes Profil Beanspruchung auf Torsion: Unterschied beim Verdrehwinkel:

22 SS Karosserieleichtbau22 Werkstoffauswahl: - hochfeste Stähle - Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) - Kunststoffe Konstruktive Maßnahmen: - beanspruchungsgerechte Dimensionierung Karosserieleichtbau Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung Beanspruchung auf Biegung (bei Crash): Quelle: atzonline

23 SS Karosserieleichtbau23 Werkstoffauswahl: - hochfeste Stähle - Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) - Kunststoffe Konstruktive Maßnahmen: - beanspruchungsgerechte Dimensionierung - optimale Werkstoffausnutzung Karosserieleichtbau Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung S 1 2 b h S 1 2 b h S“ 1“ 2“ y x S 1 2

24 SS Karosserieleichtbau24 Werkstoffauswahl: - hochfeste Stähle - Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium) - Kunststoffe Konstruktive Maßnahmen: - beanspruchungsgerechte Dimensionierung - optimale Werkstoffausnutzung - optimale Fügeverfahren Karosserieleichtbau Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung

25 SS Karosserieleichtbau25 Quelle: Porsche / Merkens Karosserieleichtbau Anteil von HSS und UHSS in der Rohbaustruktur des Porsche Cayenne

26 SS Karosserieleichtbau26 Quelle: VW Karosserieleichtbau Blechgütenverteilung am Golf A5

27 SS Karosserieleichtbau27 Quelle: VW Karosserieleichtbau Blechgütenverteilung am Golf A7

28 SS Karosserieleichtbau28 Quelle: VW Karosserieleichtbau Blechgütenverteilung am Golf A7

29 SS Karosserieleichtbau29 Quelle: Karosserieleichtbau Blechgütenverteilung am Porsche 911

30 SS Karosserieleichtbau30 Quelle: atzonline Karosserieleichtbau Tailer Welded Blanks (TWB)

31 SS Karosserieleichtbau31 Quelle: atzonline Karosserieleichtbau Tailer Rolled Blanks (TRB) Deutschland führend in TRB (Mubea)

32 SS Karosserieleichtbau32 Karosserieleichtbau Leichtbau mit Stahl Studien unter Verwendung sämtlicher Leichtbautechnologien für Stahl  ULSAB  ULSAC  ULSAS  ULSAB-AVC VIDEO!

33 SS Karosserieleichtbau33 Erste selbsttragende Karosserie aus Aluminium Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Honda NSX (ab 1989)

34 SS Karosserieleichtbau34 Quelle: Audi Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Audi A8 (ab 1994) Aluminium Space Frame (ASF) des Audi A8 (MJ2003 D3)  249 Kilogramm (MJ1994 D2)  218 Kilogramm (MJ2009 D3) Gewichte von Audi.de ab 2002

35 SS Karosserieleichtbau35 Quelle: Automotive Design Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Audi A8 (aktuelles Modell) ASF des Audi A8 (MJ2010)  B-Säule aus Stahl (1.500 MPa Festigkeit)  13 unterschiedliche Legierungen  Alu-Strangpressprofile  Alu-Gussteile  Alu-Bleche ab 2010

36 SS Karosserieleichtbau36 Quelle: Automotive Design Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Audi A8 (aktuelles Modell) ASF des Audi A8 (MJ2010)  B-Säule aus Stahl (1.500 MPa Festigkeit)  13 unterschiedliche Legierungen  Alu-Strangpressprofile  Alu-Gussteile  Alu-Bleche

37 SS Karosserieleichtbau37 Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Querschnitte und Fügetechnik Türschweller Dachträger Flansch mit Stanznieten Clinchflansch unterer A-Säulenknoten unterer Scheibenrahmen

38 SS Karosserieleichtbau38 Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Audi A2 (ab 1999) ASF des Audi A2:  156 Kilogramm (MJ1999)  135 Kilogramm (A2 1.2 TDI 3L) Quelle: Gewichte von audi.de

39 SS Karosserieleichtbau39 Verbindungen: 20 Meter MIG 1800 Stanznieten 30 Meter Laserschweißen Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Audi A2 (ab 1999) ASF des Audi A2: Aufteilung nach Fertigungsverfahren  Laserstrahlschweißen und MIG-Schweißen, für die T-Stöße der Schweißgruppe Boden, verlangen hochpräzise Bauteile.  Um die erforderlichen Bauteilformtoleranzen von ±0,2 mm zu erreichen, müssen die meisten Strangpressprofile in der Bodenstruktur durch Innenhochdruckumformung (IHU) kalibriert werden.

40 SS Karosserieleichtbau40 ASF des Ferrari 360 Modena (MJ 2001) Fügeverfahren: 42m MIG-Naht 330 Stanznieten 350 Nietmuttern 68 Nietbolzen Gewichtsverteilung: 47% Strangpressprofile 33% Gußteile 17% Blechteile 3% Verbindungselemente Bauteilgewichte: Space Frame ohne Dach 141.6kg Dach 12.2kg gesamter Rohbau 240.9kg VIDEO! Quelle: Röth / FH Aachen Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Ferrari 360 Modena (ab 1999)

41 SS Karosserieleichtbau41 Ver- und Anbindungen: - 59m MIG an 1000 Stellen - 0,05m WIG an 4 Stellen Stanznieten - ca. 35m geklebt - ca. 10m Bördelnaht - ca. 250 Schweiß- und Nietbolzen - ca. 300 Muttern - ca. 180 Schraubverbindungen Quelle: BMW Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – BMW Z8 (ab 2000) ASF des BMW Z8

42 SS Karosserieleichtbau42 Quelle: EDAG Karosserieleichtbau Aluminium Karosserien – Studie „Light Cocoon“ (EDAG 2015) Weiterentwicklung des Rohrrahmenkonzepts  Funktionsintegrierte, bionisch optimierte Fahrzeugleichtbaustruktur  Kombiniert generativ gefertigte Knoten und intelligent bearbeitete Profile  Extreme Flexibilisierung und Abbildung hoher Variantenintensität


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