Werkstoffmix

Gute Crashperformance bei hoher Steifigkeit erreicht

| Redakteur: Dorothee Quitter

Den Entwicklern von Alu-Car ist es gelungen, eine Aluminium-Profil-Konstruktion für den Vorder- und Hinterwagen des Bugatti Chiron sinnvoll mit dem CFK-Monocoque zu kombinieren.

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Das Monocoque des Bugatti Chiron ist in CFK ausgeführt. Für den Vorder- und Hinterwagen wurde bereits in der Konzeptphase eine Aluminium-Spaceframe-Struktur favorisiert.
Das Monocoque des Bugatti Chiron ist in CFK ausgeführt. Für den Vorder- und Hinterwagen wurde bereits in der Konzeptphase eine Aluminium-Spaceframe-Struktur favorisiert.
(Bild: Bugatti Automobiles)

Aluminium hat im automobilen Leichtbau eine lange Tradition. Zu recht, sind sich Experten einig, denn tatsächlich ist die Liste der positiven physikalischen Eigenschaften dieses Metalls sehr lang. Zudem steht es großindustriell in allen Halbzeugformen zur Verfügung (als Blech, Profil, Guss- oder Schmiedeteil), und mit einer möglichen hohen Recyclingquote kann auch der Werkstoff Aluminium ökologisch nachhaltig eingesetzt werden. Dank ständiger, intensiver Materialforschung gibt es noch weitere Werkstoffe, die sich für den Automobilbau eignen – wie Faserverbundwerkstoffe. Sie erreichen sehr hohe Steifigkeiten und tragen – richtig eingesetzt – wesentlich zur Fahrzeugsicherheit bei. Dementsprechend wird beispielsweise das Monocoque von Formel-1-Rennboliden aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, kurz CFK, gefertigt.

Da Bugatti mit dem 1500 PS starken Chiron in noch höhere Geschwindigkeitsbereiche vordringt, ist klar, dass der Hersteller in punkto Steifigkeit und Sicherheit keinerlei Kompromisse eingeht. Das Monocoque wird demnach auch in CFK ausgeführt. Gleiches gilt für diverse Anbau- und Montageteile. Diese stehen in direktem Kontakt mit dem Vorder- und Hinterwagen des Fahrzeugs. Bereiche, für die das umfangreiche Know-how der Ingenieure von Alu-Car gefragt war. Sie unterstützten die Entwicklung sämtlicher metallischer Umfänge für den Vorder- und Hinterwagen des Chiron und arbeiteten eng mit der federführenden Abteilung „Entwicklung Aufbau“ sowie mit weiteren internen Abteilungen und externen Partnerfirmen zusammen.

Steifigkeit von zentraler Bedeutung

Bei der Entwicklung des Vorderwagens stand im Vordergrund, eine gute Crashperformance sowie eine hohe lokaldynamische Steifigkeit zu erreichen, wie Alu-Car-Projektleiter Frank Kunert erklärt: „Wir mussten ein Konzept entwickeln, das die geforderten Crashlastfälle sowie eine absolut genaue und reproduzierbare Fahrwerksanbindung realisiert – in punkto Lage, Neigung, Stichmaße und vielem mehr. Es galt also unter anderem, ein Referenzpunktsystem zu realisieren, das exakt auf die Fahrwerkspunkte abgestimmt war. Denn bei Geschwindigkeiten über 400 km/h können wir uns definitiv keinen ‚schiefen‘ Vorderwagen leisten.“ Ähnliche Anforderungen gab es beim Hinterwagen. Zudem erinnert sich der Alu-Car-Ingenieur daran, dass es extrem anspruchsvoll war, das vorgegebene Design zu erhalten und trotz des geringen Bauraums die aufwändige Heckflügelmechanik anzubinden. Hintergrund dazu: Die enorm hohen aerodynamischen Lasten, die durch den Anpressdruck und die Aerobremse entstehen, müssen von der Struktur aufgenommen werden.

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Als bestmögliche Basis, um die hohen Anforderungen realisieren zu können, wurde von den verantwortlichen Entwicklern bereits in der Konzeptphase eine Aluminium-Profil-Konstruktion für Vorder- und Hinterwagen favorisiert. Denn damit lässt sich die notwendige Lastpfad- und Querschnitts-Bildung effektiv umsetzen, und gleichzeitig profitiert das Fahrzeug von den positiven Crasheigenschaften dieses Aufbaus.

Herstellbarkeit bereits berücksichtigt

Ein Konzept ist aber nur dann gut, wenn es auch produktionsnahe Themen berücksichtigt – von der Herstellbarkeit der Einzelteile über die erforderlichen Verbindungs- und Fügetechniken bis hin zu einer machbaren Aufbaufolge. Um abzusichern, dass tatsächlich an alles gedacht wurde, führten die Entwickler des Fahrzeugs mehrere Simulationen durch, bevor Versuchsträger als letzte Sicherheitsstufe zum Zug kamen. Die jeweils gewonnenen Erkenntnisse wurden stets zielgerecht in die Konzeptentwicklung rückgeführt, so dass am Ende ein nahezu perfektes Konzept in die Kleinserienentwicklung überführt wurde.

Alu-Car blieb auch in dieser Phase an Bord. Ein klarer Vorteil für alle Beteiligten, denn das gegenseitige Vertrauen war groß und die Erfahrungen aus der Konzeptentwicklung erweisen sich stets auch bei der Kleinserie von Vorteil. Dementsprechend schnell waren sich beispielsweise alle Verantwortlichen einig, dass die Fertigung des Bugatti ganz anders laufen wird, als das bei einem Großserienfahrzeug üblich wäre. Denn während sich bei großen Stückzahlen teure Werkzeuge für die Blechumformung oder zur Druckgussherstellung schnell rechnen, ist bei wenigen Einzelstücken das Gegenteil der Fall. „Hier können sogar aufwendige Fräsarbeiten an Bauteilen wirtschaftlich sinnvoll sein. Deshalb werden Vorder- und Hinterwagen strangintensiv mit Profilen ausgelegt und gebaut“, macht Frank Kunert deutlich.

Ob hier in Zukunft der Einsatz additiver Fertigungsverfahren Sinn macht, lässt Projektleiter Kunert offen: „Die Werkstoffe und Verfahren in diesem Bereich entwickeln sich unglaublich schnell weiter. Daher kann ich mir gut vorstellen, dass sie bei künftigen Konzepten für Kleinstserienfahrzeuge eine wichtige Rolle spielen.“

Werkstoffkontakt verhindert

Bei der aktuellen Generation des Supersportwagens war noch ein anderes Thema bedeutsam: die Verbindungstechnik. Auch hier unterscheidet sich die Herangehensweise deutlich von der bei einer Großserienfertigung. So kommen beim Chiron nur ausgewählte Fügeverfahren zum Einsatz – vom MIG-Schweißen, über das Kleben und Halbhohlstanznieten bis zum Einsatz von metrischen Verschraubungen. Speziell wenn unterschiedliche Werkstoffe kombiniert werden, gilt es, darauf zu achten, dass sie nicht in direkten Kontakt kommen. Sonst entstehen aufgrund der Potentialdifferenz elektrochemische Spannungen, die Probleme bereiten können. Abhilfe haben die Entwickler auf unterschiedliche Weise realisiert, wie Frank Kunert sagt: „Wir haben die betroffenen Oberflächen teils beschichtet, teils mit Folien bezogen und manchmal auch durch Klebstoffeintrag die Werkstoffe auf Abstand gehalten.“ (qui)

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