Konstruieren von Pkw-Karosserien (eBook)

Professor Dipl.-Ing. Jörg Grabner studierte Fahrzeugtechnik mit dem Schwerpunkt der Karosseriekonstruktion in Hamburg. Im Anschluss daran war er in leitender Position in der Entwicklung bei BMW tätig. Professor Grabner wurde 1995 auf den Lehrstuhl für Karosseriekonstruktion an der Fachhochschule München berufen. Er ist als Berater und Senior Consultant in den verschiedensten Bereichen tätig, wobei der Schwerpunkt in der Fahrzeugentwicklung liegt. Seit September 2003 ist er Sprecher des Arbeitskreises der Professoren für Fahrzeugtechnik an Fachhochschulen. Richard Nothhaft schloss eine handwerkliche Lehre bei BMW in München ab und studierte anschließend Karosserie- und Fahrzeugtechnik in Kaiserslautern. Der Schwerpunkt seiner beruflichen Laufbahn bei BMW in München liegt in der Karosseriekonstruktion und in der Entwicklung von Gesamtfahrzeugen. Besondere Erfahrungen sammelte er in der Konstruktion mit diversen CA-Tools wie CATIA V4 und V5 sowie im Bereich der Motorradentwicklung und im Prozessmanagement. Neben seiner hauptamtlichen Tätigkeit bei BMW hat Richard Nothhaft seit vielen Jahren einen Lehrauftrag an der Fachhochschule in Ulm zum Thema Karosseriekonstruktion und Gesamtfahrzeug.

Geleitwort 8
Vorwort zur 3. Auflage 10
Inhaltsverzeichnis 12
Begriffsdefinitionen 16
A Allgemeine Grundlagen 18
1 Einführung 18
2 Quality – Function – Deployment (QFD) 19
3 Unterschied zwischen manueller und CAD- Konstruktion 20
4 CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau 21
4.1 Was ist CATIA 23
5 Richtlinien und Vorschriften 24
6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung 26
7 Ergonomie 27
7.1 Akzeleration 28
7.2 RAMSIS 30
8 Styling und Design 32
8.1 Modellbezeichnungen 34
8.2 Verschiedene Karosserieformen 36
9 Karosserieplan und Garagenzeichnung 38
10 Beschreibung eines Package 39
11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen 39
11.1 Frühphase 40
11.2 Serienentwicklung 41
11.3 Weiterentwicklung 42
12 Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen 43
13 Innenraum 46
13.1 Fahrersitzposition und Kopffreiheit 46
13.2 Komfortstellung im SRP 47
13.3 Anordnung der Beine im Fußraum – Pedale 48
13.4 Beziehung Ball of Foot/SRP und H30 49
13.5 Beziehung H-Punkt zu Lenkradposition 49
13.6 Abstand SRP vorn zu SRP hinten mit Kniefreiheitsmaß L48 50
13.7 Kopfraum Fahrer 50
13.8 Sitzverstellfeld mit SRP-Zuordnung 52
14 Unterflur 52
15 Motorraum 54
16 Gepäckraum und Volumenermittlung nach VDA (DIN70020) 55
B CAD-Konstruktion 58
Konstruktion mit CATIA V5 58
17 Grundsätzliches zu CATIA V5 58
18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen 61
18.1 Sketcher Toolbars 64
18.2 Standard Toolbars 68
19 Beispiele V5 69
19.1 Einleitung 69
19.2 Seitenwand nach Steve Logue 69
19.3 Mittelkonsole nach Christoph Kuttner 90
19.4 Übungsbeispiel Halter I-Tafel 122
19.5 Part Design Toolbars 143
19.6 Generative Shape Design Toolbars 145
Konstruktion mit CATIA V4 149
20 Rohbau 149
20.1 Vorderwand-Schnitt 149
20.2 Stirnwand mit Heizung 150
20.3 Motorträger-Anbindungen (Y-Träger) 150
20.4 Bodengruppe/Querträger (Sitzaufnahmen)/ Kofferraumboden 151
20.5 Varianten Limousine/Cabrio/Kombi 151
20.6 Säulen-A/B/C 153
20.7 Gegenüberstellung Spaceframe – Schalenbauweise 156
21 Ausstattung 157
21.1 Ausstattung innen 157
21.2 Ausstattung außen 161
C Manuelle Konstruktion 164
22 Einführung 164
22.1 Richtlinien und Vorschriften 164
22.2 Zeichnungsdetails 166
22.3 CAD und CAM im Karosseriebau 168
22.4 Ergonomische Forderungen 169
22.5 Modellvorentwicklung 173
22.6 Konzeptentwicklung und Projekthandbuch 173
22.7 Styling und Design 174
22.8 Tapes und Renderings 175
22.9 Konstruktion und Strakverfahren 175
22.10 Modelle 176
23 Karosserie allgemein 177
23.1 Rohkarosserie 177
23.2 Karosseriestruktur 178
23.3 Karosserierohbau 179
24 Vorderwagen 181
24.1 Vordere Stoßfänger 181
24.2 Scheinwerfer 183
24.3 Frontklappe 183
24.4 Reifenfreigang 185
25 Fahrgastzelle 186
25.1 Ausklappung der A-Säule mit Frontscheibe 186
25.2 Ermittlung des Scheiben.ansches 187
25.3 Darstellung der Wischfelder 188
25.4 Stirnwand 188
25.5 Säulen allgemein 189
25.6 A-Säule 189
25.7 B-Säule 194
25.8 C-Säule 195
25.9 Tür 195
25.10 Türscharniersysteme 198
25.11 Anforderungen an Türschlösser 198
25.12 Fensterhebersysteme 199
25.13 Dach allgemein 200
26 Hinterwagen 201
26.1 Hintere Seitenwand allgemein 201
26.2 Reifenfreigang 201
26.3 Heckklappe 202
26.4 Heckabschlussblech 203
26.5 Hintere Stoßfänger 204
26.6 Exterieur- Konstruktion allgemein 205
27 Innenraum (Interieur) 205
27.1 Innenraumgestaltung allgemein 205
27.2 Bedienteile 206
27.3 Instrumententafel 209
27.4 Sicht auf Instrumente und Entspiegelung 209
27.5 Türverkleidung 210
27.6 Sitze 210
27.7 Ein- und Ausstieg 213
27.8 Gesetze und Richtlinien 214
27.9 Abkürzungen der Nationalitätenkennzeichen (Auswahl) 222
28 Abbildungen 224
D Literaturverzeichnis 338
E Sachverzeichnis 340

C Manuelle Konstruktion (S. 147-148)

22 Einführung

Als Karosserien bezeichnet man die Aufbauten von Kraftfahrzeugen aller Art. Sie bestehen heute vorwiegend aus Stahlblechpressteilen, die miteinander verschweist, verklebt oder verschraubt werden. In die selbsttragenden Karosserien werden die Trieb- und Fahrwerksteile unter Verwendung kleinerer Hilfsrahmen an verstarkten Stellen befestigt. Fur Kleinserien, Versuchsfahrzeuge oder bestimmte Karosserieeinzelteile werden zunehmend Kunststoffe, vorwiegend glasfaserverstarkte Polyester- oder Epoxidharze benutzt. Bei Karosserien in nicht selbsttragender Bauweise werden die Fahrwerksteile an einem Profil-, Kasten-, Rohr- oder Plattformrahmen aufgehangt, der aus Langs-, Quer- und Diagonalelementen durch Schweisung oder Nietung zusammengesetzt ist. Fur die Formgestaltung von Karosserien sind Gesichtspunkte der Raumausnutzung, der Fertigungstechnik, der Unfallsicherheit, der Aerodynamik und nicht zuletzt Modetendenzen masgebend.

Die zeichnerische Erfassung einer zu entwickelnden Karosserie erfolgt mit Hilfe der darstellenden Geometrie. Samtliche Karosserien werden nach dem gleichen Grundmuster entwickelt. Dieses aufzuzeigen ist Ziel des vorliegenden Buches. Dabei wird der Schwerpunkt auf den PKW-Korper gelegt, weil er besonders komplex ist und als Vorbild fur alle anderen Fahrzeugkorper gelten kann.

22.1 Richtlinien und Vorschriften

Konstruktionsrichtlinien haben im Fahrzeugbau die Aufgabe, den Konstrukteur auf Einzelheiten des spateren Einsatzes des Produktes hinzuweisen, denen er bei seinen Arbeiten Rechnung tragen muss. Als erstes Detail dieser Art sei hier die sogenannte Unterflurfreiheit genannt. Die entsprechende Richtlinie legt eine Mindest-Unterflurfreiheit fest. Als Grundlagen dafur dienen: die gesetzlichen Vorschriften bezuglich einer Mindestbodenfreiheit (Australien: ADR 43/00), Straßenbauvorschriften, die fur die Fahrzeugkonzeption von Belang sind (z.B. Garagenverordnungen und Richtlinien zur Verlegung von Bordsteinen), einschlagige SAE-Richtlinien (SAE J 689).

Um den unterschiedlichen funktionalen, stilistischen und aerodynamischen Anforderungen von Limousine, Coupe und sonstigen Varianten gerecht zu werden, ist unter Berucksichtigung der Kundenakzeptanz eine verminderte Unter- flurfreiheit bei Coupe und Sportvarianten zu tolerieren, die Richtlinie entsprechend den drei Fahrzeugkategorien also gesplittet. Bei Fahrzeugteilen, die auch bei missbrauchlichem Fahreinsatz (z.B. Abfahrt von hohen Bordsteinen, Überfahren von Park- und Trennschwellern) nicht beschadigt werden dürfen, muss in diesem Zusammenhang die Aggregateanordnung im Fahrzeug durch Versuche uberprüft werden.

Als Richtwert kann im Überhangbereich von einer erforderlichen Mindestbodenfreiheit von 240 mm bei Konstruktionslage ausgegangen werden. Ebenfalls durch Versuche uberpruft werden muss die Befahrbarkeit von Rampen fur die Bahn- und Lkw-Verladung der Fahrzeuge. Die Unterflurfreiheit eines Fahrzeugs ist abhangig vom Beladungszustand. Um hier klare Ausgangsgrosen zu bekommen, hat man Messlasten fur die wichtigsten Standebenen definiert.

Messlasten

Messlast 1 ist das Leergewicht, nach DIN 70020, Teil 2, das Gewicht des trockenen Fahrzeugs mit kompletter Ausrüstung fur den normalen Fahrbetrieb, wie vom Hersteller vorgesehen, zuzuglich Kuhlmittel und mindestens 90 % Füllung des Kraftstoffbehalters sowie Feuerlöscher, Unterlegkeile und Standard-Werkzeugsatz, falls vom Fahrzeughersteller serienmasig mitgeliefert. Zusatzlich sind 75 kg Gepack zu berücksichtigen.