Konstruieren von Pkw-Karosserien : Grundlagen, Elemente und Baugruppen, Vorschriftenübersicht, Beispiele mit CATIA V4 und V5 9783540329558, 3540329552, 3540238840, 9783540238843 [PDF]

Zitiervorschau

Jörg Grabner · Richard Nothhaft Konstruieren von Pkw-Karosserien

Jörg Grabner · Richard Nothhaft

Konstruieren von Pkw-Karosserien Grundlagen, Elemente und Baugruppen, Vorschriftenübersicht, Beispiele mit CATIA V4 und V5

3., erweiterte Auflage mit 136 Abbildungen

13

Professor Dipl.-Ing. Jörg Grabner FH München, FB o3 Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik Dachauer Str. 98 b 80335 München [email protected] Richard Nothhaft BMW AG Forschungs- und Innovationszentrum Knorrstr. 147 80937 München [email protected]

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ISBN-10 3-540-23884-0 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN-13 978-3-540-23884-3 Springer Berlin Heidelberg New York Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1991, 2002, 2006 Printed in Germany Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Umschlaggestaltung: medionet AG, Berlin Satz: medionet AG, Berlin Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3020 /M 5 4 3 2 1

V

Die Autoren danken an dieser Stelle der Fa.

insbesondere dem Geschäftsführer Günter Schäffer Dipl.-Ing. FH – Fahrzeugtechnik sowie seinen Mitarbeitern Markus Schäffer und Alexander v. Bomhard. Ohne deren intensive Unterstützung wäre diese Form der Ausarbeitung nicht möglich gewesen.

Geleitwort

Wenn man durch das vor 15 Jahren erschienene Lehrbuch „Konstruieren von Pkw-Karosserien“ blättert, wird der rasante Fortschritt auf dem Gebiet der Automobilentwicklung deutlich. Vor nicht mehr als 15 Jahren wurde die CAD-Technik der „ersten Generation“ eingeführt, die im Wesentlichen die Funktionalität eines „elektronischen Zeichenbretts“ besaß. Heute bietet die virtuelle Produktentwicklung hochkomplexe, multifunktionelle Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. die virtuelle Erzeugung von Stylingmodellen mit CAS-Systemen, die virtuelle ergonomische Optimierung von Einstiegs-, Sitz-, Bedien- und Anzeigekonzepten, die Simulation von Fertigungsvorgängen sowie die Simulation von Funktionen und Eigenschaften. Dabei finden diese Techniken ihren Einsatz heutzutage im Maßstab 1:1 in der Großprojektion oder sogar 3-dimensional im Virtual Reality Labor. Dies alles ist wesentliche Voraussetzung für die Reduzierung der Entwicklungszeit und die Beherrschung der ständig zunehmenden Komplexität des Produktes Automobil. Darüber hinaus ermöglichen erst CA-Daten eine schnelle und effiziente Entwicklungsarbeit in der Vernetzung von OEM und Zulieferern. In der nunmehr dritten Auflage „Konstruieren von Pkw-Karosserien“ wird insbesondere diesen neuen Entwicklungen entsprochen und im Einzelnen auf die Entstehungsprozesse in der Karosseriekonstruktion eingegangen. Die vorliegende Ausgabe baut chronologisch auf der ersten und zweiten Auflage auf und geht auf die wichtigsten Neuerungen in der Karosserietechnik ein, ohne sich in Details zu verlieren. Auf diese Weise ist der Entwicklungsfortschritt in der Karosseriekonstruktion für den Leser anschaulich nachvollziehbar. Insbesondere wird der aktuellen CAD-Anwendung CATIA V5 Rechnung getragen Das Buch wendet sich gleichermaßen an Studenten der Ingenieurwissenschaften sowie an in der Industrie tätige Fachleute. Es wird sicher – wie bereits die vorherigen Auflagen – sowohl dem Studenten den Zugang zu diesem interessanten Fachgebiet erleichtern als auch dem Fachmann als nützliches und umfassendes Nachschlagewerk dienen und damit die Mühe der Autoren rechtfertigen. München, im Juni 2005

Prof. Dr-Ing. Dr.-Ing. E.h. Burkhard Göschel Mitglied des Vorstandes Forschung und Entwicklung der BMW AG, München

Vorwort zur 3. Auflage

In der 1. Auflage des Buches wurde der Schwerpunkt auf die manuelle Konstruktion gelegt. Mit Beginn des CA-Zeitalters war es erforderlich, in der 2. Auflage auf das Konstruieren mit CATIA V4 einzugehen. Ohne den Einsatz von CAE/CAD-Systemen ist die Entwicklung und Konstruktion von Pkw-Karosserien nicht mehr denkbar. Die unterschiedlichen Systeme werden vorgestellt, die Vor- und Nachteile erklärt und an Beispielen wird die Vorgehensweise bei der Konstruktion erläutert. Das Zusammenspiel zwischen Konstruktion, Versuchsaufbau, Testläufen und nicht zuletzt das Datenmanagement mit angrenzenden Subunternehmungen werden gezeigt. Darüber hinaus werden notwendige Qualitäts-Management-Systeme dargestellt, die schon im Vorfeld konstruktive Mängel zeigen können, deren Beheben eine spätere Serienproduktion qualitativ erheblich verbessert. Im Sinne einer chronologischen Fortschreibung der Karosseriekonstruktionsmethodik und aufgrund des rasanten Verlaufs des CA-Zeitalters ist es nunmehr erforderlich, das Konstruieren mit CATIA V5 – und den damit verbundenen parametrischen Ansatz – anhand ausgewählter Beispiele zu erläutern. München, Dezember 2005

Jörg Grabner, Richard Nothhaft

Inhaltsverzeichnis

Begriffsdefinitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XV

A

Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Einführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quality–Function–Deployment QFD . . . . . . . . . . . . . . . Unterschiede zwischen manueller und CAD-Konstruktion. . . . CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau . . . . . . . . 4.1 Was ist CATIA?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Richtlinien und Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konzeptentwicklung/Projekthandhabung . . . . . . . . . . . . . Ergonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Akzeleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Ramsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Ramsisanwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Styling und Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Modellbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Verschiedene Karosserieformen . . . . . . . . . . . . . . Karosserieplan und Garagenzeichnung . . . . . . . . . . . . . . Beschreibung eines Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen . . . . . 11.1 Frühphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Serienentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Weiterentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen . . . . . . . . . . . Innenraum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1 Fahrersitzposition und Kopffreiheit . . . . . . . . . . . . 13.2 Komfortstellung im SRP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3 Anordnung der Beine im Fußraum – Pedale . . . . . . . . 13.4 Beziehung Ball of Food/SRP und H30. . . . . . . . . . . . 13.5 Beziehung H-Punkt zu Lenkradposition . . . . . . . . . . 13.6 Abstand SRP vorn zu SRP hinten mit Kniefreiheitsmaß L48 13.7 Kopfraum Fahrer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.8 Sitzverstellfeld mit SRP-Zuordnung . . . . . . . . . . . . Unterflur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motorraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gepäckraum und Volumenermittlung nach VDA . . . . . . . . .

1 2 3 4 6 7 9 10 11 13 14 15 17 19 21 22 22 23 24 25 26 29 29 30 31 32 32 33 33 35 35 37 38

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XII Inhaltsverzeichnis

CAD-Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Konstruktion mit CATIA V5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41 . 41 . 44 . 47 . 51 . 52 . 52 . 52 . 73 . 105 . 126 . 128

B

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Grundsätzliches zu CATIA V5 . . . . . . . . Begleittext zu den Anwendungsbeispielen . . 18.1 Sketcher Toolbars . . . . . . . . . . . 18.2 Standard Toolbars . . . . . . . . . . . Beispiele V5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . 19.2 Seitenwand nach Steve Logue . . . . . 19.3 Mittelkonsole nach Christoph Kuttner 19.4 Übungsbeispiel Halter I-Tafel . . . . . 19.5 Part Design Toolbars . . . . . . . . . . 19.6 Generative Shape Design Toolbars . .

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Konstruktion mit CATIA V4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Rohbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1 Vorderwand-Schnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2 Stirnwand mit Heizung . . . . . . . . . . . . . . . 20.3 Motorträger-Anbindungen (Y-Träger ) . . . . . . . 20.4 Bodengruppe/Querträger (Sitzaufnahmen)/ Kofferraumboden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.5 Varianten Limousine/Cabrio/Kombi . . . . . . . . 20.6 Säulen-A/B/C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.7 Gegenüberstellung Spaceframe – Schalenbauweise Ausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1. Ausstattung innen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.1 Schallisolierung – Akustik . . . . . . . . . . . . . . 21.1.2 Instrumententafel – Luftkanäle . . . . . . . . . . . 21.1.3 Türverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1.4 Sitz vorn – mit integriertem Gurt . . . . . . . . . . 21.1.5 Bodenverkleidung innen . . . . . . . . . . . . . . 21.1.6 Kofferraumverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Ausstattung außen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.1 Stoßfänger vorn/hinten . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 Dachreling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.3 Außenspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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C

Manuelle Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1 Richtlinien und Vorschriften . . 22.2 Zeichnungsdetails . . . . . . . . 22.3 CAD und CAM im Karosseriebau 22.4 Ergonomische Forderungen . . .

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Inhaltsverzeichnis XIII

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22.5 Modellvorentwicklung . . . . . . . . . . . . 22.6 Konzeptentwicklung und Projekthandbuch 22.7 Styling und Design . . . . . . . . . . . . . . 22.8 Tapes und Renderings . . . . . . . . . . . . 22.9 Konstruktion und Strakverfahren. . . . . . 22.9.1 Verteilersysteme . . . . . . . . . . . . . . . 22.10 Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Karosserie allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . 23.1 Rohkarosserie . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2 Karosseriestruktur . . . . . . . . . . . . . . 23.3 Karosserierohbau . . . . . . . . . . . . . . Vorderwagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.1 Vordere Stoßfänger . . . . . . . . . . . . . 24.2 Scheinwerfer . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.3 Frontklappe . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.4 Reifenfreigang . . . . . . . . . . . . . . . . Fahrgastzelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.1 Ausklappung der A-Säule mit Frontscheibe 25.2 Ermittlung des Scheibenflansches. . . . . . 25.3 Darstellung der Wischfelder. . . . . . . . . 25.4 Stirnwand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.5 Säulen allgemein . . . . . . . . . . . . . . . 25.6 A-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.7 B-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.8 C-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.9 Tür . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.10 Türscharniersysteme. . . . . . . . . . . . . 25.11 Anforderungen an Türschlösser. . . . . . . 25.12 Fensterhebersysteme. . . . . . . . . . . . . 25.13 Dach allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . Hinterwagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26.1 Hintere Seitenwand allgemein. . . . . . . . 26.2 Reifenfreigang . . . . . . . . . . . . . . . . 26.3 Heckklappe . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26.4 Heckabschlussblech . . . . . . . . . . . . . 26.5 Hintere Stoßfänger. . . . . . . . . . . . . . 26.6 Exterieur-Konstruktion allgemein . . . . . Innenraum (Interieur) . . . . . . . . . . . . . . . 27.1 Innenraumgestaltung allgemein . . . . . . 27.2 Bedienteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.3 Instrumententafel . . . . . . . . . . . . . . 27.4 Sicht auf Instrumente und Entspiegelung . 27.5 Türverkleidung. . . . . . . . . . . . . . . . 27.6 Sitze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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XIV Inhaltsverzeichnis

28

27.7 Ein- und Ausstieg. . . . . . . . . . . . . . . . 27.8 Gesetze und Richtlinien . . . . . . . . . . . . 27.9 Abkürzungen der Nationalitätenkennzeichen 27.9.1 Gebräuchliche Abkürzungen. . . . . . . . . . Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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D

Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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E

Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

323

Begriffsdefinitionen

4DN ADAMS CA CAD CAE CAR CATIA

4D-Navigator; DMU-Tool der Fa. Dassault Systems CA-Tools der Fa. Mechanical Dynamics Computer Aided Computer Aided Design Computer Aided Engineering Computer Aided Robotizing Computer Aided Threedimensional Interactive Application; Konstruktionstool der Fa. Dassault Systems CATIA-LITE spezielles CATIA-Modell-Format Cat-VOX CATIA-VOXEL-Anbindung; CA-Tool der Fa. Tecoplan CAx Computer Aided x; Sammelbezeichnung CDMA CATIA Data Management Access CommandVOX Steuerung aller VOXEL-Anwendungen; CA-Tool der Fa. Tecoplan AG Database siehe CDMA DMU Digital Mock-Up dragger Schieber EAI VisMokkup DMU-Tool der Fa. EAI (Engineering Animation Inc.) ECIE European Carmanufaktures Information Exchange EDM Engineering Data Management GI Geometrische Integration Greenhouse Bereich oberhalb der Fahrzeugbrüstung OpenGL Grafikformat OpenInventor Dateiformat PDM Product Data Management PEP Produkt Entstehungs Prozess PL Plot-Sheet PRISMA Produktdaten-Informations-System-mit-Archiv ProEngineer CAD-Konstruktions-Tool der Fa. Parametrics QFD Quality – Function – Deployment RAMSIS Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches System zur Insassen-Simulation Relation Manager MS Excel- Datenbank SAE Society of Automotive Engineers SceneViewer CA-Tool der Fa. SGI (Silicon Graphics Inc.) SE Simultaneous Engineering

XVI Begriffsdefinitionen

SGI snap shot space-map ST-Dokument StrukturManager TAIS Tcl/Tk TQM VBG VW VOXEL Workstation

Silicon Graphics Inc. Bildschirmmomentaufnahme Bauraumsuche Strukturdokument MS Excel- Datenbank Technisches Administratives Informations System Programmiersprache Total Quality Management Virtuelle Baugruppe Virtuelle Werkstatt allg. Bezeichnung für Modelle in speziellem Format der Fa. Tecoplan AG Arbeitsplatzrechner

A Allgemeine Grundlagen

1 Einführung Der Konstrukteur ist in der Ausübung seiner Tätigkeit von vielen Faktoren beeinflusst. Er ist nicht ausschließlich mit der konstruktiven Bearbeitung seines Bauteiles beschäftigt, sondern muss die in Bild 1 dargestellten Einflüsse berücksichtigen. Dabei gilt es die Belange der gesetzlichen Anforderungen ebenso zu beachten, wie z.B. das kostenbewusste und montagegerechte Konstruieren.

Berechnung Statik Dynamik Crash

Andere Konstruktionsstellen Fahrwerk Antrieb Elektrik Interieur Exterieur Design u.v.m.

Package Abstimmung der Platzverhältnisse Zielvorgaben/Anforderungskatalog

Controlling Kosten Akustik Erfüllung des geforderten Geräuschniveaus

Versuch Erprobung aller Komponenten Passive Sicherheit

Konstrukteure Berücksichtigen die Anforderungen und die Umsetzungen in eine Konstruktion

Gesetzesanf. Crash Maßvorgaben Sicht

Korrosion Konstruktive Korrosionsvorsorge und Beschichtungen Oberfläche Bestimmung der erforderl. Oberflächengüte

Rohbau Fügbarkeit

Abb. 1 Einflussgrößen auf den Konstrukteur

Montage Einbau der Aggregate und Komponenten

Presswerk Herstellbarkeit

2 A Allgemeine Grundlagen

2 Quality – Function – Deployment (QFD) (QFD ist ein Baustein der TQM1-Werkzeuge) Quality – Function – Deployment ist die englische Übersetzung der sechs japanischen Kanji-Zeichen: HIN SHITSU: KA NO: TEN KAI:

Qualität, Merkmale, Attribute Funktion, Mechanisierung Verteilung, Diffusion, Entwicklung

Definition: QFD ist ein System aufeinander abgestimmter Planungs- und Kommunikationsprozesse mit dem Ziel, die „Stimme des Kunden“ in die Qualitätsmerkmale der Produkte, Prozesse und Dienstleistungen zu übersetzen und einzuplanen mit dem Ziel der Kundenzufriedenheit.

Die QFD – Methode geht immer von der „Stimme des Kunden“ aus, um den zu untersuchenden Gegenstand oder die Dienstleistung in diesem Sinne zu analysieren. Es werden keine anderen bereits vorhandenen oder in Anwendung befindlichen Methoden ausgeschlossen. Grundregeln für das QFD-Team: • keine Kritik und Bewertung während der Suche nach anderen Lösungen; • freie Enfaltungsmöglichkeiten für Ideen; • erst verstehen – dann handeln; • Kritik entgegennehmen ohne negative Haltung zu entwickeln. Besonders wichtig ist die Erkenntnis, dass nur Einsicht, Verständnis und Ausdauer zum Erfolg führen. Warum QFD? Die Diskussion über umfassende Produktstrategien, Produktkonzepte und die marktorientierte Bereitstellung von Produkten im Sinne von TQM (Total Quality Management) findet immer größeres Interesse. Der Grund hierfür sind die zunehmenden wirtschaftlichen Probleme und die Einsicht, umdenken zu müssen. QFD ist eine leicht zu erlernende Analyse- und Dokumentationsmethode. Es werden die Bedürfnisse des Kunden in technische Begriffe und objektive Ziele übersetzt. Wenn der Kunde nicht völlig zufrieden ist, kann die Unzufrie1 TQU Steinbeis/Transferzentrum Qualitätssicherung Ulm. Zweckorientiertes Vorgehen entlang eines kritischen Pfades ist die Absicht des QFD. Sichtbarmachung, Austausch und der Umgang miteinander ist ein wichtiger Faktor während der Auseinandersetzung im QFD – Prozess. Die Ausrichtung aller internen Kräfte in einem Unternehmen helfen die gesteckten Ziele schneller zu erreichen.

3 Unterschied zwischen manueller und CAD-Konstruktion 3

denheit während des Services als wertvolle Produktinformation in die nächste Produktgeneration einfließen. Ein wesentliches Ziel ist es, die Kundenanforderungen in technische Merkmale und Begriffe für die Produktionsplanung zu übersetzen.

3 Unterschied zwischen manueller und CAD-Konstruktion Um den Unterschied der manuellen zur CAD-Konstruktion aufzuzeigen, bedarf es einer Betrachtung der unterschiedlichen Arbeitsplätze (s. Abb. 2 und 3). Der klassische Konstrukteur ist zunächst einmal Herr über eine große Zeichenmaschine (Reißbrett), Bleistift, Zirkel, Kurvenlineale, Straklatten, Strakgewichte (Schweinchen), Rapidographen (Tuschezeichenstifte) und Zeichenpapier (Transparent, DIN A 0) (s. Abschn. 22.9). Der Konstrukteur der Neuzeit verfügt über einen Bildschirm, Tastatur, vernetzten Arbeitsplatzrechner, bzw. Hauptrechner, Workstation und Spacemouse. Workstations sind prinzipiell auch einzeln laufende Computer mit eigenem Prozessor und Grafikeinheit. Die Workstations sind über das Netzwerk mit Servern verbunden. Auf diesen Servern liegen Daten und Applikationen, die von mehreren Anwendern genutzt werden können, wie z.B. Programme, Lizenzen, Libraries, Plot- und Backup-Möglichkeiten. Also ist schon ein deutlicher Unterschied in der Ausstattung festzustellen. Beiden gemeinsam sind die 3-dimensionalen Abtastdaten des aus Plastellin modellierten Designmodells. Diese dienen als Ausgangsbasis für die weitere Vorgehensweise. Während der klassische Konstrukteur die Abtastdaten – sofern das Equipment dies zulässt – als Punktwolke erhält, kann er diese in Handarbeit bearbeiten. Ausstraken von Flächen, Entwickeln wahrer Ansichten und wah-

Abb. 2 Konventioneller Arbeitsplatz

Abb. 3 Moderner CAD-Arbeitsplatz

3 Unterschied zwischen manueller und CAD-Konstruktion 3

denheit während des Services als wertvolle Produktinformation in die nächste Produktgeneration einfließen. Ein wesentliches Ziel ist es, die Kundenanforderungen in technische Merkmale und Begriffe für die Produktionsplanung zu übersetzen.

3 Unterschied zwischen manueller und CAD-Konstruktion Um den Unterschied der manuellen zur CAD-Konstruktion aufzuzeigen, bedarf es einer Betrachtung der unterschiedlichen Arbeitsplätze (s. Abb. 2 und 3). Der klassische Konstrukteur ist zunächst einmal Herr über eine große Zeichenmaschine (Reißbrett), Bleistift, Zirkel, Kurvenlineale, Straklatten, Strakgewichte (Schweinchen), Rapidographen (Tuschezeichenstifte) und Zeichenpapier (Transparent, DIN A 0) (s. Abschn. 22.9). Der Konstrukteur der Neuzeit verfügt über einen Bildschirm, Tastatur, vernetzten Arbeitsplatzrechner, bzw. Hauptrechner, Workstation und Spacemouse. Workstations sind prinzipiell auch einzeln laufende Computer mit eigenem Prozessor und Grafikeinheit. Die Workstations sind über das Netzwerk mit Servern verbunden. Auf diesen Servern liegen Daten und Applikationen, die von mehreren Anwendern genutzt werden können, wie z.B. Programme, Lizenzen, Libraries, Plot- und Backup-Möglichkeiten. Also ist schon ein deutlicher Unterschied in der Ausstattung festzustellen. Beiden gemeinsam sind die 3-dimensionalen Abtastdaten des aus Plastellin modellierten Designmodells. Diese dienen als Ausgangsbasis für die weitere Vorgehensweise. Während der klassische Konstrukteur die Abtastdaten – sofern das Equipment dies zulässt – als Punktwolke erhält, kann er diese in Handarbeit bearbeiten. Ausstraken von Flächen, Entwickeln wahrer Ansichten und wah-

Abb. 2 Konventioneller Arbeitsplatz

Abb. 3 Moderner CAD-Arbeitsplatz

4 A Allgemeine Grundlagen

rer Schnitte, Funktionsuntersuchungen z.B. Seitenscheibenabsenkung (s. Abschn. 25.12). Der CAD-Konstrukteur hat ab hier deutliche Vorteile, da er die Abtastdaten direkt in seinem Rechner hat und diese nunmehr mit Hilfe der verschiedensten Tools bearbeiten kann. Auch hier wird die Oberfläche bearbeitet, werden Funktionsuntersuchungen entwickelt, wahre Schnitte generiert und wahre Ansichten aufgezeigt. Am Beispiel einer Funktionsuntersuchung werden die Unterschiede anschaulich. Um die Seitenscheibe abzusenken, wird mittels manueller Konstruktion die Seitenscheibe in geschlossener und geöffneter Position dargestellt. Sofern in Mittellagen Problembereiche auftauchen, werden diese ebenfalls konstruiert. Bei der CAD-Konstruktion wird die Seitenscheibe entlang ihrer Abzugsrichtung verfahren. Dieser Vorgang lässt sich ausgezeichnet am Bildschirm verfolgen. Mögliche Kollisionen werden sofort aufgezeigt und müssen bearbeitet werden. Nachdem die Änderungen eingeflossen sind, wird ein neuer Bewegungsablauf simuliert und kontrolliert. In der Gesamtbetrachtung beider Konstrukteure und Methoden ist ein erheblicher Zeitvorteil durch die CAD-Konstruktion festzustellen. Durch die Verwendung der CAD-Daten werden auch sämtliche nachgeschalteten Prozesse z.B. Fräsen, Materialbearbeitungen (auch beim Subunternehmer), Datentransfer und Datenänderungen beschleunigt.

4 CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau Ein Rückblick in der Geschichte der CAD-Entwicklung zeigt die wichtigsten Schritte zum heutigen Stand der Technik auf. Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre wurde erstmals in größerem Maßstab versucht, Geometrie auf Computern in mathematischer Repräsentation abzuspeichern und auf Basis dieser Repräsentationen Funktionalität anzubieten. Damals wurden hauptsächlich Coons-Flächen verwendet, um ein vorgegebenes Kurvengerüst mit Flächen auszufüllen. Die endgültige Form der Oberfläche konnte im Wesentlichen nur durch die Modifikation der Flächenränder beeinflusst werden. Die ältesten CAD-Systeme am Markt gehen häufig auf diese Ansätze zurück, was sich in ihrer Ausrichtung auf kurvenorientiertes Arbeiten zeigt. Ein Durchbruch zur „visuellen“ und interaktiven Bearbeitung von Geometrie war die Einführung der nach ihrem Erfinder benannten Bézier-Technologie, welche die kompakte Darstellung von Kurven und Oberflächen mit mathematischen Mitteln zur schnellen Modifizierung verband. In der Kombination mit neu zur Verfügung stehenden Grafik-Workstations war somit ein Durchbruch zur „visuellen“ interaktiven Bearbeitung von Geometrie gelungen. In den 80er Jahren wurde eine mathematische Verallgemeinerung der Bézier-Technologie, die sog. NURBS2-Repräsentation, zum CAD-Standard, die eine Reihe ma-

4 A Allgemeine Grundlagen

rer Schnitte, Funktionsuntersuchungen z.B. Seitenscheibenabsenkung (s. Abschn. 25.12). Der CAD-Konstrukteur hat ab hier deutliche Vorteile, da er die Abtastdaten direkt in seinem Rechner hat und diese nunmehr mit Hilfe der verschiedensten Tools bearbeiten kann. Auch hier wird die Oberfläche bearbeitet, werden Funktionsuntersuchungen entwickelt, wahre Schnitte generiert und wahre Ansichten aufgezeigt. Am Beispiel einer Funktionsuntersuchung werden die Unterschiede anschaulich. Um die Seitenscheibe abzusenken, wird mittels manueller Konstruktion die Seitenscheibe in geschlossener und geöffneter Position dargestellt. Sofern in Mittellagen Problembereiche auftauchen, werden diese ebenfalls konstruiert. Bei der CAD-Konstruktion wird die Seitenscheibe entlang ihrer Abzugsrichtung verfahren. Dieser Vorgang lässt sich ausgezeichnet am Bildschirm verfolgen. Mögliche Kollisionen werden sofort aufgezeigt und müssen bearbeitet werden. Nachdem die Änderungen eingeflossen sind, wird ein neuer Bewegungsablauf simuliert und kontrolliert. In der Gesamtbetrachtung beider Konstrukteure und Methoden ist ein erheblicher Zeitvorteil durch die CAD-Konstruktion festzustellen. Durch die Verwendung der CAD-Daten werden auch sämtliche nachgeschalteten Prozesse z.B. Fräsen, Materialbearbeitungen (auch beim Subunternehmer), Datentransfer und Datenänderungen beschleunigt.

4 CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau Ein Rückblick in der Geschichte der CAD-Entwicklung zeigt die wichtigsten Schritte zum heutigen Stand der Technik auf. Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre wurde erstmals in größerem Maßstab versucht, Geometrie auf Computern in mathematischer Repräsentation abzuspeichern und auf Basis dieser Repräsentationen Funktionalität anzubieten. Damals wurden hauptsächlich Coons-Flächen verwendet, um ein vorgegebenes Kurvengerüst mit Flächen auszufüllen. Die endgültige Form der Oberfläche konnte im Wesentlichen nur durch die Modifikation der Flächenränder beeinflusst werden. Die ältesten CAD-Systeme am Markt gehen häufig auf diese Ansätze zurück, was sich in ihrer Ausrichtung auf kurvenorientiertes Arbeiten zeigt. Ein Durchbruch zur „visuellen“ und interaktiven Bearbeitung von Geometrie war die Einführung der nach ihrem Erfinder benannten Bézier-Technologie, welche die kompakte Darstellung von Kurven und Oberflächen mit mathematischen Mitteln zur schnellen Modifizierung verband. In der Kombination mit neu zur Verfügung stehenden Grafik-Workstations war somit ein Durchbruch zur „visuellen“ interaktiven Bearbeitung von Geometrie gelungen. In den 80er Jahren wurde eine mathematische Verallgemeinerung der Bézier-Technologie, die sog. NURBS2-Repräsentation, zum CAD-Standard, die eine Reihe ma-

4 CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau 5

thematischer Vorteile, etwa die implizite Verwaltung von Stetigkeitsbedingungen und die exakte Darstellung von Zylindern, Kreisen, Ellipsen oder Kinematikbahnen bot. Allerdings wurde diese Technologie von vielen Anwendern für die Erzeugung von ästhetischen Freiformflächen nie vollständig akzeptiert, da die Vielzahl der Kontrollpunkte damit nur mühsam geglättet oder gestrakt werden kann. Historische Entwicklung der CAD/CAM-Technologie, beispielhaft dargestellt 1975

Datenverwaltung / Graphische Datenverarbeitung 3D Abtastung

ab 1980

3D-Oberflächenkonstruktion in der Karosserieentwicklung (SYSTRID / STRIM) Mechanische Konstruktion (CD 2000) Werksplanung / Schemata / Elektrik (CABLOS) CAM für Modellbau (SYSTRID / STRIM – MEFISTO)

ab 1985

Beginn der Systemumstellung: CAD auf CATIA Strategieentscheidung: Reduzierung der Systemvielfalt, jedoch: Beibehalten konkurrierender Systeme Beginn CAM auf Arbeitsplatzrechnern (Workstations) Beginn CAD auf Arbeitsplatzrechnern

2000

überwiegend CATIA in Verbindung mit 4D-Navigator (Virtual Reality) Insellösungen wie z.B. Pro-E, ICEM-Surf u.ä. sind jedoch für ausgewählte Anwendungen parallel im Einsatz. Die Anforderungen, die an den Karosseriekonstrukteur in Form von Anforderungslisten, Richtlinien, Gesetzen, Normen, Kundenwünschen, Herstellertraditionen und neuesten technischen Erkenntnissen gestellt werden, sind derart umfangreich und vielschichtig, dass er sich im Anschluss an das Design bei seinen Arbeiten mittlerweile wissenschaftlich exakter Rechen- und Messmethoden auf allen Teilgebieten des Karosseriebaus bedienen muss.

2005

Eine Ablösung und Hinwendung zu CATIA V5 ist abzusehen. Die Vorteile sind in den parametrischen Möglichkeiten zu erkennen. Hier werden in der Zukunft schnellstmögliche Änderungen am Fahrzeug bzw. in der Werkzeugkonstruktion stattfinden. Nach einer Lernphase wird die anwenderfreundliche Ausgestaltung dieses CAD-Tools in den Konstruktionsprozess einfließen.

2 NURBS: Non-Uniform Rational B-Splines

6 A Allgemeine Grundlagen Zukunft Als Ausblick ist hervorzuheben, dass die virtuelle Konstruktion das Werkzeug der Zukunft ist. Einerseits ist es möglich Bauteile zu beurteilen obgleich diese in Hardware noch nicht vorliegen, andererseits ist eine qualitative Ausgestaltung schon im Vorfeld zu erreichen. Durch die bereits angewandten Navigationssysteme ist es bereits heute möglich, eine virtuelle Reise durch das Fahrzeug zu unternehmen. Die Technik wird in Zukunft sicherlich noch verfeinert und präzisiert. Es wäre jedoch ein Fehler zu glauben, dass das virtuelle Fahrzeug die Hardwareerprobung vollständig ersetzt. Eine drastische Reduzierung der Hardwarekomponenten ist aber die Auswirkung (und auch das Ziel) der virtuellen Konstruktion.

4.1 Was ist CATIA Um dem steigenden Wettbewerbsdruck gewachsen zu sein, ist es heute nötig, die Zeit von der „Geburt“ einer Idee bis zu deren Umsetzung immer kürzer werden zu lassen. Zu diesem Zweck stehen dem Konstrukteur prozessbeschleunigende Hilfsmittel, wie die sog. CAD/CAM-Systeme (CAD = Computer Aided Design, CAM = Computer Aided Manufacturing) zur Verfügung. Der Benutzer kann am CAD-System ein Vektormodell seiner Konstruktion schaffen (zwei- oder auch dreidimensional). Bietet das System noch CAM-Funktionalität, so kann er beispielsweise direkt aus dem Rechner Eingabedatensätze für bestimmte Werkzeugmaschinen erzeugen. Ein sehr weit verbreitetes CAD/ CAM-System dieser Art ist CATIA. CATIA ist eine modular aufgebaute CAD/ CAM-Software. Sie ist unterteilt in Produkte, aufgabenorientierte Konfigurationen und fachbereichsorientierte Lösungen: Mechanical, Shape Design and Styling, Manufacturing, Analysis and Simulation, Equipment and Systems Engineering sowie CATIA Application Architecture. CATIA umfasst über 100 Produkte, mit denen Unternehmen aller Größenordnungen kostengünstig von den erheblichen Vorteilen des Concurrent Engineering in Konstruktion, Simulation und Fertigung in einer teamorientierten Umgebung profitieren können. CATIA wurde 1978 vom französischen Flugzeughersteller Dassault Systems (z.B. Mirage-Flugzeuge) entwickelt. Der Name CATIA steht für Computer-Graphic Aided Three-Dimensional Interactive Application. Man war damals schon bemüht, mit Computern die komplexe Freiformflächenmodellierung im Flugzeugbau zu unterstützen. CATIA wurde für die Luft- und Raumfahrt entwickelt und ist deshalb ursprünglich flächenorientiert. Beim flächenorientierten Ansatz wird das Volumen eines Körpers über seine angrenzenden Flächen (Faces, kurz FAC) beschrieben. Diese müssen, wenn sie nicht planar sind, erst über ihre Oberflächen (Surfaces, kurz SUR) mathematisch definiert werden. Mittlerweile wird ein Hauptaugenmerk auf die Festkörpermodellierung gelegt. So wird inzwischen ein umfangreiches Modul zur Erstellung und Bearbeitung von Solids angeboten.

5 Richtlinien und Vorschriften 7

In CATIA werden i.d.R. rein dreidimensionale Modelle erzeugt. Die Stärken von CATIA liegen in der Modellierung von komplex verlaufenden Oberflächen, wie z.B. Flugzeugtragflächen. CATIA verfügt über eine interaktive, menügesteuerte Bedienoberfläche, die dem Benutzer den Umgang mit dem Programm erleichtert. Aus den Modellen können Werkstattzeichnungen generiert werden, d. h., es werden z. B. Ansichten und Schnitte erzeugt. Eine manuelle Nachbearbeitung, gerade im Hinblick auf Maße und Texte dieser Zeichnungen, ist allerdings notwendig. Die Modelle können auch für Kollisionsprüfungen und kinematische Untersuchungen verwendet werden. Mit der Einführung von CATIA V5 werden dem Anwender dank der parametrischen Auslegung ungeahnte Möglichkeiten geboten.

5 Richtlinien und Vorschriften (s. Abschn. 22.1 und 27.8) Sichtgesetze in der Fahrzeugkonstruktion In der Fahrzeugkonstruktion wird bezüglich Richtlinien und Vorschriften unterschieden: Richtlinien: Richtlinien sind Vorgaben, die firmenintern gültig sind und nach denen sich die Konstruktion richten muss. Vorschriften bzw. Gesetze: Vorschriften sind vom Gesetzgeber vorgeschriebene Normen, die für jeden Automobilhersteller absolut bindend sind und zur Erreichung der Homologation3 eines Fahrzeugs erfüllt werden müssen. Dabei sind die unterschiedlichsten weltweiten Länderspezifikationen ebenso zu berücksichtigen wie die Vorschriften des Herstellerlandes. Beispielhaft sei hier die Rundumsicht gezeigt. Nur die Sichtverdeckung durch die A-Säule ist gesetzlich vorgeschrieben (s. Abschn. 25.6) und damit für alle Hersteller bindend. Alle anderen Verdeckungen sind in Richtlinien definiert und sind somit von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. EG 78/317 Sichtstrahlen Fahrerseite: Y-Ebene von V1 ausgehend 7° nach vorn oben (Sichtbegrenzung SA nach oben) Y-Ebene von V2 ausgehend 1° nach vorn unten (max. zul. Lenkradhöhe in SA)

3 Homologation: Prüfung eines Komplettfahrzeugs auf Erfüllung der Gesetze für eine Musterzulassung

5 Richtlinien und Vorschriften 7

In CATIA werden i.d.R. rein dreidimensionale Modelle erzeugt. Die Stärken von CATIA liegen in der Modellierung von komplex verlaufenden Oberflächen, wie z.B. Flugzeugtragflächen. CATIA verfügt über eine interaktive, menügesteuerte Bedienoberfläche, die dem Benutzer den Umgang mit dem Programm erleichtert. Aus den Modellen können Werkstattzeichnungen generiert werden, d. h., es werden z. B. Ansichten und Schnitte erzeugt. Eine manuelle Nachbearbeitung, gerade im Hinblick auf Maße und Texte dieser Zeichnungen, ist allerdings notwendig. Die Modelle können auch für Kollisionsprüfungen und kinematische Untersuchungen verwendet werden. Mit der Einführung von CATIA V5 werden dem Anwender dank der parametrischen Auslegung ungeahnte Möglichkeiten geboten.

5 Richtlinien und Vorschriften (s. Abschn. 22.1 und 27.8) Sichtgesetze in der Fahrzeugkonstruktion In der Fahrzeugkonstruktion wird bezüglich Richtlinien und Vorschriften unterschieden: Richtlinien: Richtlinien sind Vorgaben, die firmenintern gültig sind und nach denen sich die Konstruktion richten muss. Vorschriften bzw. Gesetze: Vorschriften sind vom Gesetzgeber vorgeschriebene Normen, die für jeden Automobilhersteller absolut bindend sind und zur Erreichung der Homologation3 eines Fahrzeugs erfüllt werden müssen. Dabei sind die unterschiedlichsten weltweiten Länderspezifikationen ebenso zu berücksichtigen wie die Vorschriften des Herstellerlandes. Beispielhaft sei hier die Rundumsicht gezeigt. Nur die Sichtverdeckung durch die A-Säule ist gesetzlich vorgeschrieben (s. Abschn. 25.6) und damit für alle Hersteller bindend. Alle anderen Verdeckungen sind in Richtlinien definiert und sind somit von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. EG 78/317 Sichtstrahlen Fahrerseite: Y-Ebene von V1 ausgehend 7° nach vorn oben (Sichtbegrenzung SA nach oben) Y-Ebene von V2 ausgehend 1° nach vorn unten (max. zul. Lenkradhöhe in SA)

3 Homologation: Prüfung eines Komplettfahrzeugs auf Erfüllung der Gesetze für eine Musterzulassung

8 A Allgemeine Grundlagen

Gesetz nach Richtlinie

V1

Abb. 4 Sichtstrahlen in der Draufsicht. Gesetzliche Anforderungen zur A-Säulensichtverdeckung nach SAE

Ampe

lsicht

Gesetz nach Richtlinie

V1 R1 7° EG78/317 2.3

1° EG77/649 5.1

4° EG77/649 5.1

ben

en o

int ch h

a

ht n

Sic

Sicht na

ch hinten

unten

5° EG77/649 5.1

Abb. 5 Sichtstrahlen in der Seitenansicht

Y-Ebene von V2 ausgehend 5° nach vorn unten (max. zul. Schalttafelhöhe in SA) Z-Ebene von V1 ausgehend 17° nach vorn links (Sichtbegrenzung in DS nach links) Von V2 ausgehend in der SA 4° nach vorn unten und in der DS 45° nach vorn links Von V2 ausgehend in der SA 4° nach vorn unten und in der DS 45° nach vorn rechts Beifahrerseite: Y-Ebene von V2 ausgehend 5° nach vorn unten (max. zul. Schalttafelhöhe in SA)

6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung 9

Y-Ebene von V2 ausgehend 1° nach vorn unten (max. zul. Lenkradhöhe in SA) Y-Ebene von V1 ausgehend 7° nach vorn oben (Sichtbegrenzung SA nach oben) Z-Ebene von V1 ausgehend 17° nach vorn rechts (Sichtbegrenzung in DS nach rechts)

6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung Zielkatalog/Lastenheft In einem Lastenheft erfolgt die Beschreibung der Anforderungen aus Anwendersicht an ein Produkt/eine Leistung einschließlich aller Randbedingungen. Diese sollten quantifizierbar und prüfbar sein. Das Lastenheft wird von einem Auftraggeber oder in dessen Auftrag erstellt und dient als Ausschreibungs-/ Angebots- und/oder Vertragsgrundlage. Im Lastenheft wird definiert, was für eine Aufgabe zu lösen ist und wofür. Es enthält u.a.: • Strukturbeschreibung • Schnittstellenbeschreibung • Betriebs- und Umgebungsbedingungen • Anforderungen für Inbetriebnahme und Einsatz • Dokumentation • Inbetriebnahme • Probe- und Testbetrieb • Anforderungen an die Qualität/Zertifizierung • Anforderung an die Projektabwicklung • Projektorganisation • Projektdurchführung • Garantien • Wirtschaftliche Daten • Verwendung von rezyklierbaren Materialien • Recycling nach Nutzungsablauf.

Pflichtenheft (Produkt- bzw. Produktionsspezifikation) Auf der Basis des Lastenhefts wird das Pflichtenheft als Grundlage für die Produktentwicklung erarbeitet. Hier werden die betriebswirtsschaftlichen Randbedingungen festgelegt und beschrieben, wie und womit die Anforderungen zu realisieren sind (s. Abschn. 22.6).

6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung 9

Y-Ebene von V2 ausgehend 1° nach vorn unten (max. zul. Lenkradhöhe in SA) Y-Ebene von V1 ausgehend 7° nach vorn oben (Sichtbegrenzung SA nach oben) Z-Ebene von V1 ausgehend 17° nach vorn rechts (Sichtbegrenzung in DS nach rechts)

6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung Zielkatalog/Lastenheft In einem Lastenheft erfolgt die Beschreibung der Anforderungen aus Anwendersicht an ein Produkt/eine Leistung einschließlich aller Randbedingungen. Diese sollten quantifizierbar und prüfbar sein. Das Lastenheft wird von einem Auftraggeber oder in dessen Auftrag erstellt und dient als Ausschreibungs-/ Angebots- und/oder Vertragsgrundlage. Im Lastenheft wird definiert, was für eine Aufgabe zu lösen ist und wofür. Es enthält u.a.: • Strukturbeschreibung • Schnittstellenbeschreibung • Betriebs- und Umgebungsbedingungen • Anforderungen für Inbetriebnahme und Einsatz • Dokumentation • Inbetriebnahme • Probe- und Testbetrieb • Anforderungen an die Qualität/Zertifizierung • Anforderung an die Projektabwicklung • Projektorganisation • Projektdurchführung • Garantien • Wirtschaftliche Daten • Verwendung von rezyklierbaren Materialien • Recycling nach Nutzungsablauf.

Pflichtenheft (Produkt- bzw. Produktionsspezifikation) Auf der Basis des Lastenhefts wird das Pflichtenheft als Grundlage für die Produktentwicklung erarbeitet. Hier werden die betriebswirtsschaftlichen Randbedingungen festgelegt und beschrieben, wie und womit die Anforderungen zu realisieren sind (s. Abschn. 22.6).

10 A Allgemeine Grundlagen

7 Ergonomie Ergonomie Die Ergonomie ist ein Teil der Arbeitswissenschaften und beschäftigt sich vornehmlich mit der Anpassung der Technik an den Menschen zur Erleichterung der Arbeit. Für den Fahrzeugbau sind die Bereiche Arbeitsplatzgestaltung, Produktgestaltung und Mensch-Maschine-Schnittstelle von besonderer Bedeutung. In der Automobilindustrie nimmt die Ergonomie wegen dem damit verbundenen Komfortgewinn und der Differenzierungsmöglichkeit der Marken eine immer stärkere Rolle ein. In der Konzeptentwicklung werden ausgehend von Markt- und Kundenanalysen die Eckpunkte des Fahrzeugkonzeptes aus ergonomischer Sicht festgelegt und in den Zielkatalog eingearbeitet. Die Auslegung und Überprüfung der Packagekonzepte erfolgt mit virtuellen Methoden (Rechner-MenschModelle) und mit Versuchspersonen an Versuchsaufbauten. In dieser Phase werden auch erste Bedienkonzepte erstellt. Meist werden sowohl das Package- als auch das Bedienkonzept in mehreren Varianten ausgeführt. Diese Konzeptvarianten werden in der Regel in sog. Sitzkisten dargestellt. So können z.B. verschiedene Packagevarianten durch Variation der Sitzkiste eingestellt und beurteilt werden. Die Bedienkonzepte werden durch den Austausch von Bauteilen, wie z.B. der Mittelkonsole, und durch verschiedene Overlays realisiert. In der Designphase wird die Umsetzung der Fahrzeugziele in den verschiedenen Designentwürfen sichergestellt. Die Designmodelle zeigen alle wesentlichen Details des Interieurs und des Exterieurs in unterschiedlichen Entwürfen. Die aus Sicht der Ergonomie maßgeblichen Punkte: Sitzposition des Fahrers und der Beifahrer, Anordnung der primären Bedienelemente wie Lenkrad, Schalthebel und Pedalerie, Plazierung der weiteren Komponenten wie Radio, Klimaanlage und Navigation und schließlich die Ablagen, wie Handschuhfach und Türtaschen sind in den Designentwürfen dargestellt. Parallel zu der Designentwicklung wird das Bedienkonzept detailliert ausgeführt und gegebenenfalls eine Rechnersimulation angefertigt. So können komplexe Bedienabläufe, wie z.B. das Eintragen einer Adresse in das Navigationssystem mit Versuchspersonen am Rechner und in fahrbaren Versuchsträgern überprüft werden. In mehreren Präsentationen vor dem Vorstand werden die Designentwürfe gezeigt und letztlich auf ein Modell entschieden. In der Umsetzungsphase werden die Konzepte im Detail ausgearbeitet. An einer Vielzahl von Einzellösungen müssen die Ziele umgesetzt werden. In regelmäßigen Besprechungen aller beteiligten Fachabteilungen werden die Zielkonflikte behandelt und entschieden. In dieser Phase stehen Prototypen unterschiedlicher Güte zur Verfügung und die Ergebnisse des Fahrversuchs werden in die Lösungen eingearbeitet. Diese Aktivitäten erstrecken sich bis zum Serienanlauf. Die Erkenntnisse aus der Serienfertigung und den Kundenbe-

7 Ergonomie 11

fragungen gehen in die Überlegungen zu Weiterentwicklungen und in den Zielkatalog für das Nachfolgerfahrzeug ein.

7.1 Akzeleration Die Akzeleration beschreibt den, über längere Zeiträume zu beobachtenden, durchschnittlichen Zuwachs der Körpergröße des Menschen, der bei der Konstruktion eines Autos zu beachten ist. Dieser Zuwachs wird in regelmäßig stattfindenden Erhebungen festgestellt und fließt in die anthropometrischen Modelle, die in der Fahrzeugkonstruktion verwendet werden, ein. Dabei ist auch zu beachten, wo sich dieser Längenzuwachs hauptsächlich niederschlägt. So kann sich die Arm-, Rumpfoder Beinlänge unterschiedlich entwickelt haben. Dies ist von Bedeutung für die Lage der verschiedenen Fixpunkte im Auto, wie am Beispiel des R-PunktAbstandes in Abb. 6 verdeutlicht werden soll: Definition: H-Punkt: Hüftpunkt der jeweiligen Sitzperson R-Punkt: = SRP (Seat Reference Point) gesetzlich definierter Punkt, von dem alle gesetzlichen Bestimmungen abgeleitet werden

H-Punkt Akz. SRP vorne

L 34

–254

H-Punkt Akz.

SRP hinten

mm

L

51

54

mm

–2

Akz. h. Akz. v.

L 50 L 50 Akz.

Abb. 6 Verlängerung des R-Punkt-Abstandes durch Akzeleration

Die in den Abb. 6 und 7 dargestellten Erläuterungen haben in der Fahrzeugentwicklung die Konsequenz, dass bei allen auf Personen bezogenen Konstruktionen die Akzeleration berücksichtigt werden muss, z.B.: Kopffreiheiten (seitl./oben) und damit Fahrzeug Höhe/Breite, usw.

12 A Allgemeine Grundlagen

Erläuterungen zu Abb. 7 Laut Gaus’scher Verteilung lag das Maximum der Körperhöhe beim weiblichen Bevölkerungsanteil 1995 bei 1636 mm. Im Jahr 2000 dagegen schon bei 1642 mm. Das entspricht einem Längenzuwachs beim weiblichen 50%-Perzentil von 6 mm (statistisch).

1,0

Jahre 1995 Jahre 2000

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1% 1% 1995 2000

50% 50% 1995 2000 Anteile in %

99% 99% 1995 2000

Weiblich 1%

3%

5%

50%

95%

98%

99%

Jahre 1995 1489 mm 1512 mm 1532 mm 1636 mm 1739 mm 1759 mm 1782 mm Jahre 2000 1495 mm 1516 mm 1538 mm 1642 mm 1745 mm 1765 mm 1788 mm Männlich 1%

3%

5%

50%

95%

98%

99%

Jahre 1995 1593 mm 1619 mm 1642 mm 1760 mm 1878 mm 1900 mm 1927 mm Jahre 2000 1601 mm 1628 mm 1650 mm 1769 mm 1888 mm 1910 mm 1937 mm

Abb. 7 Bevölkerungsnormalverteilung und ihre Änderung über der Zeit (Quelle: ICEM-Technologies GmbH)

7 Ergonomie 13

7.2 RAMSIS Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches System zur Insassen-Simulation RAMSIS ist ein Computerprogramm zur Überprüfung des Zusammenspiels der körperlichen Eigenschaften und Gegebenheiten in einem Fahrzeug. Dabei ist RAMSIS in zwei generelle Anwendungsschwerpunkte zu untergliedern: Zum einen dient es dem Package, welches dem einer Vorentwicklungsabteilung im Automobilbau gleichzusetzen ist und in der die Gesamtfahrzeugmaße vordefiniert werden. Man baut hierbei, umgangsprachlich wiedergegeben, ein Auto um den Menschen herum. Als weiteres wird RAMSIS zur Überprüfung von Fahrzeuggeometrien herangezogen, um Schritt für Schritt bei der Entwicklung die Maße des neuen Automobils mit der „Anforderungsliste“ zu vergleichen. Mit dem Ramsismodell können alle theoretisch denkbaren Perzentile dargestellt werden. Insbesondere sind die sog. Grenztypologien von besonderer Bedeutung, z.B. 5 Perzentil Sitzzwerg 5 Perzentil Sitzriese

Abb. 8 Perspektive RAMSIS

14 A Allgemeine Grundlagen

99 Perzentil Sitzzwerg 99 Perzentil Sitzriese Sitzriese = extrem großer Oberkörper und damit kurze Beine im Verhältnis zur Stammlänge Sitzzwerg = extrem kleiner Oberkörper und damit lange Beine im Verhältnis zur Stammlänge Erläuterungen der unterschiedlichen Perzentile s. Abschn. 22.4. 7.2.1 Ramsisanwendung Der Vorgang lässt sich in folgenden Schritten darstellen: Bauteil einladen Zu Beginn der Arbeit werden die zu untersuchenden Daten in das Programm CATIA eingespielt. Hierbei ist zu beachten, dass nur die Modelle, die entweder zur Untersuchung oder aus Übersichtlichkeitsaspekten nötig sind, „eingeladen“ werden, da sonst mit dem Aufbau aus Gründen des begrenzten Arbeitsspeichers sehr schwierig umzugehen ist. Auswahl des Mannequins RAMSIS stellt folgende Haltungsvarianten zur Auswahl: • Stehhaltungsmodell • Sitzhaltungsmodell (PKW, Motorrad, LKW, Beifahrer, Fahrer) Eines der Stärken von dem Programm ist die Personentypologie. Es unterscheidet zwischen 45 verschiedenen Körperbautypen von Männern, Frauen und Kindern sowie verschiedene Nationalitäten. Durch Definition von Randbedingungen, z.B. des Koordinatensystems, wird das Mannequin in der Umgebung plaziert. Setzen von Restriktionen – Haltungsberechnung Um nun überhaupt das Menschenmodell in der Umgebung positionieren zu können, stehen in einem CAD-Tool zahlreiche Restriktionsmöglichkeiten zur Verfügung. Restriktionen sind hierbei Aufgaben, die RAMSIS erfüllen muss. Ziele: Mit RAMSIS ist es möglich, Zielbedingungen zu definieren, welche aus einem Körperteil und einem Umgebungsobjekt bestehen. Ein Beispiel hierfür wäre die Anweisung: Bringe die Füße auf den Fahrzeugboden! Hier werden vier Ziele vorgegeben: • rechten Ballen auf dem Fahrzeugboden • linken Ballen auf dem Fahrzeugboden • rechten Hacken auf dem Fahrzeugboden und • linken Hacken auf einem auf dem Fahrzeugboden liegenden Punkt.

8 Styling und Design 15

Nun errechnet RAMSIS die für ihn bequemste Lage auf der Ebene. Gelenk: Über diese Option lassen sich einzelne Gelenke von dem Mannequin „einfrieren“ wobei die Beweglichkeit des jeweiligen Gelenkes abgeschaltet wird. Greifarten: In RAMSIS ist es möglich, verschiedene Greifarten auszuwählen und somit die Handhabung zu bestimmen. Becken: Das Becken ist das zentrale Körperelement zur Positionierung von RAMSIS. Über die Restriktion des Beckens lassen sich Freiheitsgrade wie Translation und Rotation des Mannequins festlegen. Orientierter Abstand: Bei Haltungsbestimmungen kann es erforderlich sein, den Aufenthaltsbereich des Mannequins durch die Angabe von Abständen von Körperteilen zu Umgebungsobjekten zu begrenzen. Ein Beispiel hierfür wäre die Abstandsvorgabe der Beine des Dummys in Abhängigkeit zur Instrumententafel. Sind diese Restriktionen definiert, kann mit Hilfe von RAMSIS die wahrscheinlichste Haltung berechnet werden. Analyse und Bewertung Die eigentliche Arbeit bei einer RAMSIS-Untersuchung besteht nun darin, die verschiedenen Menschenmodelle mit ihren unterschiedlichen Restriktionen und Modellen zu analysieren und untereinander zu bewerten. Weiterhin ist bei der Berechnung ein Test auf Selbstdurchdringung und Kollision möglich.

8 Styling und Design Definitionen: Design: Begriff aus dem Englischen. Der Designer ist der Konstrukteur. Ein Designentwurf ist eine grafische Darstellung, die den technischen Inhalt widerspiegelt. Styling: Das Wort kommt auch aus dem Englischen und bedeutet soviel wie Formgebung, Karosseriegestaltung. Die technischen Inhalte werden dabei vernachlässigt.

Design In der Designabteilung entstehen die ersten Vorstudien und skizzenhaften Darstellungen des zukünftigen Fahrzeuges. Nach der Vorstandsentscheidung für das neue Produkt, erfolgen weitere detailliertere Skizzen und Strakentwürfe. In Abstimmung mit den Abteilungen bezüglich Package und gesetzlicher Vorschriften erstellt das Design nun den vorläufigen Außenhautplan und ein 1:4 Vormodell. Der speziell für den Modellbau entwickelte Ton, der

8 Styling und Design 15

Nun errechnet RAMSIS die für ihn bequemste Lage auf der Ebene. Gelenk: Über diese Option lassen sich einzelne Gelenke von dem Mannequin „einfrieren“ wobei die Beweglichkeit des jeweiligen Gelenkes abgeschaltet wird. Greifarten: In RAMSIS ist es möglich, verschiedene Greifarten auszuwählen und somit die Handhabung zu bestimmen. Becken: Das Becken ist das zentrale Körperelement zur Positionierung von RAMSIS. Über die Restriktion des Beckens lassen sich Freiheitsgrade wie Translation und Rotation des Mannequins festlegen. Orientierter Abstand: Bei Haltungsbestimmungen kann es erforderlich sein, den Aufenthaltsbereich des Mannequins durch die Angabe von Abständen von Körperteilen zu Umgebungsobjekten zu begrenzen. Ein Beispiel hierfür wäre die Abstandsvorgabe der Beine des Dummys in Abhängigkeit zur Instrumententafel. Sind diese Restriktionen definiert, kann mit Hilfe von RAMSIS die wahrscheinlichste Haltung berechnet werden. Analyse und Bewertung Die eigentliche Arbeit bei einer RAMSIS-Untersuchung besteht nun darin, die verschiedenen Menschenmodelle mit ihren unterschiedlichen Restriktionen und Modellen zu analysieren und untereinander zu bewerten. Weiterhin ist bei der Berechnung ein Test auf Selbstdurchdringung und Kollision möglich.

8 Styling und Design Definitionen: Design: Begriff aus dem Englischen. Der Designer ist der Konstrukteur. Ein Designentwurf ist eine grafische Darstellung, die den technischen Inhalt widerspiegelt. Styling: Das Wort kommt auch aus dem Englischen und bedeutet soviel wie Formgebung, Karosseriegestaltung. Die technischen Inhalte werden dabei vernachlässigt.

Design In der Designabteilung entstehen die ersten Vorstudien und skizzenhaften Darstellungen des zukünftigen Fahrzeuges. Nach der Vorstandsentscheidung für das neue Produkt, erfolgen weitere detailliertere Skizzen und Strakentwürfe. In Abstimmung mit den Abteilungen bezüglich Package und gesetzlicher Vorschriften erstellt das Design nun den vorläufigen Außenhautplan und ein 1:4 Vormodell. Der speziell für den Modellbau entwickelte Ton, der

16 A Allgemeine Grundlagen

Abb. 9 Highlights auf einer krümmungs- und tangentenstetigen Fläche (links), sowie einer Fläche, die eine Unstetigkeit aufweist (rechts)

sog. Clay, zeichnet sich durch seine optimale Bearbeitbarkeit aus. Er ermöglicht den Modellbauern das Auftragen und Abschaben von Clay, um eventuell nötige Formänderungen anzufertigen. Das Clay-Modell beklebt man mit lackierfähiger Folie, um die Reflexionslinien und Formgebung besser beurteilen zu können. Nachdem das Modell mit allen Fachabteilungen abgestimmt wurde, besonders mit der Karosseriekonstruktion, tastet man es ab. Das inzwischen lackierte Modell wird mit einer 3-dimensionalen Koordinaten-Messmaschine abgetastet. Die gewonnenen Daten erhält die Konstruktion um konstruktive Untersuchungen durchzuführen. Mit den Daten des Modells wird in der Karosseriekonstruktion ein erster Strak erstellt. Dieser wird im Maßstab 1:1 orthogonal dargestellt und als Grundlage für das folgende 1:1-Modell verwendet. Das 1:1-Modell baut man aus gefrästen Teilflächen auf einem Gitterrahmen ähnlichem Grundgestell auf. Auf die gefrästen Flächen trägt man eine Schicht Clay auf um den Feinstrak herauszuarbeiten. Am fertig mit Folie versehenen und lackierten Clay-Modell lässt sich erst richtig das Aussehen beurteilen. Eine andere Möglichkeit das Aussehen zu beurteilen, ist die virtuelle Ausleuchtung und Auswertung der sog. Highlights (Abb. 9). Nach genauer Beurteilung der Form- und Reflexverläufe tastet man das 1:1-Modell ab, um der Karosseriekonstruktion verbesserte Daten zur Außenhautgenerierung zu liefern.4

4 Quelle: ICEM-Technologie GmbH

8 Styling und Design 17

8.1 Modellbezeichnungen Aeromodell Ein Aeromodell ist ein feststoffliches, im Maßstab 1:1 oder 1:2,5 gefertigtes Modell. Die Außenhaut (Kleid) ist eine Kopie des Proportions-, Picture- oder Feasebilitymodells und mit Hilfe der NC-Technik hergestellt. Die 1:1 Außenhaut wird über einen Messträger „gestülpt“ der mit einem Fahrwerk, einer kompletten Bodengruppe und einem Motorraum ausgestattet ist. Feasebilitymodell ( feasebility = Durchführbarkeit ) Ein Feasebilitymodell ist ein weichstoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur maßlich exakten Darstellung des Designthemas, zeitlich nach dem Picturemodell (= Designmodell). Alle Highlights (= spiegelnde Linien auf Flächen) laufen. Dieses Modell dient als Basis für die Serienkonstruktion, es besitzt kein durchsichtiges Greenhouse (= Bereich oberhalb der Fahrzeugbrüstung). Flächenmodell Das Flächenmodell in einem CAS- oder CAD-System beschreibt ein Objekt durch eine mathematische Beschreibung im Raum (virtuelle Darstellung). Gesamtmodell ( früher Sitzkiste) Ein Gesamtmodell ist ein „begehbares“, feststoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur Darstellung des gesamten Interieurs und der gleichzeitigen Vermittlung des realen Innenraumempfindens/-eindrucks des zukünftigen Fahrzeugs. Dazu wird in eine aktuelle Außenhautschale (Laminat) des entsprechenden Fahrzeugprojektes das ausgewählte Interieur einschließlich aller Sitze eingebaut. Alle Details (Schalter, Blenden, Verkleidungen, Bezüge, Armaturen, etc.) sind so ausgearbeitet, dass sie echt wirken und den zukünftigen Einbauzustand darstellen. Wichtige, jeweils innovative Ausstattungsteile (Radioblende, Becherhalter) sind als Funktionsteile ausgelegt. Der Begutachter des Gesamtmodells hat den Eindruck, in einem echten Auto zu sitzen. Bewertet werden können: Einstiegs-, alle Sicht- und Raumverhältnisse, Ergonomie. Picturemodell (= Designmodell) Ein Picturemodell für Exterieur und/oder Interieur ist ein weichstoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur gestalthaften, bildlichen Darstellung des Designthemas (alle wesentlichen Details ausgearbeitet; beim Exterieur in der Endphase ein durchsichtiges Greenhouse). Das Picturemodell ist Basis der Vorstandsauswahl/-entscheidung für das zu konstruierende und später zu fertigende Fahrzeug.

18 A Allgemeine Grundlagen

Proportionsmodell Ein Proportionsmodell ist ein weichstoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur gestalthaften Darstellung der Architektur des Designthemas (Schwerpunkt auf Radstand, Spur, Höhe, Breite und Länge). Referenzmodell Ein Referenzmodell ist ein modular aufgebautes, feststoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell, dessen linke Seite von Hand gefinisht und dessen rechte Seite mit Hilfe der NC-Technik hergestellt ist. Die linke Seite des Referenzmodells ist die gestalthafte Ableitung des CAD-Modells in Konstruktionsgenauigkeit (± 0.15mm, Differenz zwischen CAD-Flächenmodell und der rechten Hälfte des Referenzmodells). Bei Freigabe wird das CAD-Modell der Außenhaut, welches der rechten Hälfte des Referenzmodells entspricht, zur Referenz für alle folgenden Prozesse erklärt. Sketchmodell Ein Sketchmodell ist ein weichstoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur gestalthaften Darstellung des Designthemas (Schwerpunkt auf Gesamtdesign, in der frühen Phase der Formfindung, ohne jedes Detail voll auszuarbeiten). Es durchläuft schnell mehrere Formfindungsschleifen und ist zeitlich vor dem Picturemodell angeordnet. Spantenmodell Ein Spantenmodell ist ein feststoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Es dient zur sehr schnellen Raumbeurteilung in der frühen Phase. Ein „Käfig“ aus 5mm Rohrspanten im Abstand von 100mm umhüllt das Interieur. Teilmodell/Funktionsmodell/Arbeitsmodell Ein Teilmodell ist ein fest- oder weichstoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell. Das Teilmodell stellt eine alternative Form dar z.B. abgeflachte Hutze wegen Alu-Technik oder flacherer Strakverlauf im Seitenbereich wegen möglicher Machbarkeitsprobleme. Die Basis ist das Picture- oder Feasebilitymodell. Kritische Bereiche z.B. Ende der Stoßleiste im Radlauf, Seitenrahmen mit Flanschen und Anschlussflächen oder A-Säulenfuß und benachbarter Brüstungsbereich werden als Teilkopien vom Urmodell bzw. Cubing zur Begutachtung dem Design bereitgestellt. Urmodell Ein Urmodell ist ein modular aufgebautes, feststoffliches, im Maßstab 1:1 gefertigtes Modell, das vollständig fertigungstechnisch abgestimmt ist. Dargestellt wird die Außenhaut mit den Strukturteilen.

8 Styling und Design 19

8.2 Verschiedene Karosserieformen Ein ungefährer Sprachgebrauch bildete sich heraus, als die Autos nach der Jahrhundertwende nicht mehr wie Kutschen aussahen. Wenn das Auto nur aus dem Chassis mit Doppelsitz und abnehmbarem Dienersitz bestand, galt es als Rennwagen. Für einen vollwertigen Rücksitz auf dem kurzen Radstand machte sich das Tonneau mit Heckeinstieg beliebt. Phaeton hieß der offene Tourenwagen, wegen der zweiten Bank ursprünglich Doppel-Phaeton. Ein festes Dach mit offenen Seiten machte den Wagen zur Halblimousine, die Limousine hatte einen geschlossenen Fond. Wenn er nur Raum für eine Sitzbank bot, wurde die Limousine als Coupé bezeichnet. Der Landauer, vormals ein pferdebespannter Reisewagentyp, französisch das Landaulet; hatte ein Klappverdeck über dem Fond, sieben Varianten zählt die Zeitschrift „Der Motorwagen“ anno 1906 auf. Standardbauweise für Taxis war bis in die dreißiger Jahre die Landaulet-Limousine, bei der das feste Dach über die FondTüren hinweg bis vor den Rücksitz reichte. 1910 konzentrierte sich der Sprachgebrauch schon merklich auf Standardformen: Sport-Zweisitzer, Phaeton als bequemer Tourenwagen oder windschnittig als Torpedo, kleine Limousine (Coupé), Limousine. Noch 1930 wurde die geschlossene Karosserie für Selbstfahrer als Innenlenklimousine bezeichnet, kurz Innenlenker, bald einfach Limousine. Zum Phaeton lehrte das Fahrschulbuch um 1930 noch salomonisch die Aussprache „Fa-eton oder Fäton“, doch eine neue Unterscheidung kam schon in den zwanziger Jahren auf. Das Phaeton wurde als offener Tourenwagen bezeichnet, es bekam Steck-Seitenscheiben aus Cellon. Das Cabriolet mit gefüttertem Verdeck und Kurbelfenster bot den Komfort einer Limousine. Die Cabriolimousine mit festem Dachrahmen erleichterte das Handhaben des Verdecks. Der Trend zur Limousine nahm zu, mit Rolldach wurde sie als Sonnendachlimousine bezeichnet. Aus dem Selbstfahrer-Coupé ging das Coupé in heutiger Bedeutung hervor. Die große Pullman-Limousine mit Trennscheibe verdankt ihren Namen dem Maßstab, den George Pullman für amerikanische Eisenbahn-Salonwagen setzte, auch Pullman-Cabriolets waren salonfähig. Damit es nicht zu einfach ist: Die Cabrioletlimousine, aus dem Landaulet entstanden, wurde in den zwanziger Jahren auch als Cabriolet definiert (in Deutschland meist Kabriolett geschrieben), das Cabriolet ohne Dachrahmen sollte als offener Tourenwagen mit Allwetterkarosserie eingestuft werden. Für die Amerikaner ist die viertürige Limousine ein Sedan, der Zweitürer ein Coach (von Kutsche), Brougham kennzeichnet seit der Kutschenzeit einen besonders eleganten Zweitürer. Die Briten haben den Viertürer als Saloon auf den Lippen, Salonwagen und als Limousine wird in England der große Chauffeurwagen bezeichnet. In Italien ist die Limousine eine Berlina, in Frankreich eine Berline. In den letzten Jahrzehnten wurde die Limousine einfach zum Zweitürer oder Viertürer.

20 A Allgemeine Grundlagen

Der Kombinationskraftwagen hat sich in den Kombi verwandelt (in England Estate, in den USA Station Wagon). Als Bezeichnungsfall für sich ist das falsche, das heißt scheinbare Cabriolet zu betrachten. Zur Kategorie wurde es als Hardtop Coupé aus den USA, dort auch Sport Sedan genannt, in der Schweiz französisch Faux-Cabriolet. Womit wir zum Finale beim Sportwagen angekommen sind. Er taucht als Sport-Zweisitzer in der Geschichte auf und wurde zum Roadster (genau sports roadster neben dem sports racing car), nämlich zum Zweisitzer fürs grundsätzliche Offenfahren. Dazu gehört nach strenger Lehre, dass Verdeck und Aufsteckfenster im Gepäckraum verstaut werden, und beim Klassiker ist die Frontscheibe herunterklappbar. Der Mercedes 300 SL Roadster war demnach keiner, Porsche erfand einfach das Wort Speedster. Der Spider, als spinnendünnes Vehikel hinter schnellen Trabern vorstellbar, ist im alten italienischen Wörterbuch nicht zu finden, weil englisch.5 Abb. 10 Dies ist ein neuer Typ: ein Cabriocoupé. Quelle: http://www.mercedes-benz.com/

5 Quelle: mot. spezial 94 SH 08/94001

9 Karosserieplan und Garagenzeichnung 21

9 Karosserieplan und Garagenzeichnung

103–107°

80° ± 5

1884

60°

1674

2095

Abb. 11 Karosserieplan

17°

129 117

14°

Abb. 12 Garagenzeichnung

22 A Allgemeine Grundlagen

10 Beschreibung eines Package (s. auch Abschn. 22.6) Das Package managt und harmonisiert die Anforderungen an die Bauräume6, die Ergonomie und die Gesamteigenschaften eines Fahrzeugs im Zusammenwirken mit allen beteiligten Fachstellen und begleitet dazu das Fahrzeug von der Idee bis zum Serienauslauf. Dabei ist die Verwaltung der Gesamtfahrzeuggeometriedaten und die Sicherstellung deren Aktualität in jeder Entwicklungsphase ebenfalls Aufgabe des Package. Diese Entwicklungsphasen gliedern sich, wie im Folgenden gezeigt.

Abb. 13 Seitenansicht

Abb. 14 Vorder- und Rückansicht Draufsicht

11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen Die nachstehenden Entwicklungsphasen beschreiben nur exemplarisch den Ablauf einer Fahrzeugentwicklung, da es von Hersteller zu Hersteller Unterschiede in den einzelnen Entwicklungsschritten gibt.

6 Bauräume sind zusammengefasste Themenkomplexe wie z.B. Motorraum, Innenraum, Unterflur, Kofferraum.

22 A Allgemeine Grundlagen

10 Beschreibung eines Package (s. auch Abschn. 22.6) Das Package managt und harmonisiert die Anforderungen an die Bauräume6, die Ergonomie und die Gesamteigenschaften eines Fahrzeugs im Zusammenwirken mit allen beteiligten Fachstellen und begleitet dazu das Fahrzeug von der Idee bis zum Serienauslauf. Dabei ist die Verwaltung der Gesamtfahrzeuggeometriedaten und die Sicherstellung deren Aktualität in jeder Entwicklungsphase ebenfalls Aufgabe des Package. Diese Entwicklungsphasen gliedern sich, wie im Folgenden gezeigt.

Abb. 13 Seitenansicht

Abb. 14 Vorder- und Rückansicht Draufsicht

11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen Die nachstehenden Entwicklungsphasen beschreiben nur exemplarisch den Ablauf einer Fahrzeugentwicklung, da es von Hersteller zu Hersteller Unterschiede in den einzelnen Entwicklungsschritten gibt.

6 Bauräume sind zusammengefasste Themenkomplexe wie z.B. Motorraum, Innenraum, Unterflur, Kofferraum.

11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen 23

11.1 Frühphase Zu Beginn der Frühphase werden die strategischen Ziele und Anforderungen definiert. Der Leitgedanke ist hier die Erarbeitung einer ersten Zielversion für das Produkt, Ableitung des Vorleistungsbedarfs und die Formulierung erfolgsversprechender Konzeptaufträge. Die 1. Zielversion wird im Team erarbeitet. Sie kennzeichnet den Produktlösungsraum und definiert Zielgruppen, die das Fahrzeug später kaufen sollen. Ebenfalls werden Produkt-, Preis und Volumenpositionen festgelegt und alternative Konzeptaufträge, die unterschiedliche Positionierungen oder Vorgaben hinsichtlich möglicher Konfigurationen enthalten, formuliert. Außerdem wird ein Rahmenterminplan für das Fahrzeugprojekt festgelegt. Bereits im Strategieprozess verankert ist auch die Innovationssteuerung, die das Know-how im Aufbau koordiniert. Die Automobilhersteller definieren Innovation als „kundenwertige Neuheiten mit Markterfolg.“ Innovationspotenziale auf Komponenten-/System- und Fahrzeugkonzeptebene werden fortlaufend bewertet, konzeptionell beurteilt, auf Umsetzungschancen im Konzernproduktprogramm ausgerichtet und qualifiziert. Ziel ist es zu Beginn der Serienentwicklung auf eine hinreichende Anzahl von gereiften Innovationen zurückgreifen zu können. Mit diesen Innovationen solle für den Kunden der Wert und die Exklusivität der Produkte gesteigert werden. Nachfolgend wird das Produkt-, Produktions-, Markt- und Einkaufskonzept für die Produkfamilie gesamthaft entwickelt, wirtschaftlich bewertet und für die einzelnen Fahrzeugprojekte detailliert. Da das Äußere einer Karosserie primär das Auge der Kunden auf ein Fahrzeug zieht, Emotionen weckt und letztendlich über den Kauf entscheidet, wird eine Designtrendbestimmung auf Basis der ersten CAD-Modelle durchgeführt. Diese 3D-Darstellung kann man dann an einer Workstation aus allen Blickwinkeln betrachten und erste subjektive Eindrücke vom Konzeptentwurf erhalten. Die Herausforderung liegt darin, möglichst ideale Proportionen nicht nur anzustreben, sondern auch innerhalb der technischen, finanziellen und dimensionellen Vorgaben umzusetzen. Die Serienvorarbeit kennzeichnet den Abschnitt in dem das ausgewählte Fahrzeugkonzept für die Serienentwicklung abgestimmt, die Ziele mit den Fachbereichen vereinbart und die Projektorganisation für die Serienentwicklung aufgebaut wird. Zuerst muss das ausgewählte Gesamtfahrzeugkonzept detailliert werden, um Zielkonflikte ausräumen zu können und sichergestellt werden, dass Betriebswirtschaft und Innovationsanspruch beherrschbar bleiben. Nun kommt es zu einer Abstimmung und Vereinbarung des ausgewählten Konzepts zwischen Auftraggeber (Gesamtvorstand), Fahrzeugprojekt und den Fachbereichen durch Festschreibung von Zielen und den konkreten Lösungen für die Produkt-/Produktiosrealisierung.

24 A Allgemeine Grundlagen

Diese Phase wird durch eine formale Unterzeichnung der Zielvereinbarung abgeschlossen. Bei einer positiven Verabschiedung der Zielvereinbarung wird das Fahrzeugprojekt zur Serienentwicklung beauftragt. Man spricht hier vom „Point of no return“.

11.2 Serienentwicklung In der Serienentwicklung werden die Konzepte der „Frühen Phase“ ausgestaltet und der Serienanlauf in den Werken vorbereitet. Hierbei haben die Fachstellen der Entwicklung die Verantwortung für die Gleichteile- und Eigenleistungsstrategie sowie für die Fahrzeug- und Komponentenentwicklung. Die Abstimmphase startet mit dem Projektauftrag nach der Vereinbarung der Produkt- und Projektziele. Zu diesem Zeitpunkt liegen ein Fahrzeugkonzept (mit technischem Mengengerüst), ein Grenzpunkteplan (ohne konzeptgefährdende Kollisionen) und ein Design vor. Zu den Hauptaktivitäten in dieser Phase gehören die Absicherung der geometrischen, funktionalen und produktionstechnischen Fahrzeugintegration und die Detaillierung sowie die Abstimmung des Package auf Basis des Grenzpunkteplans. Dieser enthält die fixen Punkte der Technik und die erforderlichen Freigängigkeiten. Beides zusammen ergibt einen Grenzpunkt, der vom Design nicht unterschritten werden darf. Dieser Plan legt also fest, in welchem Bereich sich das Design bewegen darf. Deshalb kommt es hier auch noch zu einer Feinabstimmung des ausgewählten Designs (Abschluss: Design-Freeze). Die Entwicklungsphase endet mit der Konzeptbestätigung des Gesamtfahrzeugs auf Basis von Berechnungsmodellen, Simulationen und bedarfsorientierter Hardware. Die folgenden Entwicklungsschritte werden in zwei Abschnitte unterteilt. Der 1. Abschnitt beschäftigt sich mit dem Aufbau des Funktionscubings und der Erstellung des Püfcubings. Außerdem ist man hier um die Absicherung von Produkt und Produktionsprozess durch Simulation (virtuelle Baugruppen) und um den Aufbau und der Erprobung von Hardware bemüht (Versuchsfahrzeugbau). Die Fachbereiche kommen zu Konstruktionsabschlüssen und zur Freigabenerstellung. Zur Funktionsbestätigung werden Prototypenteile aus seriennahen Werkzeugen bereitgestellt. Des Weiteren können Komponenten- und Systemfunktionen im Fahrzeug bestätigt werden und mit Hilfe der Prozesssimulation ebenso die Herstellbarkeit. Der 1. Abschnitt endet mit der Funktionsbestätigung. Im 2. Abschnitt werden die Prototypen aufgebaut und erprobt. Außerdem wird das Gesamtfahrzeug dauererprobt. Nun beginnt man mit der Herstellung der Serienwerkzeuge für Haus- und Kaufteile und schließlich mit der Installation der Fertigungsanlage. Die Freigabeerteilung für die Serie erfolgt durch die Fachabteilungen der Entwicklung. Dieser Abschnitt endet somit mit der Produktbestätigung.

11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen 25

Jetzt wird mit der Einarbeitung und der Optimierung der Serienwerkzeuge begonnen und der Nachweis der Prozesssicherheit für die Komponenten zu Beginn der Vorserie erbracht. Die Prozessfähigkeit wird durch die Anlaufproduktion bestätigt. Zur Anlaufbestätigung liegt die Erstmusterfreigabe sowie die Serieneinsatzbestätigung für Produktionsprozess und Produktion vor.

11.3 Weiterentwicklung In der Weiterentwicklung nach Serienanlauf wird vom Package das BauraumÄnderungsmanagement gesteuert. Neue Anforderungen, wie z.B. neue Gesetze, sich ändernde Marktanforderungen, weiterentwickelte Komponenten oder die Integration neuer Komponenten lösen dieses Management aus. Diese Tätigkeiten basieren ebenso auf dem Einsatz neuer CA-Techniken, um auch den Rückfluss von Ergebnissen aus der Serie neuen Projekten zugänglich machen zu können. Die zeitlichen Stufen der einzelnen Entwicklungsphasen sind von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich. Im Zuge der Verkürzung von Entwicklungszeiten wurde der Gesamtentwicklungszeitraum bei nahezu allen Herstellern in den letzten Jahren stark reduziert. Heute rechnet man mit einer Gesamtentwicklungszeit eines Modells von 4–6 Jahren. Früher waren es 6–8 Jahre. Die wichtigsten Fahrzeugmaße Maße

Bezeichnung

Maße

Bezeichnung

L3 L9 L13 L16 L18* L19* L22 L25 L26 L27 L34

Sitzraum hi. Sitztiefe vo. Bremspedal Kniefreiheit Sitztiefe hi. Fußeinstiegsfreiheit vorn Fußeinstiegsfreiheit hinten Lenkrad b. Rückenlehne vo. Lenkradwinkel i in y-Ebene Lenkrad bei Mitte vo. Rad Lenkrad b. Rückenlehne hi. Effektiver Beinraum vorn

L40 L41 L48 L50* L51* L52 L53 L101

Torsowinkel vorn Torsowinkel hinten Kniefreiheit hinten R-Punkt Abstand Effektiver Beinraum hinten Bremspedal b. Fahrpedal R-Punkt bis Fersenp. vorn Radstand

W3* W4* W7 W10* W11* W16 W19 W20* W25* W42* W43* W101* W102* W103 W104 W117 W120* W121* W122 W123

Schulterraum vo. Schulterraum 2. Sitzreihe y-Koord. Lenkradmitte Ellenbogenbreite vo. Ellenbogenbreite 2. Sitzreihe Sitzkissenbreite Lenksäulenwinkel i. Z-Ebene y-Koord. d. R-Punkt vorn y-Koord. d. R-Punkt 2. Sitzreihe Kopffreiheit vorn seitlich Kopffreiheit 2. Sitzreihe seitlich Spurweite vorn Spurweite hinten Fahrzeugbreite y-Koord. Außenspiegel Fahrer Karosseriebreite Fzg.breite vordere Tür geöffnet Fzg.breite hintere Tür geöffnet Neigungswinkel Seitenscheibe Seitenscheibenradius

26 A Allgemeine Grundlagen Fortsetzung: Die wichtigsten Fahrzeugmaße Maße

Bezeichnung

Maße

Bezeichnung

L103 L104 L105 L109 L111 L114 L202 L203 L204 L205

Fahrzeuglänge Überhang vorn Überhang hinten Karosserielänge Karosserieüberhang hi. Mitte Vorde: bis R.P. vorn Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge

W125* W126* W200 W202 W205 W206 W207 H61* H63*

Öffnungswinkel Tür vo. Öffnungswinkel Tür hi. Größte Gepäckraumbreite Duchladebreite Breite d. hint. Klappenöffnung oben Größte Breite hint. Öffnung Breite d. hint. Klappenöffnung unten Kopffreiheit vorn Kopffreiheit hinten

Maße mit * versehen, werden in neuer Schreibweise wie folgt dargestellt. Z. B. alt: W3; neu W3-1, alt: W4; neu W3-2, d. h. die Definition zwischen dem vorderen und dem hinteren Maß erfolgt durch die Maßanhangszahl -1 bzw. -2 Definitionen: L = Länge W= Breite H = Höhenmaße D = Durchmesser F = Ladefläche

Die in dieser Tabelle aufgeführten Maße sind nur auszugsweise dargestellt. Die komplette Beschreibung aller relevanten Maße wird in der SAE J 1100 beschrieben und bildet die Grundlage für die sog. VDA7-Maßaustauschpläne, in denen alle wichtigen Fahrzeugmaße eines neu erschienenen Fahrzeugmodells enthalten sind. Dieser Plan dient den Mitgliedern des VDA zum gegenseitigen Informationsaustausch. Auch ECIE-Plan (= European Carmanufactures Information Exchange) genannt, europaübergreifend auch GCIE bezeichnet. „G“ steht dann für „Global“.

12 Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen Festlegung von Fahrzeuglänge, -höhe und -breite auf der Basis funktionaler Betrachtungen, insbesondere des Innenraumes, unter Vernachlässigung des Designs: Es wird eine systematische Vorgehensweise aufgezeigt, wie aufbauend auf den anthropometrischen sowie den kunden- und technikspezifischen Parametern die Hauptabmessungen eines Fahrzeugkonzeptes abgeleitet werden können.

7 Verband Deutscher Automobilindustrie

26 A Allgemeine Grundlagen Fortsetzung: Die wichtigsten Fahrzeugmaße Maße

Bezeichnung

Maße

Bezeichnung

L103 L104 L105 L109 L111 L114 L202 L203 L204 L205

Fahrzeuglänge Überhang vorn Überhang hinten Karosserielänge Karosserieüberhang hi. Mitte Vorde: bis R.P. vorn Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge Gepäckraumbodenlänge

W125* W126* W200 W202 W205 W206 W207 H61* H63*

Öffnungswinkel Tür vo. Öffnungswinkel Tür hi. Größte Gepäckraumbreite Duchladebreite Breite d. hint. Klappenöffnung oben Größte Breite hint. Öffnung Breite d. hint. Klappenöffnung unten Kopffreiheit vorn Kopffreiheit hinten

Maße mit * versehen, werden in neuer Schreibweise wie folgt dargestellt. Z. B. alt: W3; neu W3-1, alt: W4; neu W3-2, d. h. die Definition zwischen dem vorderen und dem hinteren Maß erfolgt durch die Maßanhangszahl -1 bzw. -2 Definitionen: L = Länge W= Breite H = Höhenmaße D = Durchmesser F = Ladefläche

Die in dieser Tabelle aufgeführten Maße sind nur auszugsweise dargestellt. Die komplette Beschreibung aller relevanten Maße wird in der SAE J 1100 beschrieben und bildet die Grundlage für die sog. VDA7-Maßaustauschpläne, in denen alle wichtigen Fahrzeugmaße eines neu erschienenen Fahrzeugmodells enthalten sind. Dieser Plan dient den Mitgliedern des VDA zum gegenseitigen Informationsaustausch. Auch ECIE-Plan (= European Carmanufactures Information Exchange) genannt, europaübergreifend auch GCIE bezeichnet. „G“ steht dann für „Global“.

12 Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen Festlegung von Fahrzeuglänge, -höhe und -breite auf der Basis funktionaler Betrachtungen, insbesondere des Innenraumes, unter Vernachlässigung des Designs: Es wird eine systematische Vorgehensweise aufgezeigt, wie aufbauend auf den anthropometrischen sowie den kunden- und technikspezifischen Parametern die Hauptabmessungen eines Fahrzeugkonzeptes abgeleitet werden können.

7 Verband Deutscher Automobilindustrie

12 Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen 27

Veranlassung und Ziel Ziel der nachfolgenden Ausführungen ist das Aufzeigen einer systematischen Vorgehensweise zur Festlegung der konzeptbestimmenden Grundabmessungen eines Fahrzeuges „von innen nach außen“. Als maßbestimmende Parameter treten auf: • Anthropometrie • Kundenanforderungen • Technik. Die Reihenfolge richtet sich nach der unterstellten Wertigkeit. Zunächst muss sichergestellt werden, dass die Menschen angemessen in das Fahrzeug hinein passen. Im zweiten Schritt sind die Kundenanforderungen hinsichtlich der Nutzungsmöglichkeiten des Fahrzeuges zu berücksichtigen und schlussendlich muss die vorgesehene Technik untergebracht werden. Darüber hinaus ergeben sich schwer greifbare und daher im Folgenden nicht berücksichtigte Einflüsse aus dem Design. Die Gewichtung muss unter Berücksichtigung der jeweils markenprägenden Fahrzeugeigenschaften erfolgen. Die anzustrebenden Zielwerte ergeben sich im Idealfall aus anthropometrischen/ergonomischen Untersuchungen, den Ergebnissen der Marktforschungen und aus Anforderungen des Vertriebs. Ersatzweise können Richtwerte aus Analyse und Vergleich der relevanten Wettbewerber abgeleitet werden. Der für die Technik erforderliche Bauraum kann zum einen aus den Abmessungen der vorgesehenen Komponenten abgeleitet werden. Zum anderen können Richtwerte aus dem Benchmarkprozess mit Wettbewerbern gewonnen werden. Voraussetzung für einen systematischen Aufbau des Maßkonzeptes ist die Kenntnis über das Zusammenwirken der einzelnen Maße und ihres Einflusses auf das Fahrzeugkonzept. Aufgrund der ermittelten Maße lassen sich Fahrzeuglänge, -breite und -höhe bestimmen. Vorgehen bei der Fahrzeugauslegung In den folgenden Ausführungen orientiert sich die Ableitung der Maße an der hier skizzierten Vorgehensweise. Die verwendeten Maßbezeichnungen sind in der SAE J1100 und im ECIE-Procedure definiert; zur leichteren Lesbarkeit finden sich in den Fußnoten kurze Maßbeschreibungen, verbindlich ist jedoch die SAE-/ECIE-Definition. Darüber hinaus werden weitere Maße individuell von jedem Hersteller verwendet, die noch keinen Niederschlag in der entsprechenden Normung gefunden haben. Aufgrund der zentralen Bedeutung des Fahrerplatzes beginnt die Konzeption an dieser Stelle. Ausgehend von der Auswahl des Maßes H30 in Abhängigkeit von dem zu entwerfenden Fahrzeugtyp erfolgt die Festlegung der die Fahrersitzposition bestimmenden Maße. Dabei sind neben der Anthropometrie der Zielgruppe die im Lastenheft festgehaltenen Kundenanforderungen und Herstellerstandards zu berücksichtigen.

28 A Allgemeine Grundlagen

Aus der Fahrersitzposition ergibt sich die Fahrerpedallage als Referenzpunkt für die Maßkette des Vorderwagens. Hier ergeben sich aufgrund des gewählten Basiskonzeptes Unterschiede. Der Einfluss des I-Tafel-Konzeptes auf die Maßkette vom Ball of Foot (BoF)/Seating Reference Point (SRP) nach vorne wird in Abb. 19, 20 und 22 gezeigt. Die Maßkette vom SRP nach hinten ergibt sich aus den kundenrelevanten Forderungen für den Sitzraum hinten und für den Gepäckraum. Der Schwerpunkt der Betrachtung liegt auf den Längen- und Höhenmaßen sowie den zwischen ihnen bestehenden Abhängigkeiten. Abbildung 15 gibt einen Überblick über die wesentlichen Grundabmessungen. Die weitgehend unabhängigen Breitenmaße werden in einem zweiten Schritt betrachtet. Durch Analyse von Serienfahrzeugen wird versucht, erste Zielwerte für die angesprochenen Maße zu ermitteln. Erwies sich die Analyse des gesamten Fahrzeugkollektives als nicht realisierbar, werden zumindest Beispiele angeführt, um ein Gefühl für die entsprechenden Maße zu geben.

H61 SRP SRP

L48

BoF H30 H156 L114 L114 L104

L50

L32

L101

Abb. 15 Übersicht über konzeptbestimmende Grundabmessungen

L105

13 Innenraum 29

13 Innenraum 13.1 Fahrersitzposition und Kopffreiheit Abb. 16 Fahrerposition – Kopffreiheit mit Schiebedach (H61 SD) und ohne (H61)

H61* 95% + 95% H61 SD

8°

102

SRP

Abb. 17 Komfortwinkel bei verschiedenen Fahrerpositionen (s. auch Abschn. 22.4)

Komfortwinkel bei entlastetem Pedal Komfortwinkel bei durchgedrücktem Pedal

120°–125° 95°

87°

*Das Maß wird unter 8° gemessen durch den SRP+102mm, wobei die 102mm das theoretische Maß von SRP bis zur Sitzfläche darstellen.

30 A Allgemeine Grundlagen

13.2 Komfortstellung im SRP Abb. 18 Die Komfortstellung ist eine auf den SRP bezogene Sitzstellung mit den ergonomisch idealen Stellungen von Torso und Extremitäten. Eine einheitliche Sitzposition hat den Vorteil, dass die unterschiedlichen Hersteller miteinander verglichen werden können. Feste Größen sind hierbei Fußwinkel und Hüftwinkel bei 25° Torsowinkel zur Vertikalen

95°

87°

Messgrösse (Abstand, Winkel)

Abb. 19 Vergleich zweier Roadsterfahrzeuge in unterschiedlichen Konzeptauslegungen in SRP zur Deckung

13 Innenraum 31

13.3 Anordnung der Beine im Fußraum – Pedale

Abb. 20 Parameter: Ergonomische Freiheit des Fahrzeuginsassen zum Lenkrad/I-Tafel; in den festgeschriebenen Komfortstellungen über alle relevanten Perzentile

E F G H J

max. 100 – – – –

min 50 50 50 130 160

Ergo min 100 wie ECE / / /

Abb. 21 Anordnung der Pedale (Automatikgetriebe nicht berücksichtigt)

32 A Allgemeine Grundlagen

13.4 Beziehung Ball of Foot/SRP und H30

Ball of Foot

H30

SRP

Abb. 22 Ball of Foot/Fußballenberührungspunkt zum Fahrpedalmodul

13.5 Beziehung H-Punkt zu Lenkradposition Abb. 23 Beziehung H-Punkt zu Lenkradposition L25

H19 D9

H

L

13 Innenraum 33

13.6 Abstand SRP vorn zu SRP hinten mit Kniefreiheitsmaß L48 Abb. 24 Abstand SRP vorn zu SRP hinten (L50) mit Kniefreiheitsmaß L48

L48

L50

13.7 Kopfraum Fahrer Abb. 25 Kopfbewegungsschablone von 95%- und 99%-Perzentil-Mann 99%

95% 99%

34 A Allgemeine Grundlagen

–600Y 1000Z

–500Y

–400Y

–300Y

900Z

800Z

33,5 53,1

800Z

Abb. 26 Seitliche Kopffreiheit (s. auch Abschn. 22.4)

Abb. 27 Augenellipsenschablone Draufsicht

SRP

–200Y

–100Y

14 Unterflur 35

13.8 Sitzverstellfeld mit SRP-Zuordnung

1

kleine Frau

SRP

1

3

3

2 2

Sitzriese

großer Mann

Abb. 28 Sitzverstellfeld und unterschiedliche Sitzpositionen

Abb. 29 Sitzverstellfeld des Fahrersitzes mit Mannequin in Komfortstellung (s. Abschn. 13.2)

14 Unterflur Unterflurverkleidung Die Unterflurverkleidung dient der besseren Luftführung und hat damit positiven Einfluss auf den cx-Wert und Auf-/Abtriebswerte. Ziel sollte sein: Glattflächige und strömungsgünstige Auslegung der Verkleidung. Dabei sind auftretende thermische Probleme wie z.B. an der Abgasanlage zu berücksichtigen (siehe Abb. 30).

14 Unterflur 35

13.8 Sitzverstellfeld mit SRP-Zuordnung

1

kleine Frau

SRP

1

3

3

2 2

Sitzriese

großer Mann

Abb. 28 Sitzverstellfeld und unterschiedliche Sitzpositionen

Abb. 29 Sitzverstellfeld des Fahrersitzes mit Mannequin in Komfortstellung (s. Abschn. 13.2)

14 Unterflur Unterflurverkleidung Die Unterflurverkleidung dient der besseren Luftführung und hat damit positiven Einfluss auf den cx-Wert und Auf-/Abtriebswerte. Ziel sollte sein: Glattflächige und strömungsgünstige Auslegung der Verkleidung. Dabei sind auftretende thermische Probleme wie z.B. an der Abgasanlage zu berücksichtigen (siehe Abb. 30).

36 A Allgemeine Grundlagen

Abb. 30 Unterflurverkleidungen

Wagenheberaufnahme Bei der Wagenheberaufnahme sind die geometrischen Voraussetzungen der Hebebühnen, bzw. Wagenheber zu berücksichtigen. Des Weiteren ist darauf zu achten, dass die Bodenfreiheitslinie (s. Abschn. 22.1) nicht unterschritten wird. Bei Festlegung der Aufnahmepunkte ist darauf zu achten, dass der Fahrzeugschwerpunkt beim Ausbau von Komponenten nicht so negativ verändert wird, dass das Fahrzeug auf der Hebebühne ins Kippen gerät.

Abb. 31 Wagenheberaufnahmen

15 Motorraum 37

15 Motorraum Beispielhaft sind hier die wichtigsten Komponenten, die im Motorraum zu berücksichtigen sind, aufgeführt. Bei Konzeptfestlegung ist nicht nur die konstruktive Ausführung/Umsetzung eines Bauteils zu berücksichtigen, sondern auch die Belange von Kundendienst/Service sind zu prüfen. Beispielhaft zu erwähnen wäre hier das Prozedere Ein-/Ausbau der Bauteile. Aber auch ein Lampenwechsel muss mit möglichst wenig Aufwand durchführbar sein. Mit ausgefeilten CAD-Tools können die einzelnen Bauteile virtuell geprüft werden (4D-Navigator/Robcad, o.ä.) Eine spätere Hardwareerprobung bestätigt die virtuellen Ergebnisse.

Ansauggeräuschdämpfer

Elektronik-Box Scharnier für Motorhaube

Kühlpaket mit Lüfter

Scheinwerfer

Federbeindom (bei Federbeinachse)

Abb. 32 Anordnung Motorraum

Bremskraftverstärker

Bereich – Luftansaugung für Heizung – Wasserablauf – Scheibenwischer Motor/ Gestänge

38 A Allgemeine Grundlagen

16 Gepäckraum und Volumenermittlung nach VDA (DIN70020) Die Ermittlung des Kofferraumvolumens erfolgt durch Ausliterung nach der VDA-Messmethode (DIN70020). Dabei wird das vorhandene Volumen mittels Styroporquader der Größe 50x100x200mm (=1Liter) ausgelegt. Die Summe der maximalen Anzahl von Quadern, die in den Gepäckraum passen, ergibt dann das maximale Volumen welches auch in der Betriebsanleitung und in den ECIE-Plänen eines Fahrzeuges zu finden ist. Bei zum Beispiel max. 400 möglichen Quadern ergibt sich ein Kofferraumvolumen von 400 Litern. Anforderungen an einen Gepäckraum: • Unterbringung von Gepäckstücken • Koffersatz unterschiedlichster Hersteller • Getränkekisten • Sport- und Freizeitartikel • Kinderwagen • Golfbags • Ersatz-Notrad • Werkzeuge/Warndreieck • Unterbringung von Ausstattungsvarianten wie z.B. Navigationsrechner. Bei hochwertigen Fahrzeugen entfällt immer mehr das Ersatz- bzw. Notrad und wird durch Reifen/Räder mit Notlaufeigenschaften oder mit Reperaturkit-Systemen ersetzt. Nach statistischer Erhebung ist bei durchschnittlicher Kilometerleistung alle 7 Jahre eine Reifenpanne zu erwarten. Die Vor- und Nachteile von Rädern mit Notlaufeigenschaften zeigt die Übersicht. Vorteile

Nachteile

Gewichtsersparnis Raumgewinn

höhere Kosten nur begrenzte Reichweite und Geschwindigkeitslimit bei Reifenpanne

Abb. 33 Schnittdarstellung Gepäckraum mit Koffer und Ersatzrad

16 Gepäckraum und Volumenermittlung nach VDA (DIN70020) 39

Die o.g. beispielhaften Gegenstände sind als CA-Modelle im System (Library) gespeichert und für konstruktive Untersuchungen jederzeit abrufbar (siehe Abb. 33–35). Ziel: Die im Vorfeld definierten Anforderungen – z.B. Unterbringen von 2 Golfbags und /oder Koffersatz usw. – sind virtuell zu betrachten. Die dazu notwendigen Voraussetzungen sind zu erfüllen, z.B.: Gestalten von Verkleidungsteilen, Anordnung von Aggregaten und Berücksichtigung von Sonderund Länderausstattungen. Die unterschiedlichen Fahrzeugvarianten haben natürlich differenzierte Anforderungen. So hat die Unterbringung eines Kinderwagens in einem Roadster nicht die gleiche Priorität wie z.B. in einem Kombi.

Abb. 34 CATIA-Modell eines Koffers für Kofferraumauslegungen (Schnittdarstellung s. Abb. 33)

Abb. 35 CATIA-Modell eines Golfbags

B CAD-Konstruktion

Konstruktion mit CATIA V5 17 Grundsätzliches zu CATIA V5 Die derzeitige Anwendungsstruktur innerhalb der Automobilindustrie stellt sich allgemein als schwierig dar. Der CATIA-V4-Anwender muss sich durch die Konstruktionsmethodik, die durch CATIA V5 vorgegeben wird, drastisch umstellen. Der schnelle Entwicklungsprozess wird durch die Release-Versionen deutlich (mittlerweile R14 im Juni 2005). War für V4 noch teure Hardware (Workstations) notwendig, begnügt sich das V5-Tool mit einem Standard-PC. Das für den Konstrukteur bisher sehr gut funktionierende Werkzeug CATIA V4 lässt die Umstellung auf ein neues System (CATIA V5) umso schwieriger und problematischer werden; insbesondere dann, wenn die – ohne Zweifel – vorhandenen Vorteile (z. B. Parametrisierung) in der produktiven Anwendung noch ihre „Tücken“ haben. Für Karosseriekonstrukteure, die sich schon in der Vergangenheit mit Solid- und Volumenmodellierung befasst haben, wird die Umstellung reibungsloser funktionieren. Die Frage ist: Warum umstellen? Als Beispiel sei das in der Automobilentwicklung übliche Package herausgegriffen, da sich hier der Vorteil von CATIA V5 gegenüber CATIA V4 besonders gut und verständlich darlegen lässt. Zurzeit wird bei CATIA V5 im Wesentlichen die gleiche Konstruktionsmethodik wie bei CATIA V4 eingesetzt. Unterschiede in den Arbeitsweisen der Anwender sind selten auszumachen. Die Vorteile der neuen CA-Anwendungen werden – wenn überhaupt – selten bis kaum genutzt (z. B. Parametrik). Somit ist ein Umstieg wohl nur durch Schulungen und eine entsprechende Einarbeitungszeit sicherzustellen. Die notwendige Routine lässt sich durch „learning by doing“ erlangen. Das heißt, CATIA V5 ist nur sinnvoll in der parametrisch-assoziativen Anwendung. Eine Deaktivierung des Parametrikschalters („Create Datum“) bedeutet, dass keinerlei Assoziativität im Modell gespeichert werden kann. Nachträgliches Editieren oder Ändern der Operationen ist dadurch nicht mehr möglich und die Konstruktionsschritte gehen verloren.

42 B CAD-Konstruktion

Wichtig ist, dass Bauteile, die mit CATIA V4 konstruiert wurden, später auch mit CATIA V4 weiterbearbeitet werden müssen. Diese Teile lassen sich in CATIA V5 zwar begutachten, Änderungen sind mit diesem Tool aber nicht möglich, da die in V4 erzeugten Flächen mit V5 nur als „tote Flächen“ dargestellt werden können. Eine weitere Bearbeitung der Flächen ist somit nicht möglich. Dennoch können sehr wohl die sozusagen „nicht parametrisierten Flächen“ für einen weiteren assoziativen Aufbau innerhalb des V5-Bauteils verwendet werden. Dies wird aber hinfällig, wenn das gesamte Ergebnis zurückgespeichert und in CATIA V4 abgelegt wird. Auf die Parametrik wird später noch näher eingegangen. Zunächst soll hier die Bauteilkonstruktion im Bereich der Visualisierung betrachtet werden. Die hierbei zu bewegende Datenmenge auch unter Berücksichtigung der notwendigen Umgebung ist immens. In CATIA V5 lässt sich nun auf „Visualization Mode“ umschalten, was eine Reduzierung der Datenmenge gegenüber „Design Mode“ zur Folge hat. Bei CATIA V4 wird die Visualisierung und Überprüfung des Entwicklungsstandes mit dem 4D-Navigator durchgeführt. Dadurch ist ein ständiges Umschalten notwendig, teilweise können nur gewisse Datenmengen geladen werden. Der Konstrukteur muss beachten, dass er seine zu betrachtenden Bauteile nicht zu komplex darstellt. Bei der Package-Entwicklung bietet sich mit CATIA V5 – wegen der enthaltenen Parametrik – nunmehr die Möglichkeit, Änderungen schnellstmöglich umzusetzen. Radstandsänderungen, Bauteiländerungen, Lageänderungen der einzelnen Bauteile lassen sich bei sinnvoll umgesetzter Konstruktion sehr viel schneller darstellen. Diverse Pilotprojekte in der Automobilindustrie lassen einen erheblichen Zeitvorteil erkennen. Soll z. B. der Motor im Package verschoben werden, muss der Entwickler bei CATIA V4 jedes einzelne Teil – Motor mit den angrenzenden Bauteilen – verschieben. Die Verschiebungsvektoren müssen einzeln angegeben, Maße einzeln eingelesen und selektiert werden. Eine Verlagerung des Motors innerhalb eines Motorraumes kann leicht einige Stunden Zeit in Anspruch nehmen. Darüber hinaus sind die Kollisionsbereiche wiederum genau zu untersuchen: Was macht das Getriebe in der neuen Lage, ist die Montage und die Demontage noch gewährleistet, sind die dynamischen Bewegungsfelder noch stimmig usw. Stellen sich hierbei Probleme dar, sind weitere Entwicklungsschleifen notwendig. Bei der Anwendung des parametrischen Modells von CATIA V5 ist diese Motorverlagerung innerhalb weniger Minuten zu erledigen. Die Parametrik zwingt die angrenzenden Bauteile, sich mit dem Motor neu zu positionieren, auch unter Beachtung der Bauraumprobleme. Der Anwender erhält sofort Informationen darüber, ob Konflikte vorhanden sind oder nicht, da diese automatisch angezeigt werden. Die Minimalabstände lassen sich direkt im sog. Spezifikationsbaum ablesen. Ein mit CATIA V5 dargestelltes Package zeigt, wo die Vorteile der neuen Konstruktionsmethoden zu finden sind. In dieser sehr frühen Phase mit all

17 Grundsätzliches zu CATIA V5 43

den nachgeschalteten Entwicklungsschritten, in denen wesentliche konzeptbestimmende Projektinhalte festgelegt werden, lässt ein parametrisches Modell viele Änderungsmöglichkeiten in einer kurzen Zeit zu. Geometrische Randbedingungen, wichtige Abmaße unter Berücksichtigung der jeweiligen Maßketten können in kurzer Zeit dargestellt werden und stehen dann für weitere Bauteilintegrationsuntersuchungen zur Verfügung. Die Überprüfung der Bauraumsituation mittels „Checks“ oder „Rules“ zeigt mögliche Fehler bei Nichteinhaltung von Mindestabständen. Das bedeutet einerseits eine Prozesssicherheit in der Entwicklungs- und Formfindungsphase, andererseits Zeitund Kosteneinsparpotenzial. In der jetzigen virtuellen Produktentwicklungsphase lässt sich ein eindeutiger Trend ausmachen. Die virtuelle Welt innerhalb der Automotive- Bereiche wird zunehmen. Dazu wird es aber notwendig sein, dass die Pflege der parametrischen Bauraummodelle konsequent durchgeführt werden muss. Dann wird sich dieses CA-Tool ohne Zweifel zum wichtigsten und effektivsten Hilfsmittel entwickeln. Entscheidend für die Effizienz in der CAD-Entwicklung wird eine konsequente Umstellung auf die neue parametrische Plattform sein. Ein paralleles Arbeiten beider CATIA-Systeme oder gar ein Vorwärts/Rückwärts-Arbeiten V4–V5–V4 bedeutet in jedem Fall Mehraufwand und birgt keine Reproduktionsmöglichkeiten für Änderungsumfänge von nicht parametrisch ausgelegten Bauteilen. Im Folgenden werden Beispiele aus der Fahrzeugentwicklung aufgegriffen. Ausgehend von der Annahme, dass der Leser dieses Buches PC-Kenntnisse besitzt, werden die Abläufe in bildhafte anschauliche Erläuterungen umgesetzt. Grundsätzliches zum Modellaufbau wird am Anfang erklärt. Die verwendete CATIA-V5-Version entspricht dem Release-Stand R 14. Die Beispiele sind in Zusammenarbeit mit der MW Consulting GmbH München entstanden. Die gezeigten Darstellungen sollten auch am CATIA-Bildschirm so erscheinen. Mit Hilfe dieser Technik ist es möglich, sich die Beispiele selbst nachzukonstruieren. Vom Aufbau der geometrischen Grundkörper bis hin zum eigentlichen Bauteil wird ein gewisses Maß an räumlichem Denken vorausgesetzt. Dieses räumliche Vorstellungsvermögen ist erforderlich, um Kurven, Flächen, Körper oder Profile zusammenzustellen. Erst das schrittweise Modellieren lässt das 3D-Teil entstehen. Die Beispiele sind so gehalten, dass erfahrene CATIA-V4-Anwender und Umsteiger anderer 3D-Systeme keine Probleme haben dürften. Auch unerfahrene Anwender sollten gleichermaßen gut zurechtkommen. Allen Beispielen ist gemeinsam, dass sie komplett neu aufgebaut wurden. Es handelt sich also nicht um sog. vorgefertigte „Part-Dummys“, an deren Komplettierung lediglich einige CATIA-V5-Funktionalitäten abzuarbeiten sind. Die jeweiligen Übungsbeispiele werden von Grund auf erläutert und entwickelt. Das Ziel ist eine direkte Umsetzung von CATIA V5 in die Praxis, wobei ein wesentlicher Bestandteil der methodische Aufbau für eine realitätsnahe Anwendung ist.

44 B CAD-Konstruktion

18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen Auch ca. fünf Jahre nach Markteinführung von CATIA V5 scheint der jahrelange Prozess des Versionswechsels noch keine flächendeckenden Ausmaße erreichen zu können. Eine einheitliche, zielgerichtete Vorgehensweise bei der Einführung und Umsetzung der Industrie ist kaum oder nur schwer zu erkennen. Durch die Unsicherheit der Anwender und die scheinbare Unentschlossenheit der Fahrzeugindustrie ist niemand in der Lage, eine genaue Analyse zum weiteren Verlauf des Versionswechsels zu erstellen. Die hoch gesteckten Ziele von CATIA V5 werden ohne eine bauteilgerechte Methodik nicht zu realisieren sein. Kommt es jedoch trotz aller guten Vorsätze weder zu einer Senkung der Entwicklungskosten noch zu einer Steigerung der Prozessqualität wird deutlich, dass man von dem eigentlichen Ziel noch weit entfernt ist. Zwar gibt es gute Ansätze und einige viel versprechende Pilotprojekte, auch sind grundlegende Auswirkungen der parametrischen Bauteilgestaltung auf zukünftige Abläufe und Prozesse zu erkennen. Bei vielen Praxisanwendungen werden jedoch die teilweise sehr guten Ansätze wieder zunichte gemacht, indem voll parametrisierte und strukturierte Modelle in den Folgeprozessen nicht weiterverarbeitet werden können und als normale Standardgeometrien behandelt werden. Methodik Häufig wird in der Literatur zu V5 auf die Notwendigkeit und Bedeutung der Methodik in der parametrischen, assoziativen Arbeitsweise hingewiesen. Dabei wird von der Annahme ausgegangen, dass die Leser sich bereits mit den Grundlagen auseinandergesetzt haben. Um aber den Begriff „parametrischassoziative Arbeitsweise“ auf unsere karosserie- und fahrzeugspezifischen Anwendungsbereiche zu beziehen, werden wir versuchen, dieses bei den folgenden Methodikbeispielen umzusetzen. Parametrische Anwendungen Immer dann, wenn die zu erzeugende Geometrie mit relativ einfachen Grundkörpern beschrieben werden kann, stellt sich die Frage, ob CATIA V5 weitere Methodikvorgaben benötigt. Bei sog. „Primitivs“, die i. d. R. als Solidkörper erstellt werden, wird nicht unbedingt eine übergeordnete Methodik notwendig sein. Zu beachten ist jedoch, dass selbst bei der Erzeugung einfachster Geometrie diese von Parametern abhängig ist. Das System ist in der Lage, bei Standard-Anwendungen, die nicht zu komplexe Modelle erfordern, ohne weiteres einen übersichtlichen Strukturbaum zu erstellen. Die parametrischen Bedingungen lassen sich mit den Modellen abspeichern und bleiben auch bei weiterer Verwendung des Modells editierbar. Je einfacher der Grundkörper und die geometrische Beschreibung des Bauteils aufgebaut sind, umso transparenter wird auch die Konstruktion.

18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen

45

Assoziative Anwendungen Die in CATIA V5 technisch realisierte Möglichkeit einer modellübergreifenden Referenzierung wird Multi-Model-Link genannt. Damit sind sowohl Abhängigkeiten über die Modellgrenzen hinweg gemeint als auch gegenseitige Assoziierungen (z. B. Außen- und Innenteil im Bereich gemeinsamer Flansche). Häufige Anwendung dieses Links ist die Verknüpfung mit bestehender Geometrie und die Anbindung an Straak-Außenflächen. Diese Verknüpfungen (Assoziationen) erfordern ein sehr sorgfältiges und übersichtliches Arbeiten, sowohl innerhalb des Modells als auch über die Modellgrenzen hinweg. Abgesehen von der Außenhaut-Assoziation, ist eine bauteilübergreifende Assoziierung im Bereich der Karosseriekonstruktion oftmals weder erwünscht noch gestattet. Parametrisch-Assoziative Arbeitsweise Parametrisch-assoziatives Arbeiten beinhaltet zusätzlich zu den im Modell abgespeicherten und editierbaren Parametern auch Konstruktionsbedingungen und Abhängigkeiten. Diese können in Form von modellübergreifenden Links, bauraumbestimmenden Parametern oder Verknüpfungen mit Freiformflächen assoziiert sein. Erfahrungsgemäß bereitet diese Arbeitsweise auch den erfahrenen CAD-Konstrukteuren große Probleme beim Umstieg zu CATIA V5, da der Konstrukteur gezwungen wird, Konstruktionsschritte im Voraus festzulegen. Wegweisend und vorbildlich hat sich ein großer, süddeutscher Automobilkonzern dem Thema Methodik gestellt und sowohl konzernweit als auch für die mitentwickelnde Zulieferindustrie verbindlich vorgegebene und methodisch strukturierte Modelle konzipiert. Bei diesem Methodikansatz, der speziell für die komplexen Modelle des Karosserierohbaus entwickelt wurde, sind die einzelnen Baugruppen und Bauteile zueinander unabhängig referenzier- und navigierbar. Die Steuerungsmöglichkeit erfolgt über Kontroll- bzw. Referenzpunkte. Durch bewusstes Umgehen einer Kopplung an den absoluten Nullpunkt lassen sich die Bauteile durch die gewählten Kontrollpunkte getrennt oder in Gruppen zusammengefasst navigieren. Dabei wird die Editierbarkeit der einzelnen Funktionen nicht eingeschränkt, sondern der Konstrukteur erwirkt sich damit eine sehr hohe Flexibilität und Produktivität. Dies hat nicht nur bei der Modellerstellung Gültigkeit, sondern vielmehr auch bei den üblichen Änderungsschleifen und bei der Modellpflege. Konstrukteure, die diese Methodik anwenden und sich an die Vorgaben halten, sind mit einiger Übung in der Lage, sowohl ihre Bauteile oder auch jedes nach gleichem Schema aufgebaute Modell umzustukturieren und durch nachträgliches Editieren abzuändern. Diese Vorgehensweise einer Modellerstellung vereinfacht das Arbeiten, macht es reproduzierbar und gruppentauglich für Karosserieanwendungen in komplexen Bereichen.

46 B CAD-Konstruktion

Das Ziel und der Weg dahin ist ein logischer und in den einzelnen Abschnitten detailliert beschriebener Strukturbaum, der selbsterklärend und nachvollziehbar ist. So wird sichergestellt, dass nicht nur ein Ergebnis verfügbar ist, sondern auch Teilbereiche mit den in der Geometrie verankerten Abhängigkeiten für künftige Automatisierung von Konstruktionsschritten genutzt werden können. In jedem Fall ist es unerlässlich, dass die CAD-Systemverantwortlichen zum Start von V5 ihren Entwicklungsteams Methodik-Spielregeln an die Hand geben. Jede Teamarbeit bedarf festgelegter Randbedingungen, egal ob in der Forschung und Entwicklung, in der Wissenschaft oder im Sport. Ein Fußballspiel z. B. wird nicht gelingen, wenn jeder Spieler seine eigenen Regeln selbst festlegen darf und gültige – für das Team zutreffende – Regeln unverbindlich sind. Bei einem flächendeckenden Einsatz von CATIA V5 werden dringend methodische Richtlinien benötigt. Ein nur ungenügend strukturiertes Grundoder Startmodell wird in keinem Fall den gewünschten Erfolg bringen. Grandiose und virtuelle Leistungen Einzelner sollten zugunsten einer gut durchdachten und funktionsfähigen Methodik zurückstehen. In den folgenden beiden Trainingsbeispielen wurde die von den Mitarbeitern der mwconsulting angewandte und umgesetzte Methodik sinngemäß wiedergegeben. Die Startmodelle entsprechen gängiger Praxis, sind aber funktional eingeschränkt. Die Aufgabenstellung der Methodikbeispiele ist frei interpretiert und unabhängig von jeder bestehenden Modellpalette. Die methodischen Ansätze entsprechen derzeitiger Praxis in der Fahrzeugtechnik. Bedauerlicherweise ist ein einheitlicher Industriestandard derzeit nicht zu erkennen. Weder eine Empfehlung des Softwareherstellers noch eine ausreichende Beschreibung in der Online-Dokumentation schließen diese Lücke bei der methodischen Vorgehensweise komplexer Karosseriemodelle.

18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen

18.1 Sketcher Toolbars Sketch Tools

Sketch Tools

Snap to Point

An Punkt anlegen

Construction/Standard Element

Konstruktions-/Standardelement

Geometrical Constraints

Geometrische Bedingungen

Dimensional Constraints

Bemaßungsbedingungen

Constraint

Bedingung

Constraint Defined in Dialog Box

Im Dialogfenster definierte Bedingung

Constraint

Bedingung

Auto Constraint

Automatische Bedingungszuordnung

Animate Constraint

Bedingung animieren

Constraint Creation

Bedingungserzeugung

Constraint

Bedingung

Contact Constraint

Kontaktbedingung

Profile

Profil

Profile

Profil

Predifined Profile

Profilvorgabe

Circle

Kreis

Spline

Spline

Ellipse

Ellipse

Line

Linie

Axis

Achse

Point

Punkt durch Anklicken

Predifined Profile

Profilvorgabe

Rectangle

Rechteck

Oriented Rectangle

Ausgerichtetes Rechteck

Parallelogram

Parallelogramm

47

48 B CAD-Konstruktion Elongated Hole

Langloch

Cylindrical Elongated Hole

Zylindrisches Langloch

Keyhole Profile

Schlüssellochprofil

Hexagon

Sechseck

Centered Rectangle

Ausgerichtetes Rechteck

Centered Parallelogram

Ausgerichtetes Parallelogramm

Circle

Kreis

Circle

Kreis

Three Point Circle

Dreipunktkreis

Circle Using Coordinates

Kreis durch Koordinaten

Three-Tangent Circle

Tritangentialer Kreis

Three Point Arc

Dreipunktbogen

Three Point Arc Starting With Limits

Dreipunktbogen beginnend mit Begrenzungen

Arc

Bogen

Spline

Spline

Spline

Spline

Connect

Verbinden

Ellipse

Ellipse

Ellipse

Ellipse

Parabolo by Focus

Parabel durch Fokus

Hyperbola by Focus

Hyperbel durch Fokus

Conic

Kegelschnitt

Line

Linie

Line

Ellipse

lnfinite Line

Unendliche Linie

Bi-Tangent Line

Bitangentiale Linie

18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen Bisecting Line

Symmetrielinie

Line Normal To Curve

Linie senkrecht zur Kurve

Point

Punkt

Point by Clicking

Punkt durch Anklicken

Point by Using Coordinates

Punkt durch Koordinaten

Equidistant Points

Äquidistante Punkte

Intersection Points

Schnittpunkt

Projection Point

Projektionspunkt

Operation

Operation

Corner

Ecke

Chamfer

Fase

Trim (Relimitations)

Trimmen (Begrenzungen)

Mirror (Transformation)

Spiegeln (Umwandlung)

49

Project 3D Elements (3D Geometry) 3D-Elemente projizieren (3D-Geometrie)

Relimitations

Begrenzungen

Trim

Trimmen

Break

Aufbrechen

Quick Trim

Schnelles Trimmen

Close

Schließen

Complement

Ergänzen

Transformation

Umwandlung

Mirror

Spiegeln

Symmetry

Symmetrie

Translate

Verschieben

Rotate

Drehen

Scale

Maßstab

Offset

Offset

50 B CAD-Konstruktion

3D Geometry

3D-Geometrie

Project 3D Elements

3D-Elemente projizieren

Intersect 3D Elements

3D-Elemente schneiden

Project 3D Silhouette Edges

3D-Silhouettenkanten projizieren

Constraints

Bedingungen

Fix

Fixieren

Coincidence

Kongruenz

Concentricity

Konzentrizität

Equidistant Point

Äquidistanter Punkt

Symmetry

Symmetrie

Tangency

Tangentenstetigkeit

Parallelism

Parallelität

Perpendicular

Rechtwinklig

Horizontal

Horizontal

Vertical

Vertikal

Colors

Farben

Violet

Over-constrained elements

Überbestimmte Elemente

Red

Inconsistend elements Selected edges Update needed

Inkonsistente Elemente Ausgewählte Kanten Aktualisierung erforderlich

Brown

Not-changed elements

Ungeänderte Elemente

Green

Iso-constrained/fixed elements

Iso-bestimmte/fixierte Elemente

Orange

Selected / Preselected elements

Ausgewählte/Vorausgewählte Elemente

Grey

Construction elements

Konstruktionselemente

Yellow

Protected elements

Geschützte Elemente

Blue

SmartPick

Intelligente Auswahl

18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen

18.2 Standard Toolbars Standard

Standard

New

Neu

Open

öffnen

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Sichern

Quick Print

Schnelldruck

Cut

Ausschneiden

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Kopieren

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Einfügen

Undo

Widerrufen

Redo

Widerruf zurücknehmen

What’s This? (Documentation)

Kontexthilfe (Dokumentation)

View

Ansicht

Fly mode

Modus „Fliegen“

Fit All In

Alles einpassen

Pan

Schwenken

Rotate

Drehen

Zoom In

Vergrößern

Zoom Out

Verkleinern

Normal View

Senkrechte Ansicht

Quick View

Schnellansicht

View mode

Anzeigemodus

Hide/Show

Verdecken/Anzeigen

Swap visible space

Sichtbaren Raum umschalten

51

52 B CAD-Konstruktion

19 Beispiele V5 19.1 Einleitung Das nachfolgende Methodik- und Flächenbeispiel wurde in einer typischen CATIA-V5-„Body-in-White“-Arbeitsweise aufgebaut. Die Flächenbeschreibung ist parametrisch-assoziativ und in fünf Konstruktionsabschnitten methodisch definiert. Die geometrische Struktur ist über Kontrollpunkte aufgebaut, welche die Positionierung und Steuerung der Profile, Eindrückungen, Lochbilder und Beschnitte übernimmt. Die Kontroll- oder auch Referenzpunkte ermöglichen ein Navigieren der Geometrie als Gesamteinheit und eine flexible Positionierung der Subgeometrie sowohl zueinander und miteinander als auch in Assoziation zum Basisbauteil. Der nachfolgend bebilderte Modellaufbau zeigt die konstruktive und methodische Vorgehensweise bei der Geometrie-Erstellung. Die den Abbildungen zugefügten „Textanmerkungen“ sind bewusst knapp gehalten und auf die angewendete Funktionalität beschränkt.

19.2 Seitenwand nach Steve Logue

Package / Straak Vorgabe

19 Beispiele V5 53

1. Basisbauteil

54 B CAD-Konstruktion

1.1 Innenfläche A

Exrtrusionsfläche Schwellerinnen

B

Offset von Seitenscheibe

C

Formverrundung Innenfläche

19 Beispiele V5 55

1.2 Bank Fahrertür / Fondtür

A

B

Verschneidung Profil Fahrertür mit Innenfläche

C

Parallele Kurve Linie Fahrertür

Profilflächenerzeugung mit Referenzfläche (Flansch Schweller/externe Geometrie) und einer Führungskurve (1.2B) Winkel75°

Bank Fahrertür

D

E

Formverrundung (1.1 C mit 1.2 C)

Bank Fahrertür / Fondtür

56 B CAD-Konstruktion

1.3 Schweller Stufe

Extrusionsfläche Schweller Stufe und Formverrundung mit Bank Fondtür

1.4 Grundfläche Dachrahmen VO A

B

Dachfläche trennen mit Hilfsebene

Formverrundung mit Ergebnis aus 1.3

19 Beispiele V5 57

1.5 WSS Wand – Dachfläche VO B A

Verschneiden WSS mit Dachfläche

Translationsfläche erzeugen

1.6 WSS Wand – Wand VO

A

Offset von WSS nach innen

B

Verschneiden Offset WSS mit Dachfläche VO

C

Translationsfläche

58 B CAD-Konstruktion

1.7 WSS Wand – Wand Seitlich A

Verschneidung: Offset – Windschutzscheibe mit D - Linie

B

C

Translationsfläche Formverrundung mit 1.6 C

1.8 WSS Wand – Hilfsfläche

A

Extrusionsfläche

B

Formverrundung 1.8 A mit 1.7 C

C

A

Radius 10mm

19 Beispiele V5 59

1.9 Grundfläche Dachrahmen HI

A

Offset von Dachfläche, 20mm nach innen

B

Verschneidung Grundfläche Dachrahmen HI Basis mit Trennungsebene

C

Formverrundung: Grundfläche Dachrahmen VO mit EB – WSS Wand

60 B CAD-Konstruktion

1.10 Dach Wand – DR VO_Wand HI A

Verschneidung: Grundfläche Dachrahmen VO mit Wand VO

B

Parallele Kurve (Konstante: 100mm) von 1.10 A auf Stützelement Grundfläche Dachrahmen VO

Profilflächenerzeugung mit Referenzfläche (1.4 A) und einer Führungskurve (1.10 B) Winkel 120°

C

1.11 Dach Wand – Dachkanal Wand A

Offset: Dachfläche, 16mm nach innen

B

Verschneidung: D-Linie mit Dachkanal Hilfsfläche

C

Profilflächenerzeugung mit Referenzfläche (1.11 A) und einer Führungskurve (1.11 B) Winkel 90°

D

Formverrundung:

19 Beispiele V5 61

D

Formverrundung: Dachkanal Wand mit DR VO_Wand HI

1.12 Dach Wand – DR HI_Wand VO

1.13 Heckscheibe Wand

Basisbauteil

62 B CAD-Konstruktion

2. Verprägungen

19 Beispiele V5 63

2.1 VP_Gurtaufroller A

B

Extrusionsfläche

C

Offset: Innenfläche (Basisbauteil)

D

Formverrundung 2.1 B mit C

E

Formverrundung 1.13 mit 2.1 D

VP_Gurtaufroller

Verprägungen

64 B CAD-Konstruktion

3. Flansche

Flansche

19 Beispiele V5 65

3.1 Flansche (WSS, Dachfläche, Heckscheibe)

A

Offset: WSS: 12mm Dachfläche: 10mm Heckscheibe: 11mm

B

Verschneidung WSS Flansch Basis mit Dachfläche Flansch

C

Verschneidung WSS Flansch Basis mit Beschnittkurve

D

Verrundungen:

EB–WSS Flansch EB–Heckscheibe Flansch EB–Dachfläche Flansch

66 B CAD-Konstruktion

3.2 Flansche (Fahrertür, Fondtür, Schweller)

Flansche

19 Beispiele V5 67

4. Beschnitte

68 B CAD-Konstruktion

4.1 Beschnitte – BSK – Schweller, C-Säule, Heckscheibe

A

B

Extrusionsfläche

C

Formverrundung: Beschnitt Schweller Beschnitt C-Säule

D

Offset:

E

Formverrundung: Beschnitt Heckscheibe

Heckscheibe Wand( Basisbauteil) nachinnen

EB - Beschnitt C-Säule

19 Beispiele V5 69

4.2 Beschnitte – BSK – Dachrahmen HI, Dach, Dachrahmen VO

4.3 Beschnitte – BSK – WSS, A-Säule OB

70 B CAD-Konstruktion

4.4 Beschnitte – BSK – A_Säule UT

Beschnitte - Beschnittkörper

19 Beispiele V5 71

4.5 Beschnitte – Fahrertür /Fondtür

Trennen Flansche mit BSK, Beschnitt Fahrertür, Beschnitt Fondtür

Beschnitte

72 B CAD-Konstruktion

5. Löcher in Bauteil 5.1 Löcher in Bauteil – Gurtaufroller, A-S Oben, A-S Unten A

Alle Offsets verschneiden mit Beschnitt

B

Trennen Beschnitte mit allen Verschneidungen

Karosserie Rohbau, Seitenwand Innen

Fertiges Bauteil

19 Beispiele V5 73

19.3 Mittelkonsole nach Christoph Kuttner

74 B CAD-Konstruktion

Übersicht Ziel der Anwendung Dieses Übungsbeispiel soll anhand des Bauteils ABLAGEFACH MITTELKONSOLE die Methodik von CATIA V5 in einer weiteren praktischen Anwendung zeigen. Die Ausarbeitung erfolgt in einer gewählten Projektumgebung. Die Einzelmodelle basieren auf dem GRUNDMODELL. Zur Konstruktion werden die KONSTRUKTIONSLINIEN MWC zugrunde gelegt. Der Modellaufbau erfolgt in verschiedenen Varianten, um diese zu erklären und deren Vor- und Nachteile zu erörtern. Wichtiger Bestandteil hierbei sind die Durchführung von Änderungen, wie sie zu Beginn der Konstruktion erwartet wurden sowie die Erweiterung des Bauteils, um den fortlaufenden Konstruktionsstand des tatsächlichen Bauteils darzustellen. Konzeptschnitte Basis für die Konstruktion sind das für die Erstellung des REFERENZMODELLS verwendete Flächenmodell und in CATIA V4 erstellte Konzeptschnitte, die das zu konstruierende ABLAGEFACH MITTELKONSOLE definieren.

19 Beispiele V5 75

Aufbau Der im folgenden Beispiel verwendete Aufbau spiegelt die erfahrungsgemäßen Änderungen eines Ablagefaches wider. Der Aufbau ist von Bauteil zu Bauteil verschieden und muss vor dem Beginn im Zusammenwirken mit den Konzeptschnitten erarbeitet werden. Nur so kann gewährleistet werden, dass sich das Bauteil gezielt modifizieren lässt und die Abhängigkeiten keine unerwünschte Veränderung mit sich ziehen. Festlegungen / zu erwartende Änderungen a) BODEN ABLAGEFACH: Ist so auszulegen, dass er sich ohne Änderungen der Seitenwände verschieben lässt. b) SEITLICHER ABSTAND: Der seitliche Abstand des Kragens des Ablagefaches soll konstant sein, unabhängig von den Außenflächen, wobei die umlaufende Aufstandsfläche ein gewisses Maß nicht unterschreitet. c) ABSCHLUSS HINTEN: Soll auf einem konstanten X-Maß liegen. d) ABSCHLUSS VORNE: Soll in Abhängigkeit des Deckels konstant bleiben. e) FLÄCHEN VORNE, HINTEN und SEITLICH: Sollen in Abhängigkeit der Entformungsrichtung ausgelegt werden. f) DOWNSET ZUM TRÄGER: Abweichend von den Konzeptschnitten soll das Ablagefach vertieft (1,5mm) in dem Träger der Mittelkonsole sitzen. g) WANDSTÄRKE: 2,5mm. Externe Verknüpfungen Es werden keine externen Verknüpfungen erstellt.

76 B CAD-Konstruktion

Ausgangsbasis Basis der Konstruktion ist das im vorangegangenem Übungsabschnitt erzeugte PRODUCT: ARBEITSMODELL ABLAGEFACH. Dieses PRODUCT enthält folgende Modelle: REFERENZMODELL ABLAGEFACH (Part ohne Geometrie basierend auf dem GRUNDMODELL) KONZEPTSCHNITTE (V4 Umgebungsmodell) Dieses PRODUCT wurde im privaten FILE gespeichert, ebenso das Bauteil ABLAGEFACH. Das REFERENZMODELL ist als READ-ONLY im Product aus dem FILE ENTWURF integriert.

19 Beispiele V5 77

Grundsätzliche Vorgehensweise der Bauteilkonstruktion CATIA V5 bietet viele Möglichkeiten des Modellaufbaus und der daraus resultierenden Bauteilkonstruktion: Grundsätzlich kann in einem Aufbau mit Flächen und einem Aufbau als SOLID unterschieden werden. FLÄCHEN Die Oberflächen des Bauteils werden mit Flächen beschrieben, die durch TRIM-Operationen zu einem beschriebenen Oberflächenmodell reifen, aus dem im Anschluss ein SOLID durch Zufügen der Wandstärke erzeugt wird. SOLID Das Bauteil entsteht durch Beschneiden eines SOLID-Blocks, der in einzelnen Operationen mit erzeugten Elementen beschnitten wird und so zu einem fertigen Bauteil reift. Beide Varianten führen zum gleichen Ziel, einem fertigen Bauteil als SOLID. Im folgenden Beispiel werden beide Varianten erläutert. Erfahrungsgemäß ist jedoch die SOLID-Variante der reinen, V4 ähnlicher Konstruktion mit Flächen vorzuziehen. Die erzeugten Operationen sind geringer, viele TRIM-Operationen entfallen. Das Bauteil ist übersichtlicher gegliedert und das nachträgliche Bearbeiten fällt leichter.

78 B CAD-Konstruktion

Entformungsrichtung Die Entformungsrichtung wird lt. Vorgabe aus Konzeptschnitten erzeugt. Diese wird auf einem Sketch auf der XZ-Plane erzeugt. – FERTIGUNG / ENTFORMUNG / DEFINE IN WORK / OBJECT Zusätzlich wird nun eine PLANE mittig auf die Entformungsrichtung erzeugt. Danach wird die Farbe und Strichstärke und -form geändert. – PLANE / NORMAL TO CURVE

19 Beispiele V5 79

Kopieren der Flächen aus REFERENZMODELL Die für die Konstruktion notwendigen Flächen werden aus dem REFERENZMODELL kopiert. – Aktivieren des Part ABLAGEFACH durch Doppelklick – DATEN EXTERN / DEFINE IN WORK OBJECT – Select, COPY – PASTE SPECIAL / AS RESULT Folgende Flächen wurden kopiert: Seitenfläche Hauptträger Fläche oben Hauptträger Fläche vorne Deckel

80 B CAD-Konstruktion

Konstruktion Hauptflächen Bei der Konstruktion ist es wichtig, dass die erzeugten Elemente direkt in dem dafür vorgesehenen OPEN BODY (ab Version 14 = Geometrical Set) erzeugt werden. Im Part ABLAGEFACH / KONSTRUKTION wird ein OPEN BODY mit der Benennung HAUPTFLAECHEN erzeugt: – INSERT OPEN BODY In diesem OPEN BODY werden nun anhand der Konzeptschnitte die Hauptflächen erzeugt. Dabei ist zu beachten, dass die Flächen anhand der festgelegten Parameter erzeugt werden. Es entstehen Abhängigkeiten zu Flächen und Entformrichtungen. Dabei ist die Leitkurve (SPINE) für den Flächenaufbau von entscheidender Bedeutung; sie beeinflusst direkt die Flächenqualität.

19 Beispiele V5 81

Konstruktionsbeispiel Anhand der Fläche ABLAGEFACH VORNE wird die Flächenkonstruktion erläutert. Nach Vorgaben aus den Konzeptschnitten ist die Fläche durch eine Länge von 50mm auf der ebenen Fläche für die COIN-Box definiert. – INTERSECT – CURVE PARALLEL Die Fläche ist in Abhängigkeit zur Entformrichtung auszulegen. Die Entformschräge beträgt 3°. Die Fläche wird als SWEEP WITH REFERENCE SURFACE ausgelegt. Die Referenzfläche ist in diesem Fall die PLANE, normal zur Entformrichtung. Der Winkel zu dieser Referenzfläche beträgt 87° oder 93°. Es empfiehlt sich zuerst einen kleineren Winkelwert (z.B.70°) einzugeben und die Ausrichtung der erzeugten Fläche im PREVIEW MODE zu beurteilen. Als SPINE wird nicht die Grundeinstellung (DEFAULT: PARALLEL2), sondern die Y-Achse gewählt, der Flächenaufbau ist von höherer Qualität, eine stärkere Krümmung der Ausgangskurve hätte eine interne Überschneidung der erzeugten Fläche zur Folge.

82 B CAD-Konstruktion

Strukturierung, Benennung Für die Übersichtlichkeit der Konstruktion ist es wesentlich, die wichtigen, erzeugten Flächen zu benennen, um ein späteres Auffinden zu erleichtern. Zu beachten ist, die erzeugten Flächen größer als notwendig darzustellen. Diese Vorgehensweise erleichtert die späteren Modifikationen. Fertigstellung der Hauptflächen Nun werden die aus den Konzeptschnitten definierten Hauptflächen erzeugt.

Bis zu diesem Punkt ist die Konstruktion des Bauteils mittels FLÄCHEN oder SOLID identisch.

19 Beispiele V5 83

Bauteilkonstruktion mit Flächen Erstellung der TRIM-Flächen Nun werden die Hauptflächen mittels TRIM zu einem geschlossenen (unbeschnittenen) Oberflächenmodell getrimmt (Vergleichbar mit einem V4SKIN). Die umlaufenden Beschnittflächen werden in einem separaten TRIM erzeugt. Die dafür erzeugten Flächen wurden in einem neuen OPEN BODY (ab Version 14 = Geometrical Set) konstruiert.

84 B CAD-Konstruktion

Erstellung des SOLID ABLAGEFACH Mit dem TRIM HAUPTFLAECHEN wird nun im PART DESIGN Workbench ein SOLID mit gewählter Wandstärke erzeugt. Dieses SOLID wird im Anschluss mit dem TRIM BESCHNITT beschnitten, um das fertige Bauteil zu erhalten. – PART DESIGN (FERTIGTEIL SOLID wird automatisch aktiver Body) THICK SURFACE erzeugt nach Eingabe der Wandstärke und Ausrichtung des Materialaufbaus das SOLID SPLIT beschneidet das SOLID mit dem TRIM BESCHNITT

Das fertige Bauteil wird nun gespeichert – SAVE MANAGEMENT

19 Beispiele V5 85

Bauteilkonstruktion als SOLID Erstellung des SOLID-Blocks Im Workbench PART DESIGN wird mittels eines SKETCH ein SOLID-PAD erzeugt, das im Anschluss mit den Hauptflächen beschnitten wird. Dabei ist zu beachten, dass der Solid Block größer als das zu erwartende Bauteil wird. – PART DESIGN (FERTIGTEIL SOLID wird automatisch aktiver Body) – PAD / SKETCH

86 B CAD-Konstruktion

Im Dialogfenster PAD DEFINITION werden die gewünschten Parameter eingegeben, um den SOLID-Block zu erhalten.

19 Beispiele V5 87

Beschneiden des SOLID-Blocks Nun wird der soeben erzeugte SOLID-Block mit den Flächen beschnitten und anschließend mit SHELL ein SOLID mit Wandstärke konstruiert. SPLIT beschneidet das SOLID mit dem TRIM BESCHNITT SHELL erzeugt SOLID mit Wandstärke

88 B CAD-Konstruktion

Fertigstellung des SOLID Die Auflagefläche wird in einem separaten SOLID erzeugt, dieses dann mit Hilfe der BOOL’SCHEN OPERATIONEN mit dem Solid des Ablagefachs verbunden. – INSERT BODY – PROPERTIES: Benennen des BODY – THICK SURFACE: Erzeugen der Auflagefläche (downset beachten) – SPLIT: Beschneiden der Auflagefläche mit TRIM BESCHNITT – FERTIGTEIL SOLID: Define in Work Object – SOLID AUFLAGEFLAECHE: Union/Trim Die Boolschen Operation werden durch selektieren des BODY und im Untermenü AUFLAGEFLAECHE_OBJECT ausgewählt. Nun werden z.B. FACES TO REMOVE gewählt, die das fertige SOLID definieren.

19 Beispiele V5 89

Das fertige Bauteil wird nun gespeichert. – SAVE MANAGEMENT

Modifikation des Bauteils Allgemeines Ist das Bauteil aufgrund der Anforderungen und erwartenden Änderungen aufgebaut, so lassen sich Änderungen sehr schnell und unkompliziert durchführen. Update Der UPDATE – die Neuberechnung aller nach der Änderung erfolgten Operationen – ist zum Teil sehr zeitaufwendig. Es ist nicht zielführend, nach jeder Änderung bereits einen UPDATE laufen zu lassen. Oftmals werden mehrere Änderungen durchgeführt bevor der UPDATE erfolgt. Deshalb ist es empfehlenswert, die CATIA-V5-Grundeinstellung des automatischen UPDATES zu verändern und den UPDATE manuell durch Drücken der UPDATE Taste durchzuführen.

90 B CAD-Konstruktion

Dies geschieht in folgenden Menüs – diese Einstellung muss 2x ausgeführt werden: 1) TOOLS – OPTIONS – INFRASTRUCTURE – PART INFRASTRUCTURE – GENERAL - UPDATE Hier die Box mit MANUAL aktivieren 2) TOOLS – OPTIONS – MECHANICAL DESIGN – ASSEMBLY DESIGN - GENERAL Hier die Box mit MANUAL aktivieren Entformungsrichtung Ändert sich z.B. die Entformungsrichtung von 68 auf 85˚, so muss nur der Winkel in dem SKETCH der Entformungsrichtung geändert werden.

19 Beispiele V5 91

Danach wird das Bauteil durch Drücken des UPDATE Buttons automatisch modifiziert. Die Flächen, die in Abhängigkeit zur Entformungsrichtung aufgebaut wurden, werden mit der neuen Entformungsrichtung (und der PLANE normal dazu) neu berechnet. Alle anderen Operationen (OFFSET; TRIM; THICK SURFACE) werden ebenfalls neu berechnet.

92 B CAD-Konstruktion

Höhe Ablageboden Ändert sich z.B. die Höhe des Bodens von Z308 auf Z350, so muss nur das Maß in dem SKETCH der Fläche unten geändert werden.

Danach wird das Bauteil durch Drücken des UPDATE Buttons automatisch modifiziert.

19 Beispiele V5 93

Austausch der Hauptfläche Träger Ändert sich z.B. die Hauptfläche des Trägers, so wird die neue Fläche zuerst als „externe Daten“ importiert und dann die alte Fläche im Strukturbaum mit REPLACE ausgetauscht.

!! Wichtig: auf die Richtung der Fläche achten!!

94 B CAD-Konstruktion

Danach wird das Bauteil durch Drücken des UPDATE Buttons automatisch modifiziert.

19 Beispiele V5 95

Erweiterung des Bauteils Allgemeines Zur Erweiterung des Bauteils können alle zusätzlichen Komponenten in das ursprünglich erzeugte Modell eingearbeitet werden. Die zur Fertigstellung des Bauteils benötigten Operationen können beliebig ausgetauscht werden. Hier ist es wiederum wichtig, die vorgegebenen Strukturen einzuhalten und die Erweiterungen sinnvoll zu gliedern. Wird z.B. eine zusätzliche Verprägung zugefügt, so sind die dafür notwendigen Konstruktionsschritte in einem separaten OPEN BODY (ab Version 14 = Geometrical Set) durchzuführen. Hier zeigt sich der Vorteil der Konstruktion in SOLID Bauweise am besten. FLÄCHEN Zusätzliche Operationen müssen vor der Erstellung des Solid eingefügt werden. Der Strukturbaum wird dadurch in seinem Umfang stark vergrößert. Es folgen viele TRIM und SPLIT Operationen, um auf den Flächenverbund HAUPTFLÄCHEN zu gelangen. SOLID Zusätzliche Erweiterungen werden als separate SOLIDS erstellt. Diese werden mit Bool’schen Operationen zu dem bereits bestehenden Solid zugefügt. Dadurch wird das Bauteil besser in Bereiche unterteilt, der Strukturbaum kompakt gehalten und die einzelnen Gruppen leicht auffindbar im FERTIGTEIL SOLID strukturiert.

96 B CAD-Konstruktion

Verrundung FLÄCHEN Der erzeugte TRIM HAUPTFLÄCHEN wird nun in einem separaten OPEN BODY (ab Version 14 = Geometrical Set) verrundet. Dieser neu entstandene TRIM wird nun für die Erzeugung des SOLIDS verwendet. – GSD – INSERT OPEN BODY – PROPERTIES: Benennung – EDGE FILLET: Verrundung der Hauptflächen – PROPERTIES: Benennung des verrundeten TRIMS – THICK SURFACE: Austauschen des zur Erstellung des SOLIDS verwendeten TRIMs UPDATE

19 Beispiele V5 97

Verrundung SOLID Die Verrundungen werden dem beschnittenen SOLID vor der SHELL-Operation zugefügt. Dadurch wird mit DEFINE IN WORK OBJECT dieser Schritt der SOLID-Operationen aktiviert. Nun werden die Verrundungen durchgeführt. – PART DESIGN – DEFINE IN WORK OBJECT – EDGE FILLET: Verrundung der Hauptflächen – UPDATE

98 B CAD-Konstruktion

Schalteraufnahme Der Schalter soll umlaufend mindestens 5 mm Auflage haben. Das Lochbild ist aus der Skizze ersichtlich. Die Z-Höhe des Schalters ist nicht definiert, soll aber ca. 20 mm unterhalb der Hauptfläche der Mittelkonsole liegen.

LOCHBILD:

12x30mm

19 Beispiele V5 99

Erzeugung der Flächen Schalteraufnahme Bei der Konstruktion ist es wichtig, dass die erzeugten Elemente direkt in dem dafür vorgesehenen OPEN BODY (ab Version 14 = Geometrical Set) erzeugt werden. Im Part ABLAGEFACH / KONSTRUKTION wird ein OPEN BODY mit der Benennung SCHALTERAUFNAHME konzipiert. – INSERT OPEN BODY In diesem OPEN BODY werden nun anhand der Angaben die Flächen erzeugt. Dabei werden die Flächen basierend auf festgelegten Parametern konstruiert, d.h. Abhängigkeiten zu Flächen und Entformrichtungen sind vorgegeben.

100 B CAD-Konstruktion

Schalteraufnahme FLÄCHEN Der erzeugte TRIM SCHALTERAUFNAHME wird verrundet und mit dem TRIM HAUPTFLÄCHEN getrimmt und verrundet. Dieser neu entstandene TRIM wird nun für die Erzeugung des SOLIDS verwendet. – GSD – EDGE FILLET – TRIM – THICK SURFACE: Austauschen des zur Erstellung des SOLIDS verwendeten TRIMs – UPDATE

19 Beispiele V5 101

Schalteraufnahme SOLID Der erzeugte TRIM SCHALTERAUFNAHME wird nun von dem erzeugten SOLID an gewünschter Position abgezogen. In diesem Fall geschieht dies vor der Verrundung. Danach werden die Verrundungen vervollständigt. – PART DESIGN – DEFINE IN WORK OBJECT – SPLIT – UPDATE

102 B CAD-Konstruktion

Vergleich FLÄCHEN – SOLID STRUKTURBAUMFLÄCHEN: Der Strukturbaum bei der Erstellung mit Flächen ist sehr lang und beinhaltet viele TRIM-Operationen. Die Erstellung des komplett verrundeten Flächenverbundes beinhaltet alle Operationen in einem Gesamt-TRIM. Durch die durchgeführten TRIM-Operationen ist es möglich, Fehler in der TRIM-Erstellung zu verursachen, die auf Grund der überlangen Flächen zu ungewünschten Überschneidungen führen können.

Bei Bauteiländerungen dauert der durchzuführende UPDATE länger, da alle TRIM-Operationen neu berechnet werden müssen. Bei Änderungen ist das Auffinden des zu ändernden Bereiches schwieriger, der Weg mit PARENT/CHILDREN sehr mühselig.

19 Beispiele V5 103

Vergleich FLÄCHEN – SOLID STRUKTURBAUM SOLID: Der Strukturbaum ist prinzipiell zweigeteilt: Im FERTIGTEIL SOLID sind alle verbindenden Operationen des fertigen SOLIDS aufzufinden. Es ist leicht, Operationen zu löschen und neue in beliebiger Position hinzuzufügen. Der zweite Teil des Strukturbaums beinhaltet alle OPEN BODIES (ab Version 14 = Geometrical Sets), die zur Erzeugung der Geometrie des Bauteils verwendet wurden.

104 B CAD-Konstruktion

SCAN OR DEFINE IN WORK OBJECT: Mit der Funktion SCAN (EDIT / SCAN OR DEFINE IN WORK OBJECT) kann durch die Konstruktion des SOLIDS „geblättert“ werden. Das Auffinden des zu modifizierenden Bereichs ist daher leicht zu bewerkstelligen. Das Modifizieren durch Einfügen und Löschen von Operationen in beliebiger Position ist möglich und zweckmäßig.

19 Beispiele V5 105

19.4 Übungsbeispiel Halter I-Tafel 1.

A

Grundform Ebene für die Skizze Grundform ist die erzeugte X-Ebene (yz). Das 2D Achsenkreuz, gelb, wird ausgeblendet. Die Bedingungen werden zu unseren Kontrollelementen vergeben. Der hervorgehobene Punkt in der X-Ebene ist der Referenzpunkt, auf den die Bedingungen vergeben werden.

Sketch Profile

Sweep

106 B CAD-Konstruktion B

Beschnitt Oben Die Extrusion Beschnitt Oben wird verrundet und mit der Grundform getrimmt.

Sketch: Y Plane (zx)

Extrude

Edge Fillet

Limits großzügig vergeben, aufgrund evtl. Modifikation des Bauteils.

Radius 20mm

Trim (Außenfläche 1)

C

Taschenauszug Es wird die Extrusion Taschenauszug erzeugt und dann mit Außenfläche 1 getrimmt. Sketchebene

19 Beispiele V5 107 Extrusion

Trim (Außenfläche 2)

Begrenzung Dome/Rippen Die erste Beschnittfläche und die Extrusion Taschenauszug werden getrimmt. Trim (Beschnitt Oben mit Taschenauszug)

Die Begrenzungsfläche der Dome und Rippen wird erst im Part Design für eine SplitOperation verwendet. Benennen mit Begrenzung Dome/Rippen.

D

Beschnitt Unten Die Extrusion Beschnitt Oben wird verrundet und mit der Grundform getrimmt. Offset

Offset: 11mm Benennen mit Beschnitt Unten.

Edge Fillet

Radius: 10mm

108 B CAD-Konstruktion 2. Part Design Um aus den Flächen ein Solid zu machen, wird das GSD verlassen und ins Part Design gewechselt. Die Surface Based Features Toolbar ermöglichen Transformationen von Flächen ins Solid.

Body => Bauteil (Define in Work Object)

Edge Fillet

Close Surface

Object to close: Außenfläche 2

Shell

Aushöhlung des Solids. Inside Thickness: 3mm

Radius: 5mm

19 Beispiele V5 109 3. FLANSCH A Es wird ein neuer Body erstellt und mit Flansch A benannt.

A

Sketch: X Plane (yz)

Sweep

Profil Type: Line Subtype: With reference surface Guide curve: Sketch (links) Reference surface: X Angle: 90,5 deg Lenght1: 0 mm Lenght2: 40 mm

Sketch: Z Plane (xy)

Extrude Trim

110 B CAD-Konstruktion Close Surface

Hole Equidistant Point

Der Lochmittelpunkt liegt vertikal zentriert mit einem Abstand von 24mm zur X Plane.

Edge Fillet

Radius: 4mm

Union Trim

Faces to remove ( in violett dargestellt )

19 Beispiele V5 111 4. Body: FLANSCH B

A

Profil Type: Line Subtype: With reference surface Guide curve: Sketch Reference surface: X Angle: 90,5 deg Lenght1: 0 mm Lenght2: 38 mm

Sketch: X Plane (yz)

Plane normal to Curve für die nachfolgende Skizze.

Sketch

Extrude Trim

Richtung der Extrusion

Close Surface

112 B CAD-Konstruktion B

Plane

Plane normal to Curve

Chamfer

Hole

Das Loch liegt konzentrisch zur darunterliegenden Kurve. Limit: Up to next

Edge Fillet

Add

Body Flansch B wird dem Body Bauteil hinzugefügt.

Length: 8 mm Angle: 45 deg

Radius: 1mm

5. Body: DOME A

Point

Type: On Plane

Circle (für Dom Aussen)

Radius: 3,5 mm

Für den Sweep Dom Innen wird ebenfalls ein Circle erstellt. Mit gleichem Center Point und Radius 2,5mm.

19 Beispiele V5 113 Sweep

Sweep

90,5°

Profil Type: Line Subtype: With reference surface Guide curve: Circle 3,5mm Reference surface: X Angle: 90,5 deg Lenght1: 0 mm Lenght2: 30 mm Benennen mit Dom Außen.

Close Surface Split

Profil Type: Line Subtype: With reference surface Guide curve: Circle 2,5mm Reference surface: X Angle: 89,5 deg Lenght1: 3 mm Lenght2: 33 mm Benennen mit Dom Innen.

Die Fläche Dom Außen wird mit Close Surface geschlossen. Mit der Fläche Dom Innen wird gesplittet.

114 B CAD-Konstruktion B

Sketch – Pattern Dome Entlang einer bemaßten Konstruktionskurve werden die Punkte für den User Pattern festgelegt.

User Pattern Dome

19 Beispiele V5 115 Mit der Fläche Begrenzung Dome werden die Dome gesplittet.

Split

Add

Body Dome wird dem Body Bauteil hinzugefügt.

6. A

Verstärkung Sketch: X Plane (yz)

116 B CAD-Konstruktion Pad (Thick; Neutral Fiber)

Limit 1 Type: Limit:

Up to Surface Begrenzung Dome/Rippen

Limit 2 Type: Limit:

Up to Plane X-Plane

Profile: Thick Thickness: 1mm Neutral Fiber

Angle: 1°

Draft Angle

Neutral Element: X-Plane (die restlichen Bodies befinden sich Hide)

Split

Split mit Mantelfläche.

Split

Split mit Fläche Beschnitt Unten.

Add

Body Verstärkung wird dem Body Bauteil hinzugefügt.

19 Beispiele V5 117

IT-Beschlag – CLIP 7. Open Body (ab Version 14 = Geometrical Set) – KONSTRUKTION CLIP

MITTELTEIL A

Deckfläche Extrude

Der Pfeil zeigt auf die Körperkante aus der die Exrusion in Y-Richtung entsteht. Benennen mit Deckfläche A. Limit 2: 5mm

Sweep

Guide curve: Kante von Deckfläche A. Reference surface: Deckfläche A. Angle: -7 deg Lenght1: 35 mm Lenght2: 0 mm

Profil Type: Line Subtype: With reference surface Benennen mit Deckfläche B.

Join

Elements To Join: Deckfläche A, B. > Deckfläche C

118 B CAD-Konstruktion B

Sketch auf Deckfläche A

Vertikalachse mit 68mm Abstand zum Referenzpunkt.

Trim

Extrude

Trim: Profil Mitte mit Deckfläche C Limit1: 20mm ;

C

Limit2: 3mm

> Profil Mitte

Sketch: Beschnitt Seite

19 Beispiele V5 119 Extrude: Beschnitt Seite

D

Trim

Extract

Extrahierte Fläche für den Split. Benennen mit Split Clip.

Split

Die überstehenden Faces des Clip-Mittelteils werden mit der extrahierten Fläche abgeschnitten.

120 B CAD-Konstruktion E

Close Surface

Plane

Plane Type: Parallel through point Reference: X-Plane (yz) Benennen mit Draft Mitte.

Draft

Edge Fillet

Radius: 5mm

Draft Angle: 1° Neutral Element Plane Draft Mitte Pulling Direction in Pfeilrichtung.

Im Part Design wird nun ein neuer Body erzeugt: Clip In diesem werden die Solid-Features des Clips erstellt.

19 Beispiele V5 121 8.

A

Open Body (ab Version 14 = Geometrical Set) – KONSTRUKTION CLIP (FLÜGEL A) Flügel A

Sketch

Extrude

B

Beschnitt Flügel A

Sketch

Extrude

122 B CAD-Konstruktion Split

Thick Surface Es wird ein Aufmaß erzeugt mit Thick Surface. Für den Split im Part Design wird eine Plane Tangent to Surface erzeugt.

First Offset: 2mm

Split Edge Fillet Union Trim Radius: 15mm

Radius: 3mm

9.

A

Open Body (ab Version 14 = Geometrical Set) – KONSTRUKTION CLIP (FLÜGEL B) Sketch

19 Beispiele V5 123 Extrude

B

Thick Surface

Sketch ( Ebene / Face siehe Pfeil im Bild rechts oben )

First Offset: 1mm Second Offset: 1mm

124 B CAD-Konstruktion Union Trim

Pocket

10.

An der extrahierten Fläche Split Clip benutzen Split

Ebene für den Sketch.

Pocket

Dimension: 5mm

Add Clip

19 Beispiele V5 125

Fertiges Bauteil

126 B CAD-Konstruktion

19.5 Part Design Toolbars Sketch-Based Features

Auf Skizzen basierende Komponenten

Pads

Blöcke

Pockets

Taschen

Shaft

Welle

Groove Hole Rib Slot

Nut Bohrung Rippe Rille

Advanced extruded features

Erweiterte Strangprofile

Loft

Loft

Slot

Entfernter Loft

Pads

Blöcke

Pad

Block

Drafted Filleted Pad

Verrundeter Block mit Auszugsschräge

Multi-Pad

Mehrfachblock

Pockets

Taschen

Pocket

Tasche

Drafted Filleted Pocket

Verrundete Tasche mit Auszugsschräge

Multi-Pocket

Mehrfachtasche

Advanced extruded features Stiffener

Versteifung

Solid Combine

Kombinierter Volumenkörper

Dress-Up Features

Aufbereitungskomponenten

Fillets

Verrundungen

Chamfer

Fase

Drafts

Auszugsschrägen

Shell

Schalenelement

Thickness

Aufmaß

Thread/Tap

Gewinde (Innen/Außen)

Remove Face

19 Beispiele V5 127

Fillets

Verrundungen

Edge Fillet

Kantenverrundung

Variable Radius Fillet

Verrundung mit variablem Radius

Face-Face Fillet

Verrundung zwischen zwei Teilflächen

Tritangent Fillet

Verrundung aus drei Tangenten

Drafts

Auszugsschrägen

Draft Angle Draft Reflect Line

Winkel der Auszugsschräge Reflexionslinie der Auszugsschräge

Variable Angle Draft

Auszugsschräge mit variablem Winkel

Remove Face

Teilfläche entfernen/ersetzen

Remove Face

Teilfläche entfernen

Replace Face

Teilfläche ersetzen

Surface-Based Features

Auf Flächen basierende Komponente

Split

Trennen

Thick Surface

Aufmaßfläche

Close Surface

Fläche schließen

Sew Surface

Fläche integrieren

Transformation Features

Transformationskomponente

Transformations

Transformationen

Mirror

Spiegeln

Patterns

Muster

Scaling

Skalieren

Transformations

Transformationen

Translation

Verschiebung

Rotation

Drehung

Symmetry

Symmetrie

Patterns

Muster

Rectangular Pattern Circular Pattern

Rechteckmuster Kreismuster

User Pattern

Benutzermuster

128 B CAD-Konstruktion

Boolean Operations

Boolsche Operationen

Assemble

Zusammenbauen

Boolean Operations

Boolsche Operationen

Union Trim

Vereinigen und Trimmen

Remove Lump

Stück entfernen

Boolean Operations

Boolsche Operationen

Add

Hinzufügen

Remove

Entfernen

Intersect

Verschneiden

19.6 Generative Shape Design Toolbars Wireframe

Drahtmodell

Points

Punkte

Line-Axis

Linie-Achse

Plane

Ebene

Project-Combine

Projekt-Kombinieren

Intersection

Verschneidung

Offset 2D 3D

Offset 2D 3D

Circle-Conic

Kreis-Kegelschnitt

Curves

Kurven

Point

Punkt

Point

Punkt

Points and Planes Repetition

Wiederholung der Punkt- und Ebenenerzeugung

Extremum

Äußerster Punkt

Extremum Polar

Äußerster Punkt in Polarkoordinaten

Line-Axis

Linie-Achse

Line

Linie

Axis

Achse

Polyline

Polylinie

19 Beispiele V5 129

Project-Combine

Projekt-Kombinieren

Projection

Projektion

Combine

Kombinieren

Reflect Line

Reflexionslinie

Offset 2D 3D

Offset 2D 3D

Parallel Curve

Parallele Kurve

3D Curve Offset

3D-Kurvenoffset

Circle-Conic

Kreis-Kegelschnitt

Circle

Kreis

Corner

Ecke

Connect Curve

Verbindungskurve

Conic

Kegelschnitt

Curves

Kurven

Spline

Spline

Helix

Helix

Spiral

Spirale

Spine

Leitkurve

Law

Regel

Surfaces

Flächen

Extrude-Revolution

Extrudieren-Drehen

Offset

Offset

Sweeps

Translationen

Fill Multi-sections Surface Blend

Füllen Fläche mit Mehrfachschnitten Übergang

Extrude-Revolution

Extrudieren-Drehen

Extrude

Extrudieren

Revolve

Drehen

Sphere

Kugel

Cylinder

Zylinder

130 B CAD-Konstruktion

Sweeps

Translationen

Sweep

Translation

Adaptive Sweep

Anpassungsfähige Translation

Operations

Operationen

Join-Healing

Verbinden-Reparieren

Trim-Split

Trimmen-Trennen

Extracts

Ableitungen

Fillets

Verrundungen

Transformations

Transformationen

Extrapolate

Extrapolieren

Join-Healing

Verbinden-Reparieren

Join

Zusammenfügen

Healing

Reparatur

Curve Smooth

Kurvenglättung

Untrim Surface or Curve

Trimmung von Fläche oder Kurve aufheben

Disassemble

Zerlegen

Trim-Split

Trimmen-Trennen

Assemble

Zusammenbauen

Boolean Operations

Boolsche Operationen

Extracts

Translationen

Sweep

Translation

Adaptive Sweep

Anpassungsfähige Translation

Fillets

Verrundungen

Extrude-Revolution

Extrudieren-Drehen

Offset

Verrundung mit variablem Radius

Sweeps

Translationen

Fill

Füllen

Multi-section

Fläche mit Mehrfachschnitten

19 Beispiele V5 131

Transformations

Verbinden-Reparieren

Join

Zusammenfügen

Healing

Reparatur

Curve Smooth

Kurvenglättung

Untrim Surface or Curve

Trimmung von Fläche oder Kurve aufheben

Disassemble

Zerlegen

Axis to Axis

Achse zu Achse

132 B CAD-Konstruktion

Konstruktion mit CATIA V4 20 Rohbau Konstruktive Beispiele In Kap. 20 und 21 wird anhand von ausgewählten Konstruktionsbeispielen ein Fahrzeug von vorn bis hinten dargestellt. Die Auswahl der Ansichten und Schnitte zeigt die Probleme bzw. Schwerpunkte in der Konstruktion und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Vielmehr sollen Zusammenbau und angrenzende Bauteile besonders hervorgehoben werden.

20.1 Vorderwand-Schnitt –800X

–700X

600Z

500Z

400Z

300Z

200Z

100Z

Abb. 36 Anordnung und Schnitt der Vorderwand

–600X

–500X

20 Rohbau 133

20.2 Stirnwand mit Heizung

x y

Abb. 37 Stirnwand vom Fahrgastraum gesehen

20.3 Motorträger-Anbindungen (Y-Träger)

Abb. 38 Motorträger (s. auch Abschn. 23.3)

134 B CAD-Konstruktion

20.4 Bodengruppe/Querträger (Sitzaufnahmen)/ Kofferraumboden

Abb. 39 Komplette Bodengruppe mit Sitzaufnahmen

20.5 Varianten Limousine/Cabrio/Kombi

Abb. 40 Rohkarosserie einer Limousine

20 Rohbau 135

Abb. 41 Rohkarosserie eines Cabrios

Abb. 42 Rohkarosserie eines Kombi

136 B CAD-Konstruktion

AL-800Z

Abb. 43 A-Säulenschnitt mit Anordnung

AL-600 Y

AL-700 Y

20.6 Säulen-A/B/C

20 Rohbau 137

AL-700Y AL1900X

AL2000X

AL-600Y

Abb. 44 B-Säulenschnitt mit Anordnung

138 B CAD-Konstruktion

AL – 500Y

AL900Z

AL800Z

Abb. 45 C-Säulenschnitt mit Anordnung

AL – 600Y

AL – 700Y

20 Rohbau 139

20.7 Gegenüberstellung Spaceframe – Schalenbauweise Bei der Spaceframe-Technologie besteht der Karosserie-Rohbau überwiegend aus Strangpressprofilen, die mittels Biegewerkzeugen in ihre geometrische Form gebracht werden und dann durch Stanznieten, Laserschweißen oder ähnliche Verfahren verbunden werden. Die entstehenden „Löcher“ wie z.B. das Bodenblech werden mit möglichst einfachen Kantteilen geschlossen. Das Verfahren bietet sich aus Kostengründen für kleinere Stückzahlen an (siehe Abb. 46).

Abb. 46 Spaceframebauweise

Abb. 47 Schalenbauweise

140 B CAD-Konstruktion

Vorteile

Nachteile

Space-Frame

Schalenbauweise

Steifigkeit Kosten geringeres Gewicht Aufwändige Fertigung begrenzte Stückzahl viele Schweißnähte spezielle, aufwändige Reparaturlösungen

hohe Stückzahlen weniger Bauteile durch Großblechteile Gewicht höher Bei geringer Stückzahl hohe Fertigungskosten (teure Werkzeuge)

Die Schalenbauweise ist die heute übliche, klassische Bauart von selbsttragenden Karosserien. Sie bietet sich vornehmlich bei größeren Stückzahlen an. Grund hierfür sind u.a. die hohen Tiefzieh-Werkzeugkosten der Großblechteile (siehe Abb. 47).

21

Ausstattung

21.1 Ausstattung innen 21.1.1 Schallisolierung – Akustik

Abb. 48 Abschirmungen und Verkleidungen zur Schallisolierung im Fahrzeuginnenraum

140 B CAD-Konstruktion

Vorteile

Nachteile

Space-Frame

Schalenbauweise

Steifigkeit Kosten geringeres Gewicht Aufwändige Fertigung begrenzte Stückzahl viele Schweißnähte spezielle, aufwändige Reparaturlösungen

hohe Stückzahlen weniger Bauteile durch Großblechteile Gewicht höher Bei geringer Stückzahl hohe Fertigungskosten (teure Werkzeuge)

Die Schalenbauweise ist die heute übliche, klassische Bauart von selbsttragenden Karosserien. Sie bietet sich vornehmlich bei größeren Stückzahlen an. Grund hierfür sind u.a. die hohen Tiefzieh-Werkzeugkosten der Großblechteile (siehe Abb. 47).

21

Ausstattung

21.1 Ausstattung innen 21.1.1 Schallisolierung – Akustik

Abb. 48 Abschirmungen und Verkleidungen zur Schallisolierung im Fahrzeuginnenraum

21 Ausstattung 141

21.1.2 Instrumententafel – Luftkanäle Abb. 49 Anordnung I-TafelSchnitt mit Schnittdarstellung (s. Abschn. 27.3)

21.1.3 Türverkleidung –1000Y –900Y –800Y –700Y –600Y 900Z 800Z 700Z 600Z 500Z 400Z 300Z 200Z 100Z 0Z

Abb. 50 Anordnung Türverkleidung mit Schnittdarstellung (s. Abschn. 27.5)

142 B CAD-Konstruktion

21.1.4 Sitz vorn – mit integriertem Gurt Bei einem Sitz mit integrierter Gurtbandführung liegen die Vorteile klar auf der Hand: • optimaler ergonomischer Gurtbandverlauf für alle Perzentile in jeder Sitzstellung, • kein störendes Gurtband bei Ein-/Ausstieg in Fond, • guter Gurttragekomfort für alle Perzentile, • kein oder nur geringer Einfluss auf Rohbau. Die Nachteile sind: • durch Einleitung der Gurtkräfte auf den Sitzlehnenrahmen, muss dieser entsprechend steif ausgelegt werden, das bedeutet hohes Gewicht und hohe Kosten, • erhöhter Bauraumbedarf durch Unterbringung aller Gurtkomponenten in Lehne und Sitz.

Schaumteil Kopfstütze Verkleidung Lehne Kopfstütze Unterkonstruktion Federkern

Schaumteil Rückenlehne

Abb. 51 Explosionsdarstellung Sitzlehne vorn

Tragkonstruktion Lehne

21 Ausstattung 143 Abb. 52 Gurtbandverlauf bei Sitz mit integrierter Gurtbandführung am Beispiel der 5-Perzentil-Frau (Beckengurt ist verdeckt) (s. Abschn. 27.6)

Problem: In diesem Beispiel verläuft das Gurtband zu nahe am Hals. Das kann zu schweren Verletzungen im Crash führen. Ziel: korrekter Verlauf des Gurtbandes am Körper unter Berücksichtigung der Ergonomie und des Crashverhaltens über alle zu erfüllenden Perzentile. 21.1.5 Bodenverkleidung innen

Abb. 53 Anordnung Bodenverkleidung Schnitt

144 B CAD-Konstruktion

21.1.6 Kofferraumverkleidung

Abb. 54 Gepäckraumverkleidung mit Trennnetz und Abdeckung bei Kombifahrzeugen

21.2 Ausstattung außen 21.2.1 Stoßfänger vorn/hinten

200Z

100Z

–700X

–600X

Abb. 55 Stoßfänger vorn (s. Abschn. 24.1)

–500X

–400X

21 Ausstattung 145

300Z

200Z

100Z

–700Y –800Y

Abb. 56 Stoßfänger hinten (s. Abschn. 26.5)

146 B CAD-Konstruktion

21.2.2 Dachreling Abb. 57 Anordnung Dachreling mit Schnittdarstellung

Dabei sind die maximal zulässigen Dachträgerlasten zu berücksichtigen (üblich sind 75–100 kg inklusive Dachträger). 21.2.3 Außenspiegel Abb. 58 Anordnung Außenspiegel

Beim Außenspiegel sind mögliche länderspezifische Gesetze zu berücksichtigen. Zum Beispiel muss für die USA-Variante ein Aufdruck auf die Spiegeloberfläche angebracht werden, der einen Hinweis gibt, dass sich die im Spiegel abgebildeten Objekte verkleinern.

C Manuelle Konstruktion

22 Einführung Als Karosserien bezeichnet man die Aufbauten von Kraftfahrzeugen aller Art. Sie bestehen heute vorwiegend aus Stahlblechpressteilen, die miteinander verschweißt, verklebt oder verschraubt werden. In die selbsttragenden Karosserien werden die Trieb- und Fahrwerksteile unter Verwendung kleinerer Hilfsrahmen an verstärkten Stellen befestigt. Für Kleinserien, Versuchsfahrzeuge oder bestimmte Karosserieeinzelteile werden zunehmend Kunststoffe, vorwiegend glasfaserverstärkte Polyester- oder Epoxidharze benutzt. Bei Karosserien in nicht selbsttragender Bauweise werden die Fahrwerksteile an einem Profil-, Kasten-, Rohr- oder Plattformrahmen aufgehängt, der aus Längs-, Quer- und Diagonalelementen durch Schweißung oder Nietung zusammengesetzt ist. Für die Formgestaltung von Karosserien sind Gesichtspunkte der Raumausnutzung, der Fertigungstechnik, der Unfallsicherheit, der Aerodynamik und nicht zuletzt Modetendenzen maßgebend. Die zeichnerische Erfassung einer zu entwickelnden Karosserie erfolgt mit Hilfe der darstellenden Geometrie. Sämtliche Karosserien werden nach dem gleichen Grundmuster entwickelt. Dieses aufzuzeigen ist Ziel des vorliegenden Buches. Dabei wird der Schwerpunkt auf den PKW-Körper gelegt, weil er besonders komplex ist und als Vorbild für alle anderen Fahrzeugkörper gelten kann.

22.1 Richtlinien und Vorschriften Konstruktionsrichtlinien haben im Fahrzeugbau die Aufgabe, den Konstrukteur auf Einzelheiten des späteren 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 dafür dienen: • die gesetzlichen Vorschriften bezüglich einer Mindestbodenfreiheit (Australien: ADR 43/00), • Straßenbauvorschriften, die für die Fahrzeugkonzeption von Belang sind (z.B. Garagenverordnungen und Richtlinien zur Verlegung von Bordsteinen), • einschlägige SAE-Richtlinien (SAE J 689).

148

C Manuelle Konstruktion

Um den unterschiedlichen funktionalen, stilistischen und aerodynamischen Anforderungen von Limousine, Coupé und sonstigen Varianten gerecht zu werden, ist unter Berücksichtigung der Kundenakzeptanz eine verminderte Unterflurfreiheit bei Coupé und Sportvarianten zu tolerieren, die Richtlinie entsprechend den drei Fahrzeugkategorien also gesplittet. Bei Fahrzeugteilen, die auch bei missbräuchlichem Fahreinsatz (z.B. Abfahrt von hohen Bordsteinen, Überfahren von Park- und Trennschwellern) nicht beschädigt werden dürfen, muss in diesem Zusammenhang die Aggregateanordnung im Fahrzeug durch Versuche überprüft werden. Als Richtwert kann im Überhangbereich von einer erforderlichen Mindestbodenfreiheit von 240 mm bei Konstruktionslage ausgegangen werden. Ebenfalls durch Versuche überprüft werden muss die Befahrbarkeit von Rampen für die Bahn- und Lkw-Verladung der Fahrzeuge. Die Unterflurfreiheit eines Fahrzeugs ist abhängig vom Beladungszustand. Um hier klare Ausgangsgrößen zu bekommen, hat man Messlasten für die wichtigsten Standebenen definiert. Messlasten Messlast 1 ist das Leergewicht, nach DIN 70020, Teil 2, das Gewicht des trockenen Fahrzeugs mit kompletter Ausrüstung für den normalen Fahrbetrieb, wie vom Hersteller vorgesehen, zuzüglich Kühlmittel und mindestens 90 % Füllung des Kraftstoffbehälters sowie Feuerlöscher, Unterlegkeile und Standard-Werkzeugsatz, falls vom Fahrzeughersteller serienmäßig mitgeliefert. Zusätzlich sind 75 kg Gepäck zu berücksichtigen. Messlast 2, das Konstruktionsgewicht, ist das Gewicht des Fahrzeugs, welches sich aus der Summe des Leergewichts (Messlast 1) und den folgenden Sitzbelastungen ergibt: • für 2- und 3-Sitzer: 2 Personen vorn, • für 4- und 5-Sitzer: 2 Personen vorn und 1 Person auf zweiter Sitzreihe (Coupés und Cabrios werden wie 2- bis 3-Sitzer belastet), • für 6- und 7-Sitzer: 2 Personen vorn und 2 Personen auf zweiter Sitzreihe, • für 8- und 9-Sitzer: 2 Personen vorn und 3 Personen auf der letzten Sitzreihe (hat diese nur 2 Sitzplätze, dann kann 1 Person auf der unmittelbar davor liegenden Sitzreihe sitzen). Als Gewicht eines Fahrzeuginsassen sind 68 kg anzunehmen, wozu 7 kg Gepäck je Person im Gepäckraum addiert werden. Messlast 3, das zulässige Gesamtgewicht, ist in Übereinstimmung mit der späteren Fahrzeugzulassung, DIN 70020, Teil 2, und unter Ausnutzung der zulässigen Hinterachslast definiert. Unterflurfreiheit Die Unterflurfreiheitslinie ist die Summenkurve aller einzelnen Bodenfreiheitslinien (Abb. 59), bestehend aus: Bordsteinfreiheit vorn (Abb. 60)

22 Einführung

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Bordsteinfreiheit hinten (Abb. 61) Bodenfreiheit (Abb. 62) Überhangwinkel vorn (Abb. 63) Überhangwinkel hinten (Abb. 64) Rampenwinkel (Abb. 65) Ölwannenfreiheitslinie, Grenzlinie für Motor und Motornebenaggregate, (Abb. 66a).

22.2 Zeichnungsdetails Maße In DIN 406 ist grundsätzlich festgelegt, wie Bemaßungen von Karosseriezeichnungen auszuführen sind. Abweichungen von der Norm sind in bestimmten Fällen erlaubt, wenn es die Fertigung des Teiles oder seine Funktion erfordern. Maße und Wertangaben müssen eindeutig sein. Wertangaben sind nur zulässig, wenn Maßangaben alleine nicht ausreichen. Die Maße einer Zeichnung sind Fertigmaße und geben den Endzustand des Teiles an. Sie sind außerhalb der Darstellung so anzuordnen, dass damit nachfolgend Beschäftigte nicht rechnen müssen. Bei kleineren Teilen ist es sinnvoll, einen anderen Maßstab zu wählen oder nur Ausschnitte oder Einzelheiten vergrößert hervorzuheben und gesondert zu vermaßen. In Zusammenbauzeichnungen sind nur solche Maße einzutragen, die für den Zusammenbau oder die Weiterverarbeitung erforderlich sind. Bei Bleistiftzeichnungen sind Maßzahlen und Maßpfeile in Tusche einzutragen. Maßlinien und Maßhilfslinien Maßlinien müssen parallel zur bemaßten Abmessung und mindestens 7 mm von der Körperkante entfernt angeordnet sein. Ist dies nicht möglich, kann man sie auch zwischen sichtbaren Kanten eintragen Bei parallel liegenden Maßlinien sollte gleicher Abstand gehalten werden. Mittellinien und Kanten sind möglichst nicht als Maßlinien zu verwenden. Zum Eintragen der Maßzahlen wird die Maßlinie durchgezogen und die Maßzahl über die Maßlinie eingetragen. Bei vorhandener Mittellinie sind Lücken links oder rechts neben diese zu legen. Bei Platzmangel wird zum Eintragen der Maßzahl die Mittellinie unterbrochen. Durch Maßlücken dürfen keine Linien hindurchlaufen. Maßhilfslinien verbinden die Maßlinien mit den Körperkanten. Ihre Lage ist normalerweise rechtwinkelig zur Maßlinie anzuordnen, in besonderen Fällen unter einem Winkel von 60°. Die Länge ist 2 mm über den Maßpfeil hinauszuziehen. Maßhilfslinien sollten sich weder mit anderen Linien noch untereinander schneiden. Mittellinien können Maßhilfslinien sein und sind dann außerhalb der Körperkante als Volllinie weiterzuziehen. Ein konzentrisch einliegender Kreisbogen kann als Maßlinie ausgeführt sein. Der Mittelpunkt liegt auf dem Kreismittelpunkt bzw. dem Scheitelpunkt des Winkels. Eine Sehnenmaßlinie verläuft rechtwinkelig zur Winkelhalbierenden.

150

C Manuelle Konstruktion

Bei bis zur Symmetrielinie gezeichneten Ansichten bekommen Maßlinien nur einen Maßpfeil, die andere Seite läuft 3 mm über die Symmetrieachse hinaus. Verlängerte Maßlinien können bei Kurven gleichzeitig Maßhilfslinien sein. In besonderen Fällen sind auch Maßhilfslinien mit einem Pfeil zugelassen. Maßlinien enden mit einem Maßpfeil, dessen Länge rund fünfmal a-Linienbreite beträgt. Die Winkel der Pfeilschenkel sollen unter 15‘ angeordnet sein. Bei Schnitten sind sie vollgeschwärzt, sonst offen. Bei breiten Körperkanten ist eine Aussparung für den Maßpfeil, vorzusehen. Maßzahlen In technischen Zeichnungen ist die Maßeinheit das Millimeter. Andere Einheiten sind hinter die Maßzahlen zu schreiben. Die Wichtigkeit des Maßes wird allein durch die Toleranz bestimmt. Maßzahlen sind in Tusche, 3,5 mm groß und nach DIN 15 einzuschreiben. Ihre Stellung ist von der Maßlinienrichtung abhängig (Kreis, Winkel). Sie sind nach ISO über der Maßlinie, bei Platzmangel rechts daneben oder zwischen den Pfeilspitzen anzuordnen. Linien dürfen Maßzahlen nicht schneiden. Verwechslungen sind möglich bei den Zahlen 6, 9, 68, 86, 66 und 99. Aus diesem Grund ist je nach Lage hinter der Zahl ein Punkt zu setzen. Zusätze wie Radius „r“, Durchmesser „Ø“, Quadrat „☐“ o.ä. werden vor die Maßzahl eingetragen. Bei Dezimalzahlen ist ein deutliches Komma zu setzen. Nicht maßstäblich gezeichnete Maße – außer bei unterbrochenen Teilen – werden unterstrichen. Wiederholungsmaße sind auszuschließen. Hilfsmaße stehen zwischen Klammern (), sie geben eine maßliche Beziehung zu anderen Teilen an (Platzlinien). Kontrollmaße werden oval umrandet. Sie finden ihre Berechtigung in Zusammenbauzeichnungen für Abmessungen, die schon einmal bemaßt wurden, sich aber beim Zusammenbau nicht ändern dürfen. Radien (Halbmesser) Maßpfeile sind von innen anzusetzen, bei Platzmangel von außen an den Kreisbogen zu ziehen, dabei werden Halbmesser bis zum Mittelpunkt durchgezogen. Der Mittelpunkt des Radius muss durch ein Mittellinienkreuz gekennzeichnet werden, wenn seine Lage für die Funktion, Fertigung oder Prüfung notwendig ist. In eindeutigen Fällen darf auf die Kennzeichnung des Mittelpunktes verzichtet werden. Bezugslinien und Bezugsebenen Sie stellen eine Beziehung zwischen zusätzlichen Angaben und einem Teil her und sind so anzuordnen, dass sie sich nicht mit anderen Linien verwechseln lassen. Sie sind als schmale Volllinien darzustellen und enden mit einem Pfeil an der Körperkante oder mit einem Punkt, wenn sie in die Fläche gehen, ohne Punkt und Pfeil, wenn sie an einer anderen Linie enden. Bezugslinien mit einem Haken finden ihre Anwendung dort, wo sie an einer Kante enden und das Herstellungsverfahren anzugeben ist. Von den Bezugsebenen geht die Bemaßung aus. Es sind Körperkanten oder Strichpunktlinien.

22 Einführung

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Darstellende Geometrie Die darstellende Geometrie ist laut Monge eine Methode, die ermöglicht, dreidimensionale Raumgebilde auf einer zweidimensionalen Bildebene darzustellen und räumliche Fragen in der Ebene auf konstruktiv geometrischem Wege zu lösen. Heute ist die darstellende Geometrie eine Grundwissenschaft der Technik. Das Bild eines räumlichen Gegenstandes soll anschaulich und maßgetreu sein. Die Anschaulichkeit erreicht man durch das Abbildungsverfahren. Die Maßtreue weist nur das zum räumlichen Objekt ähnliche Modell auf. Der Verlust an Maßtreue mindestens in einer Richtung entsteht bei der Abbildung eines dreidimensionalen Gegenstandes auf einer zweidimensionalen Ebene. Die Maßtreue hängt weitgehend von der Lage des Raumobjektes zur Bildebene ab. Abbildungsverfahren Zentrale Projektion: Sie entspricht der genauesten Nachahmung des Sehprozesses. Der Gegenstand wird von einem Punkt aus (Augenpunkt oder Projektionszentrum) durch die Projektionsstrahlen auf die Bildebene projiziert. Dabei soll der Augenpunkt nicht in der Bildebene liegen, sondern einen bestimmten Lotabstand haben. Das entstehende Bild heißt Zentralriss, Zentralbild oder perspektivisches Bild. Axonometrische Projektion: Der Fluchtpunkt der Körperkanten liegt im Unendlichen. Parallellaufende Körperkanten werden durch parallele Linien dargestellt. Man unterscheidet isometrische, dimetrische und Parallelprojektion. Isometrische Projektion: In einer Darstellung sind drei Ansichten abgebildet. Das Winkelverhältnis α und β ist 30°, das Seitenverhältnis a : b : c = 1 : 1 : 1. Dimetrische Projektion: Drei Ansichten sind in einer Darstellung. Das Winkelverhältnis ist α = 7° und β = 42°, das Seitenverhältnis a : b : c = 1 : 1 : 0,5. Parallelprojektion: Die Sehstrahlen laufen parallel zueinander, die Fluchtpunkte ins Unendliche. Schiefe Parallelprojektion: Die Sehstrahlen fallen schräg auf die Bildebene. Das Winkelverhältnis ist α = 0° und β = 45, 30 oder 60°, das Seitenverhältnis a : b : c = 1 : 1 : 0,5 bzw. 0,66 oder 0,33. Bei der normalen Parallelprojektion fallen die Sehstrahlen senkrecht auf die Bildebene. Normale Projektion = orthogonale (rechtwinklige) Abbildung. Darstellungsmethoden: ISO-Methode E = europäische Methode (Abb. 66b), ISO-Methode A = amerikanische Methode (Abb. 67).

22.3 CAD und CAM im Karosseriebau Eine der wichtigsten Aufgaben eines Automobilherstellers ist es, qualitativ hochwertige und den Marktbedürfnissen angepasste Fahrzeuge in kürzester Zeit zu entwickeln. Um konkurrenzfähig zu bleiben und angemessen auf immer höhere Qualität, Verbraucherbedürfnisse und Forderungen des Gesetzgebers reagieren zu können, sind bei der Herstellung neuer Modelle modernste Konstruktionsund Datenerfassungstechniken einzusetzen (Abb. 68, 69). Hierzu bieten moder-

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C Manuelle Konstruktion

ne Rechner eine unschätzbare Hilfe. Die Vielfalt ihres Einsatzes in der Technik geht schon aus einer Übersicht der gebräuchlichen Abkürzungen hervor: • CAD Computer Aided Design (rechnerunterstütztes Konstruieren), • CAE Computer Aided Engineering (rechnerunterstützte Ingenieurarbeit), • CAP Computer Aided Process Planning (rechnerunterstützte Arbeitsplanung); • CAM Computer Aided Manufacturing (rechnerunterstützte Fertigung), • CAQ Computer Aided Quality Assurance (rechnerunterstützte Qualitätssicherung), • CIM Computer Integrated Manufacturing (rechnerunterstützte integrierte Fertigung). Ein Rechner kann seine Aufgabe als Konstruktionshilfsmittel aber nur dann erfüllen, wenn der ihn bedienende Mensch die Grundlagen der Karosseriekonstruktion verstanden hat. Aus diesem Grund wird in den nachfolgenden Kapiteln an Hand von Beispielen die manuelle Karosseriekonstruktion dargestellt.

22.4 Ergonomische Forderungen Allgemeines In der Dreierbeziehung unterliegt der Fahrzeugkonstrukteur zunächst einmal dem Zwang, ein Fahrzeug zu entwickeln, welches um den Menschen „herumgebaut“ werden muss. Nicht der Mensch hat sich auf Gegebenheiten durch das Auto einzustellen, sondern ein Fahrzeug ist so zu entwickeln, dass es auf den Benutzer ausgerichtet ist. Das ist Aufgabe der Ergonomie.

22 Einführung

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Nach VDI ist die Ergonomie definiert als die Wissenschaft von den Leistungsmöglichkeiten und -grenzen des arbeitenden Menschen und seinen Arbeitsbedingungen. Noch einfacher kann die Ergonomie nach Grandjean als die Wissenschaft von der menschengerechten Arbeitsplatzgestaltung bezeichnet werden. Bei der Einrichtung von Arbeitsplätzen in der industriellen Fertigung und im Bürobereich ist die Ergonomie gesetzlich verankert. Die Notwendigkeit ergonomisch optimierter Arbeitsplätze folgt auch aus der Tatsache, dass der Mensch an diesen Plätzen durchschnittlich an fünf aufeinanderfolgenden Tagen einer Arbeitswoche jeweils acht Stunden zubringt, also ein Drittel dieses Zeitraums. Macht man für einen Pkw eine entsprechende Vergleichsrechnung auf, so kann man aus einer durchschnittlichen Gesamtlebensdauer von ca. 200 000 km in ca. 8 bis 10 Jahren bei einer mittleren Geschwindigkeit von 60 km/h eine durchschnittliche Nutzungszeit von ca. 3300 h pro Leben des Fahrzeugs oder eine mittlere tägliche Nutzungszeit von 1 bis 2 h erwarten. Diese Zahlen belegen eindrucksvoll, wie wichtig es ist, ergonomische Erkenntnisse bei der Gestaltung von Fahrzeugen zu berücksichtigen. Zu den ergonomischen Grundforderungen gehört die gute Erreichbarkeit der Bedienelemente (Abb. 70). Da ein großer Fahrer weiter hinten sitzt als ein kleiner, die Armlänge aber proportional geringer mit der Größe zunimmt als die Schritthöhe, hat ein großer Mann mehr Schwierigkeiten, das Armaturenbrett zu erreichen als eine kleine Frau. Man berücksichtigt hier die Armreichweiten der kleinen Frau (5-Perzentil) und des großen Mannes (95-Perzentil) bei fixiertem Gasfuß, wobei die Körpergröße der 5 %-Frau mit 147,8 cm, die des 95 %-Mannes mit 185,9 cm angenommen wird. Damit ist für die Erreichbarkeit des Armaturenbrettes die Armlänge des großen Mannes das entscheidende Kriterium. Die gestreckten Arme beschreiben sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung näherungsweise einen Kreisbogen, d.h. bezogen auf das Schultergelenk beschreibt der ausgestreckte Arm näherungsweise ein Kugelsegment. Als Ergebnis experimenteller Untersuchungen erhält man sog. Komforthaltungen der Fahrer bei frei gewählten Sitz-, Pedal- und Lenkradpositionen sowie die Schwankungsbreite dieser Größen (Abb. 71). Als weiteres Ergebnis dieser Untersuchungen sieht man, dass der Mensch sehr empfindlich auf Winkelverdrehungen im Wirbelsäulenbereich reagiert. Verschiebungen des Lenkrades oder der Pedalerie, die zu einer Wirbelsäulenverdrehung führen, wurden von den Versuchspersonen mit einer Einstellgenauigkeit von ca. 0,5° auf die normale Lage gebracht – ein Ergebnis, das die Autobauer aufhören lassen sollte, da bei den meisten Fahrzeugen Rückenverdrehungen bis zu 3° billigend in Kauf genommen werden. Zur Entwicklung eines Fahrerplatzes nach ergonomischen und anthropometrischen Gesichtspunkten verwendet der Fahrzeugkonstrukteur heute noch zweidimensionale Schablonen des Menschen, die nur bedingt für die eigentliche Fahrzeug-Anthropologie geeignet sind und ursprünglich allein für die Industrie-Anthropologie gedacht waren. Die Mensch-Schablonen stellen die Grenzen dar, auf die bestimmte Anteile der Gesamtbevölkerung nach Größe entfal-

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C Manuelle Konstruktion

len. Die Einteilung erfolgt heute international nach Perzentilen. Als praxisnahe Grenzwerte werden am häufigsten verwendet: • 5-Perzentil: 5 % der Bevölkerung sind kleiner oder gleich diesem Maß, 95 % sind größer; • 50-Perzentil: 50 % der Bevölkerung sind kleiner oder gleich diesem Maß, 50 % sind größer; • 95-Perzentil: 95 % der Bevölkerung sind kleiner oder gleich diesem Maß, 5 % sind größer. Von der Automobilindustrie wird der gesamte Bereich zwischen dem 5. und 95. Perzentil genutzt. Er umschließt 90 % der Bevölkerung. Die genannten Schablonen stellen eine rein statische Auslegungshilfe dar. Sie berücksichtigen nicht, dass der Mensch im Fahrzeug ein dynamisches System darstellt, denn der Fahrer übt auf seinem Platz eine Tätigkeit aus, die mit Bewegungen und dem Aufbringen von Kräften verbunden ist. Zur Annäherung an die tatsächlichen Verhältnisse im Fahrbetrieb ist deshalb die Entwicklung eines dreidimensionalen sog. Manikins mit der Möglichkeit des Einsatzes am Bildschirm erforderlich geworden. Beispiel: Für eine möglichst große Zahl von Fahrern soll die Anordnung der Pedalerie zu einem in vorgegebenen Grenzen verstellbaren Sitz optimiert werden. Hierzu wird ein Bereich gesucht, in dem die Pedale ohne besondere Anstrengung von Menschen verschiedener Größe bedient werden können. Ausgangsbasis für die Festlegung dieses Bereiches sind zwei Personen von extrem unterschiedlicher Größe, nämlich die 5 %-Frau und der 95 %-Mann. Sichtverhältnisse und Kopfbewegungen Die Augenellipse (Abb. 72, 73) ist der geometrische Ort aller statistisch gemessenen AugenpunktIagen von 95 % der erfassten Personen (männliche und weibliche in der Statistik gleich stark vertreten). Die waagerechte Bezugslinie der Augenellipse wird 635 mm oberhalb des SR-Punktes1 des zweidimensionalen Dummies2 festgelegt. Die senkrechte Bezugslinie legt die Lage der Ellipse zum SR-Punkt in der Fahrlängsrichtung fest. Für zahlreiche Untersuchungen wird die Augenellipse als Sichtkriterium verwendet. In Europa gelten zusätzlich die Augpunkte der 5 %-Frau und des 95 %-Mannes. Die Augenellipse dient der Schaffung eines Konstruktionsmittels für Automobilkonstrukteure und Zeichner zur Aufstellung, Definition und Prüfung der Sichtverhältnisse, die ein Bereich von Fahreraugpunkten bietet. Die diesbezügliche Anwendungsempfehlung legt zweidimensionale Augenbereiche fest, die für die 90- und 99-Perzentil-Anteile typisch sind. Sie sind beim Ermitteln der visuellen Bedürfnisse für Außen- und Innenumgebung des Fahrers in Personen-

1 Definition siehe S. 11. 2 Nur bei 25º Lehnenneigung, sonst Tabelle S. 175.

22 Einführung

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wagen zu verwenden. Unter der Eyellipse, SAE J 941 c (Juni 1972), versteht man ein Konstruktionswerkzeug zur Darstellung der Sichtlinien des Fahrers. Wenn von der Ellipse aus Tangenten durch die Frontscheibe sowie durch obere und untere Kanten der hinteren Fenster gezogen werden, lässt sich daraus das Sichtfeld im Fahrzeug nach vorne und hinten ermitteln. Kopfraum, Kopfbewegungslinien, T-Punkt Je nach Größe des Torso-Neigungswinkels wir der sog. T-Punkt (Abb. 74) nach vorgegebenen Tabellenwerten festgelegt. Für den Vordersitz ist der T-Punkt eine Angabe, um die Kopfbewegungsschablone einzurichten. Als Ergebnis erhält man den Abstand zur nächstgelegenen Dachkontur. Für den Hintersitz gilt das gleiche, auch hier ist der T-Punkt der Orientierungspunkt zum Anbringen der Kopfbewegungsschablone. Der effektive (T-Punkt)-Kopfraum ergibt sich aus dem kleinsten Radius vom T-Punkt bis zur Dachinnenverkleidung plus 762 mm. Mit diesem Hilfsmittel wird dem Konstrukteur der Kopfbewegungsraum vorn und hinten in Seiten- und Rückansicht vorgegeben, der im Fahrzeug mindestens vorhanden sein muss. Als Ergebnis von Messungen an Fahrzeuginsassen stellt die Schablone den Raum für 95 % bzw. 99 % der Fahrer dar. Nur 5 % bzw. 1 % der Fahrer haben einen noch größeren Raumbedarf. Kopfbewegungsschablone, feststehender Sitz Seitenansicht (Abb. 75). Schnittpunkt von X- und Z-Achse der Schablone mit dem T-Punkt und der Waagrechten zur Deckung bringen. Diesen Schnittpunkt auf die Rückwinkelmarkierung der Konturlagelinie legen – bei feststehendem Sitz. Rückansicht (Abb. 76). X-Achse der Schablone mit dem T-Punkt, Z-Achse mit der Sitzmittellinie zur Deckung bringen. Kopfbewegungsschablone, verstellbarer Sitz Seitenansicht (Abb. 77). X- und Z-Achse der Schablone mit Achsen und Schnittpunkt der Augenellipse zur Deckung bringen. Diesen Schnittpunkt auf die Rückwinkelmarkierung der Augenellipsen- und Kopfkonturlinie legen – bei verstellbarem Sitz. Rückansicht (Abb. 78). X-Achse der Schablone mit der waagrechten Achse der Augenellipse, Z-Achse mit der Sitzmittellinie zur Deckung bringen. Prüfpuppe Die Prüfpuppe ist ein technisches Messgerät, das es ermöglicht, jedes Fahrzeug auf die für den Benutzer wichtigen Dimensionen hin zu überprüfen. Mit ihr ist es also möglich, den SR-Punkt, den Torsowinkel, die Kniebeugewinkel, die Kopffreiheitsmaße usw. nachzumessen und mit der Zeichnung zu vergleichen. Des Weiteren lassen sich Konkurrenzfahrzeuge direkt miteinander durch dreidimensionale Reihenmessungen analysieren (Abb. 79, 80).

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C Manuelle Konstruktion

22.5 Modellvorentwicklung Von der Produktidee bis zur Serienreife eines Pkw ist heute ein aufwändiger Prozess zu durchlaufen. Etwa 70 % der Entwicklungskosten und der Entwicklungszeit für das Gesamtfahrzeug entfallen dabei auf die Karosserieentwicklung, für die bis zu ca. 6 Jahre veranschlagt werden. Motor und Fahrwerk werden in entsprechend abgeänderten Produktionsfahrzeugen verschiedenster Baugruppen und auf Prüfständen gesondert entwickelt. Der gesamte Entwicklungszeitraum spaltet sich in Vor- und Serienentwicklung auf. Die Vorentwicklung legt das neue Fahrzeug konzeptionell und nach Vorgaben – unter anderem in Zusammenarbeit mit der Designabteilung – in Form sog. Karosseriegrenzpunkte fest. Eventuelle neue Technologien, minimierender Materialeinsatz, aktuelle Gesetzesanforderungen, geänderte Zusammenbaufolgen der Karosserie, die Variantenvielfalt und vieles mehr werden hier prinzipiell und im Hinblick auf die spätere Serienproduktion berücksichtigt. Durch die daraus resultierende Komplexität der Entwicklung wird ein genauer Terminplan erforderlich. Dieser ist für jede zeitgebundene Entwicklungsarbeit zwingend und besonders bei der Pkw-Entwicklung ein unerlässliches Hilfsmittel, damit stets der Überblick erhalten bleibt und der geplante Serienstart realisiert werden kann. Dazu ist es erforderlich, dass die verschiedenen Abteilungen zeitübergreifend arbeiten.

22.6 Konzeptentwicklung und Projekthandbuch Allgemeines Ein Fahrzeugkonzept entsteht nach marktwirtschaftlichen Gesichtspunkten. Hierzu ist es notwendig, die Wünsche der späteren Nutzer zu ermitteln. Wo ist der Kundenkreis zu suchen, und welche Grundvoraussetzungen müssen gegeben sein, um die Bedürfnisse der einzelnen Käufer zu befriedigen? Der Käufer eines Kombifahrzeugs wird andere Anforderungen stellen als der Interessent für ein Coupéfahrzeug. Des Weiteren sind das Alter, die Ausbildung, der Familienstand, das Einkommen, die Stellung in der Gesellschaft, die berufliche Situation des Käufers mit zur Entscheidung über das Produkt heranzuziehen. Diese vielfältigen Einflüsse und die daraus resultierenden Forderungen machen schon jetzt deutlich, wie schwierig es ist, ein Fahrzeug konzeptionell festzulegen. Sobald dies geschehen ist, wird erneut nach dem späteren Markt gefragt werden müssen und ob dieser die Randbedingungen des Konzeptes akzeptiert. Dazu bedient man sich verschiedener Hilfsmittel. Neben Befragungen des jetzt festgelegten Typus des Käufers wie auch derjenigen, die das spätere Produkt verkaufen sollen, bedient man sich des Hilfsmittels der sog. Modellklinik. In ihr werden verschiedene vorhandene Fahrzeuge und neue Modelle einem ausgewählten Publikum zur Diskussion gestellt, welches dem späteren Kundentyp recht nahe kommt. Anhand der Ergebnisse dieser Runde wird das Konzept überprüft und gegebenenfalls nochmals korrigiert.

22 Einführung

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Als beispielhafte allgemeine Konzeptvorgaben seien genannt: • kompakte, sportliche Limousine mit Stufenheck, • Eigenständigkeit innerhalb der Modellpalette, • charakteristisches Design unter Beibehaltung von bekannten Stilmerkmalen, aber innovativer Weiterentwicklung der Gestaltung, • fortschrittliche Aerodynamik, • innovative Technik, • höchste Qualität und Zuverlässigkeit, • Position im Wettbewerbsfeld, • überlegene Fahrleistungen und Fahreigenschaften in seiner Klasse, • erhöhte aktive und passive Sicherheit, • überdurchschnittlicher akustischer und schwingungstechnischer Komfort, • hervorragender Klimakomfort, • verbesserte Raumverhältnisse im Fond, • leichte Beladungsmöglichkeit durch abgesenkte Ladekante, • weiter gesteigerte Funktionalität. Die maßgeblichen Konzeptvorgaben zeigt Abb. 81. Nach der Genehmigung des Konzeptes kann ein Lastenheft, das sog. Projekthandbuch, erstellt werden. Es fasst alle Auflagen und Anforderungen zusammen und setzt Rahmendaten für das Gesamtfahrzeug, die es zu erreichen gilt. Nur in diesem Fall wird das zu entwickelnde Produkt in das vorhandene Modellprogramm passen oder dieses sinnvoll ergänzen. Package Ziel der ersten zeichnerischen Erfassung des neuen Produktes ist das sog. Package. Dieses ist eine orthogonale Projektion der Gesamtumrisse des zukünftigen Fahrzeugs von der Seite (Abb. 82), von vorn, von hinten (Abb. 83) und von oben einschließlich seiner wesentlichen Innenraumteile, der Öffnungslinien, der Sitze, sämtlicher Bedienteile und der Sitzposition (SRP: Seat-Reference Point). Bei der Ermittlung des Fahrzeugraumes werden Sitzposition, Sicherheit und Sichtverhältnisse ebenso beachtet wie die leichte Bedienbarkeit aller zum Führen des Fahrzeugs notwendigen Elemente. Dazu gehören: Lenkradposition, Bedienbarkeit der Pedalerie, Sicht auf das Kombiinstrument, Kopffreiheit (nach vorn, nach oben und seitlich), der Sichtstrahl nach außen, Platzbedarf durch Motoreinbauten und Getriebe.

22.7 Styling und Design Während man früher unter Styling durchaus wertungslos die Gestaltung der Automobilkarosserie verstand, verwendet man heute diesen Begriff oft im abwertenden Sinne, wenn allzu modische Gesichtspunkte eine Rolle spielen. An seiner Stelle wird heute vom Automobildesign gesprochen, und man verbindet mit diesem Begriff im Gegensatz zum Styling auch die technischen Randbedin-

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gungen, die ergonomischen Gesichtspunkte und anderes mehr. So versteht man unter Design heute allgemein den Entwurf von formschönen Gebrauchsgegenständen, und ein Designer ist ein Formgestalter, ein Schöpfer von Industrie- und Gebrauchsformen.

22.8 Tapes und Renderings Wie schon erwähnt, wird aus den Formenskizzen (Renderings) und dem Package mittels Klebebändern (Tapes) eine Seitenansicht der Karosserie im Maßstab 1:1 entworfen. Der sog. Fallungsschnitt (Querschnitt) und der Grundrisszug (Draufsicht) werden hier festgelegt. Die Klebetechnik der Tapes unterschiedlicher Breite ergibt eindrucksvolle Bilder von kräftiger Kontrastwirkung. Tapes und Renderings werden auch auf transparenter Folie erstellt und gehören zu den Vorbereitungsarbeiten des 1:1-Modells. Sie entsprechen naturalistischen Zeichnungen von plastischem Realismus (Abb. 84).

22.9 Konstruktion und Strakverfahren Nachdem ein Plastillinmodell nicht den notwendigen Genauigkeitsgrad von 1/10 mm aufweist, muss es mit anderen Mitteln konstruktiv überarbeitet werden (Glätten). Das geschieht mit Hilfe von sog. Straklatten und Strakgewichten (Schweinchen). Hierbei werden schwach gekrümmte Kurven mittels dünner, biegsamer Latten – den Straklatten -, welche ihrerseits durch Strakgewichte festgehalten werden, dargestellt. Das Zeichnen einer Kurve nach festgelegten Punkten mit Hilfe der Straklatten wird als „Straken“ oder auch „Ausstraken“ beschrieben (das Wort „straken“ kommt aus dem Niederdeutschen). Der Verlauf der Kurve ist der sog. Strak (Abb. 85). Die Straklatten haben einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und werden heute aus Kunststoff hergestellt (früher Birnbaum- oder Buchsbaumholz). Kurven, die nach einem Ende hin stärker gekrümmt sind, werden mit der „Schwanzlatte“ gezeichnet. Diese verändert ihren Querschnitt nach einem Ende hin. Die „Spantlatte“ ist in der Mitte dünner als an den Enden, die „Wasserlinienlatte“ ist an den Enden dünner. Mit der Spantlatte werden Kurven ausgestrakt, die in der Mitte ihre stärkste Krümmung aufweisen. Eine Straklatte muss so beschaffen sein, dass sie sich nicht zu leicht der Kurve anpasst. Sie muss unter einer gewissen Spannung stehen, um einen einwandfreien Strak zu gewährleisten. Die Spannung wird durch Strakgewichte gehalten, die aus Grauguss gefertigt sind und vorn eine angeschliffene Nase haben, mit der die Straklatte in der Kurve festgehalten wird. Die Gewichte zwischen 0,5 kg und 3 kg richten sich nach der Art der Straklatte und der Stärke der Krümmung. Ein Gewicht muss so groß sein, dass es weder durch die Spannung der Latte verschoben wird, noch die Straklatte unter ihm herausgleitet.

22 Einführung

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22.9.1 Verteilersysteme Nachfolgend werden die verschiedensten Verteilersysteme vorgestellt. Der Sinn von Verteilern besteht darin, möglichst exakte Kurven bzw. Linien der Mantelflächen einer Karosserie manuell zu erzeugen. Dies ist in besonderen Maße dann der Fall, wenn keine dreidimensionalen Abtastdaten vorliegen. Hierbei wird im Wesentlichen unter zwei Verfahren unterschieden, dem Vermittlungs- und dem Proportionalverfahren. Je nach Anwendung gibt es Längen-, Breiten- und Höhenverteiler. Diese wiederum kann man aufteilen in Spitzverteiler, Stumpfverteiler und Kastenverteiler. Das Proportionalverfahren ist sinnvoll anwendbar, wenn eine Fläche nur zwei, maximal drei Randkurven aufweist und weitere Randkurven oder Formlinien proportional zur gegebenen Leitlinie bestimmt werden können. Sollte die gegebene Fläche mit allen Randkurven bestimmt sein, so werden die gesuchten Formlinien zwischen jeweils zwei Leitlinien vermittelt. Alle gesuchten Formlinien werden in den entsprechenden Verteilersystemen als gerade Strahlen dargestellt. Die Strahlen der Verteilersysteme müssen sich hierbei in der Projektion der gesuchten Formlinie befinden. Auf den folgenden Beispielen sind die Randkurven gegeben und entsprechende Verteilersysteme aufgezeigt (Abb. 86, 87). Eingangs wurde auf die manuelle Austragung hingewiesen. Bei zunehmendem Einsatz neuester Techniken (CAD/CAM) verliert diese Methode der Flächenaustragung immer mehr an Bedeutung.

22.10 Modelle Exterieur-Modell Die Festlegung der Designabteilung, welches Modell realisiert wird, erfolgt an Hand der Renderings und des Package. Mit diesen Elementen wird ein sog. Tapeplan angelegt (Abb. 84, 88) und die Seitenansicht der Karosserie im Maßstab 1:1 entworfen. Der Querschnitt (Fallungsschnitt) und die Krümmung in der Draufsicht (Grundrisszug) werden in gleicher Weise entwickelt. Mit diesen Angaben wird ein Grundgerüst aufgebaut, auf das mit Plastillin die Außenform der Karosserie in tatsächlicher Größe modelliert wird (Abb. 89, 90). Industrieplastillin ist ein Material, das bei ca. 60° formbar ist und bei Raumtemperatur aushärtet. Zuletzt wird das Modell mit Folie überzogen und lackiert; aus einiger Entfernung betrachtet, sieht es wie ein reales Fahrzeug aus. Zur Beurteilung verschiedenster Alternativen sind die Modelle nicht unbedingt symmetrisch aufgebaut. Die linke Seite hat beispielsweise einen anderen Sickenverlauf als die rechte, oder es sind Rundscheinwerfer auf der einen Seite und Rechteckscheinwerfer auf der anderen Seite dargestellt. Die endgültige Außenhautform wird allerdings selten mit den ersten Modellen gefunden. Normalerweise sind mehrere Durchläufe von Skizzen über Tapepläne bis zu den Plastillinmodellen erforderlich.

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C Manuelle Konstruktion

Interieur-Modell Parallel zum Exterieur-Modell wird am Interieur-Modell gearbeitet. Hier sind Kontrollfunktionen unerlässlich, um die Vorgaben vom Lastenheft und vom Package zu überprüfen, z.B. Lenkradlage, SR-Punkt, Schulterfreiheit, Kopff reiheit, Pedalerie und vieles mehr (s. Abb. 82, 83). Die Vorstellungen des Designers über die Form des Innenraumes werden genau wie beim Exterieur-Modell im Maßstab 1:1 entwickelt. Der Konstrukteur überwacht die technische Realisierbarkeit im Hinblick auf Montage, Kosten, Technik, Ergonomie, Reparaturfreundlichkeit, Sicht auf Instrumente usw. Nach der Fertigstellung und Präsentation der verschiedenen Interieur-Modelle kann eine Entscheidung auch unter Berücksichtigung der Wettbewerber erfolgen. Die technische und konstruktive Umsetzung des gefundenen Modells geschieht jetzt in den einzelnen Fachabteilungen. Der jeweilige Designer überwacht die Einhaltung der von ihm vorgegebenen Form und korrigiert jeweils nach den technischen Anforderungen, um die Konstruktion und den Zeitrahmen nicht zu gefährden. Der sog. Meilensteinplan zeigt deutlich die Probleme auf, die es bei der Serienentwicklung mit dem vorgegebenen Zeitplan geben kann (Abb. 91).

23 Karosserie allgemein 23.1 Rohkarosserie In der klassischen Karosseriebauweise werden die Grundfunktionen (Tragstruktur für Antrieb, Fahrwerk usw.) und der Schutz vor Umwelteinflüssen von Chassis und Aufbau getrennt übernommen. Unter dem Druck der Gewichtsreduzierung und Bauteiloptimierung, aber auch infolge verbesserter Fertigungsverfahren entwickelte sich die Karosseriestruktur immer mehr zu einer integrierten Bauweise, bei der alle Teile der Struktur in das Tragverhalten einbezogen werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Einsatz von verklebten Front- und Heckscheiben, die einen erheblichen Anteil (bis zu 25 %) der Torsionssteifigkeit übernehmen. Die Anforderungen an eine Rohkarosserie (Abb. 92) sind demzufolge mit denen früherer Bauarten nicht mehr vergleichbar. Heute wird mit gezielter Unterstützung der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Modalanalyse eine optimale Struktur der Rohkarosserie erreicht (Abb. 93). Dabei wird besonderer Wert auf die Profilquerschnitte, auf ihre optimale Anbindung an die Karosseriestruktur und auf maximale Steifigkeit gelegt. Dieses wird erreicht durch • kraftflussoptimierte großvolumige Trägerstruktur, • großzügige ausgerundete Übergänge, • steif ausgebildete Knoten (A-, B-, C-Säule), • verklebte Front- und Heckscheiben, • optisch angepasstes Scheinwerferglas an das Lichtsystem und an den Karosseriekörper.

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C Manuelle Konstruktion

Interieur-Modell Parallel zum Exterieur-Modell wird am Interieur-Modell gearbeitet. Hier sind Kontrollfunktionen unerlässlich, um die Vorgaben vom Lastenheft und vom Package zu überprüfen, z.B. Lenkradlage, SR-Punkt, Schulterfreiheit, Kopff reiheit, Pedalerie und vieles mehr (s. Abb. 82, 83). Die Vorstellungen des Designers über die Form des Innenraumes werden genau wie beim Exterieur-Modell im Maßstab 1:1 entwickelt. Der Konstrukteur überwacht die technische Realisierbarkeit im Hinblick auf Montage, Kosten, Technik, Ergonomie, Reparaturfreundlichkeit, Sicht auf Instrumente usw. Nach der Fertigstellung und Präsentation der verschiedenen Interieur-Modelle kann eine Entscheidung auch unter Berücksichtigung der Wettbewerber erfolgen. Die technische und konstruktive Umsetzung des gefundenen Modells geschieht jetzt in den einzelnen Fachabteilungen. Der jeweilige Designer überwacht die Einhaltung der von ihm vorgegebenen Form und korrigiert jeweils nach den technischen Anforderungen, um die Konstruktion und den Zeitrahmen nicht zu gefährden. Der sog. Meilensteinplan zeigt deutlich die Probleme auf, die es bei der Serienentwicklung mit dem vorgegebenen Zeitplan geben kann (Abb. 91).

23 Karosserie allgemein 23.1 Rohkarosserie In der klassischen Karosseriebauweise werden die Grundfunktionen (Tragstruktur für Antrieb, Fahrwerk usw.) und der Schutz vor Umwelteinflüssen von Chassis und Aufbau getrennt übernommen. Unter dem Druck der Gewichtsreduzierung und Bauteiloptimierung, aber auch infolge verbesserter Fertigungsverfahren entwickelte sich die Karosseriestruktur immer mehr zu einer integrierten Bauweise, bei der alle Teile der Struktur in das Tragverhalten einbezogen werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Einsatz von verklebten Front- und Heckscheiben, die einen erheblichen Anteil (bis zu 25 %) der Torsionssteifigkeit übernehmen. Die Anforderungen an eine Rohkarosserie (Abb. 92) sind demzufolge mit denen früherer Bauarten nicht mehr vergleichbar. Heute wird mit gezielter Unterstützung der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Modalanalyse eine optimale Struktur der Rohkarosserie erreicht (Abb. 93). Dabei wird besonderer Wert auf die Profilquerschnitte, auf ihre optimale Anbindung an die Karosseriestruktur und auf maximale Steifigkeit gelegt. Dieses wird erreicht durch • kraftflussoptimierte großvolumige Trägerstruktur, • großzügige ausgerundete Übergänge, • steif ausgebildete Knoten (A-, B-, C-Säule), • verklebte Front- und Heckscheiben, • optisch angepasstes Scheinwerferglas an das Lichtsystem und an den Karosseriekörper.

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Ebenso wichtig ist eine Zusammenfassung verschiedener Karosserieteile zu einteiligen Großpressteilen und die Möglichkeit, mit einer einheitlichen Rohkarosserie alle Länderausführungen der Pkw verwirklichen zu können. Durch geschickte Profilierung der Träger, Konstruktion von größeren Blechteilen, Lochung, Randabstellung usw. ist es möglich, eine optimal strukturierte Rohkarosserie unter Berücksichtigung eines möglichst geringen Gewichtes zu konzipieren. Nachfolgend werden die Merkmale und Ziele einer idealen Karosseriestruktur aufgezeigt.

23.2 Karosseriestruktur Karosserien müssen ein akustisch-schwingungstechnisch günstiges Verhalten zeigen. Bedingungen dafür sind: • keine flächenhaften Tragstrukturen, • statische und dynamische Kräfte müssen ausschließlich über eine Trägerstruktur übertragen werden, • die dreidimensionale Trägerstruktur muss zusammenhängen und die ganze Karosserie durchdringen; alle Träger müssen untereinander verbunden sein, • freie Trägerenden sind möglichst zu vermeiden, • die Trägerstruktur muss steif genug sein, um folgende Ziele zu erfüllen: Eigenfrequenz für Rohkarosse: 1. Biegung 40 Hz, 1. Torsion 35 Hz; • Eigenfrequenz für Fahrzeug: 1. Biegung 24 Hz, 1. Torsion 30 Hz, • alle Aggregate müssen an der Trägerstruktur, möglichst an ihren geometrischen Knotenpunkten aufgehängt werden, keinesfalls aber an „tragenden Flächen“, • unter Berücksichtigung obenstehender Merkmale dürfen folgende Schwingamplituden an Karosserieblechen nicht überschritten werden: 1,0 m/s2 für Vier-Zylinder-Modelle, 0,2 m/s2 für Sechs-Zylinder-Modelle. Bei Beachtung aller für die Gesamtsteifigkeit notwendigen Faktoren ist es möglich, eine Trägerstruktur zu entwickeln, die bei größtmöglichen Querschnitten einen sinnvollen Kräfteverlauf beziehungsweise eine vernünftige Krafteinleitung sicherstellt. Das Ergebnis wird spätestens bei einer Crash-Simulation deutlich (Abb. 94). Die in Abb. 95 gezeigte Trägerstruktur zeichnet sich im Wesentlichen durch eine Dreibeinabstützung aus, wobei die perspektivische Darstellung die tatsächlichen Verhältnisse der Trägerquerschnitte nicht exakt wiedergibt. In der Konstruktionszeichnung sind die Querschnitte real zu erkennen. In diesem Beispiel wurde eine Doppel-Querlenker-Achse berücksichtigt, um die Momentenabstützung durch den oberen Dreiecklenker möglichst weit nach hinten zu verlagern, wodurch eine günstige Krafteinwirkung erreicht wird.

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C Manuelle Konstruktion

Die Dreibeinabstützung lässt sich durch Übergänge Motorträger-Längsträger, Motorträger-Tunnel und Motorträger-Säule bewirken. Die Verbindungen der Träger müssen den Steifigkeitsanforderungen angepasst und entsprechend dimensioniert werden (Abb. 96).

23.3 Karosserierohbau Die A-, B- und C-Säulen sowie deren Innenbleche und Schweller müssen oben und unten geschlossen sein, um keinen Schall in den Innenraum zu leiten. Weitere Ziele eines optimalen Karosserierohbaus sind: • Die Längsträger sollten vor und generell im Motorraum ohne Öffnung sein. • In der Rückwand (Trennwand zum Kofferraum) dürfen keine Löcher mit Verbindung zum Kofferraum sein. • Frontklappenscharniere und/oder -schlösser müssen außerhalb des Luftsammelraums der Heizung liegen. • Der Dichtanschluss der Frontklappe zum Luftsammelraum muss möglichst eben und mit einer umlaufenden einteiligen Dichtung versehen werden. • Die Heckentlüftung darf nicht durch die C-Säule erfolgen. • Alle Kabeldurchführungen vom Innenraum zum Motorraum müssen konzentriert an „einer Stelle“ zunächst vom Innenraum zu einem temperaturgeschützten, als „akustische Schleuse“ wirkenden Elektroraum und erst von dort in den Motorraum führen . • Die Einführung der Kältemittel-Leitungen in den Innenraum muss analog zu den elektrischen Leitungen über eine „akustische Schleuse“ erfolgen. An der Karosserie ist eine örtliche Massenkonzentration anzustreben (zur Impedanzerhöhung, realisierbar durch Einspritzventile, Dämpfergefäß, Trocknerflasche o.ä.). • Die Entwässerung sollte über ein akustisches Labyrinth oder einen Rohrsyphon mit Wassersack erfolgen. • Lautsprecheröffnungen unterhalb der A-Säule sind nur zulässig, wenn ihr Einbauraum geschlossen zweischalig (Außen- und Innenblech) ausgeführt wird. • Türen und Fenster erhalten eine durchgehend umlaufende doppelte Dichtung, wovon mindestens eine Dichtung eine Schlauchdichtung sein muss. Der Türanschluss zum Schweller muss ein mehrstufiges akustisches Labyrinth bilden. • Auch der Anschluss der Türverkleidung an das Türinnenblech muss ein Labyrinth bilden. • Der Wasserablauf aus den Turen muss über ein akustisches Kanalsystem erfolgen. • Die äußeren Öffnungen in den Türen für Scharniere, Türbremsen, Schlösser, elektrische Leitungen usw. müssen sorgfältig abgedichtet werden. • Die Einführung von Bowdenzügen (für Handbremse, Haubenentriegelung) in den Innenraum muss über enge Rohre ohne sonstige Öffnungen erfolgen.

23 Karosserie allgemein 163

Nachfolgend werden 20 relevante Schnitte in einer sog. Schnittemappe zusammengestellt. Sie dienen als Vergleichs- bzw. Referenzschnitte zur Dokumentation und Weiterentwicklung von Nachfolgemodellen. (Abb. 97) Schnitt

Bild

Schnitt

Bild

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

106, 108 98 105 104, 113 122 152 135, 154 167 153 155

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

156 160 144 132 133 147 168 180 179 181, 182

Um einen chronologisch sinnvollen und verständlichen Ablauf der Karosseriekonstruktion zu gewährleisten, wird ein Fahrzeug schrittweise vom vorderen Stoßfänger bis zum hinteren Stoßfänger anhand von konstruktiven Beispielen entwickelt.

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C Manuelle Konstruktion

24 Vorderwagen 24.1 Vordere Stoßfänger Allgemeines Die heutigen modernen Stoßfängersysteme sind so konzipiert, dass sog. Bagatellschäden bis zu einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich nicht mehr auftreten bzw. erheblich reduziert werden. Sie sind heute so ausgelegt, dass bis 4 km/h Aufprallgeschwindigkeit absolut keine Schäden zurückbleiben (reversibles Stoßfängersystem) und bis 16 km/h Aufprallgeschwindigkeit je nach Hindernis keinerlei Strukturschäden auftreten. Die Stoßfängerverkleidung aus Kunststoff ist heute allgemein einteilig ausgeführt. Die Nebelscheinwerfer und Kennzeichen sind integriert. Bis zum Radausschnitt herumgezogene, aufgesetzte Stoßleisten verhindern Parkierschäden. Der vorgegebene Mindestradius dient der Minimierung von Personenschäden bei Unfällen. Diese Anforderungen sind formal und funktionell mit einem in den Karosseriekörper integrierten Stoßfängersystern am besten zu erfüllen (Abb. 98–100) Äußere Verkleidungen Anforderungen: • Vorstehende Teile der Außenflächen müssen Mindestradien aufweisen (r > 2,5 mm); • Stark aus der Karosserie herausragende Teile sind abklappbar bzw. definiert abbrechend auszulegen; • Zierelemente müssen abhängig von der Materialdicke mit Mindestradien versehen und nachgebend gestaltet sein; • optisches Erkennungsmerkmal des Herstellers; • seitliche Stoßleisten an allen Türen sowie an Seitenwand vorne und hinten; • Außenspiegel mit aerodynamisch geformtem Kunststoffgehäuse, oft elektrisch einstellbar, bei der Komfortausstattung beheizbar; • Unterbodenverkleidung zur Verbesserung des Cw-Wertes, zur Geräuschminimierung und gegen Motorraumverschmutzung. Gerade die äußeren Verkleidungsteile eines Fahrzeugs unterliegen einer Reihe gesetzlicher Bestimmungen (ECE, USA, siehe Vergleich Stoßfängervorschriften). Es ist bei allen konstruktiven Überlegungen zu gewährleisten, dass eine Gefährdung von Fußgängern und Zweiradfahrern durch hervorstehende Karosserieteile ausgeschlossen wird. Für die heutigen modernen Pkw-Karosserien werden Anbauteile überwiegend aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Der Konstrukteur bekommt dadurch eine größere Gestaltungsfreiheit bezüglich des Unterbringens von Blinkleuchten, Befestigungsstellen, Wanddicken und Steifigkeit der Anbauelemente. Zierleisten – verchromt, eloxiert oder aus Kunststoff werden an den heutigen Karosserien immer seltener verwendet, da der „optische Stellenwert“ einer Zier-

24 Vorderwagen 165

leiste immer kleiner wird. Hauptsächlich werden heute an eine Zierleiste Anforderungen gestellt wie • Stoßschutz der Karosserie, • gute Harmonie mit der Karosserie, • ausreichende Eigensteifigkeit, • Schutz gegen Feuchtigkeit und Schmutz, • montagefreundliche Befestigung, • Wärmeformbeständigkeit (Berücksichtigung unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten), • Beständigkeit gegen unterschiedliche Chemikalien. Bei den im Laufe der Zeit sich verändernden Anforderungen wird klar, dass zur Erfüllung dieser Aufgaben nur durchdachte und ausgereifte Konstruktionen zum Einsatz kommen können. Vergleich von Stoßfängervorschriften Kriterium

US Phase II

US Phase I

Kanada

ECE

Prüfgeschwindigkeit

Pendel längs 4 Pendel Eck 2,5 Barriere 4 km/h

Pendel längs 4 Pendel Eck 2,5 Barriere 4 km/h

Pendel längs 8 Pendel Eck 4,8 Barriere 8 km/h

Pendel längs 8 Pendel Eck 2,5 km/h

Beschädigungen Stoßfänger

örtlich 9,5 mm Verformung Gesamtverschieb. 19 mm

erlaubt, aber kein Bruch am Halter

erlaubt

erlaubt

Beschädigungen Karosserie

keine

keine

erlaubt

erlaubt

Beschädigungen Sicherheitsteile

keine

keine

keine

keine

Erneuerungen während des Versuchs

keine

keine

keine

für jeden Aufschlag neues Fahrzeug erlaubt

Prüfgewicht

Leergewicht

Leergewicht

Leergewicht

a) Leergewicht b) Leergewicht + Passagiergewicht

Pendelhöhe

16“ ... 20“

16“ .... 20“

16“ ... 20“

445 mm 1. Belastung a 2. Belastung b

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24.2 Scheinwerfer Scheinwerfereinrichtungen und andere Leuchten sind samt ihren Anordnungen am Fahrzeug weltweit gesetzlich geregelt. Anhand der Richtlinie ECE-R-8 kann nachvollzogen werden, welche Vorschriften bzw. Regelungen bei einer konstruktiven Auslegung von Leuchten zu berücksichtigen sind. Diese Regelungen sind für den Fahrzeugentwickler bindend und einzuhalten. Detaillierte Hinweise auf gesetzliche Bestimmungen für Beleuchtungseinrichtungen entnehme man der einschlägigen Literatur. Seit dem Jahre 1957, als für Frontscheinwerfer das asymmetrische Abblendlicht auf den Markt kam, konnte man einen kontinuierlichen Fortschritt in der Scheinwerferentwicklung feststellen (Abb. 101). 1963 wurde die Halogen-Glühlampe (H 1) entwickelt, die dann 1972 von der H4-Glühlampe für Fern- und Abblendlicht abgelöst wurde. Schließlich wurde 1986, unter dem Zwang immer kleiner werdender Scheinwerfer, die Ellipsoidtechnik entwickelt. Wesentliche Eigenschaften der Ellipsoidscheinwerfertechnik für Abblendlicht und Nebelscheinwerfer sind • homogene Fahrbahnausleuchtung, insbesondere im Bereich um 50 m; • besonders breite Seitenausleuchtung zur verbesserten optischen Seitenführung des Fahrers; • geringe Eigenblendung bei Schlechtwetter-Bedingungen (Regen, Schnee, Nebel) durch reduziertes Streulicht; • überragendes Fernlicht durch spezielle Fernscheinwerfer (u.a. Vier-Scheinwerfer-System); • Beibehalten der guten Seitenausleuchtung durch das Abblendlicht auch nach Zuschalten des Fernlichts, • Anpassung des Scheinwerferglases an das Ellipsoidsystem und an den Karosseriekörper. Bei der konstruktiven Auslegung der Scheinwerfer ist eine Verstellvorrichtung zu berücksichtigen, die eine mögliche Blendwirkung bei beladenem Fahrzeug verhindert. Diese Verstellbarkeit ist für alle Neufahrzeuge seit Januar 1990 gesetzlich vorgeschrieben.

24.3 Frontklappe Aufgabe Anhand eines Beispiels soll unter Berücksichtigung de vorgegebenen Randbedingungen – ein Frontklappeninnenblech konstruktiv festgelegt werden. Vorgaben hierzu sind • kompletter Außenhautstrak in drei Ansichten (Abb. 109); • Frontscheibenzeichnung zur Ermittlung der Klappenöffnung (Klappe ist hinten angeschlagen); • Rasterschnitte des Haubenschlosses; • nach Lastenheft festgelegtes Scharnier.

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Die geometrische Form des Innenblechs ist frei wählbar und muss so gestaltet werden, dass es fertigungstechnisch optimal ausgelegt und herstellbar ist. Ebenso sind die Belange des Leichtbaus, der Korrosionsschutz und das Prinzip der Kostenminimierung zu berücksichtigen. Das zu verwendende Scharnier mit Drehpunkt und Achse ist anzugeben und in den drei Ansichten zu vermaßen. Die Frontklappe muss sich – ohne die Frontscheibe zu berühren – bis zu einem vorgegebenen Öffnungswinkel von 90° öffnen lassen. Dabei ist ein Mindestabstand zur Frontscheibe von ca. 10 mm einzuhalten. Die festgelegten Punkte bzw. Linien der Hauptschnitte werden nun in die Ansichten übertragen und sinnvoll – unter Berücksichtigung der Außenhaut und der Randbedingungen – miteinander verbunden. Hierbei ist darauf zu achten, dass keine Hinterschnitte entstehen, da diese die Entformung im Werkzeug nach dem Press- oder Ziehvorgang unmöglich machen (Abb. 103) Um dies zu gewährleisten, sind etliche Kontrollschnitte in wahrer Größe erforderlich. Es wird im Wesentlichen zwischen sog. Radialschnitten und Netzschnitten unterschieden. Radialschnitte sind rechtwinklig zu einem Radius oder einer Kurve angeordnet. Netzschnitte sind immer in orthogonaler Projektion, z.B. 0X 0Y; 0Z angefertigt. Frontklappen Innenblech Anhand der Vorgaben (0X-, 0Y-Schnitte, Scharnier, Schloss, Außenhaut und Lage des Scharniers) ist es jetzt erforderlich, ein Innenblech zu entwickeln (Abb. 104–108 und 110–112). Durch die Hauptschnitte sind die geometrischen Form und der Querschnitt des Innenblechs festgelegt. Die Linien sind mit der Außenhautform (Abb. 109) zur Anlage zu bringen. Hierbei ist auf das Kernmaß zu achten (Außenhaut nach außen, Innenblech nach innen). Weitere Vorgehensweise erfolgt durch Übertragen der Punkte bzw. Linien der Hauptschnitte in die Ansichten (Abb. 110–112). Nun wird das sinnvolle Verbinden der Linien in bezug auf die Außenhaut erarbeitet. Hierbei ist darauf zu achten, dass kein Hinterschnitt und keine Durchdringung mit der Außenhaut entsteht. Schnitt 0Y entspricht in diesem Fall dem wahren Schnitt im Gegensatz zum 500Y-Schnitt. Der Schnitt A–A durch die Krümmung der Fronthaube wird ermittelt (Abb. 112). Federbein-Frontklappe Ermittlung des Mindestabstands Die Aerodynamik hat in der Automobilindustrie dazu geführt, dass allgemein versucht wird, den Vorderwagen soweit als möglich nach unten zu drücken. Leider gibt es gewisse technische Zwänge, die ein weiteres Absenken der Vorderpartie nicht zulassen. Am Beispiel von Abb. 113 wird durch die Federbeinachse und die Frontklappe ein Mindestabstand ermittelt. Es ist unschwer zu erkennen, welche Probleme sich hier ergeben.

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C Manuelle Konstruktion

24.4 Reifenfreigang Einflussgrößen des Reifenplots Um einen Reifenplot (Abb. 114, 115) mittels Rechnerprogramm herzustellen, werden aus zwei verschiedenen Quellen Daten der gesamten Achskinematik und den Radhüllkurven zusammengebracht und verarbeitet. Vom zuständigen Konstrukteur werden einige bestimmte Punkte mittels eines Computerprogramms aus den gewählten Parametern (z.B. Spur, Sturz usw.) ermittelt. Dann werden Daten über die Reifenkontur, die maximale Reifenauslenkung und eine maximale Schneekettenkontur zu einer Radhüllkurve verarbeitet. Für Pkw mit Front- und Allradantrieb sind die Anforderungen bezüglich der Freigängigkeit an der Vorderachse in Abhängigkeit der Fahrzeugbaureihe zu bestätigen bzw. neu festzulegen. Bei niveaugeregelten Fahrzeugen können – je nach Auslegung – geringere maximale Einfederungswege auftreten. Abweichungen und Ergänzungen der Anforderungen sind auch durch andere Details der Aufgabenstellung möglich. Sie sind mit den zuständigen Abteilungen abzustimmen. Freigängigkeit Bei der Freigängigkeitsuntersuchung werden Serientoleranzen bezüglich Karosseriebau, Achsenfertigung und Achslage nicht berücksichtigt, wohl dagegen gesetzliche Auflagen (Abb. 116–118). Auszug aus der Richtlinie EG 78/549 zur Reifenüberdeckung der Vorderachse Lenkeinschlag Drittel 3/3 3/3 2/3 1/3 0 –1/3 –2/3 –3/3 –3/3 3/3 3/3 0 –3/3 0 0 0

Federweg % 100 80 87,5 95 100 75 75 70 100 –50 –100 –100 –100 0 Leergewicht (–25 mm) + 68 kg (–15 mm)

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Nach der EG-Richtlinie 78/549 muss die Radabdeckung so ausgelegt sein, dass mindestens auf einem genehmigten Reifentyp für die angetriebenen Räder eine Schneekette verwendet werden kann. Für Allrad-Fahrzeuge muss eine Schneekette nur an den Hinterrädern verwendet werden können. Für die Freigängigkeitsuntersuchungen sind die für Serie und Sonderausstattung freigegebenen Rad-/Reifen-Kombinationen mit der jeweils größten Außenkontur unter Berücksichtigung der Einpresstiefen, der maximalen Reifenkontur und der Schleuderkontur für Schneeketteneinsatz zu Grunde zu legen (Abb. 119–121). Für die Schneeketten-Schleuderkontur gilt die in der Hüllkurve angegebene Kontur (gemessen bei 80 km/h). Für die Freigängigkeitsforderung Hinterachse wird bei der maximalen Einfederung von 100 % die Untersuchung mit der reduzierten Schleuderkontur (40 km/h) durchgeführt. Diese ist in Richtung der Fahrzeughöhe (Z-Richtung) reduziert. Die Reifenhüllkurven beinhalten mindestens • statische Reifenkontur, vom Reifenhersteller geliefert, • maximale Reifenauslenkung (vorne und hinten), empirisch ermittelt, • Schneekettenkontur maximal reduziert, • keine Berücksichtigung von Gewicht und Geschwindigkeit, • bei nicht angetriebener Achse keine Berücksichtigung de Schneekettenkontur, • Achskinematik. Die für die Freigängigkeit relevanten Lenkeinschlagwinkel und Federwege sind berücksichtigt. Die von den Federwegen und Einschlagwinkeln abhängigen Radmittelpunkte sowie deren korrespondierende Werte werden für alle Fahrzeugtypen in einem Datenpool abgelegt, auf den betroffene Anwender Zugriff haben. Maßnahmen bei Reifenüberschneidung: Federwegbegrenzung, 30°–50° Überdeckung beschreiben und daraus folgende Karosserie-Änderungen ableiten • Begrenzung des Federweges, • Karosserieänderungen (Randbogen), • Achskinematik modifizieren, • Reifengröße ändern.

25 Fahrgastzelle 25.1 Ausklappung der A-Säule mit Frontscheibe Wie aus Abb. 122 und 123 ersichtlich, weicht die A-Säule in zwei Richtungen von den normalen Zeichenebenen (parallel zur Längsrichtung oder Horizontalen) ab. Um die Neigung zur Fahrzeugmitte in wahrer Länge darzustellen, wird

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Nach der EG-Richtlinie 78/549 muss die Radabdeckung so ausgelegt sein, dass mindestens auf einem genehmigten Reifentyp für die angetriebenen Räder eine Schneekette verwendet werden kann. Für Allrad-Fahrzeuge muss eine Schneekette nur an den Hinterrädern verwendet werden können. Für die Freigängigkeitsuntersuchungen sind die für Serie und Sonderausstattung freigegebenen Rad-/Reifen-Kombinationen mit der jeweils größten Außenkontur unter Berücksichtigung der Einpresstiefen, der maximalen Reifenkontur und der Schleuderkontur für Schneeketteneinsatz zu Grunde zu legen (Abb. 119–121). Für die Schneeketten-Schleuderkontur gilt die in der Hüllkurve angegebene Kontur (gemessen bei 80 km/h). Für die Freigängigkeitsforderung Hinterachse wird bei der maximalen Einfederung von 100 % die Untersuchung mit der reduzierten Schleuderkontur (40 km/h) durchgeführt. Diese ist in Richtung der Fahrzeughöhe (Z-Richtung) reduziert. Die Reifenhüllkurven beinhalten mindestens • statische Reifenkontur, vom Reifenhersteller geliefert, • maximale Reifenauslenkung (vorne und hinten), empirisch ermittelt, • Schneekettenkontur maximal reduziert, • keine Berücksichtigung von Gewicht und Geschwindigkeit, • bei nicht angetriebener Achse keine Berücksichtigung de Schneekettenkontur, • Achskinematik. Die für die Freigängigkeit relevanten Lenkeinschlagwinkel und Federwege sind berücksichtigt. Die von den Federwegen und Einschlagwinkeln abhängigen Radmittelpunkte sowie deren korrespondierende Werte werden für alle Fahrzeugtypen in einem Datenpool abgelegt, auf den betroffene Anwender Zugriff haben. Maßnahmen bei Reifenüberschneidung: Federwegbegrenzung, 30°–50° Überdeckung beschreiben und daraus folgende Karosserie-Änderungen ableiten • Begrenzung des Federweges, • Karosserieänderungen (Randbogen), • Achskinematik modifizieren, • Reifengröße ändern.

25 Fahrgastzelle 25.1 Ausklappung der A-Säule mit Frontscheibe Wie aus Abb. 122 und 123 ersichtlich, weicht die A-Säule in zwei Richtungen von den normalen Zeichenebenen (parallel zur Längsrichtung oder Horizontalen) ab. Um die Neigung zur Fahrzeugmitte in wahrer Länge darzustellen, wird

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eine Zeichenebene festgelegt, die parallel zur A-Säule liegt. In der Seitenansicht eines Fahrzeugs wird eine Tangente an die Kante der A-Säule gelegt. Diese Tangente ist eine Linie der neuen Konstruktionsebene (Zeichenebene). Man trägt in ihr von AL‘ ausgehend die wahren Breitenabstände ab, so dass sich die ausgeklappte A-Säule in ihrer wahren Länge zeigt. Dies trifft allerdings nur zu, wenn die A-Säule keine allzu starke Krümmung in der Seitenansicht aufweist. Ist dies der Fall, muss das gleiche Verfahren an mindestens zwei weiteren Punkten der A-Säule angewendet werden. Die Lage der A-Säule ergibt sich durch Übertragen der Abstände I und II, von den Kanten der A-Säule zu –550Y in der Draufsicht, in die neue Zeichenebene (Abb. 123). Will man die Lage von Frontscheibe, A-Säule und Seitenscheibe haben, legt man eine Tangente an die A-Säule in der neuen Zeichenebene und klappt den Schnitt um die Senkrechte zur Tangente, die zugleich der neuen AL“ entspricht. Man erhält eine neue Ebene, in der sich die Scheiben und die A-Säule in wahrer Lage zueinander abbilden. Durch Übertragen der Abstände 1 und 2 in die neue Ebene erhält man einen Schnitt durch die A-Säule, der sich in wahrer Größe abbildet. Durch Übertragen entsprechender Punkte können Front- und Seitenscheibe sowie A-Säule mit ihren tatsächlichen Krümmungen gezeichnet werden. Nun lassen sich Scheibenflansche oder Scheibenführungen einzeichnen, die entsprechend dem genannten Verfahrensablauf – nur in umgekehrter Reihenfolge – in die Seitenansicht übertragbar sind.

25.2 Ermittlung des Scheibenflansches Folgendes Konstruktionsverfahren eignet sich besonders für das Anbringen eines Scheibenflansches (Abb. 124): • Tangente an die A-Säule in einem beliebigen Punkt anlegen; • Senkrechte dazu wird in den Abständen des Netzes aus der Draufsicht eingeteilt, • Parallelen zur Tangente durch die Netzabstände von AL1 aus ergeben den neuen Netzplan; • Übertragen der Abstände aus der Draufsicht ergibt die neue Ansicht der Frontscheibe mit A-Säule; • Senkrechte zur Tangente an die neue A-Säule entspricht AL2, • Die Abstände 1, 2, 3 von AL1 aus werden an den Senkrechten zu AL2 – im Schnittpunkt von AL2 – mit den Breitenabständen ausgetragen; • Die Verbindungslinie der abgetragenen Punkte gibt die wahre Lage der Frontscheibe zur A-Säule wieder; • In dieser Ansicht kann der Scheibenflansch eingezeichnet und nun – entsprechend dem Verfahren – in die Seitenansicht übertragen werden (Abb. 125). Die Abb. 126 und 127 zeigen die Ausklappung einer Frontscheibe und die Ermittlung des „wahren Schnittes“.

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25.3 Darstellung der Wischfelder Mit der ständig steigenden Verkehrsdichte auf den Straßen wächst auch das Sicherheitsbedürfnis der Verkehrsteilnehmer. Die Scheibenreinigungsanlagen der Kraftfahrzeuge tragen in erheblichem Maße zur Befriedigung dieser Sicherheitsbedürfnisse bei, indem sie dafür Sorge tragen, dass die Sicht des Kraftfahrzeugführers so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Welche Bedeutung der Gesetzgeber der guten Sicht im Straßenverkehr beimisst, ist schon daran zu erkennen, dass Scheibenreinigungsanlagen in der StVZO für alle Kraftfahrzeuge vorgeschrieben sind und in Europa die Norm EWG 78/318 zu erfüllen haben. Im Einzelnen ist vorgeschrieben: • die Reinigung bestimmter Sichtfelder in geometrischer Hinsicht, • das Funktionieren auch bei hoher Geschwindigkeit, d.h. zu 80 % der Höchstgeschwindigkeit, höchstens jedoch bis 160 km/h; • die mechanischen Festigkeits- und Lebensdauerforderungen samt Blockierund Funktionstest bei niedrigen und hohen Temperaturen sowie Dauerlaufprüfung. Bei Konstruktionsbeginn der Wischfelder ist als erstes darauf zu achten, dass die geometrischen Bedingungen erfüllt werden. In Abb. 128–130 sind die einschlägigen Vorschriften dargestellt. In Abb. 131 werden die zur Zeit üblichen Wischersysteme miteinander verglichen. Welches System nun das bessere ist, hängt von der jeweiligen Fahrzeuggeometrie (Scheibenlage) ab und muss im Einzelnen von jedem Hersteller überprüft werden. Für europäische Pkw muss Sichtfeld A zu 98 %, Sichtfeld B zu 80 % gewischt werden (s. Abb. 129).

25.4 Stirnwand Die Stirnwand eines Pkw ist die Abtrennung zwischen der Fahrgastzelle und dem Motorraum. Dabei muss man berücksichtigen, dass ihr ein erheblicher Anteil zur Torsionssteifigkeit zuzuordnen ist (ähnlich der Gepäckraumtrennwand). Es müssen gewisse Einbaumaßnahmen und Durchbrüche sichergestellt werden. Hierbei sind die Heizung, die Pedalerie, die Lenksäule, diverse Kabeldurchführungen und ähnliches zu beachten. Die Anbindung der Stirnwand erfolgt im Bereich des Bodenblechs, der A-Säule unterhalb der Brüstung und des Windlaufträgers. Vom Motorraum betrachtet, müssen der Schwingungsraum des Motors, die Scheibenwischeranlage, Luftführungssysteme, Gebläseanordnung, Schall- und Wärmeisolierungsmaßnahmen und verschiedenste Befestigungselemente konstruktiv entwickelt werden. Diese Parameter zwingen den Konstrukteur unter Einhaltung bestimmter Mindestmaße, eine fertigungsgerechte Auslegung der Stirnwand darzustellen. Die Grundschnitte, welche im Einzelnen mit den entsprechenden Fachabteilungen abgeklärt werden, sind einzuhalten.

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25.5 Säulen allgemein Die Säulen an einer Karosserie werden von vorn nach hinten als A-, B-, C-, DSäule bezeichnet. Eine Limousine klassischer Bauart hat demzufolge nur A-, B-, und C-Säulen. Bei der Auslegung der B-Säule hat der Konstrukteur wesentliche Vorgaben zu berücksichtigen. Kurz erwähnt sei hier die Richtlinie EWG 76/115, geändert durch EWG 81/575 und EWG 82/318. Sie betrifft Verankerungen von Sicherheitsgurten Aus dem Konstruktionsbeispiel (s. Abb. 145, 146) werden Einzelheiten ersichtlich. Nachdem seitens der Design-Abteilung die Außenhaut und die Fugenlage festgelegt ist, wird es jetzt möglich, gewisse Grundsatzuntersuchungen durchzuführen. Grundsatzuntersuchungen sind zunächst die sog. Scheibenabzugsschnitte der B-Säule oberhalb der Brüstung, der für die Türbremse für die hintere Tür, das Schloss für die vordere Tür, die Lage des Punktflansches im Längsträgerbereich. Nach Klärung dieser Randbedingungen muss der Konstrukteur zunächst eine Scharnierachse festlegen. Hierbei ist auch der Öffnungswinkel der hinteren Tür zu bestimmen. Des Weiteren muss eine Kollision mit karosserieseitigen Elementen vermieden werden. Auch darf die hintere Tür während des Öffnungsvorgangs die geschlossene vordere Tür nicht berühren. Nun kann der Bauraum für das Scharnier festgelegt werden (Abb. 132, 133). Ist es ein geschraubtes oder ein geschweißtes Scharnier? Wie wird die Anbindung der B-Säule an den Längsträger gestaltet? Abbildung 134 zeigt die Rundumsicht aus einem Pkw und damit den planargemessenen Gesamtverdeckungswinkel aller Säulen..

25.6 A-Säule Aufgabenstellung Sichtverdeckung A-Säule Gegeben ist die Geometrie der A-Säule eines Fahrzeugs durch Ausschnitte der Seitenansicht (um 800Z) und der Draufsicht (um –700Y, Abb. 135). Die Koordinaten des SR-Punktes sind 1585X, –390Y, 167Z. Der horizontale Sitzverstellbereich ist größer als 158 mm, und der konstruktiv festgelegte Rückenlehnenwinkel beträgt 25°. Der binokulare Verdeckungswinkel der gegebenen A-Säule beträgt 6°. Er soll aus fertigungstechnischen Gründen (Berücksichtigung von Toleranzen zur Einhaltung der 6°-Grenze), aber auch zur Verbesserung des Benutzerkomforts auf 5° verringert werden. Es soll nur die A-Säule auf der Fahrerseite untersucht werden. Konstruktion des Horizontalschnitts A – A Wenn man eine A-Säule an einem Fahrzeug von der Seite her betrachtet und sich vorstellt, diese Säule waagerecht durchzuschneiden, so ist die Form der Schnittfläche nur von oben her zu erkennen. In der Seitenansicht ist nur die horizontale Schnittlinie zu sehen.

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Konstruktion (Abb. 136): Zunächst wird die Lage des Horizontalschnitts A – A als Linie in die Seitenansicht eingetragen. Der Schnitt soll nicht direkt in der Draufsicht erscheinen, da das an dieser Stelle zu viele Linien ergeben würde. Er wird also unterhalb der Draufsicht extra gezeichnet. Dazu muss aber das in der Draufsicht vorhandene Netz unterhalb der Draufsicht erneut eingetragen werden. In der Seitenansicht kreuzt die Schnittlinie sämtliche Kanten der Säule. Die Kreuzungspunkte der einzelnen Säulenkanten werden aufgrund ihrer Längenkoordinate von der Seitenansicht in die Draufsicht auf die jeweilige Kante mit gleicher Bezeichnung übertragen. Der Kreuzungspunkt wird also auf dem Längenordner von der Seitenansicht in die Draufsicht projiziert. Diese Punkte werden von der Draufsicht mit ihren Längen- und Breitenkoordinaten in das für den Schnitt vorbereitete Netz übertragen. Die Punkte werden bezeichnet und entsprechend verbunden. Räumliche Vorstellung: Die A-Säule eines heutigen Fahrzeugs liegt schräg im Raum. Sie ist also nach hinten und nach innen geneigt. Wird die Säule in der Seitenansicht rechtwinklig zu den gezeichneten Säulenlinien geschnitten, so entsteht ein verzerrter Schnitt, da die Säule in der Draufsicht ja auch noch geneigt ist. Sie liegt also nicht parallel zur Projektionsebene der Seitenansicht im Raum. Ihr Winkel zu dieser Projektionsebene entspricht dem Winkel, um den sie in der Draufsicht nach innen geneigt ist. Um wirklich rechtwinklig schneiden zu können, muss die Betrachtungsrichtung so geändert werden, dass die Projektionsebene parallel zu den Säulenkanten im Raum liegt. Die Blickrichtung liegt dabei im rechten Winkel zu den Kanten. In der entscheidenden Ansicht erscheinen die Kanten der Säule in wahrer Größe. Wird in dieser Ansicht dann rechtwinklig geschnitten, so entsteht ein wahrer Schnitt (Abb. 136–139), in dem das unverzerrte Profil der Säule zu erkennen ist. Zusätzlich zu ihrer schrägen Lage im Raum ist die A-Säule auch noch gebogen. Das bedeutet, dass die Tangenten der Säulenkanten parallel zur Projektionsebene liegen müssen, um sie wahr zu schneiden. Der Schnitt wird dann rechtwinklig zu den Tangenten der Säulenkanten ausgeführt. Die Säulenkanten verlaufen innerhalb des hier betrachteten kleiner Ausschnitts nicht ganz parallel. Deshalb muss eine Kante als Bezugskante ausgewählt werden, deren Tangente dann parallel zur Projektionsebene liegt. Auch der wahre Schnitt wird senkrecht zur Tangente dieser Kante durchgeführt. Ansicht mit parallel zur Projektionsebene liegenden Säulenkanten: Als Bezugskante wird die Kante 1 willkürlich ausgesucht. Eigentlich müsste die Normale jetzt genau da an die Kante 1 angelegt werden, wo die Schnittlinie A – A diese Kante schneidet, denn es ist ja der wahre Schnitt zum Horizontalschnitt A – A gesucht. Der Fehler, der gemacht wird, wenn nicht exakt dieser Punkt als Ausgangspunkt benützt wird, ist aber sehr klein, da die Kanten der Säule nahezu parallel verlaufen. In Richtung B wird eine Normale an Kante 1 eingezeichnet. Diese Normale entspricht einer Blicklinie auf die Ansicht B. Rechtwink-

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lig zur Blicklinie wird das Breitennetz für die Ansicht eingetragen (hier nur die Netzlinie –700Y). Dann werden die Kreuzungspunkte der Blicklinie mit den Säulenkanten der Seitenansicht auf den Längenordnern auf die entsprechenden Kanten in der Draufsicht übertragen. Die Breitenkoordination der entstehenden Punkte werden auf der Blicklinie im Breitennetz der neuen Ansicht abgetragen. Es entstehen Punkte der Ansicht B auf der Blicklinie. Um diese über einen Bereich zu erhalten, werden zwei weitere Blicklinien in Richtung Bv und Bh parallel zur Normalen eingetragen. Die Abstände sind willkürlich. Auf diesen Linien werden wie auf der ursprünglichen Blicklinie – Punkte der Ansicht B konstruiert. Es werden von jeder Kante also je drei Punkte ermittelt. Diese werden miteinander verbunden, und es entsteht die Ansicht B. Rechtwinkliger Schnitt der Ansicht: Die Ansicht B soll rechtwinklig geschnitten werden, um einen wahren Schnitt zu erhalten. Ausgangspunkt dazu ist der Schnittpunkt der Kante 1 mit der B-Blicklinie in Ansicht B. In diesem Punkt wird eine Normale und eine Tangente auf der Kante 1 errichtet. Die Normale ist die Schnittlinie C – C. Die Tangente ist die Schnittbezugslinie. Rechtwinklig zur Schnittbezugslinie wird eine Arbeitslinie (AL) eingezeichnet. Eine weitere Arbeitslinie wird senkrecht zur B-Blicklinie in die Seitenansicht eingetragen. Beide Arbeitslinien zusammen spannen eine Arbeitsebene auf. Die Punkte des wahren Schnitts liegen auf den parallel zur Schnittbezugslinie verlaufenden Ordnern, die von den Kreuzungen der Säulenkanten mit der Schnittlinie ausgehen. Der Abstand der Punkte von der Arbeitslinie muss aus der Seitenansicht projiziert werden. Werden jetzt die Abstände der so entstehenden Punkte von der Arbeitslinie in den Schnitt C – C übertragen, so kann der wahre Schnitt gezeichnet werden. Nachtrag zum Schnitt A – A: Die Punkte des A-Säulenholms sind im wahren Schnitt durch Geraden verbunden. Ist die Säule gebogen, so dürfen die Punkte in allen verzerrten Schnitten (z.B. im Schnitt A – A) nicht von vornherein geradlinig miteinander verbunden werden, da die Schnittkanten ja zwangsläufig den gekrümmten Säulenkanten folgen müssen. Korrektur der X-Koordinaten für verschiedene horizontale Sitzverstellbereiche Bereich 108 121 133 146

X 158 mm

0 mm –12 mm –22 mm –32 mm –42 mm –48 mm

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Die Kanten sind also teilweise gebogen. Im vorliegenden Bereich ist die Krümmung der Säule für diese Erscheinung aber vernachlässigbar. Je nach horizontalem Sitzverstellbereich und konstruktivem Rückenlehnenwinkel müssen die Koordinaten um ΔX bzw. ΔY bzw. ΔZ korrigiert werden: Korrektur für unterschiedliche konstruktiv festgelegte Rückenlehnenwinkel (Winkel zwischen der Vertikalen und der Rumpfbezugslinie im R-Punkt) Winkel

X

Z

Winkel

X

Z

5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º 13º 14º 15º 16º 17º 18º 19º 20º 21º 22º

–186 mm –177 mm –167 mm –157 mm –147 mm –137 mm –128 mm –118 mm –109 mm – 99 mm – 90 mm – 81 mm – 72 mm – 62 mm – 53 mm – 44 mm – 35 mm – 26 mm

28 mm 27mm 27 mm 27 mm 26 mm 25 mm 24 mm 23 mm 22 mm 21 mm 20 mm 18 mm 17 mm 15 mm 13 mm 11 mm 9 mm 7 mm

23º 24º 25º 26º 27º 28º 29º 30º 31º 32º 33º 34º 35º 36º 37º 38º 39º 40º

–18 mm – 9 mm 0 mm 9 mm 17 mm 26 mm 34 mm 43 mm 51 mm 59 mm 67 mm 76 mm 84 mm 92 mm 100 mm 108 mm 115 mm 123 mm

5 mm 3 mm 0 mm – 3 mm – 5 mm – 8 mm –11 mm –14 mm –18 mm –21 mm –24 mm –28 mm –32 mm –35 mm –39 mm –43 mm –48 mm –52 mm

Horizontalschnitt und Auflegen der Schablone (Abb. 140–143): Die Kopfdrehpunkte (P1 und P2) sind die eigentlichen Ausgangspunkte für die Ermittlung der Sichtfeldverdeckung. Auf Höhe der P-Punkte wird ein Horizontalschnitt der beiden A-Säulen gezeichnet, in den auch die beiden Kopfdrehpunkte eingetragen werden. Als A-Säule bezüglich der Sichtfeldverdeckung gelten dabei alle Teile im Bereich der Säule, die nicht „durchsichtig“ sind. Aus Folie wird dann eine Schablone angefertigt (s. Abb. 140, 143). Die senkrecht zur Scheibenfläche gemessene Lichtdurchlässigkeit einer „durchsichtigen Fläche“ darf 70 % nicht unterschreiten. Diese Vorschrift bezieht sich u.a. auch auf am Rand eingefärbte verklebte Windschutzscheiben. Oft ist die als Verdeckung der Scheibenverklebung gedachte Einfärbung nicht durch einen klaren Rand abgegrenzt, sondern es wird ein fließender oder auch gepunkteter Übergang gewählt. Die Scheibe gilt in diesem Bereich erst ab 70 % Lichtdurchlässigkeit als „durchsichtige Fläche“. Die P-Punkte (P1 und P2) sind gedachte Kopfdrehpunkte des Fahrers. Die EPunkte (E1, E2 und E3, E4) sind gedachte Augenmittelpunkte zu den Kopfdrehpunkten des Fahrers.

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Bestimmung des binokularen Verdeckungswinkels: Lage der P-Punkte bezogen auf den SR-Punkt. Vom Sitzplatzbezugspunkt (SR-Punkt) ausgehend werden auf der Fahrerseite zwei Kopfdrehpunkte (P1 für die linke Säule, P2 für die rechte Säule) bestimmt. Grundsätzliche Koordinaten bezogen auf den SR-Punkt Punkt

X

Y

Z

P1 P2

35 mm 63 mm

–20 mm 47 mm

627 mm 627 mm

Lösungsschritte zur Sichtverdeckung A-Säule Vom SR-Punkt ausgehend wird der Punkt P1 ermittelt. In dessen Höhe wird die A-Säule geschnitten, und der Schnitt A–A wird herausgezeichnet (s. Abb. 136). Der Punkt P1 wird in die Netzlinien des Schnitts A–A ebenfalls eingetragen. Darauf folgt das Auflegen der Schablone, deren Geometrie auf der Zeichnung bereits in der endgültigen Lage eingezeichnet ist. Der binokulare Verdeckungswinkel der A-Säule beträgt also genau 6°. Nächster Schritt ist jetzt die Reduzierung dieses 6°-Winkels auf 5°. Da aber sämtliche Änderungen, die an einer A-Säule vorgenommen werden, im wahren, also unverzerrten Schnitt gezeigt werden müssen, wird dieser zunächst von der 6°-Säule gezeichnet (Schnitt C–C, s. Abb. 136). Zur Schmälerung der A-Säule hat man jetzt zwei Möglichkeiten: • Die Verdeckung wird auf der Türseite verringert; • Die Sicht durch die Windschutzscheibe wird vergrößert und damit das Profil der A-Säule in seinem Querschnitt reduziert. Die erste Änderungsmöglichkeit hat zur Folge, dass die Tür, die Türscheibe, zwei Blechteile des aus drei Blechteilen bestehenden Holms und diverse Dichtungen geändert werden müssen. Bei Realisierung der zweiten Möglichkeit müssen ebenfalls zwei Blechteile, die Windschutzscheibe, eine Verkleidung und eine Dichtung verändert werden. Die Festigkeitseinbußen, die bei beiden geänderten Holmen auftreten werden, dürften in etwa gleich groß sein. Großen Einfluss auf die Entscheidung hat sicher auch das Fahrzeugerscheinungsbild, das durch diese Änderungen entsteht. In unserem Beispiel wird die zweite Möglichkeit gewählt, da die Änderungen hierbei weniger aufwendig sind. Zunächst wird also der 6°-Augenstrahl durch einen 5°-Strahl ergänzt. Wäre die Türseite verändert worden, so müsste jetzt auch die Schablone gedreht werden. Ihre Lage kann so aber beibehalten werden. Die Punkte VW, WS 2 und CG werden in ihrer Lage so verändert, dass der 5°-Augenstrahl die geänderte Säule tangential berührt. Die Fläche zur Verklebung der Frontscheibe bleibt unverändert erhalten. Die Änderungen werden im wahren Schnitt vorgenommen.

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Falls die Festigkeit jetzt nicht mehr ausreicht, muss der Holm z.B. verstärkt werden durch • Vergrößerung der Blechdicke (Biegung und Torsion); • Querschnittsänderung des Holms, dadurch wird das Blech näher an der Verkleidung geführt (hauptsächlich Torsion); • Einbau eines Steges (hauptsächlich Biegung). Linke Säule: Die Schablone wird nun so auf die Höhenschnittzeichnung gelegt, dass der Punkt P1 der Schablone mit dem der Zeichnung zur Deckung gebracht wird. Um diesen Punkt wird die Schablone dann von außen her so weit gedreht, bis der von E1 ausgehende Augenstrahl als Tangente am äußeren Rand der linken Säule anliegt. Dabei darf die Strecke E1-E2 von außen her maximal so weit um P1 gedreht werden, bis sie senkrecht zur Längsmittelebene des Fahrzeugs steht. Ist dies der Fall, so muss der 120°-Winkel verkleinert werden. Liegt der zweite Augenstrahl jetzt ebenfalls als Tangente an der A-Säule an, so beträgt der binokulare Verdeckungswinkel genau 6°. Ist die A-Säule dagegen schmaler, so muss der Strahl nach links korrigiert werden, um als Tangente an dem inneren Rand der A-Säule anzuliegen. Der Verdeckungswinkel beträgt dann weniger als 6°. Eine Korrektur des Strahls nach rechts bewirkt einen Winkel über 6°. Auf der Schablone ist der 6°-Winkel eingezeichnet, da der binokulare Verdeckungswinkel gemäß EWG-Richtlinie diesen Wert nicht überschreiten darf. Rechte Säule: Für die rechte A-Säule wird derselbe Vorgang jetzt mit der spiegelbildlichen Schablone durchgeführt. Die Schablone wird also gewendet. Aus Punkt P1 wird P2, aus E1 wird E4 und aus E2 wird der Punkt E3. Ausgangspunkt ist jetzt P2. Da die rechte Säule weiter vom Betrachter entfernt ist als die linke (bei Linkslenker-Fahrzeugen), geht man davon aus, dass die gesetzlichen Vorschriften auch rechts erfüllt sind. Deshalb wird hier nicht näher darauf eingegangen.

25.7 B-Säule Der Punktflansch der B-Säule (Abb. 144, 132, 133) sollte einen großen Radius im Bereich der Fahrertür aufweisen, um einen günstigen Kraftfluss zu gewährleisten. Im Bereich der hinteren Tür wäre das ebenfalls wünschenswert, jedoch behindert dieser große Radius den Einstieg der hinteren Passagiere. Es ist deshalb in diesem Bereich ein Kompromiss zu schließen, welcher guten Einstieg bei größtmöglicher Steifigkeit gewährleistet. Innerhalb der B-Säule gibt es noch einige Anbauteile, z.B. den Sicherheitsgurt, eventuelle Kabelführungen sowie die Innenverkleidungen, die konstruktiv und von ihren Abmessungen her berücksichtigt werden müssen. An dem Beispiel in Abb. 145, 146 wird das Ergebnis solch eines konstruktiven Entwurfs ersichtlich.

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25.8 C-Säule Ähnlich wie bei der B-Säule gibt es bei der konstruktiven Ausarbeitung einer kompletten C-Säule gewisse Randbedingungen zu beachten. Zunächst muss vom Dachrahmen ausgehend der Türrahmen (Abb. 147) mit dem Seitenrahmen über sog. Radialschnitte entwickelt werden (Abb. 148–150). Dies ist deshalb notwendig, um den Bauraum für Dichtungen, deren Einfahrung in die Zarge usw. konstant zu halten. Sofern nur einige Formlinien vom Modell vorhanden sind, muss allerdings die C-Säule (wie schon bei der A-Säule genau beschrieben) in die wahre Ansicht geklappt werden, um von hier aus den wahren Schnitt zu erzeugen. Nur dadurch wird es möglich, die noch fehlenden Linien und Kanten in allen drei Ansichten zu entwickeln. Nachdem die Radialschnitte das Abdichten und das Eindrehen des Türrahmens in den dafür vorgesehenen Bauraum sicherstellen, kann an die Entwicklung des Schlosses türseitig und seine Verriegelung säulenseitig gedacht werden. Hierbei muss auf eine sinnvolle Krafteinleitung zwischen Drehfalle und Schließkeil Wert gelegt werden (s. Abschn. 25.11). Der Punktflansch des Dachrahmens und der Punktflansch des Längsträgers bestimmen schon in etwa die Lage des Punktflansches der C-Säule. Letztendlich bildet der Punktflansch oberhalb der Brüstung die Befestigung für die Dichtung und den Kantenschutz. Unterhalb der Brüstung werden hier z.B. das Radhaus hinten außen und die Seitenwand hinten mittels Schweißpunkten befestigt. Von hier aus werden dann Dichtung und Kantenschutz weitergeführt und somit eine Abdichtung der Tür zur Karosserie hin gewährleistet (s. Abb. 147). Ein- und Ausbaumöglichkeiten für z.B. Innenleuchten, Gurtverankerungspunkte, C-Säulen-Blenden, Sitzrückenlehne und Sitzfläche müssen berücksichtigt werden. Die Entwurfszeichnung, dargestellt in Abb. 147–150, macht die konstruktive Umsetzung deutlich.

25.9 Tür Allgemeines Die Pkw-Tür ist in ihrer Komplexität als schwingendes Bauteil zu betrachten. Der Bauraum im Türinnenbereich ist zwangsläufig durch die geometrische Außenform und durch die Gestaltung der Innenverkleidung begrenzt. Daneben müssen die Funktionen der absenkbaren Seitenscheiben, die Türschlösser, die Türbauweise, die Scharniere, diverse elektromotorische Komponenten, Außenspiegel und vieles mehr berücksichtigt werden. Die Abdichtung zwischen Tür und Karosseriekörper, die Aufnahmen verschiedenster Anschraubteile (z.B. der Türverkleidung und der Armlehnen), die Akustik und die Durchlüftung des Türinnenraums sind ebenfalls wichtig. Auch sind verschiedene Crash- und Steifigkeitsanforderungen zu erfüllen.

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Trotz aller dieser Auflagen dürfen weder die Kosten jedes einzelnen Bauteils vorher festgelegte Grenzen überschreiten, noch die Funktionen der Elemente – auch im Hinblick auf die zu erwartende Lebensdauer der Fahrzeuge – ausfallen. Die Form eines durch die Formlinien des abgetasteten 1:1-Design-Modells (Abb. 151) bestimmt. Sie beinhalten darüber hinaus die Fugen zwischen vorderer Seitenwand und Tür, zwischen Längsträger (auch Schweller genannt) und Tür, die Fugen im Bereich der B-Säule, die Seitenscheibenanordnung sowie den Übergangsbereich zum Dach. Die geometrische Form des Türinnenblechs muss unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten sowie unter Betrachten der Anbauteile konstruiert werden. Die Abzugsrichtung der Seitenscheiben, das Fensterhebesystem (siehe Abb. 165, 166), die Schlossmechanik, die Scharnieranbindung, die Dichtflächen zwischen Tür und Karosseriekörper sind zu berücksichtigen (Abb. 152– 156). Welche Verbindungstechnik von Türaußenhaut und Türinnenblech soll es geben (Bördeln, Kleben, Punkten)? Der vorgegebene Öffnungswinkel der Türen ist sicherzustellen. In nachfolgenden Bildern wurde ein Öffnungswinkel von 75° zugrunde gelegt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Tür mit der Karosserie keine Kollision erfährt. Das Beispiel von Abb. 157 zeigt den Bereich der A-Säule, der vorderen Seitenwand und des Schwellers. In Abb. 158 ist das Ergebnis der Konstruktion eines Türinnenblechs dargestellt, wobei auf Details verzichtet werden musste. Verformungen beim Türschließen Verformungen der Türhaut treten bei heftigem Zuschlagen der Tür auf. Dabei spielen die Massenträgheitsmomente der Türaußenhaut sowie deren Anbauteile bei der Drehung um die Türscharnierachse eine entscheidende Rolle. Anbauteile, die wesentlich zur Verformung beitragen, sind die Stoßleisten sowie die Bitumenplatten, die innen auf die Türhaut aufgeklebt werden. Bei zu großer Verformung besteht die Gefahr, dass sich die Stoßleiste aus der Verclipsung löst. Deshalb dürfen die auftretenden Verformungen vorher festgelegte Grenzpunkte nicht überschreiten. Mit Hilfe eines Rechenprogramms und im praktischen Versuch werden diese ermittelt (Abb. 159). Im folgenden Beispiel wurden am Rechner einige Türaußenprofile auf ihre Verformung simuliert, zuerst ohne zusätzlich beschleunigte Massen, also nur diejenigen der Türaußenhaut. Es ergaben sich in dem Bereich der Stoßleistensicke und im Bereich darüber, der die größte ununterbrochene Türfläche darstellt, die höchsten Verformungswerte von bis zu 2,7 mm. Die nächste Untersuchung erfolgte mit den Anbauteilen, also einschließlich Bitumenplatte und Stoßleiste. Dadurch veränderten sich die Verformungen erheblich. Im Bereich der Stoßleistensicke wuchsen sie um mehr als das Doppelte des vorigen Wertes an, nämlich von 1,6 mm auf 3,8 mm. Andere wichtige Faktoren, wie z.B. Blechdicke, äußere Formlinie der Außenhaut, Länge der Tür usw. sind hier unberücksichtigt geblieben.

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Integriertes Tür-Stoßfänger-System Fahrzeuge, die ins Ausland ausgeliefert werden, unterliegen den dort jeweils geltenden Vorschriften Daher ist es notwendig, schon in der Entwicklungsphase eines Fahrzeugs diese zu berücksichtigen. Für die hier vorgestellte Tür-Stoßfänger-Konstruktion waren die Bestimmungen zweier großer Märkte zu beachten, die Europas (ECE) und der USA (FMVSS). Der Unterschied zwischen ihnen besteht in der Forderung der USA nach einer Prüfung der Türen auf Stabilität bei einem Seitenaufprall. In dieser wird verlangt, dass die Türen einem statischen Eindrückversuch bestimmte Widerstandskräfte entgegenbringen. Messpunkte liegen bei 3 unterschiedlich zurückgelegten Eindrückstrecken. Der erste liegt bei einer Eindrückung von 6 inch (= 152,4 mm). Nach dieser Strecke muss die Tür einen anfänglichen Eindrückwiderstand von mindestens 2250 lbs (= 10012 N) aufbringen. Ein mittlerer Eindrückwiderstand von mindestens 3500 lbs (= 15575 N) ist nach 12 inch (= 304,8 mm) gefordert. Die größte Kraft – der sog. Spitzen-Eindrück-Widerstand – ist nach einem gesamten Eindrückweg von 18 inch (= 457,2 mm) aufzubringen. Dieser ist abhängig vom Fahrzeugleergewicht (der Betrag muss doppelt so hoch sein) oder er muss 7000 lbs (= 31150 N) betragen, je nachdem, welcher Wert niedriger liegt. Diese Untersuchung ist an einer Rohkarosse durchzuführen, in der die Sitze nicht eingebaut sind. Der Prüfkörper ist ein Zylinder mit einem Durchmesser von 12 inch (= 304,8 mm). Seine Länge hängt ab von den Abmessungen der zu prüfenden Tür. Er wird von einer hydraulischen Anlage in die Tür der fest verankerten Karosse gedrückt. Um dieser Prüfung standzuhalten, reicht die Stabilität der ECE-Türen nicht aus. Aus diesem Grunde muss eine zusätzliche Versteifung in die US-Türen eingebaut werden. Damit die geforderten Widerstandskräfte aufgebracht werden können – und zwar mit dem geringsten Aufwand an Kosten und Gewicht – wird ein Rohr horizontal an das Türinnenblech geschweißt bzw. geschraubt. Dieses Rohr leitet nun die durch den Eindrückstempel eingeleiteten Kräfte zuerst in das Türinnenblech und verformt es. Später, bei größerer Deformation, werden die Kräfte über die Anbindung der Scharniere und des Schlosses an die A- und B-Säule weitergeleitet. Bei der Auswahl des Rohrwerkstoffes sind zwei Hauptanforderungen zu berücksichtigen. Zum einen muss das Material die Gesamteindrückstrecke des Stempels von 457,2 mm in die Tür ohne Bruch überstehen, zum anderen muss es die geforderten Widerstandskräfte aufbringen. Daneben stehen noch andere Bedingungen wie die Eigenstabilität der Tür ohne Träger (davon ist die Dimensionierung des Trägers abhängig), das Raumangebot für die Versteifung in der Tür und nicht zuletzt der Kostenfaktor. Vorderer seitlicher Dachrahmenschnitt Wie in Abb. 160 erkennbar, wird der Dachrahmen in Abhängigkeit vom Türrahmen entwickelt werden müssen. Dabei gilt es, bestimmte Anforderungen zu erfüllen. Diese sind die Abdichtung zwischen Türrahmen und Karosseriekör-

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per sowie die Abdichtung der Türscheibe zum Türrahmen, die Befestigung eines Dachträgersystems und die Festlegung des dafür benötigten Bauraums. Weiterhin ist es erforderlich, den Dachrahmen im Hinblick auf die Gesamtsteifigkeit der Karosserie zu konzipieren. Dabei darf allerdings die Rohbau-Zusammenbaufolge nicht vergessen werden. Je nach Hersteller und Konzept gibt es die verschiedensten Möglichkeiten, welche unter den entsprechenden Gesichtspunkten zu bewerten sind.

25.10 Türscharniersysteme Türscharniersysteme (Abb. 161–163) unterliegen gesetzlich vorgeschriebenen Prüfverfahren, die es zu erfüllen gilt. Die jeweiligen Gesetze und Empfehlungen beschreiben Tests, welche auf Labor-Testvorrichtungen und -Testausrüstungen durchgeführt werden. Die Mindestleistungsanforderungen beruhen auf verfügbaren technischen Daten und werden gegebenenfalls den entsprechenden neuesten Erkenntnissen über Pkw-Scharniersystemleistungen unter Stoßbedingungen überarbeitet. Man unterscheidet das Scharniersystem: das System zur Fixierung der Tür relativ zum Karosseriebaukörper und zur Regelung der Türöffnungsweite zum Einund Ausstieg der Fahrgäste, Scharnier: der Teil des Scharniersystems, der aus einem Paar durch Zapfen verbundene Scharnierteile besteht. Scharnierbestandteile sind der Türteil: der Teil des Scharniers, der normalerweise am Türbaukörper befestigt ist und das schwingende Teil darstellt; Karosserieteil: der Teil des Scharniers, der normalerweise am Karosseriebaukörper befestigt ist und das feste Element darstellt; Scharnierbolzen: der Teil des Scharniers, der normalerweise die Karosserieund Türteile verbindet und die Schwingachse festlegt.

25.11 Anforderungen an Türschlösser Grundsätzlich hat ein Schloss die Aufgabe, ein unbeabsichtigtes Öffnen der Tür zu verhindern. Gleichzeitig muss allerdings während der Entwicklung darauf geachtet werden, dass ein Öffnen während eines Crashs verhindert, jedoch danach ein leichtes Öffnen der Tür gewährleistet wird. Dies allein zeigt schon die Komplexität dieses Bauteiles auf. Darüber hinaus sind die Kosten immer zu beachten, da z. B. bei einem viertürigen Fahrzeug und einer angenommenen Produktion von 1 Million Fahrzeugen eine Einsparung von 4 Millionen zu erreichen ist (bei einer angenommenen Kostensenkung von 1 €/Schloss).

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Heutige Fahrzeuge werden i. Allg. mit Zentralverriegelung und Zentralsicherung ausgestattet, wobei die Zentralsicherung von Fahrer- und Beifahrertür aus zu betätigen ist. Auch muss der Diebstahlsicherheit besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da hochpreisige Fahrzeuge immer wieder gerne verschwinden. Falls das Fahrzeug während der Fahrt verriegelt wird, muss sichergestellt sein, dass, falls ein Crash geschehen ist, die Schlösser automatisch entriegelt werden, da sonst eventuelle Hilfskräfte keine Möglichkeit haben die Insassen zu bergen. In Abb. 164 sind in den Schnittdarstellungen ein Türschloss und ein Türgriff dargestellt. Neuere Entwicklungen berücksichtigen auch die Akustik während des Türzuschlagens. Einerseits wird ein Qualitätscharakter dargestellt, andererseits gibt es mittlerweile sogenannte Zuziehhilfen, damit das Zuschlagen der Türen nicht mehr notwendig ist. Somit werden erhebliche Kräfte über die Drehfalle und den Schließzapfen in die Karosserie eingeleitet. Das muss durch Materialauswahl und Konstruktion beachtet werden. In den Darstellungen 161–163 sind beispielhaft Scharniersysteme mit integrierter Türbremse und separate Türbremsen dargestellt.

25.12 Fensterhebersysteme Die Anforderungen an Fensterheber steigen ständig. Sie müssen heute eine Betriebsfestigkeit über die geforderte Lebensdauer von 3 · 104 Lastwechseln aufweisen. Neben ausreichender Festigkeit und Steifigkeit der Bauteile wird von dem gewählten Werkstoff noch gute Duktilität verlangt, um den ständigen dynamischen Belastungen zu genügen. Die immer dünneren Scheiben und Türinnenbleche erlauben keine hohen Verspannkräfte und schwingenden Massen, um die Türzuschlagversuche erfolgreich zu bestehen. Daneben stehen weitere Forderungen wie Diebstahlsicherung und ein luftdichtes Schließen der Fensterscheibe, um Geräusche bei höheren Geschwindigkeiten zu vermeiden. Weiterhin wird Beständigkeit gegen feuchte Luft, Wasser und Salz sowohl bei hohen (80 °C) als auch bei niedrigen Temperaturen (–40 °C) verlangt. Fensterheber müssen deshalb unter praxisnahen Bedingungen geprüft werden. Diese vielfältigen Anforderungen machen eine sorgfältige Qualitätssicherung der Produkte notwendig. Der Zwang zur Kostenminimierung durch geeignete Herstellverfahren und zur Vereinheitlichung der Bauteilvielfalt sind weitere wesentliche Gesichtspunkte, die die Konstruktion eines Fensterhebers mitbestimmen. Neben dem Heben und Senken der Scheibe übernehmen Fensterheber in vielen Fällen zusätzlich noch die Scheibenführung. Für die Zulieferindustrie von Fensterhebern wirken sich diese Anforderungen in besonderem Maße aus, da Fensterheber integrierte Bestandteile der Tür sind. Es werden Konstruktionen verlangt, welche sich ohne Beeinträchtigung der Türfunktion gleichermaßen wirtschaftlich herstellen lassen und zudem leicht sind. Um dieses Ziel möglichst ohne kostensteigernde Form- bzw. Gestaltänderungen zu erreichen, werden zunehmend die erprobten Stahlausführungen auf Alumi-

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nium umgestellt. Je nach Aufbau unterscheidet man heute drei Fensterhebersysteme: Armfensterheber, Rohrfensterheber und Seilfensterheber (Abb. 165). Die geometrischen Voraussetzungen der Konstruktion am Kreuzarmfensterheber und die auftretenden Kräfte zeigt Abb. 166. Als Abzugsrichtung ist die Abzugsrichtung der Scheibe von Festpunkt B durch Mittelpunkt A anzusehen mit der Scheibenunterkante bei waagerechter Absenkung. Wichtig: • Ermittlung des Mittelpunktes A aus Kurbelmitte und Übersetzungsverhältnis (Scheibenhub = 6 Umdrehungen); • Festlegung der Abzugsschräge durch den Mittelpunkt A; • Errichtung einer Mittelsenkrechten auf der Strecke A – B, auf dieser liegt der Drehpunkt des Kreuzarmes C; • Bestimmung der Hebearmlänge unter der Bedingung, dass die Hebearme a, b, c und d gleich lang sind; • Führung der Verlängerung der Führungsschienenmitte durch den Mittelpunkt A – Richtung beliebig – nach konstruktiven Gegebenheiten.

25.13 Dach allgemein Einen nicht unwichtigen Anteil an der Gesamtsteifigkeit einer Karosserie hat das Dach. Besonders klar wird das bei Cabriolets, bei denen man durch das nicht vorhandene Blechdach relativ viele Verstärkungen vorsehen muss, um die Globalsteifigkeit der einer vergleichbaren Limousinen-Rohkarosserie anzunähern. Bei der Konstruktion, Auslegung und Gestaltung eines Daches ist also darauf zu achten, dass die auftretenden Kräfte möglichst optimal eingeleitet werden. Den Schwerpunkt einer Dachkonstruktion bilden die sog. Übergangsbereiche bzw. Knoten an den A-, B-, und C-Säulen. Anhand von Prinzipschnitten muss schon in der Vorphase der Entwicklung geklärt werden, welches Dachgepäckträgersystem in Frage kommt. Hat das Dach eine Regenrinne, oder muss der Dachträger in einen möglichst klein zu haltenden Spalt greifen (Abb. 160). Dabei ist das Problem einer eventuellen Beschädigung beim Montieren und Demontieren zu berücksichtigen. Anhand von einzelnen Schnitten wird die Peripherie klar: bei den Windlaufschnitten der Zusammenhang Front-, Heckscheibeneinbau; beim Dachrahmen die Türkonstruktion; bei der Verbindung C-Säule-Dach wie schon früher beschrieben. In Abb. 167 und 168 sind Prinzipschnitte einer möglichen Zusammenbauvariante dargestellt. Heute werden ca. 80 bis 90 % der Neufahrzeuge mit Schiebedach ausgeliefert, d.h. die Dachstruktur muss für eine Schiebedachkonstruktion ausgelegt sein. Dazu gehören Steifigkeitsüberprüfung in den Lastfällen Biegung und Torsion sowie elektrische Betätigung und funktionsbedingte Notwendigkeiten, wie z.B. Wasserablaufschlauch durch die A- oder C-Säule. Auch an das Interieur muss zu diesem Zeitpunkt gedacht werden. Ist der Innenhimmel geklebt, geschraubt,

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geclipst, ein Komplettteil, oder besteht er aus Segmenten? Es wird klar, wie schwierig es ist, alles miteinander zu verknüpfen. Die Außenhaut des Daches wird nach bewährtem Muster entwickelt. Nach Abtastung des Modells erfolgt die Glättung der Formlinien in allen drei Ansichten (Abb. 169, 170) und ein Abgleich auf die Konstruktion unter den erwähnten Randbedingungen.

26 Hinterwagen 26.1 Hintere Seitenwand allgemein Auf den folgenden Seiten ist eine Seitenwand und deren Anbindung an eine Karosserie beispielhaft aufgezeigt (Abb. 171, 172), die je nach Hersteller und Konstruktionsweise montiert wird. Mittlerweile haben sich unterschiedliche Verbindungsverfahren herausgestellt. Das bisher übliche Punktschweißen im Bereich des Radhausrandbogens wird vereinzelt schon wieder verlassen und eine Fügetechnik mittels Kleben und Bördeln eingesetzt. Dadurch wird allerdings die Rohbau-Zusammenbau-Folge beeinflusst. Die Anbringung der äußeren Radhausschale kann jetzt nicht mehr in die Untergruppe-Bodengruppe erfolgen und wird erst mit der Seitenwand verbunden. Beides, Seitenwand und die äußere Hälfte des Radhauses, wird jetzt über eine Schwenkvorrichtung an die Bodengruppe gebracht und erst jetzt durch Punktschweißen verbunden. Abbildung 173 zeigt eine hintere Seitenwand in Perspektive, Abb. 174 zeigt eine hintere Seitenwand als Formlinien.

26.2 Reifenfreigang Die in Abschn. 24.4 beschriebene Vorgehensweise zur Ermittlung des Reifenfreigangs bei der Vorderachse ist grundsätzlich auch für die Hinterachse anwendbar. Bei Fahrzeugen mit Hinterachslenkung ist wie bei der Vorderachse ein entsprechender Lenkwinkel bei der Reifenhüllkurvenkonstruktion zu berücksichtigen. In Abb. 175–177 sind Reifenhüllkurven für eine Hinterachse dargestellt. Man unterscheidet zwischen Radialschnitten und Vertikalschnitten. Bei den Radialschnitten wird die maximale Reifenhüllkurve – ausgehend von Mitte Hinterachse – in 15° Winkelschnitten (0° bis 180°) dargestellt (Abb. 175, 176). Bei den Vertikalschnitten wird die maximale Reifenhüllkurve für den jeweiligen Längsschnitt im Fahrzeugnetz aufgezeigt (Abb. 177). Mit den erwähnten Reifenplots und den geometrischen Randbedingungen der Karosserie kann man darangehen, eine Reifenfreigängigkeitsuntersuchung vorzunehmen. Dabei ist es notwendig, Radialschnitte durch den Radausschnitt anzulegen und diese mit den jeweiligen Radialschnitten der Reifenhüllkurven zur Deckung zu bringen (Abb. 178). Der nach EG-Richtlinie 78/549 vor-

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C Manuelle Konstruktion

geclipst, ein Komplettteil, oder besteht er aus Segmenten? Es wird klar, wie schwierig es ist, alles miteinander zu verknüpfen. Die Außenhaut des Daches wird nach bewährtem Muster entwickelt. Nach Abtastung des Modells erfolgt die Glättung der Formlinien in allen drei Ansichten (Abb. 169, 170) und ein Abgleich auf die Konstruktion unter den erwähnten Randbedingungen.

26 Hinterwagen 26.1 Hintere Seitenwand allgemein Auf den folgenden Seiten ist eine Seitenwand und deren Anbindung an eine Karosserie beispielhaft aufgezeigt (Abb. 171, 172), die je nach Hersteller und Konstruktionsweise montiert wird. Mittlerweile haben sich unterschiedliche Verbindungsverfahren herausgestellt. Das bisher übliche Punktschweißen im Bereich des Radhausrandbogens wird vereinzelt schon wieder verlassen und eine Fügetechnik mittels Kleben und Bördeln eingesetzt. Dadurch wird allerdings die Rohbau-Zusammenbau-Folge beeinflusst. Die Anbringung der äußeren Radhausschale kann jetzt nicht mehr in die Untergruppe-Bodengruppe erfolgen und wird erst mit der Seitenwand verbunden. Beides, Seitenwand und die äußere Hälfte des Radhauses, wird jetzt über eine Schwenkvorrichtung an die Bodengruppe gebracht und erst jetzt durch Punktschweißen verbunden. Abbildung 173 zeigt eine hintere Seitenwand in Perspektive, Abb. 174 zeigt eine hintere Seitenwand als Formlinien.

26.2 Reifenfreigang Die in Abschn. 24.4 beschriebene Vorgehensweise zur Ermittlung des Reifenfreigangs bei der Vorderachse ist grundsätzlich auch für die Hinterachse anwendbar. Bei Fahrzeugen mit Hinterachslenkung ist wie bei der Vorderachse ein entsprechender Lenkwinkel bei der Reifenhüllkurvenkonstruktion zu berücksichtigen. In Abb. 175–177 sind Reifenhüllkurven für eine Hinterachse dargestellt. Man unterscheidet zwischen Radialschnitten und Vertikalschnitten. Bei den Radialschnitten wird die maximale Reifenhüllkurve – ausgehend von Mitte Hinterachse – in 15° Winkelschnitten (0° bis 180°) dargestellt (Abb. 175, 176). Bei den Vertikalschnitten wird die maximale Reifenhüllkurve für den jeweiligen Längsschnitt im Fahrzeugnetz aufgezeigt (Abb. 177). Mit den erwähnten Reifenplots und den geometrischen Randbedingungen der Karosserie kann man darangehen, eine Reifenfreigängigkeitsuntersuchung vorzunehmen. Dabei ist es notwendig, Radialschnitte durch den Radausschnitt anzulegen und diese mit den jeweiligen Radialschnitten der Reifenhüllkurven zur Deckung zu bringen (Abb. 178). Der nach EG-Richtlinie 78/549 vor-

26 Hinterwagen 185

geschriebene Bereich von 30° nach vorne und 50° nach hinten, ausgehend vom Radmittelpunkt, ist zu erfüllen (s. Abb. 116) Auszug aus der Richtlinie EG 78/549 zur Reifenüberdeckung der Hinterachse Lenkeinschlag Drittel

Federweg %

0 0 0 0

100 95 80 50

0 0 0

– 50 – 75 –100

0 0 0

0 Leergewicht (40 mm) + 68 kg (30 mm)

26.3 Heckklappe Nach Erhalt des Formlinienplans ist es zunächst unerlässlich, die Peripherie im Bereich Fugen, hintere Seitenwand, Heckklappe mit großer Ladeöffnung und Übergang Heckscheibe abzuklären (Abb. 179, 180). Weiterhin muss ein vorgegebenes Öffnungsmaß der Heckklappe konstruktiv sichergestellt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die 5 %-Frau die geöffnete Heckklappe zum Schließen noch erreichen kann, aber dennoch eine ausreichende Höhe für den 95 %-Mann gewährleistet ist. Um die Bewegungskontur der Heckklappe ohne Berührung der Karosserie sicherzustellen, gibt es i. Allg. zwei Möglichkeiten. Die erste ist ein Bügelscharnier mit einem Drehpunkt (Abb. 181). Dieses hat aber den Nachteil, dass es beim Schließen der Bügel in den Kofferraum hineinragt und eventuell dort befindliche Gegenstände berührt, vielleicht sogar beschädigt. Der Vorteil des Bügelscharniers liegt in seiner einfachen Herstellung und ist dadurch nicht anfällig gegen Fertigungs- und Einbautoleranzen. Die zweite Möglichkeit ist das Mehrgelenkscharnier mit z.B. vier Drehpunkten, wie in Abb. 182 dargestellt. Es liegt in der Regel im sog. Nassbereich, das heißt in der Wasserrinne seitlich außerhalb der Dichtung. Durch die Anordnung der Drehpunkte ist die Bewegungskontur optimaler und bietet dem Konstrukteur einen größeren konstruktiven Spielraum. Der Nachteil eines Mehrgelenkscharniers ist in den höheren Kosten und in der geringeren Seitenstabilität zu sehen.

186

C Manuelle Konstruktion

Eine kleine Auswahl von Bügel- und Mehrgelenkscharnieren ist in Abb. 183 und 184 zusammengestellt. Welche der vorhandenen Möglichkeiten realisiert werden sollen, muss im Einzelfall geprüft werden, da die Faktoren Kosten, Gewicht, Fertigung sowie konstruktive Belange berücksichtigt werden müssen. Die Konstruktion des Heckklappeninnenbleches kann jetzt nach Abklärung all dieser Fragen begonnen werden. Ein vorgegebener Außenhautstrak in den drei Ansichten (Abb. 185, 186) dient nun als Basis für die Konstruktion. Die geometrische Form des Innenbleches ist frei wählbar und muss so gestaltet werden, dass es fertigungstechnisch optimal ausgelegt und herstellbar ist (keine Hinterschnitte), siehe Schnittvorschläge in Abb. 179 und 180. Die Belange des Leichtbaus sind zu berücksichtigen. Die Art des Scharniers sowie die Scharnierachse mit den entsprechenden Drehpunkten ist in den drei Ansichten festzulegen und zu vermaßen. Es ist außerdem ein umlaufendes Dichtprofil auszuwählen und sicherzustellen, dass beim Öffnen der Klappe das Scharnier noch seine Funktion erfüllt. Die Heckklappe muss sich bei einem Öffnungswinkel von 90° noch öffnen lassen, ohne die Heckscheibe zu berühren. Ein Mindestabstand von 10 mm sollte eingehalten werden. Das Ergebnis einer Heckklappeninnenblech-Konstruktion ist in Abb. 187 und 188 zu erkennen. Einzelheiten der Entwicklung sind analog der Frontklappenkonstruktion nachvollziehbar (Abschn. 24.3)

26.4 Heckabschlussblech Das Heckabschlussblech beinhaltet die Dichtung für die Heckklappe, das Schloss für die Heckklappe, die beiden Heckleuchtenkombinationen und in den meisten Fällen auch das Nummernschild. Zunehmend wird das Heckabschlussblech immer kleiner, da seitens der Käufer eine günstige Beladungsmöglichkeit gefordert wird. In diesem Fall wandert das Nummernschild in die Heckklappe. In beiden Fällen verlangt der Gesetzgeber den Nachweis der sog. Nummernschildausleuchtung (siehe nachstehende Vorschriften-Kurzfassung). Die Konstruktion in Abb. 189 zeigt eine Ausführung, die den gesetzlichen Vorschriften entspricht. Das Heckabschlussblech wird mit dem Gepäckraumboden und den Seitenwänden verbunden, muss aber durch geschickte Trägerstruktur genügend Eigensteifigkeit besitzen, um sich nicht durch unachtsames Hantieren beim Beladen zu deformieren. In Abb. 190 ist ein Heckabschlussblech in den drei Ansichten mit einer Perspektive dargestellt. Vorschriftenkurzfassung zur Nummernschildausleuchtung Anbringung und Ausleuchtung des hinteren Kennzeichenschildes gemäß den Gesetzen EG/ECE, USA, Japan. Bei Erfüllung aller drei Vorschriften kann weltweite Erfüllung vorausgesetzt werden!

26 Hinterwagen 187 EG/ECE

USA

Japan

Kennzeichengröße

520 × 110 mm Anbringungsfläche: 520 × 120 mm eben

305 × 152 mm

330 × 165 mm

Kennzeichenanbringung, maximale Neigung

nach vorn 30° nach hinten 50°

nach vorn 15° nach hinten 15°

– –

minimaler Sichtbarkeitswinkel horizontal vertikal

30° nach oben 15° nach unten 0°

Befestigung

keine Vorschrift; möglichst keine Befestigungselemente auf den Schriftzeichen

Lichteinfallwinkel

>8° gemessen von der von dem Kennzeichen am weitesten entfernten Stelle der Lichtaustrittsfläche (siehe Abb. 189)

Lichtstärke

Leuchtdichte in den Messpunkten 2,5 cd/cm2

Kennzeichen muss Kennzeichen muss auf 100 feet (30,5 m) auf 20 m lesbar sein lesbar sein Konstruktionshinweis: bei Auslegung der Kennzeichenanbringung Winkel zwischen Augpunkthöhe und Kennzeichenhöhe beachten! 4-Lochbefestigung 7“ × 4¾“ (178 × 121 mm)

Kennzeichenhalter mit 2 Schrauben u. 2 Klammern am unteren Kennzeichenrand

Lichtstärke in den Messpunkten 8 Lux Beleuchtung nur von oben oder seitlich. Die Lichtstrahlen sollen alle Teile einer imaginären Fläche erreichen, die 25 mm senkrechten Abstand von der Testplatte hat

Lichtstärke in den Messpunkten 8 Lux

26.5 Hintere Stoßfänger Wie beim vorderen Stoßfänger schon beschrieben, unterliegt auch der hintere Stoßfänger (Abb. 191) gewissen gesetzlichen Bestimmungen. Diese sind im Einzelnen den einschlägigen Stoßfängervorschriften für die verschiedenen Länderausführungen zu entnehmen. Ein Pralldämpfersystem, wie es bereits in

188

C Manuelle Konstruktion

Abschn. 24.1 dargestellt wurde, ist bei den höherwertigen Fahrzeugen auch für die hinteren Stoßfänger vorgesehen, um Bagatellschäden bis zu Geschwindigkeiten von 4 km/h bzw. 16 km/h zu vermeiden. Für bestimmte Länderausführungen (z.B. USA) ist ein Pralldämpfersystem für vorne und hinten gesetzlich vorgeschrieben.

26.6 Exterieur-Konstruktion allgemein Nachdem der sehr komplexe Teil der Außenhautkonstruktion hier exemplarisch dargestellt wurde, ist es an der Zeit, noch ein paar allgemeine Informationen zu geben. Im Bodenblechbereich gibt es die verschiedensten Herstellvarianten, Trennungen und Verbindungen. Ebenfalls unterscheiden sich die Trägerstrukturen der einzelnen Automobilhersteller je nach Wertigkeit in • Teilevielfalt, • Gewicht, • Kosten, • Variantenvielfalt, • Front-, Heck- oder Allradantrieb, • Crashverhalten. Es ist jedoch allgemein aus Kostengründen eine größtmögliche Gleichteileanwendung anzustreben, welche im Wesentlichen allerdings auf Bodenblech und Trägerteile beschränkt bleiben muss (Abb. 192). Die unterschiedlichen Montagemöglichkeiten der verschiedenen Hersteller und deren Fertigungsprozesse können hier nicht im Einzelnen Berücksichtigung finden. An dieser Stelle muss auch nochmals darauf hingewiesen werden, dass die aufgeführten Konstruktionen nur Beispiele sein können. Die Auslegung der einzelnen Komponenten muss von jedem Konstrukteur unter den ihm vorgegebenen Randbedingungen erfolgen. Die in Abschn. 27.8 aufgeführten Gesetze sind nur auszugsweise dargestellt, reichen jedoch aus, um die grundsätzlichen Karosseriebelange abzudecken.

27 Innenraum (Interieur) 27.1 Innenraumgestaltung allgemein Das Interieur-Design hat die Aufgabe, das Fahrzeuginnere entsprechend den späteren Kundenwünschen und Modetendenzen und nach technischer Realisierbarkeit zu gestalten. Die Montageproblematik – wie am Beispiel der Instrumententafel aufgezeigt – zieht sich auch hier durch alle Bauteile durch. Der „Himmel“ wird zunehmend als Formteil ausgebildet und beinhaltet schon viele einzelne Elemente wie z.B. Innenbeleuchtung, Haltegriffe, Kleiderhaken usw. Die A-, B- und C-Säulenverkleidungen müssen ebenfalls den gesetzlichen Bestimmungen und den technischen Gegebenheiten Rechnung tragen.

188

C Manuelle Konstruktion

Abschn. 24.1 dargestellt wurde, ist bei den höherwertigen Fahrzeugen auch für die hinteren Stoßfänger vorgesehen, um Bagatellschäden bis zu Geschwindigkeiten von 4 km/h bzw. 16 km/h zu vermeiden. Für bestimmte Länderausführungen (z.B. USA) ist ein Pralldämpfersystem für vorne und hinten gesetzlich vorgeschrieben.

26.6 Exterieur-Konstruktion allgemein Nachdem der sehr komplexe Teil der Außenhautkonstruktion hier exemplarisch dargestellt wurde, ist es an der Zeit, noch ein paar allgemeine Informationen zu geben. Im Bodenblechbereich gibt es die verschiedensten Herstellvarianten, Trennungen und Verbindungen. Ebenfalls unterscheiden sich die Trägerstrukturen der einzelnen Automobilhersteller je nach Wertigkeit in • Teilevielfalt, • Gewicht, • Kosten, • Variantenvielfalt, • Front-, Heck- oder Allradantrieb, • Crashverhalten. Es ist jedoch allgemein aus Kostengründen eine größtmögliche Gleichteileanwendung anzustreben, welche im Wesentlichen allerdings auf Bodenblech und Trägerteile beschränkt bleiben muss (Abb. 192). Die unterschiedlichen Montagemöglichkeiten der verschiedenen Hersteller und deren Fertigungsprozesse können hier nicht im Einzelnen Berücksichtigung finden. An dieser Stelle muss auch nochmals darauf hingewiesen werden, dass die aufgeführten Konstruktionen nur Beispiele sein können. Die Auslegung der einzelnen Komponenten muss von jedem Konstrukteur unter den ihm vorgegebenen Randbedingungen erfolgen. Die in Abschn. 27.8 aufgeführten Gesetze sind nur auszugsweise dargestellt, reichen jedoch aus, um die grundsätzlichen Karosseriebelange abzudecken.

27 Innenraum (Interieur) 27.1 Innenraumgestaltung allgemein Das Interieur-Design hat die Aufgabe, das Fahrzeuginnere entsprechend den späteren Kundenwünschen und Modetendenzen und nach technischer Realisierbarkeit zu gestalten. Die Montageproblematik – wie am Beispiel der Instrumententafel aufgezeigt – zieht sich auch hier durch alle Bauteile durch. Der „Himmel“ wird zunehmend als Formteil ausgebildet und beinhaltet schon viele einzelne Elemente wie z.B. Innenbeleuchtung, Haltegriffe, Kleiderhaken usw. Die A-, B- und C-Säulenverkleidungen müssen ebenfalls den gesetzlichen Bestimmungen und den technischen Gegebenheiten Rechnung tragen.

27 Innenraum (Interieur) 189

Alle sonstigen Innenraumverkleidungen wie Teppiche, Türschweller- und Sitzschienenverkleidungen, Hutablage und vieles andere mehr müssen im Hinblick auf die Variantenvielfalt, Farbmöglichkeiten, eventuelle Sonderausstattungen sowie Länderausführungen konstruktiv ausgelegt werden. Der vorgegebene Gewichts- und Kostenrahmen sowie die Herstellungsmöglichkeiten müssen Beachtung finden. Für Verkleidungsteile verwendet man heute überwiegend Kunststoffe. Um einen guten haptischen – den Tastsinn betreffenden – Eindruck zu erreichen, werden sie mit schaumhinterlegten Folien kaschiert. Kunststoffe sind keine minderwertigen Ersatzmaterialien, sondern hochwertige Werkstoffe mit weitreichendem Einsatzgebiet. Die Vorteile von Kunststoffen liegen in ihrem niedrigen Gewicht, größerer gestalterischer Freiheit und besserer Anpassung des Bauteils an die Belastungsrichtung unter Verwendung von faserorientierten Teilen. Man unterscheidet drei Hauptmaterialiengruppen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere. Thermoplaste sind aus Makromolekülen aufgebaut, die untereinander nur schwach chemisch gebunden und daher löslich, schmelzbar und elastisch verformbar sind (gutes Recycling). Duroplaste sind aus Makromolekülen aufgebaut, die untereinander chemisch starke Bindungen aufweisen, so dass sie zwar noch erweichbar, aber nicht mehr schmelzbar sind (schlechtes Recycling). Elastomere sind aus Makromolekülen aufgebaut, die nur teilweise chemische Bindungen aufweisen, so dass eine hohe elastische Verformbarkeit (gummielastisch) erhalten bleibt. Sie sind jedoch nicht löslich oder schmelzbar. Bei Thermoplasten und Duroplasten erreicht man durch gezielte Zugabe von Verstärkungsfasern aus Glas oder Kohle eine höhere Festigkeit des Bauteils. Die Verbindungsteile im Innenraum eines Fahrzeugs werden infolgedessen überwiegend aus Thermoplast hergestellt. Elastomere haben ihren Einsatz fast ausschließlich im Dichtungs- und Kaschierbereich. Aus Gründen der schlechten Wiederverwertung finden Duroplaste immer weniger Anwendung.

27.2 Bedienteile Die Abb. 193–195 zeigen sehr deutlich, wie die Designabteilung mit anschließender Modellierungsphase zur Gestaltung der Instrumententafel gelangt. Dennoch unterliegt man bei der Gestaltung des Innenraumes (hier schwerpunktmäßig der Instrumententafel) gewissen Grundsatzerkenntnissen. Die Ergonomie – eingangs kurz erläutert – gibt hier schon gewisse Prioritäten vor. Die Einteilung nach Prioritäten wird als Bestandteil von Konstruktionsrichtlinien festgelegt. Nachfolgend folgt eine Auflistung verschiedener Bedienteile und Kontrollleuchten und deren Priorität.

190

C Manuelle Konstruktion

Anzeigen usw.

Priorität

Rückspiegel Fahrtrichtungsanzeige Geschwindigkeitsanzeige Kühlwasserthermometer (Warnanzeige) Ladekontrollampe Öldruckkontrolle Fernlichtanzeige Bremsanlagenkontrolle Feststellbremse Choke Nebelschlussleuchte

I

Sicherheitsgurt Kraftstoffvorratsanzeige Kilometerstand Motordrehzahl Kühlwasserthermometer Lichtschalter Warnblinkanlage Heizbare Heckscheibe

II

Gangwahlschema

III

Durch ergonomisch sinnvolle Gestaltung des Arbeitsplatzes eines Pkw-Fahrers wird menschlichem Versagen weitestgehend vorgebeugt. Im Einzelnen wird hier auf die angeführte Literatur verwiesen, da die Ergonomie bei der Auslegung eines Pkw-Innenraumes anderweitig ausführlich behandelt wurde. Zur Auslegung des Innenraummodells ist der Package-Plan maßgebend. SRPunkt, Torsowinkel, Lenkradlage und Pedalanordnung bedingen eine bestimmte Arm- und Beinfreiheit (Abb. 196, 197). Des Weiteren liegen durch den SR-Punkt die Augenellipse und die Augenpunkte fest. Diese wiederum sind für die konstruktive Bestimmung der Sichtfelder, direkte und indirekte Sicht (Rückspiegel) maßgeblich. In Abb. 198 und 199 wird dargestellt, wie die Sicht z.B. auf Instrumente und deren Entspiegelung konstruktiv ermittelt wird. Bedienungselement Schalthebel Fahrtrichtungsanzeige Abblendlicht (Fernlicht) Lichthupe Hupe Scheibenwischer, -waschen -intervallschalter Aschenbecher, offen Sonnenblende Fahrer Temporegler

Erreichbarkeit

Sichtbarkeit

I

I I I I I I II II I

27 Innenraum (Interieur) 191 Bedienungselement Warnblinkanlage Feststellbremse Choke Nebellampen vorn Heizbare Heckscheibe Aschenbecher Zigarrenanzünder Sicherheitsgurtentriegelung Hauptlichtschalter Instrumentenbeleuchtung Heizung Gebläse Luftverteilung Radio Lautstärke, Senderwahl Überblendregler Nebellampe hinten Abblendung Innenspiegel Seitenfenster Außenspiegelverstellung innen Schiebedach Handschuhfach Außenspiegelverstellung außen Haubenverriegelung Check Control Zündung Sitzlehnenverstellung

Erreichbarkeit

Sichtbarkeit

II

I II I I II II II II I II I I I II II I I III II II

III

III III III II III III

Die Prioritäten fordern bzw. gestalten: Anzeigen

Bedienelemente

I

ohne Kopfbewegung vollständig sichtbar

ohne Schultervorverlagerung erreichbar

II

ohne Kopfbewegung teilweise sichtbar

mit Schultervorverlagerung erreichbar

III

Haltungsänderung zulässig

aus Fahrerposition mit Haltungsänderung erreichbar

Der schon erwähnte SR-Punkt gibt jetzt auch schon die Lage des Gurtumlenkpunktes vor. Hierbei wird den Insassen durch die mittlerweile verstellbaren Gurtumlenkpunkte in der B-Säule die größtmögliche Sicherheit gewährleistet. Bei modernen Konstruktionen ist der Gurtumlenkpunkt allerdings im Sitz integriert.

192

C Manuelle Konstruktion

27.3 Instrumententafel Die Auslegung einer Instrumententafelkonstruktion (Abb. 200) erfolgt unter verschiedenen Kriterien. Wie der Name schon verrät, müssen Instrumente untergebracht werden. Die Anforderungen an eine Instrumententafel reichen aber weiter. Neben der Unterbringung und Befestigung trivialer Instrumentenkombinationen (Abschn. 27.2) sind so wichtige Punkte wie Lenkradbefestigung, Airbag, Heiz- und Klimagerät, Handschuhkasten, Ablagen, Radio, Ascher, Lüftungskanäle für Warm- und Kaltluft und deren Austritte zu berücksichtigen. Außerdem sind das Umfeld und sonstige Randbedingungen zu beachten. Eine Instrumententafel muss also konstruktiv so ausgelegt sein, dass alle in ihr befindlichen Aggregate und Bedienteile technisch, ergonomisch und dem Platzbedarf entsprechend angeordnet sind. Zusätzlich muss sie im Temperaturbereich von – 30 bis+130 °C formstabil sein. Von der Oberfläche werden neben guten haptischen Eigenschaft en auch weitere Eigenschaften verlangt, etwa UV-Stabilität, Wasserabweisung, Farbechtheit, Ungiftigkeit, Lösungsmittelresistenz und geringe Neigung zum Fogging. Unter Fogging versteht man ein allmähliches Beschlagen der Fensterscheiben speziell bei Neuwagen in den ersten Monaten. Diese Erscheinung ist primär auf die Verflüchtigung der Weichmacher aus dem Weich-PVC zurückzuführen. Bei geschäumten Instrumententafeln sind zusätzlich spezielle Anforderungen an den Schaum zu stellen, wie z.B. umweltfreundliches Herstellungsverfahren (ohne FCKW), hohe Energieabsorption, niedriges Raumgewicht und gutes Recycling-Verhalten. Bei geschäumten Instrumententafeln ist aus Steifigkeitsund Befestigungsgründen eine Einlage vorzusehen. Sie kann aus Stahl, Aluminium oder ähnlich steifem Material gefertigt sein und muss verschiedene Kriterien erfüllen, wie z.B. keine Chlor-, Arsen- und Schwermetallverbindungen (Umweltschutz), hohe Eigensteifigkeit, Oberflächenaffinität zu PU-Schäumen, niedriges Gewicht und geringer Ausdehnungskoeffizient. Außerdem sind auf der Innenseite Befestigungsmöglichkeiten vorzusehen. Im Hinblick auf eine spätere Modifikation sollten änderungsfreundliche Werkzeugkonstruktionen Berücksichtigung finden. Da die Instrumententafel in das Fahrzeug eingebaut werden muss, sind auch auftretende Toleranzen zu berücksichtigen. Zur Erreichung einer hohen passiven Sicherheit sind die vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Mindestflächen und -radien an allen Flächen und Radien einzuhalten.

27.4 Sicht auf Instrumente und Entspiegelung Ausgehend vom SR-Punkt wird im Abstand von 25,0 Zoll (635 mm) eine waagerechte X-X-Linie oberhalb des SR-Punktes festgelegt. Nun wird die entsprechende Ellipsenschablone gewählt und eingerichtet. Die Tangenten an dem oberen bzw. unteren Bogen der Augenellipsen als Sichtstrahl betrachtet, ergeben in der Ausklappung des Kombiinstrumentes die Sicht auf dessen Elemente

27 Innenraum (Interieur) 193

(s. Abb. 198, 199). Zu beachten ist allerdings, dass Berührungskanten bei Durchsicht durch das Lenkrad an jeder Stelle eine andere Tangente an der Augenellipse zur Folge haben. Um diese zu ermitteln, wird die Draufsicht notwendig. Die Höhenpositionierung der Ellipsenschablone wurde bereits erwähnt. In Fahrzeugbreite (Draufsicht) wird die Ellipsenschablone nach folgender Formel eingerichtet (s. Abb. 72, 73): 0,85 (W 7) + 0,075 (W 3). Die Entspiegelung der Instrumente erfolgt nun in der Seitenansicht. Die entsprechenden Tangenten an der Augenellipse reflektieren in der Instrumentenanzeige. Der reflektierende Strahl darf jetzt auf keinen Fall die Augenellipse treffen. Nur so ist eine Entspiegelung sichergestellt (Abb. 198). Sollte allerdings der reflektierende Strahl über die Frontscheibe in die Augenellipse wandern, so ist innerhalb der Frontscheibe das Instrument als Spiegelung sichtbar. Dies gilt es konstruktiv zu verhindern. Als Möglichkeiten seien hier erwähnt, die Wölbung des Instrumentenglases zu verändern, die Abdeckung der Instrumente zu vergrößern oder die geometrische Lage des Kombiinstrumentes zu variieren. Wie Abb. 198 zu entnehmen ist, wird bei zunehmender Frontscheibenneigung das Problem der Entspiegelung immer gravierender.

27.5 Türverkleidung Eine Türverkleidung hat neben haptischen und optischen Eigenschaften auch eine Vielzahl von Funktionen zu erfüllen. Diverse Schalter, Fensterkurbel, Taschen, Griffe sowie ein eventueller Lautsprechereinbau müssen bei der konstruktiven Ausarbeitung berücksichtigt werden. Ergonomische Gesichtspunkte spielen dabei eine große Rolle. In Abb. 201 ist in einem Schnittbild beispielhaft eine Türverkleidung dargestellt. Die Abdichtung zum Fahrzeuginnenraum – im Hinblick auf Akustik, Feuchtigkeit und Luftdurchlässigkeit – muss sichergestellt sein. Dies geschieht bei vielen Fahrzeugherstellern durch Aufkleben einer Folie auf das Türinnenblech. Erst dann wird das Verkleidungsteil aufgesetzt. Die technische Machbarkeit unter Berücksichtigung geeigneter Materialien sowie Kosten- und Gewichtsaspekte darf der Konstrukteur dabei nicht aus den Augen verlieren. Alle diese Forderungen bieten an sich schon genügend Probleme mit der Fertigung, mit der Planung sowie mit den Designern. Folglich kann es gar keine einzige richtige Lösung geben, sondern vielmehr unterschiedliche Detaillösungen.

27.6 Sitze Die Vordersitze eines Fahrzeugs unterliegen zahlreichen Anforderungen. Zum einen sind sie durch die Anbindung der unteren Gurtpunkte an der Sitzschiene, durch die Belastung der Lehne beim Heckaufprall und durch ihre Lage im Fahrzeug im Aufschlagbereich im hohen Maße für die Insassensicherheit bei Kollisionen verantwortlich, zum anderen müssen die Vordersitze ihre Funktionen als

194

C Manuelle Konstruktion

Bindeglied zwischen Insasse und Fahrzeug erfüllen und ein gleichbleibend hohes Qualitätsniveau im Sitz- und Bedienungskomfort aufweisen. Der Vordersitz ist ein Sicherheitsteil, das verschiedenen gesetzlichen Bestimmungen genügen muss. Darüber hinaus stellt jeder Automobilhersteller eigene Anforderungen unterschiedlichster Art an den Sitz, die die gesetzlichen Bestimmungen teilweise übertreffen. Es ist sicherzustellen, dass alle Funktionen über die gesamte Fahrzeuglebensdauer und bei allen auftretenden Betriebszuständen erhalten bleiben. Beispiele für den Aufbau eines Sitzes geben Abb. 51 und 202. Für die Funktionssicherheit sowie für einen einwandfreien Betätigungs- und Sitzkomfort sind im Wesentlichen folgende Punkte von Bedeutung: • richtige Einstellung der Bowdenzüge bei der Montage durch Verwendung einer Einstell-Lehre; • vollständige Verriegelung der Verstellelemente nach Verstellvorgang; • Verschraubung von Gurtschloss und Gurtendbeschlag an Sitzschiene; • sichere Befestigung der Lehneninnen- und Lehnenaußenschale; • Prozesssicherheit bei der Herstellung des Kopfstützenträgerteils im Gasinnendruck-Verfahren; • spielfreie Einstellung der Bowdenzüge oder Gestänge; • vollständige Entriegelung der Verstellelemente vor Verstellvorgang; • konstante Betätigungskräfte durch exakte Einhaltung der Vorgaben; • Einhaltung der vorgegebenen Spielwerte in den Verstellungen; • Einhaltung der Toleranzgrenzen beim Schäumen der Auflagen. Die notwendige Festigkeit eines Sitzes wird durch drei grundsätzliche Lastfälle nachgewiesen: statische und dynamische Prüfung jeweils ohne Dummy sowie eine dynamische Prüfung mit Dummy. Bei letzterem Lastfall wird ein Unfall auf einer sog. Crashsimulationsanlage durchgeführt. Für den Versuchsaufbau gelten die Vorschriften nach ECE-R16 sowie FMVSS 208 und 301. In der folgenden Tabelle ist der Umfang der statischen und dynamischen Sicherheitsanforderungen dargestellt. Es muss an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen werden, dass die gesetzlichen Vorschriften nur Richtwerte sind, die zwar überschritten, jedoch nie unterschritten werden dürfen. Deshalb bleibt es jedem Hersteller überlassen, einen eigenen Anforderungskatalog aufzustellen, solange die gesetzlichen Mindestwerte eingehalten werden; siehe nachstehende Tabelle. Anforderung

Beschreibung

Gesetzlich geforderte Werte

Innenraumprüfung ECE-R21

SR-Punkt-Lage

SR-Punkt muss im R-PunktFeld 20 × 3 mm liegen

Energieaufnahme der Kopfstütze und möglicher Aufprallstellen beim Kopfaufschlag von hinten mit 24,1 km/h Aufprallgeschwindigkeit

max. 3 ms ununterbrochen über 80 g

27 Innenraum (Interieur) 195 Anforderung

Kopfstützen ECE-R25

Beschreibung

Gesetzlich geforderte Werte

Betrachtung der Radien und Kanten

keine scharfen Kanten und gefährlichen Unebenheiten

diverse Vorschriften bzgl. Abmessungen

s. ECE-R25

Kopfstützensteifigkeit und -festigkeit

max. 102 mm Zurückweichen unter 373 Nm um SR-Punkt aus R1 heraus kein Bruch bei 890 N Last

Energieaufnahme beim Kopfaufschlag vorne

max. 3 ms ununterbrochen über 80 g

Widerstandsfähigkeit beim Kopfaufschlag Sitze und Sitzverankerungen ECE-R17

Gurtverankerungen ECE-R14

Rückenlehnen (Verriegelung) Steifigkeit und Festigkeit

bei 530 N um SR-Punkt kein Bruch

20-g-Test

kein Bruch und keine Verstellung bei 20 g über 30 ms vorwärts und rückwärts

Anordnung der effektiven Gurtumlenkpunkte

s. ECE-R14

statische Bruchtests (Gurtzug) auch auf starrer Platte

13500 N Diagonal + (13500 Nm + 20 × Sitzgew.) 22500 N + 20 × Sitzgew. nur Becken

Temperaturversuche

alle Prüfungen, bei denen Kunststoffteile sicherheitsrelevante Last tragen, werden auch bei +80° und –40 °C durchgeführt

Ähnliche Kriterien, wie sie für die Vordersitze gelten, sind auch für die Rücksitzbank zu berücksichtigen. Da die Rücksitzbank in der Regel starr angeordnet ist, sind die Festigkeitsanforderungen gegenüber den Vordersitzen geringer. Bei der konstruktiven Festlegung der Rücksitzbank und -lehne ist jedoch darauf zu achten, dass eine gewisse komfortable Freigängigkeit zu den angrenzenden Bauteilen wie z.B. zum Radhaus, zur Trennwand des Gepäckraums und zum Sitzkastenträger gewährleistet ist.

196

C Manuelle Konstruktion

Eine konstruktive Untersuchung ist durch Radialschnitte in diesem Bereich durchzuführen. Auch eventuelle Leitungen wie Kabelbaum oder Tankrohr bzw. Tankentlüftung sind in diesem Bereich zu beachten, und es ist sicherzustellen, dass beim dynamischen Einsitzen keine harten Stellen mit dem Gesäß in Berührung kommen. Die Anordnung des Kraftstofftanks ist ebenfalls zu berücksichtigen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn sich der Kraftstoffbehälter unter der Rücksitzbank befindet.

27.7 Ein- und Ausstieg Die Abb. 203 und 204 geben eine Übersicht über die Ein- und Ausstiegsverhältnisse im Bereich der Beine von Insassen bei zwei- und viertürigen Fahrzeugen. Die Maßangaben L18 und L19 sind in DIN 70020 Teil 1 definiert und für alle Fahrzeughersteller verbindlich. Die Maße l1 bis l3 werden nicht in DIN 70020 aufgeführt. Die Messhöhe ist jedoch identisch mit den Maßen L18 und L19. Das Maß l1 gilt nur für zweitürige Fahrzeuge und beschreibt das horizontale Maß zwischen beiden verkleideten Türpfosten, gemessen in einer Höhe von 102 mm oberhalb der Türschwellerabdeckung bei vollständig geöffneter Tür in Einraststellung. Für das Maß l2 und l3 gilt die gleiche Definition wie für l1, jedoch bezogen auf die vordere bzw. hintere Tür bei viertürigen Fahrzeugen. Es ist darauf zu achten, dass bei der konstruktiven Festlegung von A-, B- und C-Säulen sowie bei der Konstruktion von Sitzen und Sitzkastenträgern ein optimaler Einstiegskomfort erreicht wird. Dies gilt im besonderen Maße für den Fondraum, da dort die Raumverhältnisse oft sehr knapp bemessen sind.

27 Innenraum (Interieur) 197

27.8 Gesetze und Richtlinien Vorschriften Stand 1989

Allgemeine Vorschriften Beschaffenheit der Fahrzeuge Abmessungen von Fahrzeugen Geschwindigkeitsmesser, Wegstreckenz. Fabrikschilder u. Fahrgestellnummer Anbringung des amtl. Kennzeichens Batterie Kühler Radio Wagenheber Diebstahlschutz Aktive Sicherheit Fahrsicherheit Lenkvorrichtung Bremsen Bereifung Räder Getriebe Luftdruckmessgeräte

Südafrika SABS/(RTO)

StVZO

(Chapter VIII) (Chapter VII)

30 32 57 59 60

1116 (Chap. I) 0002

(Chap. VI, VII) 1207

Konditionierung Heizung und Lüftung Wahrnehmung Lichttechnische Einrichtungen allgemein Scheinwerfer f. Fern- u. Abblendlicht Begrenzungs- u. Parkleuchten Schluss- u. Bremsleuchten, Rückstrahler Zusätzliche Scheinwerfer u. Leuchten Fahrtrichtungsanzeiger Warnblinkanlage Einrichtung f. Schallzeichen Scheiben Scheibenwischer, -wascher Sichtfeld d. Fahrers Rückspiegel Reflektierende Oberfläche Bedienung Bedienungseinrichtungen u. Kontrollanz. Diebstahlsicherung Fenster m. Fremdkraftbetätigung Schiebedach m. Fremdkraftbetätigung

38 41 36 R zu 30 39

35c 1046 1376 1376 513, 1376 1376 1376 1046 1078 191–1193 (Chapt. VI) (Chapt. VI) 1054

1246

22a, 49a 50 51 53 52, 52 a 53d, 60 54 53a 55 40 40 35b 56 49a 35, 35b 38a 30

198

C Manuelle Konstruktion

ECE Regelung

EG Richtlinie

USA FMVSS

39

80/1269 70/156, 77/389 75/443 76/114 70/222

101

13, 64 30, 64 64

Corrosion Code 101 Part 567, 110, 115, QLB Part 543

70/311 71/320

105, 106, 116 109, 110 110 102

75/443 86/217 78/317, 78/548 37, 45, 48 1, 2, 5, 8, 20, 31 7 3, 7 4, 19, 23,38 6

76/756 76/761 76/758, 77/540 76/757, 76/758 77/538, 77/539 76/760, 76/762 76/759

28 43

70/388

46

78/318 77/649 71/127

35 18

78/316 74/61

Kanada CMVSS

103 108, 112 108

108 108 108 108 108 108 205 104 111 107 101, 124 114 118

27 Innenraum (Interieur) 199

Vorschriften Stand 1989 (Fortsetzung) Australien ADR

Japan TRIAS(ART.)TS

Allgemeine Vorschriften Beschäffenheit der Fahrzeuge Abmessungen von Fahrzeugen Geschwindigkeitsmesser, Wegstreckenz. Fabrikschilder u. Fahrgestellnummer Anbringung des amtl. Kennzeichens Batterie Kühler Radio Wagenheber Diebstahlschutz

43/01 43/00 18/00 24/00, FCAI, 37/00 AS 2693

(4), (4-2), (5) 1, (2), (3) (46) (29)

Aktive Sicherheit Fahrsicherheit Lenkvorrichtung Bremsen Bereifung Räder Getriebe Luftdruckmessgeräte

7/00, 31/00 23/00, 24/00 20/00, 24/00 42/00

9, (6), (11) 11,12, 13, 19.2; (12) (9) 43 (10)

Konditionierung Heizung und Lüftung Wahrnehmung Lichttechnische Einrichtungen allgemein Scheinwerfer f. Fern- u. Abblendlicht Begrenzungs- u. Parkleuchten Schluss- u. Bremsleuchten, Rückstrahler Zusätzliche Scheinwerfer u. Leuchten Fahrtrichtungsanzeiger Warnblinkanlage Einrichtung f. Schallzeichen Scheiben Scheibenwischer, -wascher Sichtfeld d. Fahrers Rückspiegel Reflektierende Oberfläche

15/00 13/00, 45/00 46/00 49/00 47/00, 49/00, 60/00 50/00, 52/00 1/00, 48/00 6/00 13/00 42/00 8/00 16/00 8/00 14/00 12/00

(42) (32) (34), (35-2) (37), (38), (39) (33), (36), (40) (37.2), (41-2) (41) (41, 3) 21 (29) TS 28, (45) 29, 39, (44)

18/00, 42/00 25/00 42/00

(10) (11, 2)

Bedienung Bedienungseinrichtungen u. Kontrollanz. Diebstahlsicherung Fenster m. Fremdkraftbetätigung Schiebedach m. Fremdkraftbetätigung

200

C Manuelle Konstruktion

Schweden F(BOF)

Schweiz Artikel 7/1

1982: 63 (18-) (52-)

11/1 11/4

Sonstige Südkorea Golfstaaten Golfstaaten Golfstaaten KSA – Saudi-Arabien KSA GB

04-01, 04-02 02-02

12 14 13

KSA Golfstaaten Golfstaaten

20 106

32/4

1982: 85 (13-), (29-)

N

(21-) 103, 106 104, 105 (10_) RF 07-02

27/1a, 29/1 27/4a, 29/3 27/1b, 29/3 29/7, 9/15 30 29/11 34 23/5, 23/6 32 25/1 25/3

101 142

25/4, 25/5 34/5, 36/1

114 (13-), 133

FIN

FIN

Golfstaaten

FIN FIN

27 Innenraum (Interieur) 201

Vorschriften Stand 1989 (Fortsetzung) Südafrika SABS/(RTO) Passive Sicherheit Äußere Sicherheit Fahrzeugaußenform Radabdeckungen Radmuttern, -zierringe, -kappen Kraftstoffversorgungsanlage Haubenverschlusssysteme Stoßfänger Innere Sicherheit Dacheindrückschutz Seitentürfestigkeit Türschlösser u. -scharniere Lenksäulenrückverlagerung Windschutzscheibenbefestigung Windschutzscheibeneindringung Armaturenbrett (-Aufprall) Lenkrad (-Aufprall) Sonnenblenden (-Aufprall) Sitze, Sitzlehnen Kopfstützen Sicherheitsgurte, Rückhaltesysteme Brennbarkeit v. Innenraummaterialien Umweltschutz Abgase u. ihre Ableitung Geräusche Funkentstörung Cadmium-Verbot Asbest-Verbot Bleigehalt im Benzin Energie Kraftstoffverbrauch Abgaben Steuern Versicherung Einfuhr- u. Verkaufsabgaben Produkthaftung

StVZO

32 36A 32 45, 46 30 32 30 1049 1048

35a

1047 1048 1047 1052 1263 1053, 1080, 1341

30 30 30 30, 35a 30 35a 30

(Chapt. VI) 0110 Act. Nr. 45/196 0205

47 49a

0171

DIN 70030 × × ×

202

C Manuelle Konstruktion

ECE Regelung

EG Richtlinie

USA FMVSS

26

74/483 78/549 74/483 + 70/221 +

301

26 34

Kanada CMVSS

211 301 113

42

70/221

Part 581

215 216 214 206 204 212 219 201, 208 203 201 201, 207 202 208, 209, 210 302

11, 32, 33 12

70/387 74/297

21, 33 12 21 16, 17, 21, 44 17, 25 14, 16, 44

74/60 74/297 74/60 74/60, 74/408 74/408, 78/932 76/115, 77/541

15, 24, 49 9

70/220+, 72/306+ 92/97 76/769, 83/478 87/416

CAA/HSC MVSR Einzelstaaten Sec. 1106 29CFR 1910, 1200

15

80/1268

EPCA

FCP

× × × ×

× × × ×

× × ×

27 Innenraum (Interieur) 203

Vorschriften Stand 1989 (Fortsetzung)

Passive Sicherheit Äußere Sicherheit Fahrzeugaußenform Radabdeckungen Radmuttern, -zierringe, -kappen Kraftstoffversorgungsanlage Haubenverschlusssysteme Stoßfänger Innere Sicherheit Dacheindrückschutz Seitentürfestigkeit Türschlösser u. -scharniere Lenksäulenrückverlagerung Windschutzscheibenbefestigung Windschutzscheibeneindringung Armaturenbrett (-Aufprall) Lenkrad (-Aufprall) Sonnenblenden (-Aufprall) Sitze Sitzlehnen Kopfstützen Sicherheitsgurte, Rückhaltesysteme Brennbarkeit v. Innenraummaterialien Umweltschutz Abgase u. ihre Ableitung Geräusche Funkentstörung Cadmium-Verbot Asbest-Verbot Bleigehalt im Benzin Energie Kraftstoffverbrauch Abgaben Steuern Versicherung Einfuhr- u. Verkaufsabgaben Produkthaftung

Australien ADR

Japan TRIAS(ART.)TS

42/00

(18), S (18) (15), 33, 42

42/00

29/00 2/00 10/01

(25), 38

21/00 10/01 11/00 3/00 22/00 4/00, 5/01

(20), 34 27 40 (21), (22), 35, 36 32 (22,3), 31, 37

37/00, 42/00 28/01

23, 24, 30 20

FCA1

5

× × ×

× × ×

204

C Manuelle Konstruktion

Schweden F (BOF)

Schweiz Artikel

(27-) RF 06-08

26 Anhg. 6 22/5 26 Anhg. 6 26 Anhg. 6g

Sonstige

Golfstaaten Golfstaaten Golfstaaten

RF 12-05 RF 05-01 108 RF 05-01 108 110 (24-)

26 Anhg. 6

24 23/3

I Golfstaaten KSA – Saudi-Arabien

(8-), 119, 140, 120 (33-) 1979: 771 1977: 1116

21/3 21/4 Anhg. 4 1966: StoV

Golfstaaten, A A, SGP, RC, RDK DK, NL DK, NL, GB, A, B, D

× × ×

× × ×

Golfstaaten

1982: 2 × × ×

27 Abkürzungen

205

27.9 Abkürzungen der Nationalitätenkennzeichen (Auswahl) Ägypten Algerien Argentinien Australien Belgien Bosnien-Herzegowina Bulgarien Dänemark Deutschland Estland Färöer Inseln Finnland Frankreich Georgien Gibraltar Griechenland Grossbritannien Indien Insel Man Irak Iran Irland Island Israel Italien Japan Jugoslawien Kroatien Lettland Litauen

ET DZ RA AUS B BIH BG DK D EST FR FIN F GE GBZ GR GB IND GBM IRQ IR IRL IS IL I J YU HR LV LT

Luxemburg Malta Marokko Moldawien Monaco Niederlande Niederl. Antillen Norwegen Oman Österreich Polen Portugal Rumänien Russische Föd. San Marino Schweden Schweiz Slowakische Republik Slowenien Spanien Südafrika Tschechische Republik Tunesien Türkei Ukraine Ungarn Ver. Arab. Emirate Ver. Staaten v. Amerika Zypern

27.9.1 Gebräuchliche Abkürzungen ADR AL AS ART CAA CFR CMVSS Cw-Wert DIN

= Australian Design Rule = Arbeitslinie = Australian Standard = Artikelnummer = Clean Air Act = Code Federal Regulation = Canadian Motor Vehicle Safety Standard = Luftwiderstandsbeiwert (dimensionslos) = Deutsches Institut für Normung

L M MA MD MC NL NA N OM A PL P RO RUS RSM S CH SK SLO E ZA CZ TN TR UA H UAE USA CY

206

C Manuelle Konstruktion

ECE EG/EEC EPCA EWG F FEM FCAI FCKW FCP FMVSS H-Punkt HSC MVSR PU QLB RF RI RTO SABS SAE SRP (SR-Punkt) Sec. SToV STVO StVZO TRIAS TS VDI

= Economic Commission for Europe = Europäische Gemeinschaft = Energy Policy and Conservation Act = Europäische Wirtschaftsgemeinschaft für Straßenfahrzeuge = Foreskrifter (Vorschrift) = Finite-Elemente-Methode = Federal Chamber of Automotive Industries (Australien) = Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe = Fuel Consumption Program = Federal Motor Vehicle Safety Standard = Hüftpunkt = Health and Safety Code = Motor Vehicle Safety Regulations = Polyurethan = Quebec Language Bill = Regler om Fordon (Regelungen für Fahrzeuge) = Richtlinie = Road Traffic Ordinance and Regulations Transvaal = South African Bureau of Standards = Society of Automotive Engineers, Inc. = Seat-Reverence Point = Section = Stoffverordnung (Schweiz) = Straßenverkehrsordnung = Straßenverkehrs-Zulassungsordnung = Traffic Safety and Nuisance Research Institute of Automobile Type Approval Test Standard = Technical Standard = Verband Deutscher Ingenieure

28 Abbildungen

Abb. 59 Unterflurfreiheitslinie

208 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 60 Vordere Bordsteinfreiheit

Abb. 61 Hintere Bordsteinfreiheit

209

C Manuelle Konstruktion

Abb. 62 Bodenfreiheit

210

28 Abbildungen

Abb. 63 Vorderer Überhangswinkel

Abb. 64 Hinterer Überhangswinkel

211

C Manuelle Konstruktion

Abb. 65 Rampenwinkel

212

28 Abbildungen

Abb. 66 a Ölwannenfreiheitslinie

213

Abb. 66 b Zeichnerische Darstellungsmethoden 1

214 C Manuelle Konstruktion

Abb. 67 Zeichnerische Darstellungsmethoden 2

28 Abbildungen 215

C Manuelle Konstruktion

Abb. 68 3-D-Datenerfassung

216

Abb. 69 CAD-Perspektive

28 Abbildungen 217

218

C Manuelle Konstruktion

Abb. 70 Erreichbarkeit der Bedienelemente

Abb. 71 Komforthaltung des Fahrers

28 Abbildungen

Abb. 72 Seitenansicht der Augenellipse

Abb. 73 Draufsicht der Augenellipse

219

220

C Manuelle Konstruktion

Abb. 74 T-Punkt-Schablone

Abb. 75 Kopfbewegungen für feststehenden Sitz, Seitenansicht

Abb. 76 Kopfbewegungen für feststehenden Sitz, Rückansicht

28 Abbildungen

Abb. 77 Kopfbewegungsschablone für verstellbaren Sitz, Seitenansicht

Abb. 78 Kopfbewegungsschablone für verstellbaren Sitz, Rückansicht

221

222

C Manuelle Konstruktion

Abb. 79 Dreidimensionale Prüfpuppe, Abmessungen und Massen

28 Abbildungen

Abb. 80 Dreidimensionale Prüfpuppe

223

C Manuelle Konstruktion

Abb. 81 Maßkonzept

224

Abb. 82 Package, Seitenansicht

28 Abbildungen 225

226

C Manuelle Konstruktion

Abb. 83 Package, Vorder- und Rückansicht

28 Abbildungen

Abb. 84 Arbeiten am Tapeplan

Abb. 85 Strakverfahren

227

228

C Manuelle Konstruktion

Abb. 86 Verteilersysteme

28 Abbildungen

Abb. 87 Verteilersysteme

229

C Manuelle Konstruktion

Abb. 88 Tapeplan

230

28 Abbildungen

Abb. 89 Aufbau des Tonmodells

Abb. 90 Feinarbeit am Tonmodell

231

232

C Manuelle Konstruktion

Abb. 91 Meilensteinplan (Stand 1990)

28 Abbildungen

Abb. 92 Schnittdarstellung, Karosserie, Perspektive

233

234

C Manuelle Konstruktion

Abb. 93 Computermodell

28 Abbildungen

Abb. 94 Crashdarstellung

Abb. 95 Strukturvariante I am Vorderwagen

Abb. 96 Strukturvariante II am Vorderwagen

235

236

C Manuelle Konstruktion

Abb. 97 Schnitte-Übersicht

Abb. 98 Reversibles Stoßfängersystem

28 Abbildungen

Abb. 99 Vorderer Stoßfänger

Abb. 100 Pralldämpfersystem

237

238

C Manuelle Konstruktion

Abb. 101 Vergleich von Scheinwerfersystemen

28 Abbildungen 239

240

C Manuelle Konstruktion

Abb. 102 Ellipsoidscheinwerfer

Abb. 103 Hinterschnitt

Abb. 104 Schnitt 0X

28 Abbildungen

Abb. 105 Schnitt 0Y

Abb. 106 Schnitt 0Y vorn

241

242

C Manuelle Konstruktion

Abb. 107 Scharniersysteme für die Frontklappe

Abb. 108 Schnitt 0Y

28 Abbildungen 243

Abb. 109 Außenhautlinien der Frontklappe

244 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 110 Seitenansicht und Draufsicht der Frontklappe

245

246

C Manuelle Konstruktion

Abb. 111 Vorderansicht mit Schnitten der Frontklappe

Abb. 112 Ermittlung des Schnittes A-A an der Frontklappe

Abb. 113 Anordnung Federbein/Frontklappe – Mindestabstand –

28 Abbildungen 247

248

C Manuelle Konstruktion

0Y

AL

Abb. 114 Darstellung vom Reifenplot an der Vorderachse

-75

Abb. 115 Reifenplot in 15o-Winkelschnitten Vorderachse

28 Abbildungen 249

250

C Manuelle Konstruktion

Abb. 116 Reifenfreigang nach EG-Richtlinie 78/549

28 Abbildungen

Abb. 117 Freiräume für Achselastizität – Querabstand –

Abb. 118 Freiräume für Achselastizität – Längsabstand –

251

Abb. 119 Ermittlung der 3. Ansicht des Randbogens (Blatt 1)

AL -850 Y

252 C Manuelle Konstruktion

Abb. 120 Ermittlung der 3. Ansicht des Randbogens (Blatt 2)

AL -850 Y

28 Abbildungen 253

Abb. 121 Radialschnitte mit Reifenfreigang

254 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 122 Wahrer Schnitt an der A-Säule oben

255

256

C Manuelle Konstruktion

Abb. 123 Ausklappung einer A-Säule

28 Abbildungen

Abb. 124 Anbringen eines Scheibenflansches

257

258

C Manuelle Konstruktion

Abb. 125 Seitenscheibenschnitte

Abb. 126 Ausklappung der Frontscheibe (Blatt 1)

28 Abbildungen 259

Abb. 127 Ausklappung der Frontscheibe und Ermittlung eines wahren Schnittes (Blatt 2)

260 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 128 Darstellung der Wischfelder

261

262

C Manuelle Konstruktion

Abb. 129 Reinigen der Sichtfelder nach ECE

28 Abbildungen

Abb. 130 Reinigen der Sichtfelder nach SAE

263

264

C Manuelle Konstruktion

Abb. 131 Vergleich von Wischersystemen

28 Abbildungen

Abb. 132 Schnitt 460Z, B-Säule

Abb. 133 Schnitt 165Z, B-Säule

265

266

C Manuelle Konstruktion

Abb. 134 Überprüfung der Rundumsicht

Abb. 135 Schnitt A-Säule unten

28 Abbildungen

Abb. 136 Sichtverdeckung durch die A-Säule (altes Gesetz)

267

268

C Manuelle Konstruktion

Abb. 137 Ermittlung des wahren Schnitts am Beispiel der A-Säule (Blatt 1)

28 Abbildungen

Abb. 138 Ermittlung des wahren Schnitts am Beispiel der A-Säule (Blatt 2)

269

270

C Manuelle Konstruktion

Abb. 139 Ermittlung des wahren Schnitts am Beispiel der A-Säule (Blatt 3)

28 Abbildungen

Abb. 140 Schablone zur Ermittlung der Sichtverdeckung an der A-Säule (altes Gesetz)

Abb. 141 Schemadarstellung der Sichtverdeckung an den A-Säulen (altes Gesetz)

271

Abb. 142 Konstruktive Gesetzesvorgaben, Sichtgesetz (neues Gesetz A-Säulenverdeckung)

272 C Manuelle Konstruktion

Abb. 143 Schablone zur Ermittlung der Sichtverdeckung an der A-Säule (neues Gesetz)

28 Abbildungen 273

274

C Manuelle Konstruktion

Abb. 144 Schnitt 800Z, B-Säule

28 Abbildungen

Abb. 145 Entwurf einer B-Säule (Blatt 1)

275

276

C Manuelle Konstruktion

Abb. 146 Entwurf einer B-Säule (Blatt 2)

28 Abbildungen

Abb. 147 Abdichtung der Tür zur C-Säule

277

278

C Manuelle Konstruktion

Abb. 148 Entwurf einer C-Säule (Blatt 1), Seitenansicht und Draufsicht

28 Abbildungen

Abb. 149 Entwurf einer C-Säule (Blatt 2)

Abb. 150 Entwurf einer C-Säule (Blatt 3)

279

280

C Manuelle Konstruktion

Abb. 151 Formlinien der Türaußenhaut

Abb. 152 Schnitt durch Türscharnier vorn oben

28 Abbildungen

Abb. 153 Längsschnitt durch eine Tür

281

282

C Manuelle Konstruktion

Abb. 154 Schnitt durch die Türbremse Tür vorn

28 Abbildungen

Abb. 155 Schnitt durch Tür und Längsträger

283

284

C Manuelle Konstruktion

Abb. 156 Schnitt durch Schloss der Tür hinten

28 Abbildungen

285

Abb. 157 Festlegung der Scharnierachse und Eindrehuntersuchung

Abb. 158 Konstruktion eines Türinnenblechs

286 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 159 Diagramm über Verformung der Türaußenhaut beim Schließen

287

288

C Manuelle Konstruktion

Abb. 160 Schnitt durch Dachrahmen seitlich

Abb. 161 Tür-Scharniersysteme

Abb. 162 Tür-Scharniersysteme mit integrierter Türbremse

28 Abbildungen

Abb. 163 Türbremsen

a

b

Abb. 164 Schnittdarstellung Türschloss (a), Schnittdarstellung Türgriff (b)

289

290

C Manuelle Konstruktion

Abb. 165 Fensterhebersysteme

28 Abbildungen

Abb. 166 Kreuzarmfensterheber und seine Geometrie

291

292

C Manuelle Konstruktion

Abb. 167 Schnitt 0Y Windlauf oben

Abb. 168 Schnitt 0Y Heckfensterrahmen oben

Abb. 169 Perspektive über Formlinien einer Dachaußenhaut

28 Abbildungen 293

Abb. 170 Form- und Schnittlinien einer Dachaußenhaut

294 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 171 Seitenrahmen ohne Seitenwand hinten

Abb. 172 Seitenrahmen mit Seitenwand hinten

Abb. 173 Perspektive Seitenwand hinten

295

296

C Manuelle Konstruktion

Abb. 174 Formlinien einer Seitenwand hinten

28 Abbildungen

Abb. 175 Reifenplot in 15º-Winkelschnitten Hinterachse

297

298

C Manuelle Konstruktion

Abb. 176 Reifenplot in 30º-Winkelschnitten Hinterachse

28 Abbildungen

Abb. 177 Reifenhüllkurven der Hinterachse Längsschnitte

299

300

C Manuelle Konstruktion

Abb. 178 Radialschnitte mit Reifenfreigang

28 Abbildungen

301

Abb. 179 Schnitt 0Y Heckklappe hinten

Abb. 180 Schnitt 0Y Heckklappe vorn

302

C Manuelle Konstruktion

Abb. 181 Bügelscharnier Heckklappe

28 Abbildungen

Abb. 182 Viergelenkscharnier Heckklappe

303

304

C Manuelle Konstruktion

Abb. 183 Bügelscharniere

Abb. 184 Viergelenkscharniere

28 Abbildungen

Abb. 185 Darstellung von CAD-Punkten, -Linien u. -Flächen

305

Abb. 186 Formlinien der Heckklappenaußenhaut

306 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 187 Konstruktion eines Heckklappeninnenblechs (Blatt 1)

307

308

C Manuelle Konstruktion

Abb. 188 Konstruktion eines Heckklappeninnenblechs (Blatt 2)

28 Abbildungen

Abb. 189 Nummernschildausleuchtung

309

310

C Manuelle Konstruktion

Abb. 190 Darstellung Heckabschlussblech mit Perspektive

Abb. 191 Perspektivdarstellung des hinteren Stoßfängers

Abb. 192 Beispiel von Gleichteilen

28 Abbildungen 311

312

C Manuelle Konstruktion

Abb. 193 Rendering Interieur

Abb. 194 Modellentwicklung einer Instrumententafel mit Tapeplan

28 Abbildungen

Abb. 195 Feinarbeiten am Modell einer Instrumententafel

Abb. 196 Sitzposition 5%-Frau und 95%-Mann

313

314

C Manuelle Konstruktion

Abb. 197 Handreichweiten

Abb. 198 Sicht auf Instrumente und Entspiegelung

28 Abbildungen 315

Abb. 199 Konstruktion Sicht auf Instrumente

316 C Manuelle Konstruktion

28 Abbildungen

Abb. 200 Explosionsdarstellung einer Instrumententafel

Abb. 201 Perspektivisches Schnittbild einer Türverkleidung

317

318

C Manuelle Konstruktion

Abb. 202 Schematischer Aufbau eines Vordersitzes

Abb. 203 Ein- und Ausstieg

28 Abbildungen

Abb. 204 Konstruktionsbeispiel Ein- und Ausstieg im Fondraum

319

D Literaturverzeichnis

1 Ausgewählte kostruktive Beispiele aus der BMW Forschung und Entwicklung 2 Ausgewählte Veröffentlichungen aus der BMW Forschung und Entwicklung Jahrgang 1990 3 Auszugsweise Diplom- bzw. Studienarbeiten von Studenten der Fachhochschule München und Ulm 4 Konstruktive Unterlagen der Firma Bertrandt AG Niederlassung München 5 Fahzeugtechnische Unterlagen der FH-Hamburg und der FS-Kaiserslautern 6 Richtlinien und Unterlagen der BMW AG, Petuelring 130, 80788 München 7 Umstellung einer Fensterheberkonstruktion von Stahl auf Aluminium, Fa. Brose GmbH & Co. Coburg 8 Vortragsreihe an der Fachschule Kaiserslautern vom 22. 02. 1998 „Entstehungsprozess einer modernen Automobilkarosserie“ 9 VDI-Bericht Nr. 818 10 Diverse SAE-Papers 11 TQU Steinbeis/Transferzentrum Qualitätssicherung Ulm 12 Sonderausgabe ATZ ’98 13 CAD-CAM-Report 14 www.mercedes-benz.com 15 Mot-SPEZIAL 16 ICEM-Technologies GmbH

E Sachverzeichnis

4D-Navigator 5 Abbildungen 207–319 Abbildungsverfahren 151 Abkürzungen 205–206 Ablagefach Mittelkonsole 74 Aeromodell 17 Akzeleration 11 Allgemeine Grundlagen 1 Arbeitsmodell 18 A-Säule 136; 169; 172 Assoziative Anwendungen 45 Augenellipse 154 Außenspiegel 146 Ausstattung außen 144 Ausstattung innen 140 Ball of Foot 28; 32 Bauraum 22 Bedienteile 189–191 Berlina/Berline 19 Bèzier-Technologie 4 Bezugsebene/-linie 150 Bodengruppe 134 Bodenverkleidung 143 B-Säule 137; 177 Cabriocoupé 21 Cabriolet/Cabrio 19; 135 CA-Systeme/CAD/CAM 4; 5; 151; 152 CATIA 6 CATIA V4 132 CATIA V5 41 Clay 16 Create Datum 41 C-Säule 138; 178

Dach 183 Dachrahmen 180 Dachreling 146 Darstellende Geometrie 151 Design 15; 157 Design Mode 42 ECIE-Pläne 26 Ein-/Ausstieg 196 Entformungsrichtung 78; 90 Entspiegelung der Instrumente 192 Entwicklungsphasen 22 Ergonomie 10; 152 Exterieur 159; 188 Extrusionsfläche 58; 63 Fahrersitzposition 29 Fahrgastzelle 169 Fahrzeugauslegung 27 Fahrzeugmaße 25 Feasebilitymodell 17 Federbein-Frontklappe 167 Fensterhebersysteme 182 Flächen 77; 95 Flächenmodell 17 Frontklappe 166; 167 Frontscheibe 169 Frühphase 23 Funktionsmodell 18 Fußraum 31 Garagenzeichnung 21 Generative Shape Design Toolbars 128 Gepäckraum/Volumenermittlung 38 Gesamtmodell 17

324 E Sachverzeichnis

Gesetze 197 Gurtbandverlauf

143

Halter I-Tafel 105 Hardtop Coupé 20 Heckabschlussblech 186 Heckklappe 185 Hilfsfläche 60 Hinterwagen 184 Homologation 7 H-Punkt 11; 32 Innenraum 29 Instrumententafel (I-Tafel) 141; 192 Interieur 160; 188 Karosserieformen 19 Karosserieplan 21 Karosserierohbau 162 Karosseriestruktur 161 Kniefreiheit 33 Kofferraumboden 134 Kofferraumverkleidung 144 Komfortstellung 30 Komfortwinkel 29 Konzeptentwicklung 9; 156 Kopfbewegung 154; 155; 220; 221 Kopffreiheit 29; 33; 34 Landauer 19 Landaulet 19 Lastenheft 9 Lenkradposition 32 Limousine/Pullmanlimousine 19; 134 Maße 25; 149 Maßhilfslinien 149 Maßlinien 149 Maßzahlen 150 Messlasten 148 Mittelkonsole 73 Modellvorentwicklung Motorraum 37 Motorträger 133

156

Notrad 38 Nummernschildausleuchtung 186; 187 NURBS 4 Package 22; 157; 225; 226 Parametrisch-Assoziative Arbeitsweise 45 Parametrische Anwendungen 44 Parametrisierung 41 Part Design Toolbars 126 Pedale 31 Pflichtenheft 9 Phaeton 19 Picturemodell 17 Projekthandbuch 156 Projekthandhabung 9 Proportionsmodell 18 Prüfpuppe 155; 222; 223 QFD

2

Radien 150 RAMSIS 13; 14; 15 Referenzfläche 55; 60 Referenzmodell 18; 74; 79 Reifenfreigang/Reifenplot 168; 184 Reifenüberdeckung 185 Renderings 158 Richtlinien 147; 197 Richtlinien und Vorschriften 7; 147 Roadster 20 Rohbau 132 Rohkarosserie 134; 135; 160 Rundumsicht 7 Saloon 19 Säulen 136; 137; 172; 177; 178 Säulensichtverdeckung 8 Schalenbauweise 139; 140 Schallisolierung 140 Schalteraufnahme 98–101 Scheibenflansch 170 Scheinwerfer 166 Sedan 19

Sachverzeichnis 325

Seitenwand 52; 184 Serienentwicklung 24 Sicht auf Instrumente 192 Sichtgesetze 7 Sichtverdeckung 7; 172; 192 Sichtverhältnisse 154 Sitze 142; 193 Sitzriese 14 Sitzverstellfeld 35 Sitzzwerg 14 Sketcher Toolbars 47 Sketchmodell 18 Solid 77; 85; 88; 95 Spaceframe 139; 140 Spantenmodell 18 Speedster 20 Spider 20 SRP 11; 30; 33; 176 Standard Toolbars 51 Stirnwand 133; 171 Stoßfänger hinten 145; 187 Stoßfänger vorn 144; 164 Stoßfängervorschriften 165 Strakverfahren 158; 227 Styling 15; 157 Subgeometrie 52

Tonneau 19 Toolbars 47; 51; 126 T-Punkt 153 TQM 2 Trim-Flächen 83 Türen 138; 178–181; 193 Türscharniersysteme 181 Türschlösser 181 Türverkleidung 141; 193 Unterflur/-verkleidung 35; 36 Unterflurfreiheit 148 Update 89; 94 Urmodell 18 Varianten: Cabrio/Limousine/ Combi 134; 135 Verteilersysteme 159; 228; 229 Visualization Mode 42 Vorderwagen 164 Vorschriften 147 Wagenheberaufnahme 36 Weiterentwicklung 25 Wischfelder 171 Zielkatalog 9

Tapes 158 Teilmodell 18