1、Gewichtseinsparungen durch alternative Auslegungen von Pkw-Fahrwerken bekommen eine besondere Aktualitt: Initiativen der Automobilhersteller zur Emissionssenkung und Fahrzeugkonzepte wie das Elektroauto fordern neue, leichtere Fahrwerke. Der Systemlieferant ZF Friedrichshafen zeigt, dass dabei mehre
2、re Manahmen zum Tragen kommen.Leichtbau im FahrwerkTiTelThema FAhrwErk394moTivaTionIntelligenter Leichtbau setzt viele Manahmen voraus. Vom Einsatz alternativer Werkstoffe oder Produktionsverfahren ber die Strukturoptimierung von Bauteilen bis hin zur Funktionsintegration. Das bietet auch Chancen fr
3、 wirtschaftlichere Fahrwerklsungen, vor allem, wenn ber die Gewichtsreduktion hinaus auch ganze Bauteilkonzepte inklusive der Fertigung vereinfacht werden. Zwar hngt ein Groteil des Kraftstoffverbrauchs von Pkw nicht direkt vom Fahrwerk ab, doch indirekt beeinflusst es viele Verbrauchsfaktoren und b
4、ietet daher Potenzial zur Einsparung von Kraftstoff und damit zur Senkung des CO2Ausstoes. Mit Leichtbau und Funktionsintegration knnen im Fahrzeug als Faustformel 3,5 g CO2/km beziehungsweise 8,5 g CO2/km (inklusive Leistungskompensation/Sekundreffekte) je 100 kg Gewichtsreduzierung eingespart werd
5、en. Gewichtseinsparungen im Fahrwerk bringen dabei gleich mehrfache Vorzge. Weniger Gewicht senkt den Kraftstoffverbrauch und die CO2Emissionen unmittelbar mittelbar durch den dadurch mglichen Einsatz kleinerer Aggregate (Motor, Getriebe, Bremse, Tank) im Fahrzeug. Sinkt der Anteil der ungefederten
6、Massen, verbessern sich zudem noch Fahrdynamik, Komfort und Sicherheit. Das Fahrzeug wird agiler, das Eigenschwingungsverhalten verbessert sich. In den vergangenen Jahrzehnten wurden Fahrwerke immer komplexer, viele Einzelbauteile etwa bei einer MehrlenkerHinterachse setzen entsprechend hohe Anforde
7、rungen an Fertigung und Montage. Erstrebenswert sind daher nicht nur leichtere, sondern auch weniger komplexe Fahrwerke, die sich auch wirtschaftlicher realisieren lassen.leichTbau-ansTzeZum Leichtbau im Fahrwerk gibt es verschiedene Anstze, die meist auch gebndelt werden mssen, um die gewnschten Er
8、gebnisse zu bringen. Zum ersten bietet der Einsatz leichterer Materialien offensichtliche Vorzge der Ersatz von Stahl durch Aluminium ist bereits heute bei vielen Fahrwerkkomponenten blich. Die Faserverbundwerkstoffe bieten hier zustzliches Potenzial.Gerade diese Werkstoffe ermglichen zum zweiten ei
9、ne gezielte Strukturoptimierung etwa durch die FiniteElementeMethode. So beeinflussen die physischen Belastungen, die auf Dmpfer oder Fahrwerkkomponenten wirken, bereits die Konstruktion: Durch die intelligente Nutzung der Materialanisotropie der neuen Werkstoffe kann Material und entsprechend Gewic
10、ht gespart werden. Alternative Werkstoffe erffnen somit neue Spielrume bei der Auslegung von Bauteilen.Damit kommt ein dritter wichtiger LeichtbauAnsatz ins Spiel, nmlich die Funktionsintegration. Dazu werden mehrere Bauteile zu einem einzigen zusammengefasst. So bietet ZF integrierte Produktkonzept
11、e, die weniger Gewicht auf die Waage bringen als die bislang eingesetzten Bauteile inklusive Fgematerialien. Funktionsintegration wird mitunter auch erst durch den Einsatz neuer Materialien oder Produktionsverfahren mglich. Diese LeichtbauAnstze werden zu neuen Produkten kombiniert, die zum einen be
12、reits marktreif sind, zum anderen als Konzeptstudien fr eine Industrialisierung bereit stehen, .Gabriele Fruhmann ist Projektleiterin Fahrwerksystem bei der ZF Friedrichshafen AG.Klaus sTreTz ist Leiter Vorentwicklung Module im Bereich Fahrwerk bei der ZF Sachs AG in Schweinfurt.Dr. chrisToph elbers
13、 ist Leiter Vorentwicklung/ Fahrverhalten bei der ZF Lemfrder Gmbh. AuTorEn112. Jahrgang 39506I2010leichTbau-DmpFerZF fertigt LeichtbauDmpfer auf AluminiumBasis, , die pro Fahrzeug 4 kg Gewicht einsparen und bereits in Mittel und OberklasseSerienmodellen eingesetzt werden. Mglich ist dies zum einen
14、durch ein Fertigungsverfahren, bei dem die Wandstrke des AluminiumBehlterrohres variabel dem Beanspruchungssverlauf folgt und somit das Material nahezu ideal ausgenutzt wird. Weiterhin ermglichen hohle Kolbenstangen je nach Lnge eine Gewichtseinsparung von 20 bis 30 % gegenber den herkmmlichen Kolbe
15、nstangen aus massivem Stahl und bieten in Verbindung mit geregelten Dmpfern (CDC) den Vorteil, die erforderlichen Kabel direkt durch die Kolbenstange zu fhren.Eine andere Herangehensweise verfolgt das Konzept des ultraleichten FederbeinRadtrgerModuls aus FaserKunststoffVerbund (FKV), . Diese zunchst
16、 fr Kleinst und Kleinwagen konzipierte Studie, die auf der PkwIAA 2009 erstmals vorgestellt wurde, umfasst ein komplettes Federbeinmodul mit integriertem Radtrger. Gegenber einem LeichtbauFederbein und Radtrger aus konventionellen Metallwerkstoffen reduziert dieses FKVModul das Gewicht in Verbindung
17、 mit einer geschlossenen und ebenfalls aus FKV bestehenden Balgfeder noch einmal um 50 %. Das groe Leichtbaupotenzial erschliet sich dabei wesentlich durch die Verbindung der Baugruppen Radtrger und Federbein zu einem Bauteil, die erst durch den umfassenden intelligenten Einsatz der leichten Faserve
18、rbundwerkstoffe ermglicht wird, . So werden im vorliekonzept des Leichtbau-FederbeinsZusammenstellung von Leichtbaupotenzialen bei Schwingungsdmpfernmassnahme sTaTusGewichTsreDuzierunG je DmpFer (g)hohle kolbenstange fr Federbeine Serie 260 - 400kaltgezogene Aluminium-Behlterrohre mit stark untersch
19、iedlicher wandstrke fr Federbeine/ AchsdmpferSerie 360 - 480CDC-Dmpfer mit inneliegendem statt auenliegendem VentilSerie ca. 1500Aluminiumfederteller fr Federbeine Serie 120 - 180ET 30: grenreduzierter Einrohrdmpfer fr hinterachseSerie 300 - 400Einrohrdmpfer mit kunststoffauge und dnn-wandigem Stahl
20、- und Aluminiumzylinderrohrenseriennahe Vorentwicklung560 - 650Faserverbund-Federbein-radtrgermodul konzeptstudie 3000 - 4000Leichtbau-Dmpfer aus Aluminium12. 14. Okt. 2010, Stuttgart00061052010Mehr Informationen zu Ihrem Messebesuch:www.parts2clean.deFachmessefrKorrosionsschutz, KonservierungundVer
21、packungSynergienfrIhrKnow-howLEITMESSEReinigungsaufgaben effi zient lsen.Das weltweit umfassendste Angebot fr die Reinigung von Werkstcken, Bauteilen und Oberfl chen. Branchen- und werkstoff-bergreifend. Leitmesse fr Reinigung in Produktion und IZF sollte drin sein.Denn unsere Getriebe-, Fahrwerk- u
22、nd Lenksysteme reduzieren den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Aussto deutlich.Antriebs- und FahrwerktechnikEntwicklungen wie das neue 8-Gang-Automatgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Hybridmodule und -systemeleisten einen wichtigen Beitrag zu ressourcenschonender Mobilitt. Ebenso wie Elektrole
23、nkungen oder der Einsatz von Leichtbautechnologien im Fahrwerk. Doch damit nicht genug: Fahrdynamik, hohe Sicherheit undKomfort erleben Sie mit den ZF-Produkten ebenfalls. So umgehen Sie beim Autokauf den Konflikt zwischen Vernunft und Spa am Autofahren.genden Dmpferkonzept durch Funktionsinte grati
24、on bisherige, schwere Stahlbauteile wie zum Beispiel Behlterrohr und Federteller berflssig. Trotz seines geringen Gewichts weist das Federbeinmodul aus FKV alle Eigenschaften eines modernen konventionellen oder elektronisch geregelten Dmpfers auf. Die Werkstoffinhrente Dmpfung der Kunststoffe beeinf
25、lusst auch das NVHVerhalten positiv.achsKonzepT miT raDFhrenDer QuerblaTTFeDerHhere Wirtschaftlichkeit war auch eines der Hauptziele bei der Entwicklung der Achsstudie mit radfhrender Querblattfeder. Durch neue Werkstoffe und Funktionsintegration konnte die Anzahl der Bauteile deutlich reduziert wer
26、den und das ohne Kompromisse bei den Fahreigenschaften. Wesentlich an dem neuen Achskonzept, 5, ist eine Querblattfeder aus unidirektionalem FaserKunststoffVerbund. Dieses einzelne Bauteil bernimmt ber die Federungs und Stabilisierungsfunktion hinaus auch die Radfhrung und damit essentielle Aufgaben
27、 fr die Spurstabilitt und Fahrsicherheit eines Fahrzeugs. Durch die erweiterte Funktionalitt der Querblattfeder fallen der bislang notwendige Stabilisator mit dessen Lagerung sowie je zwei Pendelsttzen, Querlenker und konventionelle Schraubenfedern weg. Neben der Gewichtsreduktion wird so ein schlan
28、ker Fertigungs und Montageprozess ermglicht. Reduzierte ungefederte Massen und die einstellbare Lngsnachgiebigkeit ber den Lngslenker erlauben einen guten Komfort. Unter Seitenkraft geht die Achse in Vorspur und untersttzt dadurch die Fahrsicherheit des Fahrzeugs. Die Seitensteifigkeit wird ber die
29、Querblattfeder, den Spurlenker und ber die Absttzlnge des Dmpfers auf die Anforderungen abgestimmt. Das Feder und Wankverhalten der Achse kann durch die Lagerpunkte der Querblattfeder sowie deren Querschnittsverlauf bestimmt werden.Der Wegfall der Schraubenfedern verbessert auch die Durchladebreite
30、im Vergleich zu konventionellen McPhersonAchsen. Zudem kann der Freiraum vor der Querblattfeder zum Beispiel fr Batterien oder Erdgastanks bei alternativen Fahrzeugkonzepten genutzt werden.alTernaTive zur mehrlenKerachseEinen anderen Entwicklungsansatz ebenfalls mit dem Ziel, Leichtbau und Wirtschaf
31、tlichkeit zu verbinden verfolgt ZF mit der Multi Compliance Twist Beam Axle“, 6. Diese Studie zeigt auf Basis einer Verbundlenkerachse ein wirtschaftliches Hinterachskonzept, das ohne erhebliche Mehrkosten annhernd die Performance einer Mehrlenkerachse ermglicht. Um die kinematischen und elasto kine
32、matischen Eigenschaften einer Mehr lenkerachse zu erreichen, ist normaler weise die Funktionstrennung und dadurch gezielte Auslegung der fahrwerkspezifischen Eigenschaften notwendig. Als heikel werkstoffeBauteil stahl aluminium FaserverbundwerkstoffFederbein 3,49 kg 2,40 kgintegriertradtrger mit Ver
33、schraubung2,92 kg 1,52 kgsumme 6,41 kg 3,92 kg 1,95 kgGewichtsvergleich verschiedener Bauteile und werkstoffe 6MCT-Achse (Multi Compliance Twist Beam Axle“) 5Achskonzept mit radfhrender Querblattfeder aus unidirektionalem Faser-kunststoff-Verbund (grn eingefrbt)TiTelThema FAhrwErk398erweist sich hie
34、r vor allem die Seitenkraftabsttzung ein deutlicher fahrdynamischer Nachteil von Verbundlenkerachsen. Zur Minderung der Tendenz zum bersteuern werden in der Regel spurkorrigierende Lager zur Anbindung an die Karosserie eingesetzt. Auch beim Bremsen erzeugen herkmmliche Verbundlenkerachsen eine leich
35、te Nachspur, was zu einem nervsen Achsverhalten beim Bremsen fhren kann.Dem wirkt das Konzept der elastokinematischen Torsionslenkerachse entgegen. ber eine neue Lagerung des Radtrgers wird ein virtueller Drehpunkt erzeugt, der sowohl bei Quer als auch bei Lngskrften das Rad in Vorspur bewegt. Diese
36、s Prinzip einer elastokinematischen Torsionslenkerachse zeigt Fahreigenschaften, wie sie bislang nur bei Mehrlenkerachsen zu erreichen waren: Seitenkraftuntersteuern, Vorspur unter Bremskraft und eine optimierte Spurnderung bei wechselseitiger Einfederung. Die gelagerten Radtrger wirken sich zudem g
37、nstig auf die Schwingungsentkopplung aus. Die elastokinematischen Achskennwerte bieten Automobilentwicklern und herstellern zustzliche Auslegungsfreiheiten. Die Multi Compliance Twist Beam“Achse kann so die Lcke zwischen klassischer Verbundlenkerachse und Mehrlenkerachse schlieen.schniTTsTellen msse
38、n passenLeichtbauAnstze im Fahrwerk stellen hohe Ansprche an die Schnittstelle zwischen Produktentwicklung und ProduktionsKnowhow. ZF setzt dabei auf seine bei der FahrwerkEntwicklung profilierten Tools der virtuellen Produktentwicklung. Sie helfen, Entwicklungszeiten zu verkrzen, Kosten zu sparen,
39、Fehler zu vermeiden und untersttzen die Dokumentation der Entwicklungsphasen. Die Umsetzung dieser Manahmen in der Serienfertigung setzt entsprechendes FertigungsKnowhow voraus. Zum einen mssen bei MaterialSubstitution neue Prozessschritte eingefhrt und beherrscht werden. Zum anderen werden durch di
40、e Funktionsintegration von Bauteilen auch ganz andere Montageablufe mglich, die wirtschaftliches Potenzial bieten. zusammenFassunGGewichtsreduktion im Fahrwerk ist doppelt sinnvoll: Zum einen lassen sich die fahrdynamischen Eigenschaften steigern, zum anderen leistet sie einen wesentlichen Beitrag z
41、u Kraftstoffeinsparungen und Emissionssenkungen. Die Kombination aller gngigen Anstze zu Leichtbau im Fahrwerk mit einer dritten Zielsetzung mehr Wirtschaftlichkeit fhrt zu intelligentem Leichtbau. Neue Konzepte fr Achsen und Fahrwerkkomponenten bringen daher nicht nur weniger Gewicht auf die Waage
42、und dies nahezu ohne Abstriche bei Fahrkomfort, Fahrdynamik und Sicherheit. Dank Funktionsinte gration sind diese Produkte auch mit weni ger Bauteilen in weniger Montageschritten herzustellen und damit auch wirtschaftlich.DownloaD Des beiTraGs www.ATZonline.dereaD The enGlish e-maGazine order your test issue now: SpringerAutomotiveabo-service.info
