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Neue Automobilkonzepte – neue Karosseriekonzepte.

Die Weichen in Richtung Elektromobilität sind gestellt. Bis zur starken Präsenz auf den Straßen wird es zwar noch etwas dauern. Aber diese Zeit wird auch benötigt, um das Automobil noch einmal neu zu erfinden. Betrachtet man die einzelnen Bestandteile, wird schnell deutlich, warum dies notwendig ist. Zum Beispiel die Rohbaukarosserie: Sie bildet den Großteil des Designs des Fahrzeugs mit den maßgeblichen Funktionen wie Sicherheit, Schwingungsverhalten und Steifigkeit auch in ihren Verbindungselementen. Die Karosserie ist das größte Bauteil und ist das Rückgrat eines Autos, denn sie vereinigt alle Komponenten zu einer bewegungsfähigen Einheit.

Mercedes-Benz: Elektrisch bewegte Einheit – Neue Automobilkonzepte & neue Karosseriekonzepte.
Mercedes-Benz: Elektrisch bewegte Einheit – Neue Automobilkonzepte & neue Karosseriekonzepte.

Die Anforderungen sind komplex.

„Sicherheit, Leichtbau, Schwingungsverhalten, Betriebsfestigkeit und Fertigungsfähigkeit in der Großserie – das bleiben auch beim Elektrofahrzeug die wichtigsten Eckpunkte für die Karosseriekonstruktion“, sagt Stefan Hummel, Leiter Rohbau-Technikum und Fertigungstechnologien in der Mercedes-Benz Cars Entwicklung in Sindelfingen. „Diese Faktoren gilt es, unter einen Hut zu bringen, schließlich verbergen sich dahinter alle Wünsche und Anforderungen – auch die der Kunden.“

Fahrzeugbatterie beeinflusst den Rohbau.

Doch es gibt Unterschiede zum herkömmlichen Automobil. Beim reinen Elektrofahrzeug beeinflusst die Batterie aufgrund von Gewicht und Größe den Rohbau. Sie besteht aus mehreren Zellen, die in einem stabilen Schutzgehäuse meist zu einer kompakten Komponente zusammengefasst sind. Die Batterie wird in der Regel tief untergebracht. Der niedrige Schwerpunkt kommt der Fahrdynamik zugute.

Mercedes-Benz: Elektrisch bewegte Einheit – Neue Automobilkonzepte & neue Karosseriekonzepte.
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Die Batterie darf nicht die Crash-Sicherheit beeinträchtigen.

Außerdem sehen die Fachleute meist einen Einbauort in der Fahrzeugmitte und somit möglichst weit entfernt von der Außenverkleidung vor. Damit wird die Batterie im Crash-Fall vor direkten Aufprallkräften geschützt. Ein wichtiger Faktor ist zudem der Seitenaufprallschutz. Er hilft, den vorhandenen, aber nur sehr begrenzten Verformungsraum ideal zu nutzen. Um die Passagiere, aber auch die Batterie bestmöglich zu schützen, kommen für den Seitenaufprallschutz gezielt konstruktive Maßnahmen und Crash-Elemente zum Einsatz.

„Die Rohbaukarosserie eines Elektrofahrzeugs berücksichtigt in ihrer Gesamtheit selbstverständlich die hochkomplexen Anforderungen der Crash-Sicherheit“, erläutert Hummel. „Erzielt wird das durch gezielt entwickelte Karosseriekonzepte, Form und Gestaltung der Bauteile, durch die Nutzung optimaler Materialien und über die Fügetechnik, mit der die einzelnen Karosseriekomponenten zu einem großen Ganzen verbunden werden.“ Ziel ist, die bei einem Unfall einwirkenden Kräfte stark zu mindern oder möglichst ganz wegzuleiten.

Mercedes-Benz: Elektrisch bewegte Einheit – Neue Automobilkonzepte & neue Karosseriekonzepte.

Neue Karosserien schaffen auch neue Gestaltungsmöglichkeiten.

Das sind nicht die einzigen Veränderungen, die mit dem Elektroauto kommen: Wenn der Verbrennungsmotor entfällt und platzsparende Elektromaschinen für Vortrieb sorgen, die vielleicht sogar direkt an der Achse untergebracht sind, ist der Motorraum, wie er aktuell gebaut wird, nicht mehr vollumfänglich notwendig. Das öffnet Konstrukteuren und Designern neue Möglichkeiten. Etwa für das Unterbringen zusätzlicher Funktionsaggregate und Sicherheitselemente – oder für die Gestaltung des Innenraums. Das gilt noch mehr für autonom fahrende Automobile. Immerhin steht dann das Steuern des Fahrzeugs nicht mehr im Vordergrund.

Ein intelligenter Mix verschiedener Baustoffe.

„Es wird immer ein maßgeschneidertes Karosseriekonzept entworfen, das sämtliche Anforderungen erfüllt“, sagt Michael Vogel, Mitarbeiter Rohbau-Technikum und Fertigungstechnologien in der Mercedes-Benz Cars Entwicklung. „Dazu greifen wir in einen umfassenden Baukasten, der ständig weiterentwickelt wird.“ Was die Materialien angeht, spricht man bei Daimler von einem intelligenten Mix. „Stahl ist hierbei immer noch der vorherrschende Baustoff“, erklärt Vogel. Die hochfest gefertigten und damit dünnen Blechteile können in vielen Fällen mit Leichtmetallen und Kunststoffen konkurrieren. Zudem verfügen sie über lokal maßgeschneiderte Eigenschaften, die nur an einer bestimmten Karosseriepartie eine Wirkung erzielen, aber genau dort hochwichtig sind. Aluminium kommt da zum Einsatz, wo ein geringes Gewicht entscheidend ist.

Mercedes-Benz: Elektrisch bewegte Einheit – Neue Automobilkonzepte & neue Karosseriekonzepte.
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Sicherheit geht vor.

Seit einiger Zeit zählen auch faserverstärkte Kunststoffe in der Mercedes-Benz Cars Entwicklung zum Materialmix, zum Beispiel solche auf Basis von Kohlenstoff- oder Glasfasern. Diese Kunststoffe sind trotz ihres geringen Gewichts sehr widerstandsfähig, wenn auch teuer: „Sie kommen nur dann in die engere Wahl, wenn sie in der Rohbaukarosserie an einer bestimmten Stelle hinsichtlich Kosten und Funktion ideal geeignet sind“, sagt Thomas Schweiker, ebenfalls Mitarbeiter Rohbau-Technikum und Fertigungstechnologien in der Mercedes-Benz Cars Entwicklung. „Leichtbau ist ein wichtiger Stellhebel, damit ein Fahrzeug möglichst energieeffizient bewegt werden kann. Doch nicht um jeden Preis. Und schon gar nicht auf Kosten der Karosseriefunktionen wie zum Beispiel Sicherheit.“

Mit dem Preis steigen die Möglichkeiten.

Denn eine Rohbaukarosserie muss sich auch kostengünstig in der Großserie fertigen lassen – idealerweise auf bestehenden Anlagen. Diesen Faktor ziehen die Konstrukteure ins Kalkül: Auch ein Elektrofahrzeug muss bezahlbar sein. Wobei es unterschiedliche Stufen gibt – je exklusiver und teurer ein Fahrzeug, desto mehr Möglichkeiten hat man, um kostenintensive Materialien einzusetzen und eine aufwendige Anforderung zu erfüllen, zum Beispiel ein optimales Leistungsgewicht für einen Sportwagen.

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Geräusch, Vibration, Rauigkeit.

Ein Rohbaukonzept muss zudem immer auch die Anforderungen der Fahrzeugfunktion „Noise, Vibration, Harshness“ (NVH) erfüllen. Dahinter verbirgt sich ein Aufgabenbereich, den die wörtliche deutsche Übersetzung „Geräusch, Vibration, Rauigkeit“ nur verkürzt wiedergibt. Ein Beispiel aus der Schwingungsphysik macht das deutlich: Bewegt sich ein Automobil, überträgt sich vom Untergrund Schwingung in die Karosseriestruktur.

Der Antrieb des Fahrzeugs erzeugt ebenfalls Schwingung. Und Fahrgeräusche liefern darüber hinaus akustische Schwingungen. NVH sorgt dafür, dass keine der Schwingungen eine unerwünschte Wirkung hervorruft, sodass der Fahrkomfort nicht beeinträchtigt wird, etwa durch unangenehme Geräusche im Interieur. Bereits der Rohbau einer Karosserie berücksichtigt NVH-Anforderungen. Dämmmaterialien unterstützen zusätzlich.

Mercedes-Benz auf der CES 2018. Mercedes-Benz auf der Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas. smart vision EQ fortwo.

Zukunftsaussicht.

Was die Zukunft dem Karosseriebau noch bringen wird? „Wir gehen davon aus, dass der Aspekt des ‚purpose built design­‘ stärker ins Spiel kommen könnte, um auch kleinere Serien rentabel zu fertigen“, sagt Karl-Heinz Füller vom Daimler Forschungszentrum in Ulm. „Die immensen Fortschritte bei flexiblen Fertigungstechnologien werden hier vielleicht neue Möglichkeiten schaffen. Der 3D-Druck macht es vor.“