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Fahrzeugtechnik

Aufbaukonzepte eines Pkw

Der Aufbau einer Karosserie unterscheidet sich entsprechend seiner unterschiedlichen Anforderungen. In diesem Kurstext gehen wir auf die vier gängigsten Varianten näher ein.

  • nicht selbsttragende Karosserie/Rahmenbauweise
  • selbsttragende Karosserie
  • Space-Frame
  • Gitterrohrrahmen

Nicht selbsttragende Karosserie/Rahmenbauweise

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Die Rahmenbausweise stellt die älteste Bauart im Bereich des Karosseriebaus dar.

Die Besonderheit der Rahmenbauweise liegt darin, dass der Aufbau keine tragende Funktion erfüllt. Alle tragenen Funktionen werden allein vom Rahmen übernommen. In der frühen Entwicklung von Pkw wurde diese Bauweise primär eingesetzt. Heutzutage sieht man die Rahmenbauweise bei Pkw eher selten, dafür besitzen Nutzfahrzeuge grundsätzlich einen Rahmen. Diese Variante erlaubt es, zu niedrigen Kosten viele verschiedene Aufbauten und sogar Wechselaufbauten zu realisieren. 
Der Rahmen selbst kann sich stark verwinden ohne dass es zu einer plastischen Verformung kommt. Dies sollte jedoch bei der Auslegung des Fahrwerks beachtet werden, da durch eine starke elastische Verformung des Rahmens eine Querdynamik entstehen kann. 

Unimog, Aufbau: Rahmenbauweise
Unimog, Aufbau: Rahmenbauweise

Wie bereits erwähnt, wurde früher überwiegend die Rahmenbauweise gewählt, wodurch der Aufbau je nach Kundenwunsch von den Karosseriebauern individuell gefertigt werden konnte.

Selbsttragende Karosserie

Die selbstragende Karosserie wurde erstmals 1934 in dem französischen Citroen Traction Avant realisiert.

Citroen Traction Avant - Aufbau: selbsttragende Karosserie
Citroen Traction Avant - Aufbau: selbsttragende Karosserie

Ab diesem Zeitpunkt hat die selbsttragende Karosserie die Rahmenbauweise Schritt für Schritt verdrängt. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Der vollständige Umstellungsprozess hin zur selbsttragenden Karosserie dauerte in Europa bis in die 1960er Jahre und in den USA sogar bis in die 2000er Jahre. 

Die selbstragende Karosserie besteht aus miteinander verbundenen Schalen, an denen die Türen und Hauben über Scharniere befestigt werden. Alle Teile sind aus einzelnen Stahl- oder Aluminiumblechen gefertigt. Durch mehrere Umformungsprozesse kann jedes Blech in die gewünschte Form gebracht werden und anschließend durch Verschweißen oder Kleben mit dem Rest der Karosserie verbunden werden. Lediglich die Kotflügel werden mit der Karosserie verschraubt. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Grund für die Verschraubung der Kotflügel mit der Karosserie liegt in der einfacheren Reparatur als Folge von kleinen Unfällen. 

Die selbstragende Karosserie hat nicht grundlos die Rahmenbauweise verdrängt, denn sie hat folgende Vorteile:

  • Das Gewicht des Fahrzeugs reduziert sich.
  • Die Steifigkeit des Aufbaus nimmt zu.
  • Der Schwerpunkt wird niedriger, gleiches gilt für die Fahrzeugstirnfläche.
  • Das Raumangebot bleibt identisch.
  • Die passive Sicherheit erhöht sich.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Bezogen auf den letzten Punkt soll an dieser Stelle erwähnt werden, dass ein Zusammenstoß zwischen leichten und schweren Fahrzeugen für die Insassen des leichteren Fahrzeug weniger kritisch ausfällt. Man spricht hierbei von einer besseren Crash-Kompatibilität.  

Skelettkarosserie: Space-Frame-Karosserie

Der Space-Frame verwendet im Gegensatz zur selbstragenden Karosserie zusätzlich zu den Tiefziehblechen auch Strangpressprofile, Guss- und Schmiedeformteile. Die Profile und die Formteile bilden zusammen die tragende Struktur.

Space-Frame im Audi A8

Durch diese Gestaltung können die Bleche für die Außenhaut des Pkw sehr dünnwandig ausgelegt werden. Auch die Verwendung von Aluminium als Werkstoff ist zulässig. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Das Problem des Space-Frames liegt besonders darin, dass unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden. Diese können nicht miteinander verschweißt werden und müssen stattdessen miteinander verklebt, verschraubt oder vernietet werden.

Bei Elementen, die im Knautschbereich liegen, erlaubt eine Verschraubung eine besonders einfache Reparatur nach Unfallschäden. 

Skelettkarosserie: Gitterrohrrahmen

Der Gitterrohrrahmen zählt zu den leichten und steifen Konstruktionen. Eine intelligente Gestaltung beschränkt die Belastung der Rohre lediglich auf Zug und Druck. Biegebeanspruchungen treten hierbei fast nicht auf.

Gitterrohrrahmen im Mercedes 300 SL

Ihren Einsatz findet diese Bauweise besonders im Sportwagen- und Tourenwagenbereich. 

Karosseriestruktur

In diesem Bereich sind die Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit und plastischer Verformbarkeit infolge eines Unfalls sehr unterschiedlich. 
So muss die Fahrgastzelle, also der Bereich in dem sich Personen aufhalten, eine sehr hohe Festigkeit besitzen. Die Knautschzonen des Fahrzeug hingegen sollten eine gute platische Verformbarkeit besitzen. Die Gesamtstruktur muss eine hohe Steifigkeit aufweisen. Dies hat Einfluss auf den Komfort, die Akustik und die Fahrdynamik. 

Um diese Anforderungen zu realisieren unternimmt man folgende Maßnahmen:

  • Die Materialstärke zwischen und innerhalb der einzelnen Bleche wird variiert.
  • Die eingesetzten Stahlelemente besitzen eine unterschiedliche Güte.
  • Es werden weitere unterschiedliche Werkstoffe wie Aluminium, Magnesium oder Kunststoff eingesetzt.
  • Einsatz von Imperfekt-Funktionen, d. h. Bleche werden entsprechend geformt und/oder Knickstellen/Sollbruchstellen implementiert.
  • Einsatz spezieller Folien zur Schwingungsdämpfung, z. B. in Kotflügel oder Türen eingeklebt, die die Geräuschemissionen schwingender Bleche reduziert.

In vielen Pkw ist der Vorbau aus Aluminium hergestellt und der Rest der Karosserie besteht aus Stahlblechen. Beide Materialien werden dann über die Verfahren Nieten oder Stanzen miteinander verbunden. Gerade bei der letzten genannten Verbindung spielt das Clinchen/Toxen als Durchsetzfügeverfahren eine besondere Rolle.

Auch Kunststoff findet sich im Karosseriebau wieder. Häufig werden Stoßfänger aus Kunststoff gefertigt und auch die Außenhaut von Türen und Hauben wird als Body-Panel aus Kunststoff gefertigt. Moderne Verfahren erlauben dabei eine genaue Farbgebung des Kunststoffes, der sich nicht mehr vom der übrigen Lackierung des Fahrzeugs unterscheiden lässt.  

Kunststoffteile Blau, Stahlteile Silber
Kunststoffteile blau, Stahlteile silbern