Forschung

 

Im Fachgebiet Fahrzeugkonzepte wurden in den letzten Jahren in Teamarbeit vielfältige innovative Ideen rund um das Kraftfahrzeug als Konzept entwickelt. Einige ausgewählte  Berichte werden nachfolgend dargestellt.

 

Der Transport von Kleinutensilien in Großraumlimousinen von den hinteren zu den vorderen Sitzreihen könnte zukünftig verstärkt von Interesse sein.

 T. Bauer, M. Brinkmann, J. Leddin, R. Trispel:
Konzeptentwurf für ein Interieur-Dachtransportsystem

 

 

Zum Thema "Transport von Fahrrädern" mit dem Pkw zeigt die nachfolgende Arbeit eine Variante, bei der mit Hilfe einer einfachen Kofferraumerweiterung in einer klassischen Stufenhecklimousine ein Fahrrad spontan auf die Schnelle transportiert werden könnte.

E. Köseling, A. Thiele:

Entwicklung eines Schnellladesystems für Fahrräder

 

 

Bei Nutzfahrzeugen entspricht die Verwendung einer Ladebordwand dem Stand der Technik, bei kleineren Nutzfahrzeugen und Transportern jedoch nicht, da hier der Bauraum eingeschränkt ist. Könnte nicht die Hecktür eines Transporters so innovativ gestaltet werden, dass sie gleichzeitig auch als Ladebordwand dienen kann?

S. Beier, O. Haertel:
Ladetür "Hulk" für Kleintransporter

 

 

Eine hinten angeschlagene Fahrzeugtür darf unter bestimmten Voraussetzungen Verwendung finden. Eine Möglichkeit, neben der elektronischen, geschwindigkeitsgesteuerten Verriegelung, ist es, zunächst eine davor liegende, vorne angeschlagene Tür zu öffnen. Die Abmessung dieser davor liegenden Tür sind nicht definiert. In der folgenden Arbeit wird der Gedanke vertieft, die Vordertür eines Fahrzeuges hinten anzuschlagen und die Gesetzesforderungen durch eine kleine, davor liegende Tür zu erfüllen.

D. Gröning, S. Leszinski, W.G. Lim:
Zweigeteilte hinten angeschlagene Vordertür (Suicide Door)

 

 

Besitzer von Vans erfreuen sich an der Möglichkeit bei der Fahrt in den Wintersport die Skier in den Innenraum legen zu können. Das Verhalten von Skiern im Fahrzeuginnenraum bei schweren Unfällen ist wenig bekannt. Der nachfolgende Bericht analysiert konstruktiv die Möglichkeit einer crashsicheren Unterbringung von Skiern in einer Box im Innenraum von Vans.

T. Weidke, T. Wulfers, S. Volquardsen:
Konzeptentwurf eines crashsicheren Skiträgers im Innenraum für den Fahrzeugtyp Van

 

 

Luftlose Reifen sind aus dem militärischen Bereich und aus der Raumfahrt bekannt. Inwiefern die dort verwendete Technik auf die Stoßfänger von Kraftfahrzeugen übertragbar ist, untersucht ein Team mehrerer Studenten. Hintergrund der Überlegungen ist es, einen elastischen, reversiblen Stoßfänger zu entwickeln, der aber auch den heute gestellten Ansprüchen an Design und Bauteileintegration entspricht.

E. Beckmann, C. Kipp, F. Krüger:
Self-Repair-Bumper

 

 

Motorradfahrer wünschen sich bei Regen eine freie Sicht, die nicht durch Wasser auf dem Visier eingeschränkt wird. Die Anforderungen an einen Motorradhelm mit integriertem Wischer sind komplex, wie die nachfolgende Ausarbeitung zeigt.

T. Beier, D. Brandt, L. Gao, S. Zeretzke:
Motorradhelm-Wischer

 

 

Die Beladung von Kofferräumen kann bei sehr tiefen Kofferräumen unkomfortabel sein. Abhilfe soll ein Komfortladboden bringen, der bündig in den Boden integriert ist und über einen elektrischen Antrieb den Zugang zum Ladegut auch im hinteren Bereich des Kofferraums gewährleistet.

M. Lorenz, C. Schuberth, S. Stiehler, D. Won:
Auslegung eines Komfortladebodens

 

 

 

Elektrische Stadtfahrzeuge bieten die Möglichkeit völlig neuer urbaner Mobilitätskonzepte. Welche Auswirkungen die Koppelung mehrerer Elektrostadtfahrzeuge zu Fahrzeugverbänden auf das Fahrzeugkonzept hervorruft, wird im Bericht untersucht.

L. Busse, M. Kemnitz, M. Schneider, S. Rakitin:
Koppelbares Elektro-Stadtauto

 

 

 

Heizbare Lenkräder gehören seit einigen Jahren zur Sonderausstattung im gehobenen Fahrzeugsegment. Eine komfortable Ergänzung wäre neben einer Standklimatisierung des Fahrzeugs ein klimatisiertes Lenkrad, welches nicht nur geheizt, sondern auch gekühlt werden könnte.

D. Gänzler, F. Hanswillemenke, R. Katzorke, M. Riedel:
Klimatisiertes Lenkrad

 

 

 

 

 

 

Nutzwerterhöhung von Kraftfahrzeugen (älterer Beitrag, 2005, von W. Stedtnitz)

Die Entwicklung neuer Pkw-Konzepte zeigt seit einigen Jahren einen Trend zu gesteigerter Variabilität des Fahrzeuginnenraums hinsichtlich einer Erhöhung des Nutzwertes auf. Zunächst wurde hierunter eine Verbesserung der Nutzungsmöglichkeiten des Fahrzeuginnenraums zum Transport von Personen und Gepäck verstanden. Bei der klassischen Limousine war der Kofferraum vom Passagierraum unzugänglich abgetrennt im Heck des Fahrzeugs angeordnet. Als Alternative für Kunden mit erhöhtem Transportbedarf wurde die Kombilimousine angeboten. Anfang 1968 wurde bei VW das Baukastenprogramm mit einem Übergang vom Heckmotor zum wassergekühlten Frontmotor mit Frontantrieb verabschiedet. Im Rahmen der Konzeptfindung wurden ”der von Ludwig Kraus in Ingolstadt entwickelte, inzwischen als Audi 80 bekannte EA 838 und der in Wolfsburg unter Prof. Holste von Dr. Wenderoth begonnene EA 337, der heutige Golf” gebaut /1/. Der wesentliche Unterschied beider Konzepte lag im längs- bzw. quer eingebauten Frontmotor. Hinsichtlich der Nutzwerterhöhung bot das Konzept mit quer eingebautem Motor die beste Möglichkeit, bei kürzester Fahrzeuglänge den höchsten Transportnutzen zu bieten. Durch die klappbare Rückbanklehne entstand der variable Innenraum, dessen Variabilität in der weiteren Entwicklung - an statistische Sitzplatzbelegungen angepasst - durch die geteilt klappbare Rückbanklehne optimiert wurde.

Ende der 80iger, Anfang der 90iger Jahre wurde in der deutschen Automobilindustrie die Nutzwerterhöhung wieder intensiver diskutiert. Hierbei wurde zwar der Nutzen auch wieder als eine Art Erhöhung von Transportkapazität auf geringem Raumbedarf verstanden, hinzu kamen jedoch die Begriffe von ”fun cars” und ”Sports Utility Vehicels”. Freizeitartikel wie Mountainbikes und Surfbretter standen/lagen in den Büros der Packageabteilungen, wurden hinsichtlich ihrer Maße ausgewertet und in die CAD-Programme zur Fahrzeugentwicklung eingebunden. In der Konsequenz entstanden teilweise völlig neue Fahrzeugkonzepte wie Minivans und schlechtwegetaugliche Freizeitfahrzeuge sowie auch eine weitere Raumoptimierung der Limousinen und Compact Cars. Wichtige Merkmale dieser Fahrzeuge sind das zu öffnende Dach als wesentliches Element des fun-Charakters und eine gute Beladungsmöglichkeit. Letztere wird unter anderem durch die klappbare Beifahrersitzlehne erreicht, wobei für die Rückenlehne ein zweiter Drehpunkt vorgesehen wird, sodass bei einer Klappung eine ebene Ladefläche mit der ebenfalls geklappten Rückbanklehne entsteht.

Das Freizeitgefühl wird vom Kunden jedoch nicht zu jeder Zeit gewünscht, sondern soll sich nach Möglichkeit auf Knopfdruck oder Sprachbefehl variabel handhabbar einstellen.

Einen frühen Versuch, diesen Wunsch technisch zu realisieren, stellt der Prototyp des Audi Al2 dar (Bild 1) .


Bild 1: Prototyp Audi AL2 Open End mit versenkbarer ”Heckklappe” (Bild: Audi)



Diese auf einem Aluminiumspaceframe basierende Karosserie bietet die Möglichkeit einer in der Bodengruppe versenkbaren ”Heckklappe”. Das Dach ist somit vollständig von vorne bis zum Laderaumboden zu öffnen und dieser Zustand ist kundenwunschgemäß reversibel. Nachteilig ist, dass die Hohlräume zur Versenkung des Heckteils bei geschlossenem Heck nicht anderweitig zur Verfügung stehen und der Raum hierdurch nicht effizient genutzt wird. Hinzu kommt, dass es sich trotz der Plattformstrategie um ein kostspieliges Nischenprodukt handelt. Produziert wurde der Audi A2 in Aluminium-Spaceframe-Technik, aber mit ”normaler” Heckklappe.

Immer wieder gibt es auf diesem Gebiet Ansätze der Automobilindustrie eine Nutzwerterhöhung des Fahrzeugs zu erzielen und dabei gleichzeitig aktuelle Trends von Transportbedürfnissen zu erfüllen.

Im Studiengang Fahrzeugtechnik der HTW-Berlin wird schon seit vielen Jahren geprüft, inwiefern dem Trend zur Nutzwerterhöhung basierend auf einem Großserienprodukt entsprochen werden kann. Die Arbeiten konzentrieren sich hierbei auf die Möglichkeiten einer erweiterten Dachöffnung, ohne spezielle Hohlräume zur Versenkung vorzusehen. Als Vesuchsträger dient ein vom Forschungs- und Ingenieurzentrum der BMW AG in München dem Studiengang überlassener BMW 318i Compact mit Faltschiebedach (Bild 2).


Bild 2: Technologieträger BMW 318i Compact

Der Grundgedanke des Lösungsansatzes besteht darin, leicht entnehmbare und wieder einsetzbare Module an Stelle versenkbarer Karosserieteile zu gestalten. Das Fahrzeug wird durch ein entnehmbares Dachmodul im Heckbereich und eine entnehmbare Heckscheibe vollständig im Dachbereich geöffnet. Durch die entnehmbaren Module kann das Fahrzeug wieder in den Urzustand zurückversetzt werden, sodass der Nutzer mit einer Limousine und nicht mit einem Cabrio fahren kann. Während das Dachmodul im Kofferraum beliebig verstaubar ist, kann die Heckscheibe wegen ihrer Sperrigkeit nicht verstaut werden, ein gravierender Nachteil, den es zu beheben gilt.

Das Konzept wurde mit Unterstützung von Fahrzeugtechnikstudenten in weiten Teilen realisiert /2,3/.

Durch die Auftrennung des Dachs im Heckbereich entsteht eine Schwächung der Karosserie. Durch die Messung der Torsionssteifigkeiten vor und nach der Auftrennung des Dachs konnten die notwendigen Versteifungsmaßnahmen berechnet werden /3/. Zur Wiederherstellung der Strukturfestigkeit musste beim Versuchsfahrzeug ein Querträger im Dachbereich zwischen den B-Säulen eingeschweißt werden. Die geeignete Position des Trägers, die eine Beeinträchtigung der Passagiere ausschließt, wird mittels der SAE 3D H-Punkt- Messmaschine und eines Koordinatenmessgerätes gefunden (Bild 3).


Bild 3: SAE 3D-H-Punkt-Messmaschine und Koordinatenmessarm der Firma Faro zur Fahrzeugdigitalisierung



Der Verstärkungsträger wäre jedoch bei neueren Modellen nicht unbedingt erforderlich. So basieren z.B. das BMW 3er Coupé und das 3er Cabrio auf der gleichen Bodengruppe. Sollte sich das Konzept des HTW-Versuchsfahrzeugs als zielstrebig erweisen, so könnte der 3er Compact ebenfalls auf dieser Plattform aufbauen und benötigte diese Versteifung nicht mehr.

Neben dem entnehmbaren Dachrahmen und der Heckscheibe musste auch der obere Bereich der Heckklappe aufgetrennt werden. Hierdurch entstand zum einen eine beträchtliche Schwächung der Heckklappe und zum anderen lagen die Scharniere der Heckklappe im entnommenen Rahmenbereich /2/. Neue Scharnierdrehpunkte wurden mittels des Koordinatenmessarms der Firma FARO und der zugehörigen Software AnthroCam ermittelt und gefertigt. Das entnommene Heckklappensegment wurde am entnehmbaren Dachsegment verschraubt. Zur Versteifung der aufgetrennten Heckklappe, die nun die Form eines oben offenen ”U” hat, sind in den oberen Ecken Knotenbleche eingeschweißt.

Zur leichten Entnehmbarkeit der Heckscheibe wurde die Glasscheibe durch eine Plexiglasscheibe ersetzt. Durch die hierbei erzielte Gewichtseinsparung und mittels mehrerer Schnellverschlüsse ist eine Entnehmbarkeit möglich. Die Problemstellung besteht nun darin, dass diese Scheibe wegen ihrer Sperrigkeit nicht mitgenommen werden kann, bei einer Fahrt ohne Heckscheibe jedoch eine leicht im Fahrzeug verstaubare und installierbare Notscheibe zu entwickeln ist. Möglicherweise ist die Problemstellung aber auch nur durch ein völlig neues Scheibenkonzept, z.B. auf Basis von Lamellen, zu lösen.
 

Durch Umbau der Mechanik eines Mercedes A-Klasse Dachs konnte eine mehrteilige, elektrisch betätigte Scheibe realisiert werden, wobei im derzeitigen Prototypenstadium die Scheibensegmente nicht aus Glas bestehen, sondern aus GFK gefertigt wurden. Die Lamellenscheibe wird über die Fernbedienung der Schließanlage betätigt. Das Projekt zeigt, dass eine Lamellenheckscheibe von der mechanischen Seite her realisierbar ist. Eine große zukünftige Herausforderung werden noch die Abdichtung der Lamellen und aerodynamische wie aeroakustische Probleme darstellen.

Bild 4:
BMW 318 i Compact mit elektrisch betätigter Lamellenheckscheibe

 

Das zuvor beschriebene Beispiel eines Fahrzeugumbaus stellt nur einen Ausschnitt aus einer Fülle von Arbeiten zu Fahrzeugkonzepten dar. Weitere Beispiele zu Ablagenkonzepten, Fahrradtransport im und am Fahrzeug, Lastentransport, seniorengerechter Ein- und Ausstieg und vieles mehr wurden bereits bearbeitet.



Literatur

/1/ Eicker, Helmuth; Weitmann, Julius: Eine Idee gewinnt Gestalt. In: Motor Revue, Jahresausgabe 1974/75, S. 76-85
/2/ Beitlich, Arne: Entwicklung einer alternativen Heckklappe für das Konzeptfahrzeug BMW 3er Compact. Diplomarbeit FHTW-Berlin, Studiengang Fahrzeugtechnik, Berlin SS 1998
/3/ Starick, Clemens: Konzeptanalyse und Entwicklung eines entnehmbaren Dachsegments im Fahrzeugheckbereich. Diplomarbeit FHTW-Berlin, Studiengang Fahrzeugtechnik, Berlin WS 1997/98