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

347 Pages·2006·16.152 MB·German

by  Jörg Grabner, Richard Nothhaft

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 Aufl age
mit 136 Abbildungen
1 3
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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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 Genera-
tion“ eingeführt, die im Wesentlichen die Funktionalität eines „elektroni-
schen Zeichenbretts“ besaß.
Heute bietet die virtuelle Produktentwicklung hochkomplexe, multifunkti-
onelle Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. die virtuelle Erzeugung von Sty-
lingmodellen mit CAS-Systemen, die virtuelle ergonomische Optimierung
von Einstiegs-, Sitz-, Bedien- und Anzeigekonzepten, die Simulation von Fer-
tigungsvorgängen 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 Entwick-
lungszeit 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 Karosserietech-
nik ein, ohne sich in Details zu verlieren. Auf diese Weise ist der Entwick-
lungsfortschritt 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 Ingenieurwissenschaf-
ten sowie an in der Industrie tätige Fachleute. Es wird sicher – wie bereits die vor-
herigen 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 Kon-
struktion 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-Ka-
rosserien nicht mehr denkbar. Die unterschiedlichen Systeme werden vorge-
stellt, die Vor- und Nachteile erklärt und an Beispielen wird die Vorgehens-
weise bei der Konstruktion erläutert.
Das Zusammenspiel zwischen Konstruktion, Versuchsaufbau, Testläufen
und nicht zuletzt das Datenmanagement mit angrenzenden Subunterneh-
mungen werden gezeigt. Darüber hinaus werden notwendige Qualitäts-Ma-
nagement-Systeme dargestellt, die schon im Vorfeld konstruktive Mängel zei-
gen können, deren Beheben eine spätere Serienproduktion qualitativ erheb-
lich verbessert.
Im Sinne einer chronologischen Fortschreibung der Karosseriekonstrukti-
onsmethodik und aufgrund des rasanten Verlaufs des CA-Zeitalters ist es
nunmehr erforderlich, das Konstruieren mit CATIA V5 – und den damit ver-
bundenen parametrischen Ansatz – anhand ausgewählter Beispiele zu erläu-
tern.
München, Dezember 2005 Jörg Grabner, Richard Nothhaft
Inhaltsverzeichnis
Begriffsdefinitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
A Allgemeine Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Einführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Quality–Function–Deployment QFD . . . . . . . . . . . . . . . 2
3 Unterschiede zwischen manueller und CAD-Konstruktion. . . . 3
4 CA-Systeme und deren Einsatz im Karosseriebau . . . . . . . . 4
4.1 Was ist CATIA?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5 Richtlinien und Vorschriften. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Konzeptentwicklung/Projekthandhabung . . . . . . . . . . . . . 9
7 Ergonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7.1 Akzeleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
7.2 Ramsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7.2.1 Ramsisanwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
8 Styling und Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
8.1 Modellbezeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
8.2 Verschiedene Karosserieformen . . . . . . . . . . . . . . 19
9 Karosserieplan und Garagenzeichnung . . . . . . . . . . . . . . 21
10 Beschreibung eines Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
11 Aufgaben innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen . . . . . 22
11.1 Frühphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
11.2 Serienentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
11.3 Weiterentwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
12 Ableitung von Fahrzeug-Hauptabmessungen . . . . . . . . . . . 26
13 Innenraum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
13.1 Fahrersitzposition und Kopffreiheit . . . . . . . . . . . . 29
13.2 Komfortstellung im SRP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
13.3 Anordnung der Beine im Fußraum – Pedale . . . . . . . . 31
13.4 Beziehung Ball of Food/SRP und H30. . . . . . . . . . . . 32
13.5 Beziehung H-Punkt zu Lenkradposition . . . . . . . . . . 32
13.6 Abstand SRP vorn zu SRP hinten mit Kniefreiheitsmaß L48 33
13.7 Kopfraum Fahrer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
13.8 Sitzverstellfeld mit SRP-Zuordnung . . . . . . . . . . . . 35
14 Unterflur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
15 Motorraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
16 Gepäckraum und Volumenermittlung nach VDA. . . . . . . . . 38
XII Inhaltsverzeichnis
B CAD-Konstruktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Konstruktion mit CATIA V5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
17 Grundsätzliches zu CATIA V5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
18 Begleittext zu den Anwendungsbeispielen . . . . . . . . . . . . . 44
18.1 Sketcher Toolbars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
18.2 Standard Toolbars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
19 Beispiele V5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
19.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
19.2 Seitenwand nach Steve Logue . . . . . . . . . . . . . . . . 52
19.3 Mittelkonsole nach Christoph Kuttner . . . . . . . . . . . 73
19.4 Übungsbeispiel Halter I-Tafel . . . . . . . . . . . . . . . . 105
19.5 Part Design Toolbars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
19.6 Generative Shape Design Toolbars . . . . . . . . . . . . . 128
Konstruktion mit CATIA V4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
20 Rohbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
20.1 Vorderwand-Schnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
20.2 Stirnwand mit Heizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
20.3 Motorträger-Anbindungen (Y-Träger ) . . . . . . . . . . . 133
20.4 Bodengruppe/Querträger (Sitzaufnahmen)/
Kofferraumboden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
20.5 Varianten Limousine/Cabrio/Kombi . . . . . . . . . . . . 134
20.6 Säulen-A/B/C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
20.7 Gegenüberstellung Spaceframe – Schalenbauweise . . . . 139
21 Ausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
21.1. Ausstattung innen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
21.1.1 Schallisolierung – Akustik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
21.1.2 Instrumententafel – Luftkanäle . . . . . . . . . . . . . . . 141
21.1.3 Türverkleidung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
21.1.4 Sitz vorn – mit integriertem Gurt . . . . . . . . . . . . . . 142
21.1.5 Bodenverkleidung innen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
21.1.6 Kofferraumverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
21.2 Ausstattung außen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
21.2.1 Stoßfänger vorn/hinten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
21.2.2 Dachreling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
21.2.3 Außenspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
C Manuelle Konstruktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
22 Einführung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
22.1 Richtlinien und Vorschriften . . . . . . . . . . . . . . . . 147
22.2 Zeichnungsdetails . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
22.3 CAD und CAM im Karosseriebau . . . . . . . . . . . . . . 151
22.4 Ergonomische Forderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Inhaltsverzeichnis XIII
22.5 Modellvorentwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
22.6 Konzeptentwicklung und Projekthandbuch . . . . . . . . 156
22.7 Styling und Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
22.8 Tapes und Renderings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
22.9 Konstruktion und Strakverfahren. . . . . . . . . . . . . . 158
22.9.1 Verteilersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
22.10 Modelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
23 Karosserie allgemein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
23.1 Rohkarosserie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
23.2 Karosseriestruktur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
23.3 Karosserierohbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
24 Vorderwagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
24.1 Vordere Stoßfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
24.2 Scheinwerfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
24.3 Frontklappe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
24.4 Reifenfreigang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
25 Fahrgastzelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
25.1 Ausklappung der A-Säule mit Frontscheibe . . . . . . . . 169
25.2 Ermittlung des Scheibenflansches. . . . . . . . . . . . . . 170
25.3 Darstellung der Wischfelder. . . . . . . . . . . . . . . . . 171
25.4 Stirnwand. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
25.5 Säulen allgemein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
25.6 A-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
25.7 B-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
25.8 C-Säule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
25.9 Tür . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
25.10 Türscharniersysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
25.11 Anforderungen an Türschlösser. . . . . . . . . . . . . . . 181
25.12 Fensterhebersysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
25.13 Dach allgemein. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
26 Hinterwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
26.1 Hintere Seitenwand allgemein. . . . . . . . . . . . . . . . 184
26.2 Reifenfreigang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
26.3 Heckklappe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
26.4 Heckabschlussblech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
26.5 Hintere Stoßfänger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
26.6 Exterieur-Konstruktion allgemein . . . . . . . . . . . . . 188
27 Innenraum (Interieur) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
27.1 Innenraumgestaltung allgemein . . . . . . . . . . . . . . 188
27.2 Bedienteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
27.3 Instrumententafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
27.4 Sicht auf Instrumente und Entspiegelung . . . . . . . . . 192
27.5 Türverkleidung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
27.6 Sitze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
XIV Inhaltsverzeichnis
27.7 Ein- und Ausstieg. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
27.8 Gesetze und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
27.9 Abkürzungen der Nationalitätenkennzeichen . . . . . . . 205
27.9.1 Gebräuchliche Abkürzungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 205
28 Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
D Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
E Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323