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Neue Stufe in der Leichtbau-Qualität R8: Die Karosserie

Natürlich ist bei der Karosserie eines Hochleistungs-Sportwagens zunächst die äußere Form entscheidend: Das Design muss die Herzen der Auto-Enthusiasten erreichen. Aber auch auf der technischen Seite hat die Metallstruktur besondere Anforderungen zu erfüllen: Für maximale Fahrdynamik muss die Karosserie eines Sportwagens leicht sein. Sie braucht zugleich eine hohe Steifigkeit als Voraus­setzung für ein besonders präzises Fahrverhalten, für einen hohen Qualitäts­eindruck und auch für ein angenehmes Geräuschbild. Dann ist natürlich eine gute Aerodynamik gefragt – nicht nur um eine beeindruckende Höchstgeschwindigkeit zu erreichen, sondern ebenso für Fahrstabilität und Fahrsicherheit. Und nicht zuletzt ist die passive Sicherheit bei einem Sportwagen ebenso entscheidend wie bei jedem anderen Modell.Der perfekte Weg zu all diesen Zielen ist der Audi Space Frame (ASF). Die bahnbrechende Aluminium-Technologie hat Audi Anfang der 90er Jahre für den A8 der ersten Generation entwickelt und seither in vielen Schritten weiter perfektioniert. In der ASF-Technologie setzt sich das tragende Gerüst der Karosserie aus Aluminium-Strangpressprofilen und Druckgussteilen zusammen. In dieses Skelett sind Aluminium-Bleche kraftschlüssig und mittragend eingebunden. Jede einzelne Komponente des ASF Space Frame ist für die spezifische Aufgabe mit ganz unterschiedlichen Formen und Querschnitten optimiert und vereint so höchste Stabilität mit möglichst geringem Gewicht.Audi ist weltweit führend im Aluminium-Leichtbau von Automobilen. Bei der Entwicklung des Hochleistungs-Sportwagens kam das neueste Know-how für Berechnung und Optimierung jeder Komponente zum Einsatz. Zudem bestehen die Struktur-Bauteile des R8 aus innovativen Aluminiumlegierungen; sie zeichnen sich durch erhöhte Festigkeit aus und bieten damit die Möglichkeit zu weiterer Gewichtsreduzierung.

Extrem steif bei geringem Gewicht

Die komplette Rohkarosserie des Audi R8 wiegt nur 210 Kilogramm. Dabei markiert sie in der so genannten Leichtbaugüte einen absoluten Bestwert unter den Sportwagen-Wettbewerbern: Betrachtet wird hier das Verhältnis von Karosseriegewicht zu Torsionssteifigkeit, bezogen auf die Größe des Fahrzeugs. Demnach ist der R8 besonders leicht und steif zugleich, was in einem Fahrgefühl von höchster Präzision spürbar wird.

Aufgebaut ist die Karosserie zu 70 Prozent aus Strangpressprofilen, 22 Prozent aus Blechteilen und acht Prozent aus Vakuumguss-Knoten. Von den Strang­pressprofilen ist jedes einzelne in Profil und Querschnitt für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert. Eine Besonderheit ist der Dachbogen, der seine Gestalt durch Innenhochdruckumformung bekommt: Hier wird das Profil durch eine Flüssigkeit von innen unter Druck gesetzt und in Form gepresst. Damit ist eine komplexe Gestaltung möglich, die mehrere Karosseriebauteile einspart. Auch dies dient größtmöglicher Präzision im Sinne der Audi-Qualitätsphilosophie. Außer­dem hält die aufwändige Konstruktion die A-Säule schmal und damit die Sichtverdeckung nach schräg vorne gering.

Hoch komplexe Bauteile sind ebenfalls die Gussknoten. Sie verbinden nicht nur die Profile, sondern erfüllen zusätzliche Aufgaben: Der Knoten an der A-Säule beispielsweise verbindet die A-Säule mit der Bodenstruktur, nimmt die Stoßdämpferhalterung auf und sogar die Befestigung der Scheibenwischer. Möglich sind solch komplizierte Formen nur durch ausgeklügelte Konstruktions- und Berechnungsprogramme.

Im Space Frame des R8 wird zum ersten Mal auch ein tragendes Bauteil aus Magnesium-Druckguss eingesetzt. Dabei handelt es sich um den Motorrahmen, der die Hinterwagenstruktur im oberen Bereich versteift. Für dieses Bauteil hat sich der Werkstoff Magnesium in Gewicht und Steifigkeit als optimal erwiesen.

Die Manufaktur: Präzision in Kleinserie

Passend zum exklusiven Anspruch des Audi R8 wird seine Karosserie weitgehend von Hand aufgebaut. So setzen hoch qualifizierte Spezialisten für die Verbindung von Guss- und Profilteilen Schweißnähte von insgesamt 99 Meter Länge. Die Blechteile der Struktur werden mit insgesamt 782 Stanznieten und 308 auto­matisch gesetzten, selbst furchenden Schrauben verbunden. Für diese speziell entwickelten, so genannten Flow-Drill-Schrauben, wird kein Vorloch gebohrt, sondern sie werden mit hoher Kraft in das volle Material gesetzt. Das schafft eine besonders stabile Verbindung. Zum Einsatz kommen im Rohbau insgesamt 38 Schweißgeräte, fünf Nietzangen und ganze fünf Roboter – für besonders „kraftvolle“ Arbeitsgänge.

Die Arbeitsweise in der Karosserie-Manufaktur ist gekennzeichnet von höchster Präzision. So wird die Maßgenauigkeit jeder einzelnen Karosserie von einer vollautomatischen Messanlage auf zehntel Millimeter überprüft. Dieser Scanner arbeitet berührungsfrei und checkt mit seinen 95 Laser-Sensoren binnen fünf Sekunden insgesamt 220 Punkte an der Struktur. Zuvor schon werden sämtliche 52 Anbindungspunkte für Fahrwerk und Lenkung in einem Arbeitsgang an der fertigen Karosseriestruktur gebohrt und gefräst. Damit wird höchste Präzision in der Achsgeometrie sichergestellt.

Computer-Tomograph: Qualität im m-Bereich

Ein weiteres Beispiel für das absolute Qualitätsstreben bei Audi ist der neue Computertomograph zur gründlichsten Überprüfung von kleinsten Bauteilen bis hin zu kompletten Karosserien. Computertomographen kennt man vor allem aus der Humanmedizin, wo sie durch fein aufgelöste Darstellung und drei­dimensionale Bilder zuvor nicht gekannte Einblicke in den Körper ermöglichen.

Audi hat in Neckarsulm jetzt einen weltweit einmaligen Computertomographen (CT) installiert, dessen Röntgenstrahlen selbst Fehlern im Bereich eines m-Meters auf die Spur kommen. Das entspricht etwa einem Hundertstel eines Haardurch­messers. In erster Linie prüft der CT Verbindungspunkte im Aluminium-Leichtbau auf ihre perfekte Ausführung und durchleuchtet dabei scheibchenweise Schweißnähte oder Stanzverbindungen. Das Ganze funktioniert zerstörungsfrei: Die Anlage ist groß genug, den kompletten Aluminium Space Frame des R8 in einem Stück aufzunehmen. Ebenso können hier kleinste Elektronik-Komponenten von drei Millimeter Größe gecheckt werden.

Während der Drehung des Objekts im Röntgenstrahl erstellt der Computer­tomograph für 100 bis 1.000 verschiedene Winkelstellungen Röntgenprojektions­bilder. Aus diesen Aufnahmen lassen sich 3D-Rekonstruktionen des Prüfungs­objekts errechnen: Der Betrachter kann danach die Schweißnaht oder das Elektronik-Bauteil von innen „durchfliegen“, um aus jeder Perspektive einen Eindruck von der physischen Beschaffenheit zu bekommen.

Aerodynamik: Das Spiel mit dem Wind

In der Aerodynamik gibt es natürlich eine besonders enge Verwandtschaft zwischen dem Straßensportwagen Audi R8 und seinem Namensgeber von der Rennstrecke in Le Mans. In beiden Fällen ist ein niedriger Luftwiderstand wichtig, für eine hohe Endgeschwindigkeit ebenso wie für moderaten Verbrauch. Ebenso ist in beiden Fällen Abtrieb hilfreich, für gutes Handling und optimale Fahrsicherheit auch bei hohen Geschwindigkeiten. Denn bei den meisten Straßenautos und sogar bei vielen Sportwagen sorgt die durchströmende Luft bei hohen Geschwindigkeiten für teilweise deutlichen Auftrieb. Das bedeutet, dass sich die Gewichtskraft an den Rädern reduziert und damit die Fahrstabilität beeinträchtigt wird.

Rennfahrzeuge dagegen produzieren Abtrieb: Je schneller sie fahren, umso mehr drückt die Gewichtskraft die Räder auf den Boden. Das erhöht zwar den Luftwiderstand, gibt aber Stabilität beim Bremsen aus hohem Tempo und erlaubt höhere Kurvengeschwindigkeiten. Rennfahrzeuge tragen dazu allerdings mächtiges Flügelwerk und die Böschungswinkel vorne sind durch die tief heruntergezogenen Frontschürzen nicht gerade alltagstauglich – Lösungen, die sich bei einem eleganten Straßensportwagen verbieten.

Wie beim Rennsportwagen für Le Mans war bei der Entwicklung des Serien-R8 der Abtrieb wichtiger als geringer Luftwiderstand. Wie aber die Aerodynamiker bei Audi diese Aufgabe gelöst haben, zeigt der Wettbewerbsvergleich: Mit einem cW-Wert von 0,345 hat der R8 unter den Sportwagen mit Abtrieb den geringsten Luftwiderstand. Deshalb vermag der Luftwiderstand erst bei einer Höchst­geschwindigkeit von 301 km/h die Vortriebsleistung des Motors auszugleichen.

Diffusor-Prinzip aus dem Rennsport

Erreicht wird der Abtrieb durch den ausfahrbaren Heckspoiler und den Diffusor-Unterboden. Der Heckspoiler greift ab Tempo 100 in das Spiel mit dem Wind ein, unterhalb von 35 km/h zieht sich der Spoiler wieder bündig in die Karosserie zurück. Selbstverständlich lässt er sich auch per Tastendruck ausfahren und arretieren, etwa für den Einsatz auf der Rennstrecke. Das Innenteil des Heck­spoilers ist mit einer besonderen Gitterstruktur gefüllt: Ausgefahren beeinträchtigt es die aerodynamische Wirkung nicht, bei eingefahrenem Spoiler aber leitet es zusätzlich Wärme aus dem Auspuffbereich ab.

In der Wirkung noch wichtiger ist der voll verkleidete Unterboden mit den eingeformten Diffusoren an der Front, vor den hinteren Radhäusern und vor allem am Heck. Sie lassen zwischen Fahrzeug und Fahrbahn leichten Unterdruck entstehen, der das Auto an der Straße „festsaugt“. Mit dem Diffusor-Unterboden schließt sich der Kreis zum Rennsportwagen wieder, der dasselbe Aerodynamik-Prinzip nutzt. Auch die Berechnungs- und Erprobungsmethoden, etwa im Windkanal mit beweglichem Untergrund, sind dieselben wie beim Rennwagen.

Der voll verkleidete Unterboden deckt auch Motor und Getriebe ab, nur für den Trockensumpf des Schmiersystems und für die Motorraumbelüftung bleiben kleine Öffnungen. Auch hier war viel Feinarbeit mit Berechnungsmodellen für die Motorraumdurchströmung nötig, damit beispielsweise die auf der Fahrzeug­oberseite ausströmende Luft die Aerodynamik nicht ungünstig beeinflusst.

Bei Sportwagen scheinbar nur ein Randthema, für Langstreckenkomfort und Alltagstauglichkeit dennoch sehr wichtig, ist die Aeroakustik: Audi hat hier seine große Erfahrung als Hersteller von Premium-Limousinen genutzt und den R8 zum Sportwagen mit den niedrigsten Windgeräuschen gemacht. Schließlich sollen Fahrer und Passagier auf langen Strecken ihre Kondition behalten und vom faszinierenden Sound des V8 oder der hohen Klangtreue des Bang & Olufsen-Soundsystems nicht abgelenkt werden.

Passive Sicherheit: solider Käfig

Die ASF-Bauweise liefert mit ihrer hohen Steifigkeit und ihrem Aufbau, der dem Sicherheitskäfig im Motorsport ähnelt, die Grundlage für ein ausgezeichnetes Maß an passiver Sicherheit. Die beiden Längsträgerebenen im Vorderwagen nehmen die bei einem Aufprall auftretenden Kräfte auf, bauen sie durch gezielte Verformung ab und leiten sie in die Tunnel- und Schwellerstruktur des Mittel­wagens ein. Auch gegen die Folgen eines Seitenaufpralls ist die Karosserie mit ihren exakt berechneten Profilen und Knoten an Seite und Unterboden bestens geschützt. Der Kraftstofftank ist absolut crashsicher in der Mitte des Fahrzeugs, vor dem Motor platziert.

Optimal darauf abgestimmt ist die Sicherheitsausstattung: Die beiden Frontairbags sind mit zweistufiger Auslösung versehen und entfalten ihre lebensrettende Wirkung in Kombination mit den Gurtstraffern und den Gurtkraftbegrenzern. In den Sitzlehnen verbergen sich die kombinierten Kopf-Thorax-Seitenbags, die bei Bedarf den kompletten Oberkörper von Fahrer und Beifahrer schützen. Das in die Kopfstützen integrierte Backguard-System reduziert bei einem Heckaufprall die Gefahr eines Schleudertraumas.

Vorsorge getroffen haben die Konstrukteure des R8 natürlich auch für die anderen Verkehrsteilnehmer: Dank der günstigen Kontur und der umfangreichen Optimierung der Frontpartie ist der Fußgängerschutz auf einem hohen Niveau. So ist das Frontend des Sportwagens mit einer speziell abgestimmten und sechs Zentimeter dicken Schicht aus Schaumstoff unterfüttert.

Die weitaus meisten Unfälle im Straßenverkehr sind jedoch vergleichsweise harmloser Natur. Auch dafür ist der R8 gut vorbereitet: Die Karosseriestruktur ist im Vorder- und im Hinterwagenbereich so verschraubt, dass jeder Crash bis 15 km/h Aufprallgeschwindigkeit – und das ist der Großteil der Blechschäden – ohne Schweißarbeiten repariert werden kann. Zudem sind auch alle Blechteile der Außenhaut, mit Ausnahme des Dachs, mit der Struktur verschraubt und können ebenfalls einfach gewechselt werden. Und sollte doch eine größere Reparatur nötig werden: Durch die inzwischen langjährige Erfahrungen mit ASF-Karosserien sind die Audi-Betriebe bestens auf eine optimale Schadensbehebung vorbereitet.

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