Werkstoffe und Bauweisen in der Fahrzeugtechnik

ISBN-13: 9783662652688 / Niemiecki / Twarda / 2024

Horst E. Friedrich

Opis

Das Buchkonzept folgt der Logik, wonach fahrzeugtechnische Innovationen vorrangig durch eine integrale Betrachtung der drei Bereiche Werkstoffe (deren Eigenschaften), Bauweisen (der Art der Konstruktion) und Verfahren (der Herstellung, Verarbeitung und Montage) entstehen können. Folglich kommt Werkstoffen und Bauweisen eine querschnittliche Systemrolle in der Produktentstehung von Fahrzeugen zu.

Das Buch beruht in weiten Kapiteln auf den Vorlesungen des Herausgebers an der Universität Stuttgart und der Technischen Universität Berlin sowie in ausgewählten, aktualisierten Teilen auf seinem ATZ/MTZ-Fachbuch Leichtbau in der Fahrzeugtechnik. 

Dem starken Anwendungsaspekt wird durch bewährte und neuartige, zukunftsfähige Werkstofflösungen Rechnung getragen. So werden aktuell auch veränderte Paradigmen zur Transformation in der Automobilindustrie, die Rolle von automatisierten, modularen und elektrifizierten Fahrzeugkonzepten adressiert. Auch wird schließlich die mögliche Evolution von Werkstoff- und Bauweisen-Systemen in die Zukunft skizziert.

Spis treści

Vorwort

 

Die Kapitel und ihre Autoren

 

Autorenverzeichnis

 

Formelverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

 

1.       Werkstoffe als Treiber von Innovationen                                                          F

1.1.   Zum Umfeld des Themas                                                                               

1.2.   Schlüsseltechnologie Werkstoffe und Bauweisen im Automobil

1.3.   Ein Blick zurück

1.4.   Materialanteile im Automobilbau

1.5.   Anforderungen, Trends und Potenziale

 

2.       Allgemeine Bauweisen im Fahrzeug                           G                                                                                       

2.1.   Modulbauweise                                                                                              

2.2.   Differentialbauweise

2.3.   Integralbauweise

2.4.   Verbundbauweisen

2.5.   Hybridbauweise

2.6.   Evolution der Bauweisen

 

3.       Leichtbau                         

3.1.   Motivation für die „Königsdisziplin“ Leichtbau                                        E

3.2.   Kenngrößen und Leichtbaukennzahlen 

3.3.   Allgemeine Auslegungsstrategien und Leichtbaustrategien

3.4.   Stoff-Leichtbau

3.5.   Form-Leichtbau

3.6.   Konzept-Leichtbau

3.7.   Bedingungs-Leichtbau

 

4.       Bauweisen der Karosserie                                                                                     S

4.1.   Anforderungen an die Werkstoffe der Karosserie                                     

4.2.   Eigenschaften und Kennwerte der Karosserie

4.3.   Energieabsorbierende Strukturen und Materialien

4.4.   Status und Trends zu wichtigen Bauweisen

4.5.   Fokus Mischbauweise

5.       Bauweisen des Fahrwerks 

5.1.   Anforderungen an Fahrwerkskomponenten

5.2.   Anwendungsfall Schraubenfeder                                                                 

5.3.   Anwendungsfall Blattfeder aus GFK

                                                                                                                                                                          F

5.4.   Fallbeispiel Bremsscheiben                                                                           

5.5.   Ausführungsbeispiele zur Evolution Fahrwerk

5.6.   Entwicklungsbeispiel Radführende Querblattfeder und NFZ-Vierpunktlenker

5.7.   Forschungsprojekt DLR-LEICHT                                                                                                              Z

 

 

6.       Bauweisen des Antriebsstranges

6.1.   Anforderungen und Werkstoffspektrum                                                    

6.2.   Trag- und Gehäusestrukturen                                                                       

 

6.3.   Triebwerksteile     

6.4.   Ventiltrieb              

6.5.   Sonstige Bauteile im Antrieb                                                                         

6.6.   Verfahren zur Lebensdauersteigerung                                                        

6.7.   Ausführungsbeispiele                                                                                     

 

7.       Potenziale relevanter Werkstoffe im Fahrzeugbau                                         E

7.1.   Stahllegierungen   

             

7.2.   Aluminium-Legierungen

7.3.   Magnesium-Legierungen

  

7.4.   Titanlegierungen

7.5.   Polymerwerkstoffe im Fahrzeug

7.6.   Faserverbundwerkstoffe

 

 

8.       Paradigmenwechsel für die Werkstoffwahl                                                       F

8.1.   Life-Cycle-Assessment als Entscheidungshilfe                                           

8.2.   Ökologische Bewertung von Fahrzeugwerkstoffen

8.3.   Werkstoffe und Bauweisen im End-of-Life-Konzept

8.4.   Resilienz von Lieferketten und robuste Strategien für die automobile Transformation

 

9.       Werkstoffsysteme mit Zukunft                             G                                                                                       

9.1.   Potenziale der Smart Systems

9.2.   Energiewandlung durch Thermoelektrik

9.3.   Verbunde mit Holz

9.4.   Anwendungen der Nanotechnologie

9.5.   Schlüsselfaktoren Batterie und Brennstoffzelle für die Elektromobilität

9.6.   Rolle von Künstlicher Intelligenz und Quanten-Computing

9.7.   Moderne Fahrzeug- und Bauweisen-Konzepte für die Transformation Automobil

O autorze

Prof. Dr. H. E. Friedrich studierte Maschinenwesen an der Technischen Universität München. Nach Tätigkeiten in der Maschinenbauindustrie und der Unternehmensberatung geht er 1986 in die Luftfahrtindustrie. In leitenden Funktionen arbeitet er vorwiegend an neuen Bauweisen und Werkstoffen für Flugzeuge sowie an Flugtriebwerken und der Verkürzung der Produkteinführungszeiten. 1996 wechselt Dr. Friedrich als Leiter der Fahrzeug-Forschung zur Volkswagen AG nach Wolfsburg, wo er zuletzt als Leiter der Konzernforschung Werkstofftechnik und Fahrzeugkonzepte arbeitet. Hier koordinierte er u.a. Fahrzeug-Projekte mit elektrischen Antrieben, Hochleistungsbatterien und Brennstoffzellen, neuen Leichtbaustrukturen mit Mg- und CfK-Bauweisen sowie das erste „1‑Liter-Auto“.

2004 geht Dr. Friedrich als Direktor des neugegründeten Institutes für Fahrzeugkonzepte zum Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. nach Stuttgart, welches er aufbaut und bis 2020 leitet. Forschungsschwerpunkte sind dabei neue Konzepte für Straßen- und Schienenfahrzeuge, technologische Forschungsarbeiten adressieren Alternative Antriebe und Energiewandlung, des weiteren neue Werkstoffe, Leichtbau und Hybridbauweisen. Außerdem wird er Professor an der Universität Stuttgart für das Lehrgebiet Fahrzeugkonzepte.

Prof. Friedrich war Mitglied im Direktorium der International Magnesium Association (IMA), USA, im Kuratorium des Magnesium Research Institutes (MRI) in BeerSheva, Israel und des Forschungsinstitutes für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren (FKFS) in Stuttgart.  Er war zum Beirat bei e-mobil BW des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg bestellt und bei eMobil BW sowie im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West.

Prof. Friedrich ist im Mobility Advisory Board des Swiss Competence Center for Energy Research (SCCER), Zürich, hat seit vielen Jahren einen Lehrauftrag an der Technischen Universität Berlin für Werkstoffe und Bauweisen in der Fahrzeugtechnik und arbeitet international als beratender Ingenieur.

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Das Buchkonzept folgt der Logik, wonach fahrzeugtechnische Innovationen vorrangig durch eine integrale Betrachtung der drei Bereiche Werkstoffe (deren Eigenschaften), Bauweisen (der Art der Konstruktion) und Verfahren (der Herstellung, Verarbeitung und Montage) entstehen können. Folglich kommt Werkstoffen und Bauweisen eine querschnittliche Systemrolle in der Produktentstehung von Fahrzeugen zu.

Das Buch beruht in weiten Kapiteln auf den Vorlesungen des Herausgebers an der Universität Stuttgart und der Technischen Universität Berlin sowie in ausgewählten, aktualisierten Teilen auf seinem ATZ/MTZ-Fachbuch Leichtbau in der Fahrzeugtechnik. 

Dem starken Anwendungsaspekt wird durch bewährte und neuartige, zukunftsfähige Werkstofflösungen Rechnung getragen. So werden aktuell auch veränderte Paradigmen zur Transformation in der Automobilindustrie, die Rolle von automatisierten, modularen und elektrifizierten Fahrzeugkonzepten adressiert. Auch wird schließlich die mögliche Evolution von Werkstoff- und Bauweisen-Systemen in die Zukunft skizziert.

Der Inhalt

Werkstoffe als Treiber von Innovationen.- Allgemeine Bauweisen im Fahrzeug.- Königsdisziplin Leichtbau.- Bauweisen der Karosserie.- Bauweisen des Fahrwerks.- Bauweisen des Antriebsstranges.- Potenziale relevanter Werkstoffe im Fahrzeugbau.- Paradigmenwechsel für die Werkstoffwahl.- Werkstoffsysteme mit Zukunft.

Die Zielgruppen 

- Ingenieure in Forschung, Entwicklung und Produktion der Fahrzeugindustrie

- Techniker und Ingenieure in Automobil- und Zulieferindustrie sowie bei Dienstleistern

- Produktverantwortliche in der Metall- und Kunststoffindustrie

- Entwickler zukunftsfähiger  Fahrzeuganwendungen mit Stahl, Aluminium und Magnesium

- Studierende an Hochschulen und Universitäten im Bereich Werkstoffe und Bauweisen              

   in der Fahrzeugtechnik

Der Herausgeber

Dr.-Ing. Horst E. Friedrich arbeitete in leitenden Industriefunktionen an neuen Fertigungstechnologien für Flugzeuge und Flugtriebwerke,  anschließend als Leiter der Fahrzeug-Forschung von Volkswagen in Wolfsburg, verantwortlich für Werkstofftechnik und Fahrzeugkonzepte. 2004 ging Dr. Friedrich nach Stuttgart als Professor an die Universität für das Lehrgebiet Fahrzeugkonzepte und als Direktor des neugegründeten Institutes für Fahrzeugkonzepte des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.), welches er aufbaute und bis 2020 leitete. 

Prof. Friedrich nimmt einen Lehrauftrag an der Technischen Universität Berlin für Werkstoffe und Bauweisen in der Fahrzeugtechnik wahr und arbeitet international als beratender Ingenieur.