Methodische Entwicklung eines Fahrzeugrahmens für ein stadttaugliches Elektroleichtfahrzeug unter Berücksichtigung von ECODESIGN- und Leichtbauaspekten

Abstract

In der vorliegenden Arbeit geht es darum ein Konzept für einen Fahrzeugrahmen für ein Fahrzeug dieser neuen Gattung zu entwickeln. Dabei sollte, neben allgemeinen Anforderungen, besonders auf Themen der umweltgerechten Produktgestaltung und des Leichtbaus eingegangen werden. Ein Elektroleichtfahrzeug ist eine Fahrzeuggattung, welche auf neue Tendenzen und Forderungen bezüglich urbaner Mobilität eingeht und dadurch als zukünftige Lösungsmöglichkeit für den städtischen Individualverkehr gilt. Es wurde dabei so vorgegangen, dass mit einer technischen Analyse des Produktumfeldes über Anforderungen und verwandte Rahmenformen ein Überblick erlangt wurde. Aufbauend auf dieser wurde eine Umweltbilanzierung für das Gesamtfahrzeug mit ersten Abschätzungen erstellt, um dann später wissen zu können, welche Maßnahmen bei der Entwicklung des Rahmens wie auch des Gesamtfahrzeuges aus Umweltperspektive relevant waren. Die darauf folgende Konzeptionierung des Rahmens geschah über eine strukturelle Topolo-gieoptimierung mittels der Methode der finiten Elemente. Die dort gefundene Struktur wurde anschließend noch halbzeuggerecht interpretiert und über eine Dimensionierungsoptimierung ausgelegt. Bei diesem Ergebnis sollte es sich nur um ein Konzept handeln, welches weder Anspruch auf eine fertigungsgerechte Ausdetaillierung noch die Detailentwicklung von Funktionsträgern wie Radaufhängung, Lenkgetriebe, Sitzhalterung oder Gepäckaufnahme stellt. Diese Funktionen und bereits dazu ausgewählte Lösungsvorschläge sollten zwar bei der Rahmenentwicklung mitbedacht werden, stellten aber jedes für sich noch einmal abgetrennte Aufgaben dar, welche hier nicht behandelt werden sollten.

The present thesis is aimed to develop a concept for a structural frame for this new vehicle type. In doing so it deals with aspects of Ecodesign and lightweight construction besides the general specifications. The light electric vehicle is a type of vehicle which is intended as an answer to new trends and demands in urban mobility. The course of action was to begin with an assessment of the technical product field to gain an overview of the general product specifications and related frame structures. Based on this an environmental assessment of the entire vehicle was developed to get knowledge of which steps, during the development of the frame and the complete vehicle, are relevant from an environmental perspective. The following conceptual design of the frame was done with a structural topology optimization using the finite elements method. The resulting design was interpreted to be contrivable with semi-finished products and the dimensioning was done with a size optimization. The result should be only a concept, in a way that the design is not suitable for production but designed with manufacturing kept in mind. A detailed development for construction group like the wheel suspension, steering gear and attachments for the seat and luggage was not part of the thesis. These functions and tentative solutions for them should be taken into consideration while designing the frame, although they form detached individual issues separately, which are not covered here.