Porsche Die neue 911er Leichtbau-Karosserie

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Lorenz P. Heinisch, Porsche-Karosserieentwicklung / Michael Ziegler

Mit dem neuen 911 Carrera läutet Porsche eine Trendwende dieser Baureihe ein: Erstmals ist eine Fahrzeuggeneration trotz gestiegener Produktsubstanz leichter als der Vorgänger. Möglich macht das vor allem die Karosserie in Aluminium-Stahl-Mischbauweise.

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Der Rohbau des neuen Porsche 911 Carrera ist durch Aluminium-Stahl-Hybridbauweise um 48 Kilogramm leichter als beim Vorgängermodell.
Der Rohbau des neuen Porsche 911 Carrera ist durch Aluminium-Stahl-Hybridbauweise um 48 Kilogramm leichter als beim Vorgängermodell.
(Porsche)

Mit dem Debüt der neuen 911-Carrera-Generation gingen grundlegende technische Neuerungen im Karosserie-Rohbau einher: Nie zuvor waren in den Lastenheften der Baureihe die Gewichtsziele für das Gesamtfahrzeug so ehrgeizig gesteckt, und nie zuvor wurde deren Umsetzung so stringent verfolgt. Den größten Beitrag dazu leistete die Rohkarosserie.

Die Entscheidung, den Rohbau des neuen Porsche 911 Carrera zu großen Teilen aus Aluminium zu fertigen, fiel im März 2007. Die Vorentwicklung im Entwicklungszentrum Weissach war bereits seit Längerem auf diesem Gebiet tätig. Sie untersuchte bereits seit 2002 intensiv eine Aluminium-Stahl-Mischbauweise und hatte 2005 mehrere Prototypen auf Basis des Vorgängermodells zu Erprobungszwecken aufgebaut. Diese beinhalteten bereits weitgehend das jetzt umgesetzte Materialkonzept.

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Vier wesentliche Gewichtshypotheken

Die in den Lastenheften vorgegebene Gewichtsreduzierung des Gesamtfahrzeugs beginnt in der Regel zum Start der Serienentwicklung mit der Bilanz der sogenannten Gewichtshypotheken. Damit bezeichnet man die theoretischen Gewichtszuwächse, die beim Nachfolgemodell zwangsläufig durch technische Produktaufwertungen entstehen. Für den neuen 911 Carrera wurden vier wesentliche Blöcke von Gewichtshypotheken ermittelt und quantifiziert: erhöhte Sicherheitsanforderungen, verbesserte Produktsubstanz, deutliche Radstandsverlängerung um 100 Millimeter sowie antriebsseitige Maßnahmen zur Verbrauchsreduzierung. Ausgehend vom Gewicht der Vorgängergeneration stieg dadurch das theoretische Gewicht für einen Nachfolger gleicher Bauweise um über 58 Kilogramm.

Diese Gewichtshypothek war der Ausgangspunkt beim Start der Leichtbauoffensive, in deren Zentrum der Karosseriebereich lag. Die komplett neue Aluminium-Stahl-Hybridbauweise im Rohbau senkte das Gewicht gegenüber dem Vorgängermodell um 48 Kilogramm. Dazu kommen die Türen mit einem Rohbau aus Aluminium, die gegenüber der bisherigen Stahlausführung um 14,5 Kilogramm leichter sind. Bei Interieurkomponenten sowie weiteren Einzelpositionen konnten weitere 17,5 Kilogramm eingespart werden. Insgesamt wiegt die Karosserie damit rund 80 Kilogramm weniger als das Vorgängermodell.

Antrieb, Fahrwerk und Elektrik

Auch die Bereiche Antrieb, Fahrwerk und Elektrik trugen zur Gewichtseinsparung bei, und zwar um weitere 17,5 Kilogramm. Insgesamt konnte somit – ausgehend vom theoretischen Gesamtgewicht nach bisheriger Bauweise einschließlich der Gewichtshypotheken – das Gewicht des Gesamtfahrzeugs um 98 Kilogramm reduziert werden. Das entspricht einer Gewichtserleichterung von 40 Kilogramm im direkten Vergleich von zwei Generationen des 911 Carrera S mit Doppelkupplungsgetriebe.

Umkehr der Gewichtsspirale – erstmals wiegt der Elfer-Rohbau weniger als der des Vorgängers. Außerdem ist das Cabrio (bezüglich des Gerippegewichts) leichter als das Coupé.
Umkehr der Gewichtsspirale – erstmals wiegt der Elfer-Rohbau weniger als der des Vorgängers. Außerdem ist das Cabrio (bezüglich des Gerippegewichts) leichter als das Coupé.
(Porsche)

Schon vor der Lastenhefterstellung für den 911 wurde klar: Die ehrgeizig angesetzten Gewichtsziele wären nicht mehr über ein weiteres Vorantreiben des Stahlleichtbaus im Rohbau realisierbar gewesen. Vor diesem Hintergrund entstand die ausgeprägte Aluminium-Stahl-Mischbauweise als Rohbaukonzept für das neue Kernmodell. Sie folgt dem zentralen Entwicklungsauftrag: „Der geeignete Werkstoff, beanspruchungs- und funktionsgerecht an der richtigen Stelle des Rohbaus eingesetzt.“

Rohbauplattform fast vollständig aus Aluminium

Die Rohbauplattform besteht nahezu vollständig aus Aluminium. Aus diesem Material sind Pressteile, mehrere Druckgussbauteile, Strangpressprofile sowie unter Innenhochdruck umgeformte Bauteile gefertigt. Ein besonders gutes Beispiel für eine stark gewichtserleichterte sowie hochgradig Bauteil-integrierende Konstruktion ist der hintere Längsträger. Beim Vorgängermodell war die Konstruktion aus Stahl mit 14 Bauteilen je Fahrzeugseite. Bei der neuen Generation wurde diese weitgehend durch ein Großgussbauteil aus Aluminiumdruckguss ersetzt. Die Baugruppe besteht aktuell nur noch aus drei Bauteilen pro Fahrzeugseite. Alle Aufnahmepunkte der Hinterachsanbindung befinden sich nun toleranzreduziert auf einem Bauteil. Die lokalen Eingangssteifigkeiten wurden erhöht und das Gewicht dieser Baugruppe um 5,9 Kilogramm reduziert.

In die Stirnwand ist der bereits konzeptionell aus dem Vorgängermodell bekannte Rohrverbund aus ultrahochfesten borlegierten Stahlrohren integriert. Die Rohbau-Anbauteile – Türen, Deckel vorne und hinten sowie Kotflügel – bestehen grundsätzlich aus Aluminium. Eine Ausnahme bildet der Verdeckkastendeckel der Cabriolet-Variante. Die Seitenwandstruktur ist als Stahlbaugruppe erhalten geblieben, wobei auch hier das Gewicht gegenüber dem Vorgängermodell sank, insbesondere durch den deutlich verstärkten Einsatz ultrahochfester pressgehärteter Bauteile.

Grundwerkstoff Stahl in der Seitenwand

Die Entscheidung, den Grundwerkstoff Stahl in der Seitenwand beizubehalten, beruht im Wesentlichen auf zwei Sachverhalten: Zum einen sollte die Einteiligkeit des Seitenteiles außen, analog dem Vorgängermodell, auch bei nochmals gestiegener Styling-Komplexität mit ihren bewährten Vorteilen erhalten bleiben. Das wäre in einer Aluminiumausführung nicht möglich gewesen. Zum anderen bestand die produktionstechnische Restriktion, dass die auslaufenden Vorgängermodelle mit dem neuen Rohbau längere Zeit über eine gemeinsame Geometrielinie laufen mussten. In diese konnte gemäß Produktionslastenheft keine weitere Fügetechnik, neben dem nur für Stahlbleche geeigneten Widerstandspunktschweißen sowie Schmelzschweißverfahren, integriert werden.

Ultrahochfeste pressgehärtete (22MnB5) Bauteile finden sich – bezogen auf das Rohbaugewicht zu einem Anteil von 16 Prozent – im 911 Carrera Coupé im Wesentlichen in Bereichen, die die Fahrgastzelle umschließen. Das sind die B-Säulen innen und außen, der Dachrahmen sowie die A-Säulen innen. Im Cabriolet steigt der Anteil auf 20 Prozent. Bei der offenen Karosserie bestehen abweichend vom Coupé auch die Schwellerverstärkungen, Teile der Scharniersäule sowie die sogenannten Schachtverstärkungen aus diesem Werkstoff. Eingesetzt werden sowohl im direkten als auch im indirekten Verfahren hergestellte pressgehärtete Bauteile.

Mehr hoch- und höherfeste Stähle

Der Anteil der hoch- und höherfesten Stähle stieg im Vergleich zum Vorgänger weiter. Mikrolegierte höherfeste Stähle tragen zu 18 Prozent und Mehrphasenstähle zu 7 Prozent zum Gewicht des Karosserie-Rohbaus bei.

Coupé und Cabriolet werden beim 911er traditionell parallel entwickelt. Das Ziel dabei ist, möglichst hohe Gleichteilumfänge zwischen diesen Varianten zu gewinnen, ohne dass sich Nachteile für die Cabrio-spezifische Rohbau-Performance ergeben.
Coupé und Cabriolet werden beim 911er traditionell parallel entwickelt. Das Ziel dabei ist, möglichst hohe Gleichteilumfänge zwischen diesen Varianten zu gewinnen, ohne dass sich Nachteile für die Cabrio-spezifische Rohbau-Performance ergeben.
(Porsche)

Beim Cabriolet liegen die entsprechenden Werte bei 19 Prozent für die höherfesten Stähle und 6 Prozent für die Mehrphasenstähle. In die Gewichtsbetrachtung können weiterhin drei Montageteile aus Magnesiumdruckguss aufgenommen werden, auch wenn sie nach Definition nicht Bestandteil des Karosserie-Rohbaus sind: der Tragrahmen der Instrumententafel, die Trägerstruktur der Mittelkonsole sowie die Trägerstruktur der Rücksitzanlage.

Möglichst große Gleichteilumfänge

Seit mehreren Fahrzeuggenerationen werden in der Baureihe Carrera traditionell die Cabriolet-Varianten mit den Coupé-Varianten parallel entwickelt. Ziel ist dabei, möglichst große Gleichteilumfänge zwischen diesen Varianten zu gewinnen, ohne dass sich das nachteilig auf die Cabrio-spezifische Rohbau-Performance auswirkt. Im Variantenvergleich Coupé/Cabriolet bestand dadurch eine weitreichende Gewichtsgleichheit im Rohbau. Das ist nicht üblich – im Wettbewerb sind häufig teilweise nennenswert schwerere Cabriolet-Versionen auf dem Markt. Dies ist in der Regel die Folge zusätzlicher Strukturverstärkungsmaßnahmen zu der parallel gefertigten Coupé-Version. Beim neuen 911 Carrera ist es sogar gelungen, die Rohbaustruktur der Cabriolet-Variante bei verbesserter Performance etwas leichter als die Coupé-Variante auszuführen.

Bezogen auf die gesamte Rohbaustruktur greift das Cabriolet auf 80 Prozent Gleichteile mit dem Coupé zurück. Die für hohe Karosseriesteifigkeit und Seitencrashperformance gezielt veränderte Schwellergestaltung einer offenen Karosserievariante wird beim neuen offenen 911 Carrera ausschließlich über die Seitenwandbaugruppe dargestellt. Dazu ist beim Cabrio eine Schwellerverstärkung aus ultrahochfestem Werkstoff (22MnB5) eingesetzt, mit höherer Wandstärke als bei der Coupé-Variante.

Weniger Gewicht – mehr Dynamik

Wesentlich für die Performance eines Sportwagens sind die dynamischen und statischen Karosseriesteifigkeiten. Deren Werte konnten beim neuen 911 Carrera im Vergleich zum Vorgänger nochmals übertroffen werden. Für das Fahrerlebnis am wichtigsten ist dabei der sogenannte Messzustand Trimmed Body, der die wesentlichen Massen, wie Motor und Aggregate sowie deren Verteilungen im Gesamtfahrzeug, umfasst. In diesem Messzustand stieg die dynamische Torsionssteifigkeit des neuen Coupés beispielsweise um rund 25 Prozent gegenüber dem Vorgängermodell – beim Cabriolet um 18 Prozent.

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