AufgeHorcht 1/06

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AufgeHorcht Entwicklungsmöglichkeiten, wobei eine gewisse Einseitigkeit der Darstellung aus meiner ausschließlichen Tätigkeit im Rennwagenbau der AUTO UNION A.G. nicht vermeidbar ist und ich auch bitten muss, mir eine gewisse Zurückhaltung in Zahlenangaben zuzubilligen. Konstruktion Durchschnittsgeschwindigkeit und Reifenverschleiß auf dem Nürburgring. Wie der Flugzeugbau die höchsten Anforderungen in Bezug auf Leichtbau stellt, so ist der Rennwagenbau der Lehrmeister für Leichtbau bei den Kraftfahrzeugen. Das Leistungsgewicht ist beim Rennwagen wegen der Beschleunigung ausschlaggebend. Die Lebensdauer könnte theoretisch so bemessen werden, dass alle Konstruktionsteile des Wagens nach dem Rennerfolg die Anzahl der zulässigen Belastungen und damit die Bruchgrenze eben erreicht haben. In der Praxis tritt ja nur all zu oft der Fall ein, dass der Bruch vor dem Erfolg da ist. In welchem Ausmaß Beanspruchung vieler Rennwagenteile mit Steigerung der Geschwindigkeit zunimmt, lässt sich am sprunghaften Ansteigen des natürlichen Reifenverschleißes ermessen. Auf dem Nürburgring zum Beispiel bedeutet nach Erfahrungswerten eine Steigerung der Durchschnittsgeschwindigkeit von 110 auf 130 Kilometer pro Stunde - das ist 10 Prozent - eine Erhöhung des Reifenverschleißes auf das Dreifache. Für die Auswahl der Baustoffe dürfen keine wirtschaftlichen Erwägungen bestimmt sein. Nicht der Kilopreis, sondern die Kilofestigkeit, Kerbzähigkeit und Dehnung entscheidet. Die 26 01/2006 Kilofestigkeit, als Quotient von Zugfestigkeit und Wichte, hat die Dimension einer Länge und ist identisch mit der Zerreißlänge, das ist die Länge eines Stabes gleich bleibenden Querschnitts, der durch sein Eigengewicht abreißen würde. Die Zerreißlänge kann auch für Wechselfestigkeit gedeutet werden. Für höchstbeanspruchte Konstruktionsteile erweisen sich hochvergütete Chrom-Nickel- und Chrom-Molybdän-Stähle mit statischen Zerreißlängen von 20 Kilometern und darüber, davon 50 Prozent bei Wechselbeanspruchungen, allen Leichtmetallen noch immer überlegen, von denen Elektron, geschmiedet mit einer Zerreißlänge von 17,5 Kilometern, hochwertigen Stählen am nächsten kommt. Während bei allen Motorteilen mit Lastwechselzahlen von über 3 Millionen gerechnet werden muss, diese also praktisch schon nach der Wechselfestigkeitsgrenze bemessen sein müssen, können Fahrwerksteile mit nur gelegentlichen Belastungsspitzen über die Dauerfestigkeitsgrenze beansprucht werden und haben trotzdem noch absolut ausreichende Sicherheit, die natürlich für alle lebenswichtigen Teile des Fahrwerks wie Lenkung, Achsen, Rahmen und Räder verlangt werden muss. Die Leichtmetalle gewinnen eine überragende Bedeutung bei den Konstruktionsteilen, die nicht nur Festigkeitsträger sind, sondern zugleich Kilofestigkeit von Baustoffen. dichte Behälter für Schmierstoffe, Brennstoff oder Kühlstoff abgeben müssen. Die dreimal höhere Wärmeleitzahl gegenüber Stahl machen sie weiter für thermisch hochbeanspruchte Teile unentbehrlich. Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse, Getriebegehäuse, Kompressorgehäuse sind am AUTO UNION-Rennwagen aus 8 Silumin, die Kolben aus KG 124, die Bi-Metall-Bremstrommeln aus geschmiedetem Dural mit Stahllaufring sowie zahlreiche Gehäuseteile aus vergüteten Elektrongusslegierungen AZG und A 9 V. Für die Karosserie wurde ausschließlich Leichtmetallblech, vorwiegend Duralumin, verarbeitet, wodurch zum Beispiel das Karosseriegewicht am Grand Prix- Wagen 1937 auf 33 Kilogramm heruntergedrückt werden konnte. Für die Gestaltung aller Konstruktionsteile gelten die klassisch von Kutzbach formulierten Lehren des Leichtbaus. Die Bedeutung der Kilofestigkeit bei der Materialauswahl wurde bereits erwähnt. Sie genügt aber noch keineswegs zur Beurteilung der speziellen Eignung aller Baustoffe, da häufig auch die Formfestigkeit, wie zum Beispiel bei den Ventilen und vor allem die Verschleißfestigkeit eine entscheidende Rolle spielt, besonders bei Stahl- auf Stahl-Laufflächen. So ist anzustreben, dass alle Teile die gleiche Bruchsicherheit aufweisen und diese so klein wie nur irgend tragbar ist. Die
ideale Formgebung verlangt Bauteile, die sozusagen nur aus Fasern höchster zulässiger Beanspruchung bestehen. Ausnutzungsgrad von Federn, Spannungen in einem Träger. Ein klassisches Beispiel ist die Feder. Die einfache Biegefeder hat den schlechten Ausnutzungsgrad von 25 Prozent, wenn die Häufigkeit der Spannungswerte über den Volumen aufgetragen wird. Das Arbeitsvermögen des Federvolumens ist mit 11 Prozent noch schlechter ausgenützt, weil die Volumensteile mit zum Beispiel 50 Prozent Spannung nur 25 Prozent der zulässigen Federarbeit leisten. Leider sind Ausnutzungsgrad und Arbeitsvermögen nur in sehr vereinfachten Fällen berechenbar. Die ideale Feder ist die unendliche dünnwandige Torsionsfeder, die bei gleichem Arbeitsvermögen nur 6,7 Prozent einer einfachen Biegefeder wiegt. Undurchsichtig wird der Ausnutzungsgrad bei komplizierten Bauteilen, wie die Betrachtung eines einfachen biegungsbeanspruchten Gitterträgers im Vergleich zu einem Vollwandträger und schließlich einer verrippten Wand lehrt. Wo in den Rippen Zugspannungen zu erwarten sind, weist die Wand Druckspannungen auf. Das wahre Spannungsbild wird von der Deformation und Dehnung abhängig. Dehnungsmessungen im Betrieb über die ganzen Oberflächen werden zur unerlässlichen Forderung, wo es sich darum handelt, aus Konstruktionsteilen den höchsten Ausnutzungsgrad herauszuholen. Die Messtechnik hat die Praxis dieses Verfahrens leider noch versagt, wenn auch schon wertvolle Ansätze im Dehnlinienverfahren von Maybach und spannungsoptische Messungen vorliegen. Die Praxis geht allgemein den schnellen Weg, dort Verstärkungen vorzunehmen, wo die Teile einreißen. Häufig ist dieser Weg falsch. Die Bruchgefahr ist gesünder zu heilen, wenn Material dort weggenommen wird, wo infolge örtlicher Überbeanspruchung die Dehnung überschritten wird, ohne zur Festigkeit des Konstruktionsteils beizutragen. Diese Stellen zu finden und auszumerzen, ist die schwierige Aufgabe des Leichtbaus, der sich im Rennwagenbau unter dem Hochdruck termingerechter Entwicklungsaufgaben und Gestaltungsänderungen der Bauteile keiner zeitraubenden Forschungsarbeit widmen kann. Ein Beispiel: Stoßweise beanspruchte Zahnräder aus hochwertigstem Material neigten zu Einrissen im Zahngrund. Das Polieren des Zahngrundes brachte keine Besserung, ebenso hatte die Verarbeitung der Zähne ein negatives Resultat. Hierauf Verschmälerung der tragenden Zahnbreite durch keilförmiges Abarbeiten der Flanken- AufgeHorcht enden und damit Beseitigung der überbeanspruchten Randzone: Die Rissund Bruchgefahr war beseitigt. Ein anderes Beispiel sind die bekannten Entlastungskerben nach Thum. Der zeitliche Ausnutzungsgrad aller Fahrwerksteile ist schlecht, was wohl durch die neuzeitliche weiche Rennwagenfederung verbessert werden konnte. Die 12 und 16 zylindrischen Rennmotoren ermöglichen an sich schon einen guten zeitlichen Nutzungsgrad des Kurbeltriebwerks, der durch die Völligkeit des PV-Diagramms bei Lademotoren noch gesteigert wird. Ein schönes Beispiel für die Leistung der Hauptkräfte auf kürzestem Wege ist das Motor-Hinterachs-Getriebe- Aggregat des AUTO UNION-Rennwagens nach der Konstruktion von Dr. Porsche. Durch diese Bauweise konnte ein Leistungsgewicht von 1,7 Kilogramm pro PS erreicht werden, (bezogen auf das Gewicht des fahrfertigen Wagens) und damit ein Höchst- Heckmotoraggregat des AUTO UNION-Rennwagens. maß an Beschleunigung, das bis heute nicht übertroffen wurde. Der Weltrekord über 1 Kilometer mit stehendem Start wird uns später nochmals beschäftigen. Hand in Hand mit der konstruktiven Gestaltung für diesen Sonderzweck muss die Fabrikation im Rennwagenbau Aufgaben bewältigen, denen nur ein erstklassiger Werkzeugmaschinenbestand in den Händen hervorragend geschulter und gewissenhafter Facharbeiter gerecht wird. Text und Fotos: Archiv FES 01/2006 27
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