cuerpo
Una carrocería (del francés carrosse para transporte ) se refiere a la estructura completa de un vehículo de motor sobre un chasis de soporte . Por el contrario, las carrocerías autoportantes no son solo la estructura en sí, sino también la estructura básica del vehículo.
Cuerpo no autosuficiente
En el sentido clásico, un vehículo de motor se compone de los componentes chasis, propulsión y carrocería. El chasis, también conocido como chasis o bastidor, forma una estructura básica que soporta la transmisión, la carrocería y la carga útil y la estabiliza frente a fuerzas externas. Se utilizaron varias formas de construcción como marco . El cuerpo, que se coloca en el marco (generalmente atornillado), forma una piel exterior para proteger a los ocupantes o la mercancía transportada.
Originalmente, la mayoría de los autos tenían una carrocería abierta, pero eso cambió pronto. El ingeniero estadounidense y autor especializado HE Tarantous describió la tendencia de la carrocería abierta a la cerrada en 1925. Lo demostró con estadísticas del mayor carrocero estadounidense de la época, Fisher : en 1919 Fisher produjo 83.500 carrocerías abiertas, en 1924 había 239.502. Los cuerpos cerrados se situaron en 31,318 en 1919, superaron a los cuerpos abiertos en 1923, y en 1924 Fisher produjo 835,477 cuerpos cerrados.
En ocasiones, la fabricación de las carrocerías la realizaban talleres de carrocería externos. Los chasis con accionamiento suministrados por la fábrica a menudo se construían de acuerdo con los requisitos individuales del cliente. El desarrollo a este respecto tuvo lugar en la década de 1920. Con la expansión de los automóviles, la apariencia externa de los vehículos se volvió cada vez más importante. Empresas especializadas en chapa y carpintería fabrican carrocerías de forma individual según los requisitos del distribuidor y del cliente. La carrocería se convirtió en un criterio diferenciador en el tráfico rodado, un símbolo del estilo personal y la billetera del “ caballero conductor ”. Los primeros automóviles estadounidenses llegaron al mercado alemán a fines de 1923 y cambiaron la forma en que vemos los automóviles para siempre. Se veía no solo como una mercancía, sino como una joya. Los modelos de “Buick, Cadillac, Willys Knight, Studebaker, etc., […] estos vagones, yo, estas locomotoras” a veces se consideraban incómodos y poco fiables, pero la construcción de su carrocería impresionó a los fabricantes de automóviles y carrocerías alemanes. El periodista automovilístico berlinés Hanns Steiner declaró en 1924: “La vieja y aburrida carrocería producida en serie que todas las fábricas de chasis todavía usaban en 1918 ya no estaba a la venta. La vida, el color, el movimiento entraron en los cuerpos. Las formas tenían que cambiar. Nuestro paisaje urbano estaba vivo, alegres manchas de color atravesaban el gris. Aumentó hasta el punto de lo grotesco ".
A principios de la década de 1950, el método de construcción clásico en la construcción de automóviles fue reemplazado por la carrocería autoportante. Para los camiones, sin embargo , la construcción del bastidor sigue siendo común en la actualidad. Incluso los vehículos producidos en series pequeñas, especialmente en el sector de los deportes de motor, a menudo no tienen una carrocería autoportante, sino sobre todo un bastidor espacial tubular. Como regla general, para la construcción se utiliza aluminio o plástico (entonces a menudo GRP / CFRP ).
Cuerpo autoportante
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Si el chasis y la carrocería de un vehículo de motor se combinan en una sola unidad, se habla de una carrocería autoportante, también conocida como construcción de carcasa o monocasco . Con este tipo de construcción, paneles, refuerzos, placas de montaje y perfiles se conectan permanentemente entre sí mediante diferentes técnicas de unión (encolado, soldadura por puntos, soldadura láser, soldadura). Esta estructura por sí sola asume la función de soporte. No hay separación entre los componentes que están sujetos a cargas de flexión / torsión o cortantes y las partes que se utilizan para sellar / entablar (como marcos de escalera o celosía). Todas las partes actúan estáticamente como proyectiles y absorben en su totalidad las fuerzas introducidas. Ocasionalmente, se utilizan bastidores auxiliares (bastidores auxiliares) en los ejes.
La rigidez, que normalmente asegura el marco, es, en este caso, por la lámina de piel compacta y las secciones de chapa hueca con la mayor sección transversal posible y, por lo tanto, alcanza el par de resistencia (z. B. umbral ). Las corrugaciones aumentan la rigidez y la frecuencia de oscilación natural para evitar la resonancia y, por lo tanto, un rugido. Los puntos de fijación para las piezas adicionales como puertas, guardabarros , solapas y bisagras están firmemente integrados en la carrocería, por ejemplo, en forma de placas roscadas y tuercas soldadas . Un alto grado de rigidez es importante para mantener bajas las deformaciones elásticas en las juntas de las piezas adicionales y para evitar crujidos al conducir. Por lo tanto, los espacios pequeños solo son posibles con cuerpos muy rígidos. Además, la rigidez influye en el comportamiento de conducción, especialmente en carreteras en mal estado o en situaciones extremas. Para resistir las vibraciones del motor y el chasis, la frecuencia natural de la carrocería debe adaptarse en consecuencia. En la construcción de la carrocería, se distingue entre rigidez estática (Nm por unidad angular) y rigidez dinámica (Hz). Este último está entre 35 y 47 Hz para vehículos de la clase media alta (sedán notchback como Ford Mondeo o Passat B6). En el caso de carrocerías descapotables autoportantes , se instalan refuerzos en los bajos y en los umbrales (puntales diagonales , etc.). Los refuerzos en los bajos dan como resultado un perfil abierto en la parte superior (sección transversal en U), mientras que una berlina corresponde a una sección transversal rectangular (perfil cerrado) y, por lo tanto, puede ser más rígida y resistente con una masa menor. Debido a la falta de una pared trasera (detrás de los asientos traseros), que endurece la carrocería en diagonal, es decir, actúa como un soporte de pared deslizante, las camionetas son menos rígidas que los sedanes del mismo tipo sin contramedidas. Los primeros ejemplos de vehículos con carrocería autoportante son el Adams-Farwell Model 8A de 1906 y el Lancia Lambda de 1922. El Citroën 11CV (1934) y el Opel Olympia alemán (1935) fueron los primeros automóviles de producción con un autoportante carrocería totalmente de acero, la primera carrocería autoportante fabricada en En 1956, Berkeley Sports SA 322 tenía resina sintética reforzada con fibra de vidrio . Se hizo ampliamente conocido el Lotus Elite de 1957. El Kässbohrer Setra (de ahí el nombre) S 8 de 1951 y el HS 160 de Henschel & Sohn en 1955 estuvieron entre los primeros autobuses con una estructura autoportante .
Las ventajas de la carrocería autoportante son un menor peso debido a la eliminación del marco, mayor seguridad ante impactos y mejor aprovechamiento del espacio. La producción a gran escala de carrocerías autoportantes fue posible gracias a los avances en el procesamiento de chapa ( embutición profunda , pero especialmente soldadura por puntos). A principios de la década de 1950, prevaleció en la fabricación de automóviles. Los omnibuses están construidos tanto en estructura de estructura como en carcasa. En camiones , la carrocería autoportante no ha podido establecerse hasta el día de hoy debido a la falta de modularidad y rigidez insuficiente para la acumulación de carga.
En comparación con la construcción del marco, la carrocería autoportante también tiene algunas desventajas importantes. Si bien se pueden montar diferentes variantes de carrocería en un bastidor sin gran esfuerzo, esta opción está limitada en el caso de carrocerías autoportantes. Por lo tanto, la variedad de estilos de carrocería ha disminuido drásticamente en la década de 1950 en comparación con el período anterior a la guerra. Otro problema con la estructura autoportante es su mayor susceptibilidad a la oxidación debido a las numerosas cavidades, lo que conduce con relativa rapidez al inevitable desguace de todo el vehículo si se oxidan determinadas partes de la carrocería. Cuando se introdujo el Silver Cloud en 1955 , el fabricante de automóviles de lujo Rolls-Royce decidió, contrariamente a la tendencia, utilizar la construcción del bastidor para no perder la reputación de la larga durabilidad de los vehículos. Otro argumento a favor de la construcción del marco fue la evitación de los efectos de zumbido, que pueden ocurrir en mayor o menor medida en carrocerías autoportantes. También en la RDA , la construcción del bastidor se mantuvo para los coches Wartburg y las furgonetas pequeñas Barkas . Además de la variedad de carrocerías posibles, esto dio como resultado la ventaja de que los vehículos gastados se podían reparar con relativa facilidad.
Cuerpo de esqueleto (por ejemplo, "Marco espacial")
Este tipo de carrocería tiene un esqueleto formado por perfiles huecos cerrados que se conectan entre sí directamente o mediante nudos . Los componentes planos como el techo o el parabrisas se pueden conectar rígidamente al esqueleto y absorber las fuerzas de corte . Esto promete un alto grado de rigidez con un peso menor . Ejemplos modernos de esto son el Audi A8 y el Audi A2 con marcos Audi space de aluminio. Audi ha estado utilizando aluminio como material de carrocería desde 1993 y utiliza nodos, piezas embutidas y perfiles extruidos hechos de aleaciones de aluminio fundido. Varios nuevo procesos de fabricación tales como remachado y remachado autoperforante se han introducido en la industria automotriz.
El primer vehículo con un marco espacial (hecho de acero) fue el Chrysler Airflow en 1934 . En la década de 1950, se desarrolló el Trabant en el que la estructura portante que consta de la placa del piso, los pasos de rueda, los pilares del vehículo y los pilares del techo está cubierta con paneles de plástico no portantes. El AWS Shopper , construido en Berlín a principios de la década de 1970 , también tenía un marco espacial simple hecho de tubos cuadrados. A partir de 1978, Matra desarrolló un vehículo para Simca con un esqueleto de perfiles huecos de acero galvanizado en caliente, que apareció en 1984 como Renault Espace .
En 1978, Fiat encargó a Renzo Piano y Peter Rice , entre otros , el diseño de un automóvil del futuro. Desarrollaron el Fiat VSS (Vettura Sperimentale a Sottosistemi: vehículo experimental del subsistema), en el que un bastidor de carrocería de acero se complementó con accesorios de plástico. Pueden ser piezas moldeadas simples como guardabarros y techos, pero también conjuntos completos como puertas o frentes con faros, rejillas y parachoques premontados. Se podrían realizar diferentes identidades de marca sobre la misma base agregando módulos traseros apropiados, camionetas y sedanes notchback o usando diferentes módulos frontales. Este concepto no se siguió adelante. El Fiat Multipla fue más tarde la segunda generación de un vehículo con un marco espacial de acero en serie. El hecho de que los perfiles de acero cerrados solo se pueden formar de forma limitada se puede ver en algunos lugares del vehículo, por ejemplo, en la transición del riel del techo a la parte trasera.
En respuesta al uso cada vez mayor del aluminio en la construcción de carrocerías, el fabricante de acero Salzgitter AG , junto con el proveedor automotriz Karmann GmbH, ha desarrollado una estructura de carrocería adaptada a los vehículos de serie y la ha probado en prototipos que utilizan aceros innovadores de alta resistencia para reducir el El peso corporal con mayor rigidez, los mismos costos y el mismo comportamiento en caso de colisión deberían reducirse en un 40 por ciento. Otro ejemplo de un concepto con tubos de acero fuertemente soldados con láser y luego hidroformados fue el 2003 “NewSteelBody” (NSB) de ThyssenKrupp Stahl .
Materiales
madera
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Las carrocerías de los primeros coches estaban hechas completamente de madera . Esta construcción de esqueleto era común en la construcción de autocares . Posteriormente, la madera solo se utilizó para el marco de la superestructura. La piel del cuerpo consistía en chapa de aluminio o acero clavado. Esta denominada construcción compuesta fue predominante hasta la década de 1920 y prácticamente solo es utilizada en la actualidad por Morgan Motor Company . Más raramente, el marco estaba revestido con madera contrachapada y cubierto con cuero o cuero sintético. Ejemplos bien conocidos de esto son el DKW de antes de la guerra, como el DKW F 8 .
El carrocero y empresario francés Charles Terrès Weymann tenía un método de construcción especial derivado de la construcción de los primeros aviones con un marco de madera cubierto con cuero artificial patentado en todos los países importantes. La madera se utilizó como material para inserciones de techo en superestructuras cerradas (por ejemplo, Ford Modelo A ) hasta que, a mediados de la década de 1930, estuvieron disponibles prensas grandes y potentes para techos totalmente de acero.
robó
Con una cuota de mercado del 90%, la chapa de acero es el material más extendido para la construcción de carrocerías (a partir de 2014). Budd desarrolló la carrocería totalmente de acero a finales de la década de 1920. General Motors lo adaptó en 1934 en los Estados Unidos (diseño "Turret Top"). Durante mucho tiempo, sin embargo, no hubo suficientes prensas disponibles para presionar los techos completos de los automóviles; por lo tanto, los techos de los vehículos se fabricaron con materiales impregnados hasta la década de 1950.
Hoy en día, para evitar la corrosión , la mayor parte de las láminas de acero se galvanizan; Desde mediados de la década de 1980 hasta 2005, Audi fabricó la mayoría de sus vehículos con chapa de acero galvanizada en ambos lados. Muchos otros fabricantes (p. Ej., VW y Daimler-Benz ) solo fabricaron partes de la carrocería, p. Ej. B. la bandeja del piso de chapa de acero galvanizado. En todos los casos, esto se hace en fábrica, i. H. Acero galvanizado con una superficie laminada en frío de alta calidad utilizado en el tren de laminación .
La chapa galvanizada en caliente siempre está galvanizada en ambos lados, el espesor de la capa de zinc es de 5 a 10 micrómetros. La chapa galvanizada electrolíticamente puede tener una superficie galvanizada en uno o ambos lados con un espesor de capa de zinc de 2,5 a 7,5 micrómetros; con el galvanizado de doble cara, son posibles diferentes valores. Los fabricantes asiáticos y estadounidenses a menudo utilizan láminas de metal con una superficie " galvanizada ", que se crea mediante el tratamiento térmico de una superficie galvanizada en caliente. Casi nunca se utiliza chapa con una capa de zinc-níquel galvanizado para los paneles de la carrocería. En todos los casos, el cuerpo completamente ensamblado se limpia intensamente, se fosfata y se somete a pintura por inmersión catódica en un baño de inmersión . Además, las costuras, juntas y cavidades se sellan con adhesivos o selladores y posteriormente se conservan con cera. El galvanizado de la chapa, independientemente del tipo, siempre juega el papel de protección catódica contra la corrosión . En sinergia con las medidas de pintura, conservación y sellado, esto proporciona la duración múltiple de protección de las medidas individuales. Los daños por corrosión ya no suelen ser el factor decisivo en la vida útil efectiva de los vehículos con carrocerías de alta calidad.
La "galvanización total" de carrocerías enteras en la planta de automóviles, que a menudo se rumoreaba, nunca se practicó, ya que no sería posible recubrir completamente la compleja forma de una carrocería terminada con cavidades, múltiples dobleces de láminas, adherencias y costuras de sellado.
Por razones de costo, algunos fabricantes han optado por restringir el alcance del uso de chapa galvanizada a áreas que realmente están en riesgo. Para ahorrar peso, muchos componentes híbridos hechos de aluminio y chapa de acero galvanizado también se utilizan en diseños más recientes . En estos, la estructura portante suele ser de chapa de acero galvanizado y el entablado visible desde el exterior está hecho de chapa de aluminio. Por razones técnicas y para evitar la corrosión bimetálica , dichos componentes solo se entrelazan mecánicamente entre sí y también están muy pegados.
En ocasiones, las carrocerías de los vehículos también se han fabricado en acero inoxidable . En la década de 1970, Porsche construyó prototipos con la forma del 911. DeLorean fabricó un automóvil deportivo con un bastidor tubular central, cuya carrocería consistía en una estructura de soporte de PRFV que estaba revestida de acero inoxidable sin pintar.
Para cumplir con los requisitos actuales de estabilidad (comportamiento de choque), peso y apariencia de la carrocería, se han desarrollado muchos tipos nuevos de acero que son muy blandos y fácilmente deformables (por ejemplo, acero IF ) o, con propiedades de conformación aceptables, son sin embargo mucho más fuerte (por ejemplo, acero DP ).
A pesar de la mayor densidad en comparación con los materiales mencionados a continuación, se puede utilizar una combinación adecuada de piezas de acero para producir una carrocería que no sea más pesada, pero más barata de fabricar que a partir de metales ligeros, que son menos fuertes y rígidos que el acero.
aluminio
En las carrocerías producidas en Europa, el aluminio tiene actualmente una participación media de 50 kg, lo que lo convierte en el segundo material de carrocería más utilizado (a partir de 2015). Dado que la densidad del aluminio es menor que la del acero, se ha utilizado con éxito como material de carrocería. A pesar del mayor costo, el aluminio puede competir con el acero en muchas aplicaciones debido a su ventajosa menor densidad. Sin embargo, también debe tenerse en cuenta el módulo de elasticidad significativamente más bajo del material, lo que significa que se requiere más material (por ejemplo, aproximadamente un 40% más de espesor de chapa) o más espacio de instalación para la misma rigidez. Cuerpos de coches hechos totalmente de aluminio ya han sido masa producida (por ejemplo Panhard Dyna , Tesla Model S , Audi A2 y A8, Jaguar XJ , Mercedes-Benz SL o Opel Speedster ). En la clase media, las partes individuales del vehículo también están hechas de aluminio, por ejemplo, los capós del Citroën DS y el Subaru Legacy de la cuarta serie están hechos de aluminio, y el Subaru también tiene el portón trasero. La producción de componentes de aluminio y la unión de los componentes individuales no requiere más tiempo que, por ejemplo, las piezas de acero. La reducción de consumos y emisiones (ahorro de peso en el vehículo) a través de la construcción de aluminio ligero contrasta con la producción intensiva de energía de la materia prima. Un Audi A8, por ejemplo, solo ahorró la cantidad de CO 2 que se liberó durante la producción del aluminio necesario para su carrocería después de un kilometraje de 170.000 km . Pierce-Arrow utilizó una construcción de aluminio particularmente elaborada : entre 1904 y 1920, hubo partes esenciales de la carrocería como la hoja de torpedo (carenado, la pieza entre el capó, los guardabarros y el parabrisas), paneles laterales y puertas de aluminio fundido .
magnesio
El magnesio es un material aún más ligero que el aluminio. Hasta ahora, solo se han hecho partes individuales de magnesio, no cuerpos completos.
Su uso se acompaña de diversos problemas. La estructura de celosía hexagonal de magnesio permite solo bajos grados de deformación a temperatura ambiente; El magnesio se puede formar mejor cuando está caliente. La alta tendencia a la corrosión y la inflamabilidad también obstaculizan su uso en carrocerías.
Porsche ha llevado con éxito el magnesio a la producción en serie en el interior; es probable que el número comparativamente pequeño de unidades haya tenido una influencia positiva en esta decisión. El uso de láminas de magnesio en el interior no es crítico, ya que raras veces suelen ocurrir problemas como suciedad, agua o medios agresivos.
el plastico
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A mediados de la década de 1930, "el coche de cristal" se presentó en la exposición del automóvil de Berlín , no solo con las ventanas, sino también con el techo, el capó y las puertas laterales de plexiglás . Para reducir la cantidad de luz solar, se instalaron en el techo “cortinas solares” y un “toldo solar” deslizante. El vehículo se utilizó principalmente con fines publicitarios.
En el taller de carrocería se utilizaron tanto resina sintética reforzada con fibra termoendurecible como termoplástico . Las carcasas de cuerpo entero, incluidas las autoportantes, pueden estar hechas de materiales compuestos de fibra; las piezas moldeadas por inyección o moldeadas por soplado hechas de termoplásticos no alcanzan este tamaño. Se utilizan para guardabarros y piezas más pequeñas. La excepción es la bandeja del piso del CityEl , que está soplada en una sola pieza . El primer automóvil producido en serie con carrocería de plástico fue el Woodill Wildfire , construido entre 1952 y 1956 con carrocería de Glasspar . En febrero de 1953 se presentó el Kaiser Darrin , cuya carrocería también suministraba Glasspar, y a finales del año modelo 1953 apareció el Chevrolet Corvette . 1954-1955, Glasspar construyó el propio G-2, un roadster con la carrocería del Woodill.
No por razones de diseño o de ahorro de peso virtuoso, pero para evitar costosos profundas importaciones de chapa -drawn, el P 70 entró en la producción en serie en Alemania Oriental en 1955 con un revestimiento hecho de fenólico resina- plástico algodón ( duroplástico ) y un marco de madera. Se utilizó para probar esta tecnología para el Trabant posterior , en el que el marco de madera fue reemplazado por un marco de acero y se retuvo el duroplástico para el entablado. Ventajas como la facilidad de reparación y la resistencia absoluta a la corrosión enfrentaron desafíos en la producción. Los largos tiempos de curado de las piezas de plástico prensadas en las prensas impidieron una producción eficiente.
Los cuerpos de plástico autoportantes , es decir, sin marco de soporte de acero, existían a partir de 1956, si también podían reforzarse con inserciones de acero en los puntos de introducción de fuerza (ver cuerpo autoportante). Reliant también ha estado construyendo pequeñas camionetas de reparto de tres ruedas y automóviles de pasajeros con carrocerías de PRFV desde la década de 1950, y también automóviles deportivos posteriores. Reliant también desarrolló un concepto para la producción de automóviles en países emergentes: esto resultó en Otosan Anadol en Turquía y Carmel y Sabra by Autocars en Israel . Debido a los cuerpos de plástico, los fabricantes se las arreglaron sin costosas líneas de prensado. Una construcción más nueva con paneles de PRFV en un marco de acero fue el Renault Espace de 1984 a 2002. Hoy en día, el plástico se usa para muchas partes de la carrocería. Pero todavía no hay autos producidos en serie con una carrocería hecha completamente de plástico. Por el contrario, el uso de plásticos para la modernización externa o el ajuste es casi tan antiguo como el cuerpo de plástico. El Packard del año de modelo 1958 se considera el primer lavado de cara con GRP . Los vehículos de series pequeñas como el Renault Rodéo o el Lotus Elise , así como las conversiones como el buggy VW, tienen carrocerías de PRFV.
El plástico tiene la ventaja de no corroerse y también se puede fabricar a partir de materias primas renovables como el aceite vegetal. También se pueden producir a mano series pequeñas y medianas de dicho cuerpo.
Hoy en día, los autos solares y los autos que ahorran energía a menudo se construyen con un cuerpo de plástico para reducir el peso. En lugar de plástico puro, generalmente se usa GRP o CFRP para aumentar aún más la resistencia y la estabilidad en comparación con el plástico puro. Para el año 2025, se prevé que se utilizarán alrededor de 100.000 t de CFRP en la construcción de automóviles (a modo de comparación: se utilizarán 100 millones de t de acero en el mismo período).
En un proyecto actual, el Imperial College London, junto con Volvo y otras organizaciones, quiere desarrollar un nuevo material compuesto hecho de fibras de carbono y resinas poliméricas que también podría usarse para la construcción de carrocerías. La particularidad es que debería poder almacenar energía y así la carrocería se convierte en un acumulador de futuros vehículos eléctricos .
Ver también
literatura
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- Conferencia "SLC": DESARROLLOS INNOVADORES PARA ESTRUCTURAS DE VEHÍCULOS LIGEROS. Wolfsburg, mayo de 2009, p. 185.
- John Gunnell: Catálogo estándar de automóviles estadounidenses 1946-1975 . Krause Publications, Inc. Iola, Wisconsin (2002). ISBN 0-87349-461-X
enlaces web
Evidencia individual
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- ↑ Voest: El acero seguirá utilizándose como material automotriz después de 2020. Stahl-Zentrum, 14 de junio de 2014, consultado el 17 de noviembre de 2015 .
- ↑ Green Cars Magazine: Volvo: En los automóviles del futuro, el cuerpo podría almacenar energía como una batería , 24 de septiembre de 2010.
Observaciones
- ↑ El caballero conductor se definió a sí mismo como un hombre rico, generalmente joven, que no se dejaba conducir por un chofer, sino que conducía él mismo.