Monocoque

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Ein Monocoque [mɔnɔkɔk], von griechisch mónos allein, einzeln und französisch coque für die Schale einer Nuss oder anderen Frucht, ist ein einteiliger Hohlkörper als Fahrgestell oder allgemeiner Gestell eines Fahrzeugs.

Im Unterschied zu einer traditionellen Konstruktion aus Stäben oder Rohren steht die große Schale des Monocoques angreifender Kraft entgegen, wodurch viel Steifigkeit bei wenig Masse möglich ist. Monocoques sind jedoch zum Teil aufwendig zu fertigen.

Gegensatz von Monocoque und Rahmen beim Sportwagen McLaren MP4-12C
Monocoque eines modernen Motorradgespanns im Rennsport
Die Weiße Mars mit Monocoque
Fahrrad mit Monocoque von 1992

Flugzeuge[Bearbeiten]

Ein Flugzeugrumpf war ursprünglich ein mit Tuch bespanntes Fachwerk. Mit Monocoques entfiel im frühen 20. Jahrhundert das Fachwerk, die Außenhaut wurde aus mehreren Lagen Leinwand und gekreuzten Furnierstreifen miteinander verklebt.[1]

Ähnlich reine Monocoques gab es bei anderen Fahrzeugen erst Jahrzehnte später, dort wird der Begriff weniger eng ausgelegt. Im Flugzeugbau setzte sich stattdessen als Kompromiss das Semi-Monocoque (Halbmonocoque) durch, das in Halbschalenbauweise gebaut werden kann und mit dünnen Spanten und Stringern versehen ist.

Automobile[Bearbeiten]

Beim Automobil wurden zunächst Leiterrahmen verwendet und später im Motorsport Gitterrahmen eingeführt. Viele Monocoques von Automobilen sind selbsttragende Karosserien, aber viele Sportwagen mit Monocoque haben weiterhin eine separate Karosserie, da die Anforderungen von Statik und Aerodynamik nicht grundsätzlich deckungsgleich sind.

Das erste Automobil mit einem Monocoque wie bei Flugzeugen und das erste mit selbsttragender Karosserie aus Faser-Kunststoff-Verbund war 1957 der Sportwagen Lotus Elite. Damals wurden Glasfasern verwendet. Mit diesen Fahrzeugen gelangen mehrere Jahre lang gute Platzierungen bei den 24 Stunden von Le Mans. Das Konzept zeigte aber nicht nur seine Leistungsfähigkeit, sondern auch die Abhängigkeit der Dauerhaltbarkeit von besseren Werkstoffen.

In der Formel 1 ist das Monocoque zugleich Karosserie und bildet zusammen mit dem Motor und dem Fahrzeuggetriebe das Fahrgestell.

1962 eröffnete das Team Lotus mit dem Lotus 25 die Ära der Monocoques in der Formel 1.[2] Statt eines damals üblichen Gitterrahmens wurde Blech aus Aluminium mit Nieten zu einer Wanne gefügt, die seitlich hohl ausgeführt und vorne sowie hinten mit Rahmen abgeschlossen wurde. Die obere Karosseriehälfte war noch abnehmbar. Im folgenden Jahr 1963 wurde Jim Clark mit dem Lotus 25 Weltmeister.

Diese Bauart wurde schnell weiterentwickelt und üblich. Die Monocoques wurden oben weitgehend geschlossen. Die Schale in Sandwichbauweise auszuführen, mit Füllungen bis hin zu Waben aus Aramiden, erhöhte das Flächenträgheitsmoment.[3]

Das erste Monocoque aus Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff war 1981 das des McLaren MP4-1 von McLaren Racing. Zwecks maximalem Faservolumenanteil werden solche Monocoques aus Prepregs gefertigt und bei hoher Temperatur und hohem Druck in einem Autoklaven ausgehärtet.

Die drei Konstrukteure, die diese Bauweise am schnellsten weiterentwickelten, waren John Barnard von McLaren, Colin Chapman von Lotus und Gustav Brunner vom ATS Racing Team, der als Erster ein unverkleidetes Monocoque aus diesem Werkstoff entwickelte.

Monocoques aus Kohlenstofffasern waren bei geringerem Gewicht ihren Vorgängern aus Aluminium in allen Steifigkeitswerten weit überlegen. Allerdings stellten Konstruktion und Herstellung völlig neue und teure Anforderungen an die Rennställe. So wurden die ersten Chassis noch von der Luftfahrtindustrie hergestellt, und erst nach einigen Jahren konnten alle Rennteams die Monocoques selbst fertigen.

Diese Bauweise setzte sich aus Sicherheitsgründen auch in den untergeordneten Formel-Serien wie der Formel 3, der Formel 3000 sowie der in den USA vergleichbaren IndyCar- bzw. Champ-Car-Serie durch. Ebenso hat diese Bauweise im Sportwagenbereich Einzug gehalten.

Bei Pkws haben weiterhin Monocoques aus punktgeschweißtem Stahlblech den größten Marktanteil.

Motorräder[Bearbeiten]

Beim Motorrad gibt es Monocoques fast ebenso lange wie beim Automobil. Der Rahmen der Megola ab 1920 war ebenso unkonventionell und bestand aus selbsttragenden, geschwungenen und vernieteten Stahlblechen.[4]

Heute werden Bleche und Gussteile aus Aluminium zu einem einzigen großen Teil kombiniert, in das außer der Ansaugluftführung inklusive Luftfilter auch der Tank integriert ist. Yamaha TR 1 mit Monocoque als Airbox, Kawasaki ZX-12R und die Ducati 1199 Panigale nutzen diese Bauform.

Fahrräder[Bearbeiten]

Ein Fahrrad besteht laut Union Cycliste Internationale aus mehreren Rohren, weshalb sie im Radsport keine Monocoques mehr zulässt, sondern nur noch Diamantrahmen.[5] Viele Stundenweltrekorde wurden lange nach ihrer Aufstellung wegen innovativer Technik annulliert. Der heutige Stand der Technik wurde erreicht, als Chris Boardman mit dem Monocoque des Lotus 108 bei den Olympischen Spielen des Jahres 1992 siegte.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Engineering Division McCook Field (Hrsg.): Structural Analysis & Design of Airplanes. United States Army Air Service, 1920, S. 228auch (online, abgerufen am 15. Januar 2013).
  2.  Mark Whitelock: 1½-Litre Grand Prix Racing 1961-1965. Veloce Publishing, S. 269 (online, abgerufen am 15. Januar 2013).
  3.  Michael Trzesniowski: Rennwagentechnik. 2 Auflage. Vieweg+Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-0857-8, S. 777 (online, abgerufen am 15. Januar 2013).
  4. cockerell.de: Von PAX und MEGO zur MEGOLA, aufgerufen 19. Juli 2013
  5. Adrian Turpin: On your SuperBike. The Independent. 5. August 1994. Abgerufen am 15. Januar 2012.