Ein Monocoque (frz.) ist eine in einschaliger Bauweise gefertigte tragende Struktur eines Fahrzeugs. Dabei nimmt die weitgehend geschlossene Außenhaut die meisten angreifenden Kräfte auf. Monocoques sind leicht und verwindungssteif, jedoch aufwändig zu fertigen.
Flugzeuge
Im Flugzeugbau wird die Monocoque-Bauweise dadurch definiert, dass sämtliche Versteifungselemente (Spanten, Längsträger) direkt mit der Außenhaut verbunden sind. Diese Bauweise wird im Flugzeugbau nicht mehr durchgängig verwendet, da es mittlerweile leichtere und reparaturfreundlichere Bauweisen gibt. Eines der ersten Monocoques wurde 1931 aus Sperrholz für die Gribowski G-8 gebaut.
Weiterentwicklung
Die Semimonocoque-Bauweise ist im modernen Flugzeugbau die vorherrschende Bauweise für größere Luftfahrzeuge. Die Semimonocoque-Bauweise ist eine Weiterentwicklung der Monocoque-Bauweise. Sie besteht aus Spanten, Längsversteifungen, Schubblechen (Clips) und Außenbeplankung. Um die Belastungssituation des Flugzeugrumpfes durch eine elastischere Bauweise zu entschärfen, wird der Verbund aus Beplankung und Stringer vom Spant abgekoppelt. Über Schubbleche (Clips) werden die Spante nur indirekt mit der Beplankung und den Stringern verbunden.
Da der Flugzeugrumpf sich in größeren Flughöhen und den damit zusammenhängenden sinkenden Luftdruck aufbläht, müssen die hier entstehenden Zugspannungen radial über das Beplankungsblech verteilt werden. Bei Airbus werden diese Kräfte über den Beplankung-Stringer-Verbund aufgefangen, bei Boeing versucht man diese Kräfte über ein zusätzliches Rissstoppblech mit aufzufangen.
Automobile
In den Anfängen des Formel-Rennsports fertigte man diese Fahrerzellen der Monopostos aus Leichtmetall, also in der Regel Aluminium, oder mit Beginn der eigentlichen Monocoque-Bauweise in den frühen 1980er Jahren aus Kevlar, Kohlefaser und ähnlichen Verbundwerkstoffen.
Unter einem Monocoque für Monopostos im Formel-Autorennsport verstand man bis in die 1980er-Jahre ein Chassis, das als einzelnes Bauteil die Vorderachse mit dem vor der Hinterachse angeordneten Motor verbindet. Der Fahrer sitzt im Monocoque. Der Motor und Getriebe sind dabei tragende Element des Wagens und tragen die Hinterachsaufhängung und Heckflügel. Das Monocoque bildet teilweise oder vollständig die Außenhaut des Fahrzeugs.
1962 stellte Lotus beim Lotus-Climax 25 das erste Monocoque-Chassis aus miteinander vernieteten oder verklebten Aluminiumblechen vor. Teilweise wurden Orte, an denen hohe Kräfte eingeleitet werden mussten, durch Rechteckrohre oder Gußteile verstärkt. Anfänglich wurden Hohlräume im Monocoque versiegelt und als Tank genutzt. Diese einfache Bauweise führte bei Unfällen zu großer Gefährdung durch schnell austretende große Benzinmengen. Nach schweren Feuerunfällen werden eingesetzte gepanzerte und mit schwammartigem Material gefüllte Tanks vorgeschrieben. Beginnend mit dem Lotus 72 1970 wurde der größte Teil des Tankvolumens hinter dem Fahrer konzentriert, wo er bei Unfällen geschützter war. Das Monocoque setzte sich schnell durch und löste die Rohrrahmen-Chassis ab.
Die drei Konstrukteure, die um 1981 diese Bauweise am schnellsten weiter entwickelten, waren die Engländer John Barnard bei McLaren und Colin Chapman bei Lotus sowie der Österreicher Gustav Brunner für ATS, der als erster ein unverkleidetes Kohlefaser-Monocoque entwickelte.
Der McLaren MP4/1 von 1981 verwendete erstmals Faser-Kunststoff-Verbundmaterial für das Monocoque. Dazu werden Formteile aus Prepreg (Kevlar, Kohlefaser und andere) zum Monocoque zusammengesetzt. Bei hoher Temperatur und Überdruck in einem Ofen wird Harz ausgehärtet. Durch den Überdruck wird überflüssiges Harz abgeführt, um den Faservolumenanteil und damit die Festigkeit zu erhöhen.
Monocoques in Verbundtechnik 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 wussten alle Rennteams die Monocoques selbst zu 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. ChampCar-Serie durch. Ebenso hat diese Bauweise im Sportwagenbereich Einzug gehalten.
Motorräder
Bei Motorrädern spricht man von Monocoquebauweise, wenn Tank und Airbox in den Rahmen integriert sind. Vorteilen bei Gewicht, Abmessungen und Steifigkeit stehen Nachteile bei Wartungsfreundlichkeit und Vibrationsdämpfung entgegen. Die Kawasaki ZX-12R und Kawasaki ZZR 1400 sind die einzigen Serien-Motorräder dieser Art (Stand: September 2007).[1]
Fahrräder
Fahrradrahmen werden als Monocoque bezeichnet, wenn sie nicht aus einzelnen Rohren, sondern aus Blech oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Einzelnachweise
- ↑ Werner Koch, Benny Wilbers: Neue Fahrwerkstechnik im Detail. Wilbers Products GmbH, ISBN 3-929534-17-7