Monocoque

Ein Monocoque (frz.) ist eine selbsttragende Karosserie, d.h. 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 aufwendig zu fertigen.

McLaren MP4 in Monocoque-Bauweise, 1981

Flugzeuge

Im Flugzeugbau wird die Monocoque-Bauweise dadurch definiert, dass sämtliche Versteifungselemente (Spanten, Längsversteifungen) 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. Da der Flugzeugrumpf sich in größeren Flughöhen und dem damit zusammenhängenden sinkenden Luftdruck aufbläht, müssen die hier entstehenden Zugspannungen radial über das Beplankungsblech verteilt werden. Um die Belastungssituation des Flugzeugrumpfes durch die häufigen Kabinendruckwechsel zu entschärfen, wird der Verbund aus Beplankung und Längsversteifung vom Spant abgekoppelt. Über Schubbleche (Clips) werden die Spante nur indirekt mit der Beplankung und den Längsversteifungen verbunden. Dadurch entsteht eine elastischere Konstruktion, die die Lebensdauer des Rumpfes erhöhen soll.

Automobile

In den Anfängen des Formel-Rennsports fertigte man die 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.

Monocoque aus Blechen mit angeflanschtem selbsttragenden Motor (Lotus 49)

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. Motor und Getriebe sind dabei tragende Elemente 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 weiterentwickelten, 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.

Triathlonrad mit Carbon-Monocoque-Rahmen

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 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. 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

1. ↑ Werner Koch, Benny Wilbers: Neue Fahrwerkstechnik im Detail. Wilbers Products GmbH, ISBN 3-929534-17-7