Innovativer Überrollkäfig/Roll Cage
Rennbedingungen stellen extreme Anforderungen an Mensch und Maschine, sodass Unfälle, bedingt durch menschlichem oder technischem Versagen mit einer endlichen Wahrscheinlichkeit eintreten werden.
Deshalb muss die Sicherheit des Fahrers unter allen Umständen gewährleistet sein. Hierfür sind verschiedene Schutzvorrichtungen angebracht wie zum Beispiel ein, vom ITD neu entwickelter Überrollkäfig in Composite Bauweise.
Dieser soll den Fahrer bei allen Arten von Unfällen, welche die Karosserie deformieren (würden) schützen, z.B. bei Überschlag, Seitencrash durch ein anderes Fahrzeug oder einem Frontalcrash. Der Überrollkäfig reduziert die Deformation der Karosserie auf ein tolerierbares Maß, sodass der Fahrer zu jeder Zeit einen “Überlebensraum” behält.
Zusätzlich zum Sicherheitsaspekt dient der Überrollkäfig zur Versteifung der Karosserie. Dies hat vor allem sportliche Gründe. Hierbei sollen Torsionsverformungen der Karosserie verringert werden, welche eine Achslastverlagerung bedingen würden.
Am ITD wurde hierfür ein neuer Überrollkäfig entwickelt, welcher dem Fahrer eine höhere Sicherheit, sowie eine höhere Steifigkeit ausweist und zudem eine Gewichtsreduktion gegenüber konventioneller Käfigsysteme bietet.
Die Grundidee
Die Abbildung rechts zeigt schematisch den grund-sätzlichen Laminataufbau.
Der Metallliner dient als Form-geber für die Verbundwerk-stoffummantelung.
Zusätzlich wird durch eine mögliche plastische Ver-ormung des metallischen Liners die Struktur-integrität des Gesamtverbundes erreicht.
Für die zweite Schicht wird ein +/- 45°-Gewebe vorgesehen.
Diese fungiert zum einen als Koppelungsschicht zwischen dem Metallliner und dem weiteren Laminat.
Zum anderen werden hier auftretende Schubspannungen aufgenommen.
Die dritte Schicht besteht aus mehreren UD-Lagen, die hauptsächlich die Zug- und Druckspannungen aufnehmen und zusätzlich die Steifigkeit erhöhen sollen. Je nach Anforderungen können die UD-Lagen durch weitere +/- 45°-Gewebelagen unterbrochen werden.
Die abschließende vierte Schicht nimmt zum Teil weitere Schubspannungen auf, jedoch ist die Hauptaufgabe das Zusammenhalten der unteren Schichten im Versagensfall und somit die Verhinderung des Abplatzens und einer möglichen Splitterbildung.
Für den Liner wird ein hochfestes Aluminium, aufgrund der einfacheren Verarbeitbarkeit, gewählt. Für die Kopplungsschicht wird hochzähes Aramid gewählt. Hierbei wirken sich die geringere Steifigkeit sowie die umproblematische Kombination mit Metall (keine Korrosion) vorteilig aus. Für die UD- Lagen werden aufgrund der hohen Steifigkeit und Festigkeit Gelege aus Kohlenstofffasern gewählt. Für die abschließende Lage soll wiederum hochzähes Aramid verwendet werden.
Strukturmechanische Auslegungsbeispiele
Alle im Motorsport verwendeten Überrollkäfige müssen entweder nach den Vorgaben des FIA/DMSB gebaut, oder von einer entsprechenden Prüfeinrichtung zugelassen werden. Hierfür sind nach Ermessen der Gutachter eine FE-Simulation und/oder Versuche notwendig.
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