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Der Lexus LFA: Teil 1 - CFRP-Karosserie für weniger Gewicht und mehr Sicherheit

Das Ergebnis eines von der Toyota Motor Corporation im Jahr 2000 gestarteten Forschungs- und Entwicklungsprojekts präsentiert Lexus auf der Tokyo Motorshow (24. Oktober bis 4. November 2009): den Supersportwagen Lexus LSF. Laut Haruhiko Tanahashi, Chefingenieur des LFA-Entwicklungsprogramms, war eines der Hauptziele bei der Konstruktion des Lexus LFA, das Gesamtgewicht des Fahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren. So führte die Entscheidung zu Beginn der Entwicklung, bei der Karosserie von einer Leichtmetallkonstruktion auf karbonfaserverstärkten Kunststoff (CFRP) umzusteigen, zu einem Leergewicht des LFA von 1.480 kg. Alle Fahrwerkskomponenten bestehen aus Aluminium.

Die gegenüber Leichtmetall um das Vierfache höhere Festigkeit gibt der CFRP-Mittelsektion nicht nur eine außerordentlich steife und feste Struktur, sondern bringt auch eine Gewichtsersparnis um etwa 100 Kilogramm gegenüber einer vergleichbaren Aluminiumkarosserie mit sich. Etwa 65 Prozent des Nettogewichts der LFA-Karosserie entfallen auf Bauteile aus CFRP, die restlichen 35 Prozent entfallen auf Teile aus Leichtmetalllegierungen. CFRP wurde sogar für den Motorhaubenaufsteller als Ersatz für einen schwereren hydraulischen Teleskoparm eingesetzt.

Entsprechend der dynamischen Beanspruchung, der Formgebung und der Funktion nutzt Lexus drei unterschiedliche CFRP-Herstellungstechniken: Vorwiegend bei Komponenten für die steife und stabile Struktur der Fahrgastzelle wird das arbeits- und kostenintensive "Prepreg"-Handfertigungsverfahren eingesetzt, bei dem mit thermisch härtendem Flüssigharz imprägnierte Karbonfasermatten in einem Ofen erhitzt und in Formen gepresst werden. Die CFRP-Komponenten für die Bodenwanne mit integriertem Getriebetunnel, das Dach und die Motorhaube werden unter Einsatz des "Resin Transfer Moulding" (RTM)-Verfahrens hergestellt. Hier wird vor dem Erhitzen und Aushärten Flüssigharz in trockene, vorgeformte Karbonfaserteile eingearbeitet. Das karbonfaserverstärkte "Sheet Moulding Compound" (C-SMC, Matten-Form-Verbund) Verfahren, bei dem kurzfaserige Materialien in einer Form heiß gepresst werden, kommt bei der Herstellung von C-Säulen, Stützen und hinterem Unterboden zum Einsatz.
Parallel zur Einführung von CFRP entwickelte das LFA-Team auch eine neuartige Technik zur Verbindung von Karbonfaser- und Metallteilen. Anstatt mit in den Kunststoff eingeschraubten Leichtmetallgewindeeinsätzen zu arbeiten, wird ein Leichtmetall-Flanschkragen mit Innengewinde in das Bauteil aus CFRP eingeschrumpft, so dass Metall- und Karbonfaserteile ohne direkten Kontakt mittels einer Schraubverbindung formschlüssig verbunden werden können.

Der Einsatz der kohlefaserverstärkten Kunststoffstruktur verkürzt laut Lexus nicht nur die benötigte Produktionszeit der LFA-Bauteile, sondern trägt auch zum Schutz der Fahrzeuginsassen des Sportwagens bei. So ist die Kohlefaserstruktur nach Angaben des japanischen Automobilherstellers steifer, stärker und leichter als jede gleichwertige Metallstruktur und bietet höchsten Aufprallschutz. Des Weiteren bildet sie eine solide Plattform für die vorderen und hinteren Crash-Boxen des LFA.

Die vordere Crash-Box befindet sich vor den vorderen Längsträgern und besteht aus triaxial gewebtem kohlefaserverstärktem Kunststoff, der sich kontrolliert verformt und somit Aufprallenergie absorbiert. Restenergie wird von den hohlen Längsträgern aus Spritzgussaluminium in andere Fahrzeugbereiche abgeleitet. Die hintere Crash-Box ist aus Spritzgussaluminium gefertigt und funktioniert auf ähnliche Art und Weise. Sie bietet einen entsprechenden Aufprallschutz im hinteren Bereich des Fahrzeugs.

Sehr stabile und verwindungssteife Längsträger aus Kohlefaser schützen die Insassen im Fall eines Seitenaufpralls. Um die Festigkeit der Längsträger weiter zu erhöhen, verfügen diese über eine gerippte Form. Zudem ist ihre Unterseite zugunsten der Steifigkeit mit Urethan gefüllt. Bei den Innenplatten der Türen kommt Leichtmetall zum Einsatz, während die Außenhaut aus glasfaserverstärkten Harzmatten besteht, die durch Beimischung von Glas-Mikroballons verstärkt sind. Schutz bei einem Seitenaufprall soll ein horizontal angeordneter Aufprallträger aus Aluminium in den Türen gewährleisten. Der Fußgängerschutz wird durch einen Luftsammler aus Kunstharz optimiert, der sich direkt unter der Motorhaube befindet und im Fall eines Unfalls mit einem Fußgänger deformiert.

Lesen Sie morgen in Teil 2 über den neu entwickelten, 412 kW starken V10-Motor, der das neue Flaggschiff der Lexus "F"-Sportmodelle auf bis zu 325 km/h beschleunigt.
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