Special Audi R8 SpydeR

sponsored by Audi03i2010 112. Jahrgang

Der auDi r8 SpyDer deR offene HocHleiStungSSpoRtwAgen

Special Audi r8 spyder

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Michael Dick ist Vorstand für den Geschäfts­

bereich Technische entwicklung der Audi AG in ingolstadt.

peter FroMM leitet die entwicklung interieur

und exterieur im Geschäftsbereich Technische entwicklung der

Audi AG in ingolstadt.

Jochen Wagner verantwortet die entwicklung und

Gesamtprojektleitung des Audi r8 in der quattro GmbH in neckarsulm.

AuToren

der r8 spyder ist der offene Hoch­

leistungssportwagen von Audi. er

verbindet eigenständiges design,

überragende sportlichkeit und un­

eingeschränkten Fahrspaß. im r8

spyder ergänzen sich ein hochdre­

hender V10­Mittelmotor, die Alumi­

niumkarosserie in AsF­bauweise

(Audi space Frame) der neuesten

Generation und der permanente All­

radantrieb zu einem Automobil von

hoher dynamik. der analog zum r8

Coupé in einer Manufaktur der

quattro GmbH gefertigte Audi r8

spyder birgt zahlreiche innovationen

– beispielsweise das weltweit erste in

einem pkw in serie angebotene

Gurtmikrofon.

03i2010 112. Jahrgang 181

konzept

Die Erfahrungen, die Audi im Motorsport gesammelt hat, bildeten eine gute Grund-lage für die Entwicklung eines offenen Hochleistungssportwagens. Genauso wie die Verfügbarkeit hochentwickelter Tech-nik aus dem R8 Coupé. Aluminium Space Frame, Mittelmotor und quattro-Antrieb teilen sich R8 Spyder und R8 Coupé. Beide Fahrzeuge präsentieren in konzen-trierter Form das Know-how von Audi bei Design, Fahrdynamik und Leichtbau. Und kombinieren es mit einem hohen Maß an Alltagstauglichkeit, Zuverlässigkeit und Fertigungs- und Funktionsqualität.

Während das R8 Coupé stärker in Rich-tung Sportlichkeit positioniert ist, spricht der R8 Spyder vor allem solche Kunden an, die einen Sportwagen aus Design- und Prestigegründen bevorzugen. Mit seiner sportlichen Emotionalität leistet er einen wichtigen Beitrag zur weiteren Höherposi-tionierung der Marke Audi.

Das Fahrzeugkonzept des Audi R8 Spyder basiert technisch auf dem R8 Coupé [1]. Die wesentlichen Neuentwick-lungsumfänge waren das Verdeckmodul, der Frontscheibenrahmen, die Versteif-ungsmaßnamen in der Karosserie sowie Interieurumfänge im Bereich Seitenwand- und Heckverkleidung. Wegen des Ver-deckmoduls inklusive Heckscheibe und Überrollschutz entfällt im Vergleich zum R8 Coupé der Stauraum hinter den Sitzen.

Die mit dem Mittelmotorkonzept ver-bundene Achslastverteilung (57 % des Gewichtes auf der Hinterachse), der lange Radstand sowie der tiefe Fahrzeuggesamt-schwerpunkt liefern beste Voraussetzungen für höchste Fahrdynamik. Wie in einem

Rennwagen führen doppelte Dreieckslen-ker aus Aluminium alle vier Räder. Die hydraulische Zahnstangen-Servolenkung vermittelt hochpräzisen Fahrbahnkontakt.

Die Aluminiumkarosserie in der Audi-Space-Frame-Technologie bringt eine Viel-zahl von Vorteilen mit. Sie ermöglicht das Leistungsgewicht von 4,5 kg/kW, die käfi-gähnliche Crashstruktur bietet durch ihre Steifigkeit und Festigkeit optimale Vorausset-zung für präzises Handling und maximalen Insassenschutz.

Um die Steifigkeits- und Crashanforde-rungen zu erfüllen, hat Audi gezielte Verstär-

kungen in der Karosseriestruktur, insbeson-dere im Bereich der Fahrgastzelle und des Hinterwagens, eingebracht. In die Türen sind zusätzliche Lastpfade für den Frontcrash als Montageumfänge integriert. Der Verdeckkas-ten und die Unterbodenverkleidungen wur-den als tragende Bauteile in die Struktur eingebunden.

Sobald bei einem Front-, Seiten- oder Heckaufprall ein Gurtstraffer oder Airbag zündet, aktiviert ein Magnetschalter den Überrollschutz. Eine vorgespannte Feder lässt den Bügel innerhalb von 0,25 s nach oben ausfahren, eine Rastschiene arretiert ihn.

v designskizzen des exterieurs

u Abmessungen des Audi r8 spyder [mm]

Special Audi r8 spyder

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Das vollautomatische Finnenverdeck aus Akustikstoff mit Z-Faltung faltet sich kom-plett in den Verdeckkasten; die Heckscheibe wird separat elektrisch aus- und einge-fahren. Die Betätigung des Verdecks wäh-rend der Fahrt ist bis 50 km/h möglich.

Der permanente Allradantrieb sorgt für das entscheidende Plus an Fahrdynamik und Traktion. Das hochdrehende V10-FSI-Aggregat mit 5,2 l Hubraum entfaltet seine Leistung über einen breiten Dreh-zahlbereich spontan, es ist für den Einsatz im Sportwagen prädestiniert. Um einen niedrigen Fahrzeugschwerpunkt zu erzie-len, erhielt der Motor eine Trockensumpf-schmierung und wurde tief im Fahrzeug angeordnet.

Die crashsichere und schwerpunktnahe Anordnung des Kraftstoffbehälters hinter den Sitzen ermöglicht eine nahezu kons-tante Achslastverteilung unabhängig vom Füllstand des Tanks. Die Wasserkühler stehen im Vorderwagen optimal im Fahrt-wind. Die Abluft strömt gezielt in den Unterdruckbereich in den Radhäusern und am Unterboden. Die Entlüftung des Motorraums erfolgt über große, aerodyna-misch optimierte Abluftgitter in Stoßfän-ger, Verdeckkastendeckel, Serviceklappe und Spoiler.

Die Proportionen des R8 Spyder sind für ein Mittelmotorfahrzeug charakteris-tisch, u. Die tiefe Sitzposition des Fahrers ermöglicht die ausgesprochen niedrige Fahrzeughöhe von nur 1244 mm, die Sicht nach vorne über die flache Motor-haube ist dennoch sehr gut, 1.

DeSign

Der Audi R8 Spyder entwickelt im Ver-gleich zum Coupé eine eigenständige, hoch emotionale Formensprache. Mit sei-ner Kombination aus kraftvoller Fahrzeug-architektur und geballter Technikkompe-tenz weist der offene Hochleistungssport-wagen die Richtung für zukünftige Entwicklungen bei Audi. Sein Design interpretiert kompromisslose Dynamik, die unbändige Kraft des Motors ist in Schönheit und Eleganz gekleidet.

Die Grundidee des Fahrzeugkörpers beruht darauf, die Sportlichkeit eines Mit-telmotorsportwagens mit der Emotionalität fließender Linien zu verbinden. Trotz des großen Mittelmotors und des darüber lie-genden Verdecks konnte ein Stufensprung in der Silhouette vermieden werden.

Das Trapez des Audi Singleframe-Küh-lers, breit und niedrig und mit vertikalen und horizontalen Chromstreben versehen, prägt die Front. Ein exklusives Technik-Highlight sind die serienmäßigen Voll-LED-Scheinwerfer. Als erster Automobil-hersteller der Welt setzt Audi für Abblend-licht, Fernlicht, Tagfahrlicht und Blinklicht Leuchtdioden ein.

Unter den Scheinwerfern liegen große Lufteinlässe in hochglänzendem Schwarz. Der flach geneigte Frontscheibenrahmen aus Aluminium betont die dynamische Linienführung – das Fahrzeug wirkt so noch athletischer.

Die Seiten werden von den seitlichen Lufteinlässen geprägt. Sie ersetzen die beim R8 Coupé charakteristischen Side-blades, die die Motorposition optisch betonen. Die verbreiterten Schweller set-zen zusätzliche Lichtakzente und modellieren die Flächen. Die Kabine des Audi R8 Spyder ist, typisch für einen Mit-telmotor-Sportwagen, weit nach vorne verlegt, v.

In geschlossenem Zustand fügt sich das Verdeck harmonisch in die Designlinie ein; es läuft in zwei schlanken Finnen aus, die sich zum Heckabschluss ziehen und so die gestreckte Silhouette betonen. Wie alle Modelle verfügt auch der R8 Spyder über die Coupé-artige Dachlinie, die ein markenprägendes Element für Audi bildet. Ohne den fließenden Ein-druck der Silhouette zu stören, schließt die senkrecht stehende Heckscheibe den

Fahrgastraum ab. Eine umlaufende Sicke strukturiert den Verdeckkastendeckel und die Serviceklappe optisch. Von oben betrachtet, werden Fahrer und Motor ellipsenförmig zu einer Einheit zusammen gefasst.

Die deutlich herausgearbeiteten Kotflü-gel und die markante Abrisskante setzen das Heck des Audi R8 Spyder in Szene. Beginnend hinter den Kopfstützen, span-nen sich große Luftauslässe in Alumini-umoptik über den gesamten Verdeckkas-tendeckel, sie zitieren die Formsprache klassischer Rennwagen. Die zweiflutige Abgasanlage mit ovalen Endrohren bildet einen passenden Abschluss, 2.

Beim Innenraumdesign stand das Audi R8 Coupé Pate. Das Interieur ist puristisch und konzentriert sich auf den Fahrer. Neben der fahrerorientierten Architektur, die sich auch in der Gestaltung der seit-lichen Türbrüstung fortsetzt, bestimmt die Wahl der Materialien die funktionale Atmosphäre, w. Die Türeinstiegsleisten mit Aluminiumeinlagen und die Applikationen in schwarzem Seidenlack vermitteln eine Atmosphäre luxuriöser Sportlichkeit.

Zur Individualisierung des Interieurs können neben kühlen, technischen Grau-tönen auch ausdruckstarke Farben gewählt werden, die dem Interieur eine gewisse Extrovertiertheit im Stil der Marke Audi verleihen. Die Sportsitze sind serien-mäßig mit einem speziellen Leder bezo-gen; Farbpigmente verhindern, dass es sich bei Sonneneinstrahlung stark auf-

w designskizze des interieurs

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heizt. Eine Ablage in der hinteren Schott-wand hält drei Staufächer bereit. In einem davon finden der optionale CD-Wechsler oder das auf Wunsch erhältliche Audi Music Interface (AMI) Platz.

FreiSprechanlage Mit gurtMikroFon

Das Gurtmikrofon für die Freisprechan-lage ist in die Sicherheitsgurte von Fahrer und Beifahrer integriert. Diese völlig neue Position bietet beste Freisprechqualität, unabhängig von der Körpergröße, der Sitzposition und der Fahrgeschwindigkeit.

Bei der Freisprechqualität eines Fahr-zeugs wird zwischen Uplink und Down-link unterschieden. Der Begriff Downlink bezeichnet die Wiedergabequalität im Fahrzeug, als Uplink wird die Qualität beim Empfänger bezeichnet.

Da in der überwiegenden Zahl der Fälle der Teilnehmer am fernen Ende sein Tele-fon in der Hand hält, ist das im Fahrzeug ankommende Sprachsignal meist weitge-hend frei von Störgeräuschen. Es wird im Wesentlichen nur verstärkt und klanglich ausgewogen über die Fahrzeuglautspre-cher wiedergegeben.

Für die umgekehrte Übertragungsrich-tung sind die Umgebungsbedingungen schwieriger. Die Möglichkeiten für den Einbau des Mikrofons im Fahrzeuginnen-raum sind relativ begrenzt. Daraus ergibt sich ein großer Sprechabstand; er variiert abhängig von der Körpergröße und der

mit ihr zusammenhängenden Sitzposition. Mit zunehmender Entfernung des Spre-chenden zum Schallwandler sinkt das Nutzsignal.

Die saubere und natürliche Übertragung der menschlichen Stimme ist im Frei-sprechbetrieb aus dem Fahrzeug heraus aufgrund der Mischung aus dem Sprach-signal und den im Fahrzeug vorhandenen Nebengeräuschen, x, äußerst schwierig. Mittels digitalem Signalprocessing lassen sich zwar die Störgeräusche durch Detek-tierung und Filterung auf elektronischem Weg eliminieren. Mit wachsender Fahr-zeuggeschwindigkeit wird es jedoch immer schwieriger, zwischen Sprache und Störschall zu unterscheiden. Von einem gewissen Punkt an ist die genaue Filte-

rung der Störsignale nicht mehr möglich. Die Sprache klingt unnatürlich, blechern und verfremdet, die Verständlichkeit nimmt stark ab.

Um eine maximale Reduzierung der Störgeräusche zu erreichen, bedarf es eines möglichst geringen Abstands des Sprechers zum Mikrofon. In die Gurtbän-der sind je drei kleine, flache Mikrofone integriert; mindestens eines von ihnen befindet sich bei angelegtem Gurt in der idealen Position zum Sprecher.

Ein zusätzliches Mikrofon ist am Front-scheibenrahmen untergebracht, es dient zum Telefonieren im Stand, wenn der Gurt nicht angelegt ist. Die Signale wer-den zu einem Steuergerät geleitet, das sie permanent auswertet und bewertet; das qualitativ und quantitativ beste Signal wird zur Freisprecheinrichtung weiterge-leitet. Die notwendigen Modifikationen wurden im Rahmen sicherheitstech-nischer Überprüfungen erprobt.

karoSSerie

Das Mittelmotorkonzept sorgt für eine optimale Gewichtsverteilung und höchste Fahrstabilität. Der Einsatz der Karosserie aus Aluminium ermöglicht es, die jewei-ligen Werkstoffeigenschaften optimal zu nutzen, y. Wie schon beim Audi R8 Coupé bildet auch beim Spyder die sehr leichte und zugleich extrem steife Karos-serie die Basis für hohe Fahrdynamik und maximalen Fahrspaß.

Die Herausforderung für die Karosserie-struktur war beim offenen Fahrzeug aller-dings noch größer. Das Entwicklungslas-tenheft umfasste zwei spezielle Punkte:

x Vergleich Gurtmikrofon versus dachmodul­mikrofon bei 140 km/h mit offenem Verdeck

y rohkarosserie in Audi­space­Frame­bauweise

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Die uneingeschränkte Umsetzung des außergewöhnlichen und hochemotionalen Designs sowie die Nutzung größtmög-licher Synergien mit dem R8 Coupé in Bezug auf Teile und Fertigungseinrich-tungen, U. Die ASF-Technologie der neu-esten Generation mit verschraubten Außenhautteilen in einem innovativen Multi-Material-Mix bietet die idealen Vor-aussetzungen für die Erfüllung dieser Ziele.

Die Vorteile von Aluminium im Audi-Space-Frame sind vielfältig. Das Material ist leicht, die daraus gefertigten Profil- und Gusshalbzeuge bieten eine größere Gestaltungsfreiheit als Stahlblech und zeichnen sich durch hohe Steifigkeit aus.Eine Herausforderung beim Umgang mit Aluminium ist die Verarbeitung – eine Kernkompetenz von Audi. Die Verteilung der Halbzeuge innerhalb der Karosserie-struktur ähnelt dem Mix im Coupé, etwa 70 % der Teile wurden beibehalten. Die Struktur mit einer Masse von 216 kg besteht zu 75 % aus Strangpressprofilen, 17 % sind Blechteile und 8 % Gussteile. Bei den Strangpressprofilen ermöglicht die hohe Gestaltungsfreiheit optimale Quer-schnitte für jede Aufgabe. In den beson-ders hoch beanspruchten Bereichen kom-men Profile mit höherfesten Aluminiumle-gierungen zum Einsatz, um den Crashanforderungen zu genügen, V.

Die Vakural-Druckgussteile in der Unterbodenstruktur wurden vom R8 Coupé übernommen und durch eine spe-zifische Befräsung (Federbeintopf) an die Anforderungen im Spyder angepasst. Das Vakural-Druckguss-Verfahren ermöglicht sehr geringe Wandstärken und damit die Umsetzung von sehr leichten, multifunkti-onalen Großgussteilen.

Bei den Blechteilen handelt es sich aus-nahmslos um warmaushärtende Legie-rungen, die ihre endgültige Festigkeit im Lackierprozess erhalten.

Der Karosseriebau des Audi R8 Spyder erfolgt in einer Manufakturfertigung, bei der moderne Robotertechnologien und Laser-messtechniken zum Einsatz kommen. Die Verbindung der Guss- und Profilteile unter-einander erfolgt ausschließlich durch MIG-Schweißen. Zur Erreichung der geforderten Schweißnahtqualität wurden die Wanddi-cken der Teile aufeinander abgestimmt.

In Summe werden 107 m Schweißnaht von hoch qualifizierten Mitarbeitern von Hand geschweißt. Bei der Anbindung der

U synergien mit dem Audi r8 Coupé

W Verbindungstechnik im Audi­space­Frame

V Hochfeste Aluminiumlegierungen im Audi­space­Frame

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Strukturbleche kommen 814 Stanznieten und 288 automatisiert gesetzte, selbstfur-chende Schrauben zum Einsatz, W. Alle Außenhautteile sind reparaturfreundlich mit der Struktur verschraubt.

Der Frontscheibenrahmen muss in einem offenen Fahrzeug besonders hohe Anforderungen in puncto Festigkeit und Steifigkeit erfüllen. Beim Audi R8 Spyder besteht er ohne den Einsatz von Stahl-rohren komplett aus Aluminium. Zur Ein-haltung der hohen Sicherheitsanforde-rungen sind zusätzliche Lastpfade in die Türen integriert.

Die Einbindung von Verdeckkasten und Unterbodenverkleidungen als tragende Bauteile ermöglichte eine hohe Karosse-riesteifigkeit. Beim Verdeckkasten kommt ein Mix von Druckguss-, Profil- und

Blechteilen zum Einsatz. Die Gussteile haben multifunktionelle Aufgaben – sie beinhalten die Lagerungen für die Schar-niere und Verschlüsse des Verdeckkasten-deckels.

Die Karosserie des R8 Spyder besteht jedoch nicht nur aus Aluminium, sondern ist eine komplexe Mischung aus verschie-denen Werkstoffen.

Als richtungweisende Neuerung beste-hen die Seitenteile und der Verdeckkas-tendeckel aus Kohlenstofffaser-Kunststoff (CFK), X. Vor allem der Verdeckkastende-ckel verbindet geringes Gewicht mit größ-ter optischer Gestaltungsfreiheit. Mit Hilfe der virtuellen Funktionsauslegung wurden die Bauteile verfeinert, auch die Gewebe-Drapierung für die Fertigung wurde virtu-ell festgelegt. Um die hohen Class-A-Ober-

flächenanforderungen zu erreichen, ent-stehen die Außenhautteile im Harz-Infusionsverfahren (Resin Transfer Moulding, RTM). Hier werden die CFK-Gelege in einem geschlossenen Werkzeug unter hohem Druck mit Epoxydharz durchtränkt und bei Temperaturen von zirka 80 °C ausgehärtet.

Um die Unterbringung von Antennen innerhalb der Hecklappe zu ermöglichen, wurde für dieses Bauteil das Halbzeug SMC (Sheet Molding Compound) gewählt. Dabei handelt es sich um sich um ein fertig gemischtes Faserverbundmaterial, dass durch Fließpressen in die endgültige Form gebracht wird. Der Einsatz von SMC erlaubt einen sehr hohen Formfreiheitsgrad.

Dieser innovative Multi-Material-Mix stellt die Fertigung vor neue Herausforde-rungen, da alle Außenhautteile im Hinter-wagenbereich erst nach der Lackierung am Fahrzeug angebaut werden.

VerDeck

Beim Verdeck des Audi R8 Spyder handelt es sich um ein Finnenverdeck, dem die beiden spitz nach hinten verlaufenden Verdeckenden seinen Namen verleihen. Dieses Konzept trägt zum extrem sport-lichen Erscheinungsbild des offenen Hochleistungssportwagens bei.

Ausgehend von den Designvorgaben und dem knapp bemessenen Ablageraum war ein Verdeckkonzept mit einem umlaufenden Spannbügel, der auf oder unter dem Verdeckkastendeckel den hin-teren Abschluss bildet, nicht realisierbar. Die Finnen erlauben es, den Verdeckstoff

X Materialmix in der Außenhaut

at Konzept für die Verdecköffnung

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straff nach hinten zu spannen und dem Verdeck eine hochwertige Optik zu verlei-hen. Sie liegen druckbelastet auf Alumini-umlagern auf, die in die Karosserie einge-bettet sind, um einen definierten Abstand zur Lackoberfläche zu wahren und diese nicht zu verkratzen.

Das Öffnen und Schließen ist bis 50 km/h Fahrgeschwindigkeit möglich und dauert 19 s. Öffnet man das Verdeck, bewegen sich zunächst die langen Finnen nach oben, um den Verdeckkastendeckel freizugeben. Anschließend faltet sich das Verdeck Z-förmig und verschwindet voll-ständig unter der Abdeckung, at. Das abgelegte Verdeck beansprucht nur mini-malen Raum. Im Verdeckkasten steht an der flachsten Stelle ein Ablageraum von nur 50 mm Höhe zur Verfügung.

Die Größe des Verdeckkastendeckels mit den angebundenen Gestängeabde-ckungen stellt hohe Anforderungen an die Steifigkeit der Scharniere, des Deckels und an den Antrieb. Die Schließfunktion muss trotz der der auftretenden Windkräfte sichergestellt sein.

In Windkanalversuchen und auf der Straße wurden die zum Entwicklungsbe-ginn vorgenommenen Simulationen bestätigt.

Der Dachrahmen vorn und die Finnen-böden sind in Magnesiumdruckguss aus-geführt, hinzu kommen zahlreiche Kom-ponenten aus Aluminium und gewichts-optimierte Stahl-Schmiedeteile.

In zahlreichen Optimierungsschleifen mit FEM-Simulationen und Hardwarever-suchen gelang es, das Gewicht des Moduls im Laufe des Entwicklungspro-zesses vom ersten Prototypen bis zum Serienprodukt ohne funktionale Einbußen um zirka 8 kg auf 104 kg zu reduzieren.

Die Verschlussaufnahmen im Wind-schutzscheibenrahmen werden aus Edel-stahlfeinguss gefertigt. Um die Antriebsge-räusche zu minimieren, ist die elektrohyd-raulische Verdeckpumpe am Unterboden unterhalb des Kraftstofftanks montiert.

Dieser Einbauort bietet zwei weitere Vor-teile – er ist im Kundendienstfall leicht zu erreichen, und er lässt Raum für ein zusätz-liches Ablagefach zwischen den Sitzen.

Das Modul-Konzept, das dem Verdeck-konzept zugrunde liegt, ist in seiner Aus-prägung beim R8 Spyder wegweisend, ak. Die Basis des Verdeckmoduls bildet das ausfahrbare Überrollschutzsystem. Auf ihm baut Magna Car Top Systems das Ver-deck auf. Die versenkbare Heckscheibe mit Antriebsmechanik und Kassette wird ebenfalls am Überrollschutz montiert und auf die Verdeckkinematik eingerichtet.

Im nächsten Schritt werden die Ver-deckwanne und die Scharniere des Ver-deckkastens mit Hilfe eines Rahmens am Überrollschutz montiert. Anschließend erfolgt die Montage des Verdeckkastende-ckels und der elektrisch beweglichen Gestängeklappen. Vor der Auslieferung an Audi wird das komplette Modul vermes-sen und auf Funktion geprüft.

Der Einbau im Fahrzeug erfolgt mittels definierter Referenzpunkte im Werk Neckarsulm, al. Aufgrund der Modul-größe kann man hier von einer „zweiten Hochzeit“ sprechen, die der Vereinigung von Fahrwerk und Karosserie kaum nachsteht. Die Modularisierung bietet

ak Verdeckmodul

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zwei große Vorteile: Sie reduziert die Fer-tigungszeiten in der Fahrzeugmontage und erlaubt eine bessere Fehleranalyse durch reduzierte Schnittstellen. Gängige Wartungsarbeiten am V10-FSI-Aggregat sind nach Demontage des Mittelteils der Verdeckwanne möglich. Der Ausbau des kompletten Verdeckmoduls ist nicht nötig.

Die elektrisch beheiz- und versenkbare Heckscheibe ist vor dem Fahrzeugmotor platziert. Sie beansprucht keinen Ablage-raum im Verdeckkasten und lässt sich unabhängig vom Verdeck betätigen. Bei geöffnetem Verdeck fungiert die Scheibe als fest installiertes Windschott, dessen Wirkung sich nur von dem zusätzlich steckbaren Windschott übertreffen lässt. Bei geöffnetem Verdeck wird der Schei-benhub elektronisch begrenzt, denn die optimale Wirkung stellt sich bereits bei einer zur Hälfte ausgefahrenen Scheibe ein. Zur Reinigung kann die Scheibe bei geöffnetem Verdeck auch voll ausgefahren werden. Auch bei geschlossenem Verdeck kann das Absenken der Scheibe sinnvoll sein und zum Komfort beitragen. Diese so genannte California-Stellung wird beson-

ders in Ländern mit warmem Klima genutzt.

aeroDynaMik

Bei der Aerodynamik existiert eine enge Verwandtschaft zwischen dem R8 Spyder und dem R8 Coupé. Bei beiden Karosserie-varianten ist Abtrieb wichtiger als ein geringer Luftwiderstand. Der ausgefeilte Diffusor-Unterboden des R8 Coupé, der für den Gesamtabtrieb maßgeblich verantwort-lich ist, blieb beim Spyder unverändert.

Die Aerodynamikverkleidungen des Unterbodens vorn und hinten sind in Aluminium ausgeführt und steif mit der Karosserie verschraubt. Sie umfassen auch die Luftführungen für die Motor-raum- und Kühlerdurchströmung. Im Hinterwagen hingegen wurden leichte Modifikationen am Heckspoiler vorge-nommen, um trotz der veränderten Fahr-zeugumströmung durch das Finnenver-deck auf der Hinterachse genug Abtrieb für dynamisches Handling zu generieren. Der Auftriebsbeiwert an der Hinterachse von etwa -0,025 unterstreicht diesen Anspruch.

Zur geometrischen Optimierung des Ver-decks und seiner Finnen nahmen die Inge-nieure in der frühen Entwicklungsphase 1:4-Modellmessungen und später 1:1-Mes-sungen im Aeroakustik-Windkanal von Audi vor. Die Windgeschwindigkeit dort erreicht bis zu 300 km/h. Bewegte Lauf-bänder und drehende Räder dienen zur Bodensimulation. Mit einem Luftwider-standsbeiwert von cw=0,36 und einer Höchstgeschwindigkeit von 313 km/h ist der Spyder dem Coupé (vmax=316 km/h) praktisch ebenbürtig.

Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen kamen CFD-Strömungs-simulationen (Computational fluid dynamics) zum Einsatz. Sie dienten zur Visualisierung und Analyse der Strö-mung um das Gesamtfahrzeug und wur-den besonders intensiv zur Optimierung der Innenraumströmung bei geöffnetem Verdeck genutzt, am. Die CFD-Strö-mungssimulationen verkürzten die experimentelle Entwicklungszeit und die damit einhergehenden Fahrversuche erheblich. Verschiedene Windschottgeo-metrien wurden als so genannte „poröse Medien“ modelliert; Messungen verifi-

al referenzpunkte für den Verdeckeinbau im Fahrzeug

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zierten ihre Durchlässigkeit. Auf diese Weise errechneten die Entwickler sowohl die Grundgeometrie des Wind-schotts als auch die optimale Position der Heckscheibe für den Fall, dass das Windschott nicht verwendet wird. Das Ergebnis ist ein Windschott, das bei einer Geschwindigkeiten von 200 km/h den Innenraum nahezu zugfrei hält und komfortables Reisen auch bei geöff-netem Verdeck ermöglicht.

Auch bei der Vermeidung von Windge-räuschen und der Reduzierung der Ver-schmutzung im Regen konnte Audi seine Erfahrung als Großserienhersteller im Pre-miumsegment einbringen. Das Ziel der Aeroakustikentwicklung bestand darin, Benchmark unter den sportlichen Cabrio-lets zu werden und sich somit klar gegen-über den Wettbewerbern abzugrenzen.

Ein aufwändig optimiertes Dichtungssys-tem und einen Verdeckstoff, wie er sonst nur in Cabriolets mit ausgewiesenem Akus-tik-Verdeck zum Einsatz kommt, reduzieren beim R8 Spyder die Windgeräusche im Innenraum auch bei hohen Geschwindig-keiten auf ein äußerst komfortables Maß.

Zusätzliche Dämmmaßnahmen kamen aus Gewichtsgründen sehr gezielt und aus-schließlich an akustisch wirksamen Stellen zum Einsatz. Der Audi R8 Spyder ist im Wettbewerbsvergleich der Windgeräuschpe-gel bei 200 km/h das leiseste Fahrzeug, an.

Das Wassermanagement wurde so opti-miert, dass die Sicht durch die Rückscheibe, die Seitenscheiben und im Rückspiegel auch bei starkem Regen frei bleibt, ao.

antrieb

Für den Einsatz im Audi R8 wurde auf Basis der V10-FSI-Motoren ein neues Hochleistungstriebwerk entwickelt. Seine

Highlights sind ein Trockensumpf-Ölkreislauf und das Hochdrehzahlkon-zept, das zu einer Leistung von 386 kW und einer Maximaldrehzahl von 8700/min führt, ap.

Die Begriffe Leistung und Dynamik umreißen die grundlegenden Entwick-lungsziele. Die V-Motorenfamilie von Audi ist mit dem V10-FSI um ein Triebwerk gewachsen, das konsequent auf höchste Performance ausgelegt ist und als kom-paktes Sportaggregat auch höchsten fahr-dynamischen Ansprüchen genügt.

Der V10-Motor eignet sich durch seine kompakte Bauweise und sein niedriges Gewicht perfekt für die Einbauverhält-nisse im Mittelmotorsportwagen. Mit dem Trockensumpf baut der Motor unterhalb der Kurbelwelle flacher als mit einer her-kömmlichen Ölwanne, der Motorschwer-punkt wandert damit in Richtung Fahrbahn.

Die Nockenwellen sowie die Nebenag-gregate Ölpumpe, Kühlmittelpumpe, Lenkhilfepumpe und Klimakompressor werden bauraumsparend über den schwungradseitig angeordneten Ketten-trieb mit 3/8–Zoll-Rollenketten angetrieben.

Der V10-FSI-Motor ist auf hohe Leis-tung und Fahrdynamik bei Querbeschleu-nigungen, wie sie im Renneinsatz auftre-ten, ausgelegt. Der Einsatz im Motorsport war Entwicklungsprämisse. Die Trocken-sumpfschmierung stellt die Ölversorgung

am simulationsvergleich innenraumdurchströmung mit (links) und ohne (rechts) Windschott

an schalldruckpegel im Wettbewerbsvergleich

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bei hohen Längs- und Querbeschleuni-gungen bis 2 g sicher.

Die Motordrehzahlen bis 8700/min in Verbindung mit extremen Kolbenge-schwindigkeiten stellten eine große Her-ausforderung für die Entwicklung des Ölkreislaufes am V10-FSI-Motor dar.

Die kombinierte Ölpumpe saugt mit fünf Stufen das Motoröl kontinuierlich aus den Kurbelkammern, dem Kettenkasten und den Zylinderköpfen und fördert es durch den Öl-Wasser-Wärmetauscher in den Öltank.

Ein charakteristisches Merkmal des R8-Motors mit Trockensumpfschmierung ist das sogenannte Gasfederprinzip. Es ver-zichtet auf die bei konventionellen Motoren vorhandenen Pulsationsboh-

rungen zwischen den Kurbelkammern – es findet kein Gasaustausch zwischen den Kammern statt. Die Verluste durch die Gaswechselarbeit sind minimiert, was besonders bei hohen Drehzahlen einen Leistungsvorteil bringt. Die vollständige Abschottung macht es nötig, sowohl die einzelnen Kurbelkammern als auch Ket-tenkasten und Zylinderköpfe separat abzusaugen, aq.

Der dynamische Öldruck, der Gasge-halt im Schmieröl und der Ölaustrag über die Entlüftung wurden auf diversen Rennstrecken abgeprüft.

Das Zylinderkurbelgehäuse mit 90°-V-Winkel, als Bedplate-Konstruktion ausge-führt, ist mit einer Länge von 563,5 mm sehr kompakt. Der Bohrungsdurchmesser

beträgt 84,5 mm bei einem Zylinderab-stand von 90 mm. Der Kurbeltrieb basiert auf einer Common-Pin-Kurbelwelle, die sich durch hohe Steifigkeit auszeichnet. Kolben, Pleuel und Pleuellager wurden auf Basis der V8-FSI-Komponenten entwi-ckelt, wobei es die um 500/min höhere Drehzahl gegenüber dem V8-Motor zu berücksichtigen galt.

Der V10-FSI-Motor zeigt einen sportwa-gentypisch kontinuierlichen Drehmo-mentaufbau, der in einem maximalen Drehmoment von 530 Nm bei 6500/min gipfelt. Mit 386 kW ist er im Stande, den R8 Spyder auf 313 km/h zu beschleuni-gen. Der Sprint von 0 auf 100 km/h dau-ert nur 4,1 s. Parallel zu diesen herausra-genden Fahrleistungen konnte der MVEG-Verbrauch auf 13,9 l/100km (mit R tronic) beschränkt werden. Die Abregeldrehzahl des Motors liegt bei 8700/min, dabei bewegen sich die Kolben mit einer mittle-ren Geschwindigkeit von 26,91 m/s in den Zylindern.

Auch beim Motorluft-Ansaugsystem sind die Anforderungen hoch. Die Roh- und Reinluftansaugung ist auf einen mini-malen Druckverlust und eine gute Gleich-verteilung in beiden Saugrohrsammlern ausgelegt. Bedingt durch das Fahrzeug-konzept wird die Rohluft an der Fahrzeug-seite angesaugt; sie strömt über zwei sym-metrische Arme in den quer über der Schalldämpferanlage eingebauten Luftfil-terkasten, ar.

Eine gezielte Strömungsoptimierung in diesem Bereich und in der Region der Fil-tereinsätze erlaubte es, auf ein Beruhi-gungsgitter vor den Heißfilm-Luftmas-senmessern zu verzichten. Drosselklap-pen mit einem Innendurchmesser von 82 mm stellen den besten Kompromiss zwi-schen den Anforderungen der Leerlaufre-gelung und einem minimalem Ansaug-druckverlust dar. Bei einem Luftdurch-satz von 750 kg/h pro Ansaugstrecke beträgt der Totaldruckverlust bis in die Saugrohrsammler nur 25 mbar – ein aus-gezeichneter Wert.

Der Ladungswechsel wird über die Nockenwellen mit wirksamen Längen von 230° Einlass und 220° Auslass gesteuert. In Kombination mit den vollvariablen Nockenwellenverstellern wird der konti-nuierliche Drehmomentenanstieg über einen weiten Drehzahlbereich realisiert. Die optimal entdrosselten Einlasskanäle und die perfekt abgestimmten Längen der

ap Verlauf Leistung und dreh­moment beim 5,2­l­V10­Motor

ao Verschmutzungsuntersuchung an der seitenscheibe

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Saugrohr-Trompeten garantieren eine maximale Zylinderfüllung.

Die Vollast-Performance des Motors wird durch das FSI-Direkteinspritz-Brenn-verfahren bestimmt. Das Hochdruckein-spritzventil ist als Einloch-Drallventil aus-geführt. Die Strahlausbreitung ist so gewählt, dass der Wandfilm minimiert wird. Dies führt gegenüber einem MPI-Brennverfahren zu verringerter Klopfemp-findlichkeit bei erhöhter Ladungsdichte. Das FSI-Verfahren ermöglicht ein Verdich-tungsverhältnis von 12,5:1 bei Kraftstof-fen mit ROZ 95/98.

Aufgrund der erforderlichen Rechenleis-tung bei Drehzahlen bis 8700/min wird für die Motorsteuerung ein Master-Slave-Steuergerätkonzept eingesetzt.

Die Auslegung der Abgasanlage auf maximale Leistung erfordert einen gerin-gen Abgasgegendruck und einen Krüm-mer, der mit spezifischen Lauflängen für Leistung und Drehmoment optimiert ist. Dank ihrer motornahen Anordnung sprin-gen die in die Krümmer integrierten Vor-

ar Luftführung im Ansaugsystem

aq Ölkreislauf

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katalysatoren nach dem Kaltstart rasch an. Beim V10-Motor kommt ein Fächer-krümmer zum Einsatz, bei dem zunächst die beiden äußeren Zylinder jeder Bank gemeinsam und der mittlere einzeln geführt werden. Vor dem Vorkatalysator findet dann eine 3-in-1-Zusammenfüh-

rung statt. Die Realisierung der geforder-ten Rohrlängen und Durchmesser inner-halb des verfügbaren Bauraums war eine große Herausforderung. Eine gezielte Schalldämpferentwicklung kompensiert die akustischen Nachteile der Zylinderzu-sammenführung, as.

Zur Abgasreinigung dienen ein Vor- und Hauptkatalysatorsystem, wobei beide Katalysatoren als Metallkatalysa-toren ausgeführt sind. Bei einem Abgas-massenstrom von 800 kg/h pro Zylin-derbank beträgt der Abgasgegendruck 420 mbar.

Die gesetzlichen Anforderungen an das Außengeräusch erfüllt ein Absorptions-dämpfer, der über zwei zusätzliche Abgas-klappen verfügt. Durch das Schließen der Klappen wird er zu einem stark geräusch-reduzierenden Reflektionsdämpfer um-funktioniert, der so den spezifischen Akus-tikanforderungen über den gesamten Dreh-zahlbereich Rechnung trägt.

proDuktion

Für die Fertigung des Audi R8 Spyder ist die quattro GmbH im Werk Neckarsulm verantwortlich. Der Prozess, der höchste Qualitätsansprüche erfüllt, wurde in die bestehende Fertigung des R8 integriert. In der Fahrzeugmontage wird das Material zu 100 % in Warenkörben bereitgestellt, in denen die Komponenten entsprechend der Reihenfolge ihres Einbaus angeordnet sind.

Um die Vorrichtungstechnik ergono-misch optimal auszulegen, wurden die Betriebsmittel im Vorfeld mit Hilfe der Vir-tual Reality Simulation geplant und für

bt ergonomisch optimierte Arbeitspositionen in der Fertigung

as Abgaskrümmer mit integriertem Vorkatalysator

Special Audi r8 spyder

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die Anforderungen der R8-Manufaktur optimiert. Für die Simulation werden die Bewegungen des Menschen bei der Aus-führung seiner Tätigkeit gefilmt und mit Hilfe von Software in die virtuelle Welt übertragen. Der Mitarbeiter trägt dabei zur Simulation seiner zukünftigen Tätig-keiten eine Virtual-Reality-Brille, in der er die virtuelle Vorrichtung und seine eige-nen Bewegungen sieht. Dieser iterative Prozess erlaubt es, die Produktionstechnik den Bedürfnissen des Menschen anzupas-sen. Seine Auswertung ermöglicht eine ergonomische Gestaltung der Anlagen und einen optimalen Ablauf der Montageprozesse.

Die speziellen Betriebsmittel und Anlagen für den Aufbau des R8 Spyder sind in die Manufakturfertigung des R8 Coupé integriert. Viele Schweißvorrich-tungen lassen sich schwenken und in der Höhe auf die Größe des Mitarbeiters einstellen. Dies reduziert Fehlstellungen des Körpers und damit einhergehende Gesundheitsrisiken deutlich. Arbeitsor-ganisatorische Maßnahmen – etwa ein gezielter Einsatz in wechselnden Arbeitspositionen – unterstützen das Konzept eines ergonomischen Arbeits-platzes zusätzlich, bt.

Die Integration des Verdeckmoduls in das Fahrzeug erfolgt in einem einzigen Taktzyklus mit einem Referenzpunktsys-

tem (RPS) und einem eigens dafür ent-wickelten Handlinggerät. Es lässt sich von einer Person steuern und optimal zum Fahrzeug positionieren – das gewährleis-tet den schnellen Einbau und die hohe Passgenauigkeit und somit die uneinge-schränkte Funktion des Moduls.

Beim Referenzpunktsystem steht eine Framing-Vorrichtung im Mittelpunkt. Sie referenziert die Verdeckaufnahmepunkte sowie die Seitenteile, die das Fügebild bestimmen, nahezu unabhängig vonein-ander. Der Toleranzausgleich des Ver-deckmoduls in X-Richtung findet über die Struktur des vorderen Scheibenrah-mens statt. Zu diesem Zweck sind sowohl die Innenverkleidungsteile als auch die aus Aluminium bestehende Blende des Scheibenrahmens verschieb-bar ausgeführt, bk.

inDiViDualiSierung

Besondere Kundenwünsche erfordern maßgerechte Lösungen, vor allem im Seg-ment der Hochleistungssportwagen. Die quattro GmbH eröffnet jedem Kunden die Möglichkeit, sein Fahrzeug individuell zu gestalten. Dafür stehen unter anderem spe-ziell aufeinander abgestimmte Design- und Lederpakete, aber auch eine große Vielfalt an Lackfarben zur Wahl. Der Individuali-sierung sind kaum Grenzen gesetzt. Für

die Karosserie erhält der Kunde Sonderla-ckierungen in fast jedem gewünschten Farbton, sofern der Lack auf wasserlös-licher Basis und somit umweltverträglich hergestellt werden kann. Direkt beim Händler kann der Kunde aus 100 verschie-denen bereits freigegebenen Farbtönen auswählen oder über Individualanfrage seine persönliche Außenlackierung bei den Spezialisten der quattro GmbH prüfen las-sen. Anbauteile wie der Heckdiffusor oder der Frontspoiler sind ebenso in Carbon, erhältlich wie die Außenspiegel.

Das Leichtmetall-Räderangebot von Audi exclusive verleiht der Außenoptik neben den individuellen Lackierungen noch mal eine besondere Note. Verfügbar für den Audi R8 Spyder sind Aluminium-Schmiederäder im 10-Speichen-Y-Design sowie im 5-Doppelspeichen-Design hoch-glanzpoliert und in Titanoptik.

Zur Individualisierung der Interieurs bietet die quattro GmbH eine umfang-reiche Palette an. So kann der Kunde zwi-schen elf verschiedenen Lederfarben, erhältlich in der Lederqualität Feinnappa, dazu Alcantara in neun Farbvarianten, wählen. Dabei ist bei der Wahl der bele-derten Umfänge fast alles möglich, ob es sich um die Lamellen der Luftausströmer, den Rahmen der Frontscheibe oder die Schwellerabdeckungen handelt. Auf Wunsch können auch diese Bauteile in hochwertigem Leder ausgeführt werden.

literaturhinWeiS[1] Hackenberg, u.; dick, M.; isgen, d.: der Audi r8 – rennsporttechnik für die straße. in: ATZ 109 (2007), nr. 2, s. 98 – 113

bk Framing­Vorrichtung

die Verfasser danken dem gesamten Tech­

nik­ und projektteam des Audi r8 spyder für

ihre einsatzbereitschaft und das Geleistete.

besonderen dank gilt den Autoren der ein­

zelnen Textpassagen: Frau peterhänsel und

den Herren Hirschfeld, Wacker, Kappler,

Meister, perl, erbe, priemer, Wachs, dr.

brennberger, scheunemann und Kunert.

Danke

DoWnloaD DeS beitragS www.ATZonline.de

03i2010 112. Jahrgang 193