Een
zelfdragende carrosserie
is een constructiewijze voor moderne
personenauto's
en
bussen
, waarbij de
wielophangingen
direct aan de carrosserie worden bevestigd. Dit in tegenstelling tot (meestal) oudere auto's, vrachtwagens en jeeps, die op een apart
chassis
zijn opgebouwd. Een carrosserie die
zelfdragend
is heeft geen chassis nodig omdat de carrosserie zelf over voldoende sterkte beschikt om alle belastingen op te vangen.
Er bestaan diverse uitvoeringen van een zelfdragende carrosserie:
Een buizenframe is een ruimtelijk vakwerk, opgebouwd uit driehoekige frames, waaraan de sterkte ontleend wordt: buig- en
torsiebelastingen
worden omgezet in trek- en drukkrachten in lengterichting van de staven. Op het buizenframe van een auto wordt een lichte carrosserie uit aluminium of kunststof aangebracht, die echter niet aan de sterkte van het voertuig bijdraagt.
Als materiaal voor een buizenframe is er keuze uit buizen (rond of rechthoekig), maar ook profielen uit staal, aluminium en rvs, en bij speciale constructies ook uit met
koolstofvezel
versterkte kunststoffen, of hout. Voor de knooppunten worden smeed- en gietstukken of ook machinaal bewerkte delen uit staal of aluminium ingezet.
Buizenframes worden gebruikt bij kleine seriegrootte, speciaal voor de productie van sportwagens, maar ook voor bussen en motoren.
Sportwagens met een buizenframe zijn b.v. Mercedes-Benz 300 SL, Porsche 550 A, Lotus Seven en de Lamborghini Countach.
Ook de
NASCAR
-racewagens worden uitsluitend gebouwd met een buizenframe.
Een
spaceframe
is een samenstelling van kokerprofielen, van gepuntlaste stalen persdelen, die het
geraamte
van de carrosserie vormen, die vervolgens bekleed wordt met
glasvezelverstekte
polyester
buitendelen. Deze constructie wordt met name toegepast voor middelgrote series, omdat de investeringen in persgereedschappen beperkt kunnen blijven. De gereedschapskosten van de kunststof buitendelen zijn aanmerkelijk lager dan die voor stalen persdelen. Verder voordeel van de kunststof buitenbeplating is de ongevoeligheid voor kleine deuken en corrosie. Door ook het spaceframe thermisch te
galvaniseren
wordt het ongevoelig voor
roest
. Dit
verzinken
zorgt verder voor het "dichtsolderen" van de
puntlasnaden
, waardoor de stijfheid van het spaceframe nog aanmerkelijk wordt verhoogd. Voorbeelden zijn:
Matra Murena
(1980),
Pontiac Fiero
(1984),
Renault Espace
I (1984),
Pontiac Trans Sport
(1989).
Een tweede versie van een spaceframe is de aluminium versie. Dit frame wordt samengesteld uit
aluminium
extrusieprofielen
, die aan elkaar gelast worden, of verbonden worden door middel van smeed- of gietstukken, net als bij een buizenframe. Voordeel van deze aluminium profielen is dat het roestprobleem definitief tot het verleden zou moeten behoren (hoewel echter ook aluminium onder bepaalde omstandigheden kan corroderen) en de lage investeringskosten voor de matrijzen. Ook deze versie kan worden voorzien van een buitenbeplating van kunststof panelen, maar ook van aluminium panelen.
- In 1985 presenteerde het Nederlandse
Duvedec
een conceptstudie om op een goedkope manier een auto te produceren in lage aantallen. Het was een coupe-ontwerp, op basis van de
Peugeot 204
, genoemd "C 4.2" ofwel coupe for two. Het ontwerp toonde een aluminium spaceframe met gegoten knooppunten en buitenpanelen van glasvezelverstekt polyester.
- In 1994 werd de
Audi A8
gepresenteerd, met een volledig aluminium carrosserie, met een ASF-frame (Audi Space Frame).
- In 1996 stelde de Nederlandse autofabrikant
NedCar
in een conceptstudie de "
Access
" voor, met een aluminium spaceframe en kunststof buitendelen, ontwikkeld door de
Helmondse
ontwikkelingsafdeling PD&E.
- Verdere voorbeelden zijn:
Honda NSX
,
Ferrari 360
,
Lamborghini Gallardo
Moderne in grote aantallen geproduceerde auto’s hebben sinds het midden van de 20e eeuw meestal een uit bouwgroepen samengestelde,
zelfdragende
carrosserie (
monocoque
), die een structurele eenheid vormt.
Voor die tijd had een apart
chassis
de dragende functie, waaraan
aandrijving
en
wielophangingen
bevestigd werden en waarop de "niet-dragende" carrosserie, die dus geen structurele taak had voor de opname van krachten, werd gemonteerd. Echter had Lagonda met de 11.1 uit 1913 de eerste zelfdragende carrosserie, deze bouw hielden ze tot 1926 aan.
De zelfdragende carrosserie is opgebouwd uit een aantal bouwgroepen van geperste plaatdelen: een bodemgroep, bestaande uit vloerplaten met versterkingen (de restanten van de langsliggers in een chassis), de zijwandsamenstellingen, het dak, en de benodigde dwarsverbindingen. De delen worden met elkaar verbonden door middel van
puntlassen
, voor het merendeel door
robots
aangebracht. Als losse delen worden later de deuren en kleppen gemonteerd. Tegenwoordig hebben ook de gelijmde ruiten een belangrijk aandeel in de stijfheid van de carrosserie.
Het onderste gedeelte van de zelfdragende carrosserie (de vloergroep) wordt ook wel
platform
genoemd. Hierin zitten in principe ook de
kreukelzones
aan voor en achterzijde. De aandrijving en wielophangingen worden vaak ook tot het platform gerekend. Het ontwikkelen van een goed, stabiel en uitgebalanceerd platform kost veel tijd en behoort onder meer daardoor tot de kostbaarste onderdelen van een ontwerp. Dat is de reden waarom een platformontwerp steeds vaker bij verschillende autotypes wordt toegepast. De investeringen voor een ontwerp kunnen zo gemakkelijker worden terugverdiend.
De ontwikkelingskosten en de complexiteit van de productie voor een zelfdragende stalen carrosserie zijn zo hoog dat de productieaantallen boven de honderdduizend per jaar moeten liggen, om de kosten voor met name de miljoenen kostende stalen persgereedschappen af te kunnen schrijven.
De monocoque is thans gemeengoed bij monoposto's (eenzitsraceauto's), zoals in de formule 1.
De
McLaren
MP4/1 uit 1981 gebruikte als eerste
composietmateriaal
voor een monocoque. Hiervoor worden vormdelen uit
prepreg
(o.a.
kevlar
en
koolstofvezels
) tot een monocoque samengesteld. Bij een hoge temperatuur en een overdruk in een oven wordt de hars uitgehard. Door de overdruk wordt het overschot aan hars afgevoerd, om het vezelgehalte en daarmee de sterkte te verhogen.
De monocoques uit composietmateriaal waren met hun lagere gewicht hun voorgangers uit aluminium in alle opzichten, gewicht, sterkte en stijfheid, verre de baas.
Wel stelden de constructie en de productie totaal nieuwe en dure eisen aan de renstallen. Zo werden de eerste
chassis
nog door de
luchtvaartindustrie
vervaardigd en eerst na enige jaren waren alle teams in staat de monocoques zelf te vervaardigen. Ook deze techniek is slechts geschikt, met name door de hoge productkosten, voor het vervaardigen van enkele stuks.