mini|Halbschnitt durch die Karosserie eines Porsche 996
Die Karosserie (von französisch carrosse für Kutsche) ist der komplette Aufbau eines Kraftfahrzeuges auf einem tragenden Fahrgestell. Selbsttragende Karosserien sind im Unterschied dazu nicht nur der Aufbau selbst, sondern zugleich das Grundgerüst des Fahrzeugs.
Bauarten Nicht selbsttragende Karosserie Im klassischen Sinne setzt sich ein Kraftfahrzeug aus den Komponenten Fahrgestell, Antrieb und Karosserie zusammen. Das Fahrgestell, auch Chassis oder Rahmen genannt, bildet ein Grundgerüst, das den Antrieb, die Karosserie und die Nutzlast trägt und gegen äußere Krafteinwirkungen stabilisiert. Als Rahmen wurden verschiedene Konstruktionsformen genutzt. Die Karosserie, die auf den Rahmen aufgesetzt wird (im Allgemeinen verschraubt), bildet dabei eine Außenhaut zum Schutz der Insassen oder der transportierten Güter.
Ursprünglich hatten Autos meist einen offenen Aufbau, was sich jedoch bald änderte. Der amerikanische Ingenieur und Fachautor H. E. Tarantous beschrieb 1925 den Trend von der offenen zur geschlossenen Karosserie. Er belegte dies mit einer Statistik des größten amerikanischen Karosseriebauers dieser Zeit, Fisher: 1919 stellte Fisher 83.500 offene Karosserien her, 1924 waren es 239.502. Die geschlossenen Karosserien standen 1919 bei 31.318, 1923 überholten sie die offenen Aufbauten und 1924 stellte Fisher 835.477 geschlossene Karosserien her.H. A. Tarantous: Big Improvement in Comfort of 1925 Cars. New York Times, 4. Januar 1925.
Die Karosserien wurden mitunter von externen Karosseriebetrieben produziert. Die vom Werk gelieferten Fahrgestelle mit Antrieb wurden dabei nicht selten individuellen Kundenwünschen folgend aufgebaut. Die Entwicklung dahingehend vollzog sich bereits in den 1920er Jahren. Mit der Verbreitung der Automobile wurde das äußere Erscheinungsbild der Fahrzeuge wichtiger. Auf Blech- und Holzbearbeitung spezialisierte Betriebe fertigten Karosserien individuell nach Händler- und Kundenwunsch an. Die Karosserie wurde zum Unterscheidungskriterium im Straßenverkehr, zum Zeichen für den persönlichen Stil und Geldbeutel des „Herrenfahrers“.Der Herrenfahrer definierte sich als reicher, in der Regel junger Mann, der sich nicht von einem Chauffeur ausfahren ließ, sondern selbst lenkte. Die ersten amerikanischen Wagen kamen Ende 1923 auf den deutschen Markt und veränderten die Sicht auf Automobile nachhaltig. Man sah es nicht nur als Gebrauchsgegenstand, sondern als Schmuckstück. Die Modelle von „Buick, Cadillac, Willys Knight, Studebaker usw., […] diese nach hinten breit ausladenden Wagen, Wälzer, diese Lokomotiven“ galten zwar mitunter als unbequem und unzuverlässig, aber sie beeindruckten vom Karosseriebau her die deutschen Automobil- und Karosseriefabrikanten. Der Berliner Autojournalist Hanns Steiner schrieb 1924: „Der alte, langweilige, serienhafte Aufbau, den jede Chassisfabrik noch 1918 benutzte, war nicht mehr verkäuflich. Leben, Farbe, Bewegung kam in die Karosserien. Formen mussten wechseln. Unser Stadtbild lebte, freudige Farbflecke liefen durch das Grau. Bis zum Grotesken steigerte es sich.“Hanns Steiner in: Der Herrenfahrer, Das Blatt vom Auto und anderen Annehmlichkeiten des Lebens, Almanach Kunstverlag, Berlin, 1. Ausgabe, 1924, S. 30.
Zu Beginn der 1950er Jahre wurde die klassische Bauweise im PKW-Bau weitgehend von der selbsttragenden Karosserie verdrängt. Bei LKW und Geländewagen ist die Rahmenbauweise dagegen bis heute üblich. Auch in Kleinserie hergestellte Fahrzeuge, vor allem im Motorsportbereich, haben oft keine selbsttragende Karosserie, sondern meist einen Gitterrohrrahmen. Für den Aufbau wird zunehmend Aluminium oder Kunststoff (dann oft GFK/CFK) verwendet.
Selbsttragende Karosserie mini|Eines der ersten Blechmonocoques im Fahrzeugbau: Karosserie des Citroën 11CV Wenn Fahrgestell und Aufbau eines Kraftfahrzeugs zu einer Einheit zusammengefasst sind, spricht man von einer selbsttragenden Karosserie, auch Schalenbauweise oder Monocoque genannt. Bei dieser Konstruktionsart sind Beplankungen, Verstärkungen, Aufnahmebleche und Profile mit unterschiedlichen Fügetechniken (Kleben, Punktschweißen, Laserschweißen, Löten) unlösbar miteinander verbunden. Allein diese Struktur übernimmt die tragende Funktion. Es gibt kein Fahrgestell wie zum Beispiel einen Leiter- oder Gitterrahmen und keine Trennung zwischen belasteten Bauteilen und Teilen, die nur der Abdichtung/Beplankung dienen. Alle Teile wirken statisch als Schalen und sind mehr oder weniger stark auf Biegung/Torsion oder Schub belastet. In ihrer Gesamtheit nehmen sie die eingeleiteten Kräfte auf. Gelegentlich werden an den Achsen Hilfsrahmen (Fahrschemel) verwendet.
Die Lasten, die sonst der Rahmen überträgt, werden hierbei durch die Blechhaut und hohle Blechkastenträger mit möglichst großem Querschnitt und somit Widerstandsmoment und Steifigkeit (zum Beispiel Schweller) aufgenommen. Sicken erhöhen die Steifigkeit und die Eigenschwingungsfrequenz, um Resonanz und damit ein Dröhnen zu verhindern. Die Befestigungspunkte für die Anbauteile, wie Türen, Kotflügel, Klappen und Scharniere sind fest in die Karosserie integriert, beispielsweise in Form von Gewindeplatten und Schweißmuttern. Eine hohe Steifigkeit ist wichtig, um elastische Verformungen an den Fugen zu den Anbauteilen gering zu halten und Knarrgeräusche im Fahrbetrieb zu vermeiden. Geringe Spaltmaße sind deshalb nur bei sehr steifen Karosserien möglich. Ferner hat die Steifigkeit Einfluss auf das Fahrverhalten, gerade auf schlechten Straßen oder in Extremsituationen. Um Schwingungsanregungen durch Motor und Fahrwerk zu widerstehen, muss die Eigenfrequenz der Karosserie entsprechend abgestimmt werden. In der Karosseriekonstruktion unterscheidet man zwischen der statischen Steifigkeit (Nm pro Winkeleinheit) und der dynamischen Steifigkeit (Hz). Letztere liegt bei Fahrzeugen der oberen Mittelklasse (Stufenhecklimousinen wie Ford Mondeo oder Passat B6) zwischen 35 und 47 Hz. Bei selbsttragenden Cabrioletkarosserien werden Verstärkungen im Unterboden und an den Schwellern eingebaut (Diagonalstreben etc.). Versteifungen am Unterboden ergeben ein oben offenes Profil (U-Querschnitt), während eine Limousine einem Rechteckquerschnitt entspricht (geschlossenes Profil) und so bei geringerer Masse zugleich steifer und fester sein kann. Kombis haben wegen der fehlenden Rückwand (hinter den Rücksitzen), die den Wagenkasten diagonal versteift, also als Schubwandträger wirkt, ohne Gegenmaßnahmen eine geringere Steifigkeit als Limousinen des gleichen Typs. Frühe Beispiele für Fahrzeuge mit selbsttragender Karosserie sind der Adams-Farwell Model 8A von 1906 und der Lancia Lambda von 1922. Der Citroën 11CV (1934) und der deutsche Opel Olympia (1935) waren die ersten Serienwagen mit selbsttragender Ganzstahlkarosserie, die erste selbsttragende Karosserie aus glasfaserverstärktem Kunstharz hatte 1956 der Berkeley Sports SA 322. Weithin bekannt wurde der Lotus Elite von 1957.
Zu den ersten Bussen mit selbsttragendem Aufbau in Deutschland zählen der Kässbohrer Setra (dieser Name ist vom Adjektiv „selbsttragend“ abgeleitet) S 8 von 1951 und der HS 160 von Henschel & Sohn 1955. Selbsttragende Buskarosserien haben ein Fachwerkskelett aus stählernen Rechteckrohren.
Die Vorteile der selbsttragenden Karosserie sind ein geringeres Gewicht durch Wegfall des Rahmens, höhere Aufprallsicherheit und bessere Raumausnutzung. Möglich wurde der Großserienbau selbsttragender Karosserien durch Fortschritte in der Blechverarbeitung (Tiefziehen, aber besonders Punktschweißen). Bis zum Beginn der 1950er Jahre setzte sie sich im Pkw-Bau durch. Omnibusse werden sowohl in Rahmen- als auch Schalenbauweise gebaut. Bei Lkw hat sich die selbsttragende Karosserie bis heute nicht etablieren können.
Im Vergleich zur Rahmenbauweise weist die selbsttragende Karosserie auch einige erhebliche Nachteile auf. Während sich auf einen Rahmen verschiedene Karosserievarianten ohne großen Aufwand montieren lassen, ist diese Möglichkeit bei selbsttragenden Karosserien eingeschränkt. Die Variantenvielfalt der Karosserien ist deshalb in den 1950er Jahren im Vergleich zur Vorkriegszeit stark zurückgegangen. Ein anderes Problem des selbsttragenden Aufbaus ist dessen aufgrund der zahlreichen Hohlräume erhöhte Rostanfälligkeit, die relativ schnell zum wirtschaftlichen Totalschaden führt, wenn stark belastete Karosserieteile verrostet sind. So entschied sich der Luxuswagenhersteller Rolls-Royce bei Einführung des Silver Cloud 1955 entgegen dem Trend für die Rahmenbauweise, um den Ruf der langen Haltbarkeit der Fahrzeuge nicht einzubüßen.Rolls-Royce und Bentley, Klaus-Josef Roßfeldt, Ausgabe 1993, Seite 162. Ein weiteres Argument für die Rahmenbauweise war die Vermeidung von Dröhneffekten, wie sie bei selbsttragenden Karosserien mehr oder weniger stark ausgeprägt auftreten können. Auch in der DDR wurde bei den Wartburg-Pkw und dem Barkas-Kleintransporter die Rahmenbauweise beibehalten. Neben der Variantenvielfalt möglicher Aufbauten ergab sich daraus der Vorteil, dass verschlissene Fahrzeuge relativ einfach instand gesetzt werden konnten.
Skelettkarosserie (zum Beispiel „Space Frame“) mini|Audi A2 Space Frame Technik – Serienteil erstmals auf der IAA 1999 präsentiert
Diese Karosseriebauart hat ein Skelett aus geschlossenen Hohlprofilen, die direkt oder über Knoten miteinander verbunden sind. Flächige Bauteile wie das Dach oder die Windschutzscheibe können steif mit dem Skelett verbunden sein und Schubkräfte aufnehmen. Man verspricht sich dadurch bei geringerem Gewicht eine hohe Steifigkeit. Beispiele dafür sind Audi A8 und Audi A2 mit Audi Space Frames aus Aluminium. Audi benutzt seit 1993 Aluminium als Karosseriewerkstoff und verwendet Knoten, Tiefziehteile und Strangpressprofile aus Aluminium-Gusslegierungen. Zur Fertigung wurden verschiedene neue Verfahren wie das Durchsetzfügen und das Stanznieten in der Automobilindustrie eingeführt.
Das erste Fahrzeug mit Space Frame (aus Stahl) war 1934 der Chrysler Airflow. In den 1950er Jahren wurde der Trabant entwickelt, bei dem die tragende Struktur aus Bodenplatte, Radhäusern, Fahrzeugsäulen und Dachholmen mit nichttragenden Kunststoffpaneelen beplankt ist. Der in den frühen 1970er-Jahren in Berlin gebaute AWS Shopper hatte einen simplen Space Frame aus Vierkantrohren. Die Heckmotor-Baureihen von Škoda hatten 1964–1990 eine Skelettkarosserie. Matra entwickelte für Simca ab 1978 ein Fahrzeug mit einem Skelett aus feuerverzinkten Stahlhohlprofilen, das 1984 als Renault Espace erschien.
Fiat beauftragte 1978 unter anderen Renzo Piano und Peter Rice, ein Zukunftsauto zu gestalten. Sie entwickelten den Fiat VSS (Vettura Sperimentale a Sottosistemi: Subsystem-Experimentalfahrzeug), bei dem ein Karosserieskelett aus Stahl mit Anbauteilen aus Kunststoff ergänzt wurde. Dies konnten einfache Spritzteile sein wie Kotflügel und Dächer, aber auch ganze Baugruppen wie Türen oder Fronten mit vormontierten Scheinwerfern, Grill und Stoßstangen. So ließen sich auf der gleichen Basis durch Anfügen entsprechender Heckmodule Kombi und Stufenhecklimousinen oder über unterschiedliche Frontmodule verschiedene Markenidentitäten realisieren. Dieses Konzept wurden nicht weiterverfolgt. Der Fiat Multipla war später die zweite Generation eines Fahrzeuges mit Stahl-Space-Frame in Serie. Dass sich geschlossene Stahlprofile nur eingeschränkt umformen lassen, sieht man dem Fahrzeug an einigen Stellen an, etwa am Übergang vom Dachholm zum Heck.