BMW zeigt Leichtbauteile
Diese Woche veranstaltet BMW seine jährliche Innovation Days-Veranstaltung. Jedes Jahr zeigt der Münchner Autohersteller einige seiner Zukunftstechnologien, das diesjährige Hauptthema ist EfficientDynamics.
In der heute veröffentlichten Pressemitteilung widmet sich ein ganzer Abschnitt den Leichtbauteilen und der Weiterentwicklung von BMW auf diesem Gebiet. Von CFK- und Aluminium-Motorhauben bis hin zu Kohlefasersitzen liegt der Fokus von BMW für die Zukunft auf der Gewichtsreduzierung. Hier ist der Ausschnitt aus der langen Pressemitteilung:
Intelligenter Leichtbau als Entwicklungsprinzip für Efficient Dynamics: Neue Perspektiven zur Gewichtsverbesserung.
Dank Efficient Dynamics gelingt es der BMW Group, die Verbrauchs- und Emissionswerte aktueller und zukünftiger Modelle kontinuierlich zu senken und gleichzeitig die von Dynamik und Agilität geprägte Fahrfreude zu steigern. Darüber hinaus werden zusätzliche Anforderungen wie aktive und passive Sicherheit und Fahrkomfort berücksichtigt. Zur Lösung des Interessenkonflikts zwischen den vielfältigen Anforderungen an Fahrzeuge im Premiumsegment und dem Streben nach maximaler Effizienz spielt neben der Effizienzoptimierung des Antriebssystems vor allem die Gewichtsoptimierung eine entscheidende Rolle. Das Konzept des intelligenten Leichtbaus schafft ideale Voraussetzungen, um den unverwechselbaren Charakter eines BMW oder eines MINI Modells bei möglichst geringem Fahrzeuggewicht zu verwirklichen.
Das Prinzip des intelligenten Leichtbaus gilt und wird konsequent in allen Bereichen der Automobilentwicklung verfolgt – vom Karosserie- und Motorenbau über die Fahrwerkstechnik bis hin zum Interieurdesign. Die BMW Group hat einen Prozessschritt etabliert, der bereits in der Vorentwicklungsphase Ideen für alternative Materialien oder konstruktive Gestaltungen generiert, die zu einer Optimierung des Fahrzeuggewichts führen. Innovative Produktionsverfahren erweitern das Spektrum tragfähiger Lösungen. Neben Legierungen und Kunststoffen, nachwachsenden Rohstoffen und Schäumen kommen zunehmend auch Verbund- und Hybridwerkstoffe zum Einsatz.
Die Anforderungen an jede Leichtbaulösung sind anspruchsvoll. Jedes neue Material muss dem bisher verwendeten Material in Funktionalität und Zuverlässigkeit mindestens ebenbürtig sein und gleichzeitig deutlich leichter sein. Darüber hinaus werden die Herstellungskosten inklusive Energie und Rohstoffe sowie deren Recyclingfähigkeit in die Gesamtbewertung einbezogen. So wurde die Nutzung innovativer Verbundwerkstoffe erst nach der Entwicklung moderner Recyclingverfahren möglich. Diese sorgen dafür, dass auch Materialkombinationen nach ihrer normalen Nutzung vollständig recycelt werden können.
Mehr Sicherheit, einzigartige Agilität, optimiertes Gewicht: Innovativer Materialmix im Karosseriebau.
Die neue BMW 5er Reihe ist ein eindrucksvolles Beispiel für die Fortschritte, die durch intelligenten Leichtbau bei der Optimierung des Karosseriegewichts erzielt werden können. Bei der Entwicklung der Limousinen- und Touring-Modelle mussten weitaus strengere Sicherheitsvorgaben eingehalten werden als bei den Vorgängermodellen. Gleichzeitig sollten die für die BMW 5er Reihe typischen Agilitäts- und Komforteigenschaften weiterentwickelt werden.
Im Vergleich zum Vorgängermodell wurde die durchschnittliche Stabilität der Karosseriestruktur der neuen 5er Limousine um 55 Prozent gesteigert. Darüber hinaus weist das neue Modell die BMW typische Gewichtsverteilung von praktisch 50:50 zwischen Vorder- und Hinterachse auf. Die hohe Stabilität der Karosserie und die ausgewogene Achslastverteilung werden durch ein optimiertes Gesamtgewicht ergänzt und verbessern damit sowohl die Effizienz als auch das agile Handling des neuen BMW 5er weiter.
Die Lösung des Interessenkonflikts zwischen Crashsicherheit und Komfort einerseits und Gewichtsoptimierung, Agilität und Effizienz andererseits wurde durch einen genau definierten Materialmix erreicht. Der neue BMW 5er hat Türen, vordere Seitenwände und eine Motorhaube aus Aluminium. Allein durch den Einsatz von Aluminiumtüren wurde pro Fahrzeug eine Gewichtsreduktion von 23 Kilogramm gegenüber einer konventionellen Stahlkonstruktion erreicht. Zudem wurde im Vergleich zum Vorgängermodell ein deutlich höherer Anteil an warmumgeformten Stahlsorten verwendet. Diese höherfesten Stahlsorten, die aufwändiger verarbeitet werden müssen, bieten bei geringerem Gewicht eine höhere Festigkeit und Stabilität bei geringerem Materialeinsatz. Fortschritte in der Fertigungstechnik ermöglichen es, den Anteil hochfester Stahlsorten mit jeder Modellgeneration zu erhöhen. Damit können die stetig steigenden Anforderungen an die Crashsicherheit ohne Gewichtszunahme erfüllt werden.
Optimierte Materialausnutzung bei der Kohlenstoffherstellung.
Beim Einsatz von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in der Automobilindustrie nimmt BMW bereits eine führende Rolle ein, die mit dem Start der Serienproduktion der für 2013 angekündigten Modelle BMW i3 und BMW i8 noch deutlich ausgebaut wird. Beide Modelle verfügen über eine aus CFK gefertigte Fahrgastzelle, die extreme Stabilität mit einem deutlich geringeren Gewicht im Vergleich zu Stahl, aber auch zu Aluminium verbindet. Damit wird dieser bisher aus der Formel 1 und der Luftfahrtindustrie bekannte Werkstoff erstmals in die Großserienfertigung von Automobilen eingeführt.
Von dieser innovativen Konstruktion werden mittel- und langfristig nicht nur die Modelle einer Submarke von BMW profitieren. Bei der Serienentwicklung für die Fahrgastzellen der Modelle BMW i3 und BMW i8 wurde ein innovatives Verfahren zur Weiterverarbeitung der Zuschnitte aus den Kohlefasermatten und Textilien konzipiert. Diese können künftig zu 100 Prozent für die Produktion von Karosserieteilen verwendet werden. Auf diese Weise können weitere Modelle mit extrem leichten und hochwertigen Kohlefaserkomponenten ausgestattet werden. Die Erhöhung des Kohlefaseranteils über alle Segmente hinweg wird damit zu deutlich geringeren Kosten als bisher möglich sein.
Die Zuschnitte werden einem neu entwickelten Verfahren unterzogen, bei dem die unterschiedlich langen Kohlefaserzuschnitte zu CFK-Matten der gewünschten Größe verwoben und anschließend, genau wie das Originalmaterial, in Kunstharz getaucht und ausgehärtet werden. Die Festigkeit des so hergestellten Materials ist um ein Vielfaches höher als die von kohlefaserverstärktem Kunststoff. Sie entspricht der Festigkeit eines herkömmlichen Stahlbauteils – bei einem Gewicht, das auf weniger als ein Viertel reduziert ist.
Im Zuge der Vorentwicklung wurde beispielsweise der Einsatz von bearbeitetem CFK im Prototypen einer Motorhaube für ein BMW M Modell erprobt. Der Deckel besteht aus zwei Kohlenstoffschichten, die entweder einen Nomex-Kunststoff oder eine Wabe aus recyceltem Papier umschließen. Auch der Prototyp einer Sitzschale wurde aus dem durch die neue Technologie entstandenen Material hergestellt. Die BMW M GmbH hat bereits umfangreiche Erfahrungen mit dem Einsatz von CFK in der Serienentwicklung gesammelt. So hat beispielsweise das aktuelle BMW M3 Coupé ein Kohlefaserdach.
Weniger Gewicht, weniger Geräuschemissionen: Im Fokus der Innovation steht der akustische Leichtbau im Antriebsbereich.
Mit kontinuierlich steigendem Aluminiumanteil und dem Einsatz von noch leichterem Magnesium für den Motorenbau hat die BMW Group das durchschnittliche Gewicht von Antriebsaggregaten in jüngster Zeit deutlich reduziert. Darüber hinaus arbeiten die Spezialisten der Motorenentwicklung an innovativen Komponenten, by
wodurch die Geräuschemissionen von Otto- und Dieselmotoren weiter reduziert werden können. Ein Beispiel hierfür ist die akustische Kapselung des Partikelfilters von Dieselmotoren. Dies sorgt für eine deutlich spürbare Reduzierung des Geräuschpegels innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs. Durch die effiziente Kapselung des Partikelfilters kann auf einen Teil der Schalldämmung des Unterbodenschutzes, der Stirnwand und der Vorderachse verzichtet werden, sodass das Gesamtfahrzeuggewicht reduziert wird. Darüber hinaus hat das neue Gehäuse nicht nur eine akustische, sondern auch eine wärmedämmende Funktion. Nach einem Kaltstart erreicht ein gekapselter Partikelfilter schneller seine optimale Betriebstemperatur. Das neue Konstruktionskonzept verbessert somit die Haltbarkeit des Abgasnachbehandlungssystems.
An der Motorfront kommt eine weitere akustische Leichtbaumaßnahme zum Einsatz. Eine Schalldämmung des Riementriebs, die sogenannte Motor-Frontschottwand, dämpft die hochfrequenten und damit für das Ohr unangenehmen Antriebsgeräusche aus dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderkopf. Das für die Motor-Frontschottwand verwendete Schaumstoffmaterial hat ein sehr geringes Gewicht, aber hervorragende Schallabsorptionseigenschaften.
Die Kapselung der Ölwanne sorgt für eine Schalldämmung direkt an der Quelle. Ölwannen aus Metall erweisen sich als besonders wirkungsvolle Resonanzkörper für die Schwingungen von Kurbelgehäuse und Kurbelwelle. Dieser unerwünschte Effekt wird durch eine Dämmung aus Fasermaterial in Kombination mit einer Formschaumschicht kompensiert. Durch die bewusst gewählte Materialkombination werden die auftretenden Geräuschemissionen nicht nur gedämpft, sondern auch absorbiert.
Fahrwerkskomponenten: weniger Gewicht, mehr Fahrspaß und Effizienz.
Die Leichtbaumethoden im Fahrwerksbereich sind zahlreich und wirken sich unmittelbar positiv auf den Fahrspaß aus. Jede Reduzierung der ungefederten und insbesondere der rotierenden Massen wirkt sich direkt auf die Agilität des Fahrzeugs aus. Deshalb legt die BMW Group besonderen Wert auf die Gewichtsoptimierung der Fahrwerks- und Bremssysteme. Mit der Einführung des fast vollständig aus Aluminium gefertigten Fahrwerks im Jahr 1996 setzte BMW Maßstäbe für Agilität und Fahrspaß in allen Segmenten. Darüber hinaus bietet die Gewichtsoptimierung der Fahrwerkstechnik ideale Voraussetzungen für deutlich verbesserten Komfort, kürzere Bremswege und eine geringere Belastung des Fahrzeugaufbaus.
Zu den Leichtbaumaßnahmen der aktuellen BMW-Serienmodelle zählen gewichtsoptimierte Antriebswellen mit Stirnradverzahnung (Gewichtsreduktion 0,8 Kilogramm pro Fahrzeug bei Modellen mit BMW xDrive), ein Lenksäulengehäuse aus Magnesium (bis zu 2,0 Kilogramm) sowie sowie eine Fußpedalhalterung aus Kunststoff und ein Kupplungspedal aus Kunststoff (bis 1,5 Kilogramm). Mit einem Stabilisatorhaltebügel und einer Gelenksäule aus faserverstärktem Kunststoff reduziert sich das Fahrzeuggewicht um jeweils 0,4 Kilogramm. Ein Getriebequerträger aus faserverstärktem Thermoplast ist 1,0 Kilogramm leichter als das bisher verwendete Aluminiumbauteil.
Im Rahmen eines alle Fahrgestellvarianten umfassenden Vorentwicklungsprogramms arbeiten die Entwicklungsingenieure der BMW Group zudem an gewichtsoptimierenden Innovationen, durch die eine weitere Gewichtsreduzierung im Ausmaß von über 20 Kilogramm erreicht werden kann. So befinden sich beispielsweise Tragfedersysteme aus glasfaserverstärktem Kunststoff, die jedes Fahrzeug bis zu sechs Kilogramm leichter machen, sowie extrem gewichtsreduzierte Hochleistungsbremseinheiten in der Vorentwicklungsphase. Die Konstruktion, bestehend aus einem Aluminium-Festsattel und einer Leichtbau-Bremsscheibe, reduziert das Fahrzeuggewicht um rund 8,0 Kilogramm gegenüber den bereits in Serienfahrzeugen eingesetzten Bremseinheiten, die mit einer Aluminium-Kammer und einem Aluminium-Schwimmsattel ausgestattet sind.
[Source: BMW ]