01. Mai 2011

Eigene Entwicklungskompetenzen

BMW ist einer der wenigen Automobilhersteller, welcher Entwicklungen und Forschungskompetenzen nicht mehr oder weniger an Zulieferer delegiert, sondern selber am Ball bleiben will. Am diesjährigen Innovationstag zeigten die Bayern, welche technischen Schwerpunkte verfolgt werden: Elektroantrieb, Leichtbau und sparsame Verbrennungsmotoren sind die Hauptpfeiler.

Eigene Entwicklungskompetenzen

Schlüsselkompetenz Leistungselektronik: Um die Energieflüsse eines Hybrid- oder Elektroantriebes optimal zu steuern und das Rekuperieren zu optimieren, ist eine leistungsfähige Elektronik nötig. Im Bild die orangen Anschlüsse für die Aluminium­leiter und Steckverbindungen, welche im Projekt Leiko für das Hochvoltsystem speziell entwickelt wurden.

VON ANDREAS SENGER

Immer mehr Hybrid- und Elektromobile drängen auf den Markt. Die europäischen Grossserienhersteller haben sich auf diesem Gebiet bis jetzt zurückgehalten. Um den Anschluss nicht zu verlieren, wird sowohl für Hybridfahrzeuge wie auch für Elektromobile vermehrt die Zusammenarbeit mit anderen Herstellern oder Zulieferern ge­sucht.
Bei BMW will man trotz hohen Investitionen in die Entwicklungen das Know-how im Haus behalten und ausbauen. Unter dem Sammelbegriff «Efficient Dynamics» – was übersetzt soviel heisst wie effiziente Dynamik – betreiben die Bayern an mehreren Fronten Efforts, den Wirkungsgrad unterschiedlichster Antriebsvarianten zu verbessern.

Know-how Elektrotechnik

Die Wirkungsgradverbesserung erzielt BMW durch einen hohen Abdeckungsgrad von Nebenaggregaten mit elektrischem Antrieb. Durch bedarfsgerechte Ansteuerung lässt sich der Treibstoffverbrauch minimieren. Des Weiteren wird bei allen neuen Mini- und BMW-Modellen durch Rekuperation im Generator Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt und der Strom insbesondere für die Nebenaggregate in der Starterbatterie zwischengelagert. Start-Stopp-Systeme gehören ebenfalls dazu. Die Elektrifizierung macht aber auch beim Antrieb nicht halt. Die BMW Group arbeitet sowohl an Hybrid-, Plug-in-Hybrid- wie auch Elektroantriebsvarianten.
Im Verbund mit anderen Herstellern will BMW insbesondere  eine Vereinheitlichung der Batteriepakete erreichen. Durch höhere Stückzahlen könnten die Kosten massiv reduziert werden. Heute verschlingt der Energiespeicher, also die Hochvoltbatterien, rund 60 Prozent der Kosten eines Hybridantriebes und rund 75 Prozent bei reinen Elektroantriebsystemen. Wichtig in der Entwicklung sind aber auch das Energiemanagement, intelligente Betriebsstrategien und optimales Wärmemanagement. Letzteres ist vor allem bei den Lithium-Ionen-Akkumulatoren für die Lebensdauer und die Kapazität sehr wichtig.
Intensive Detailarbeit wird auch in die Materialforschung investiert. Zusammen mit der Technischen Universität München arbeitet BMW am Ersatz des teuren und schweren Kupfers durch leichte Aluminiumlegierungen als elektrische Leiter. Die Schwierigkeiten durch elektrochemische Korrosion und die Kontaktierungskonzepte (Steckverbindungen) wurde im Projekt Leiko erforscht. Dabei werden keilförmige Steckergeometrien gewählt. Eine Kontaktfederung presst die Keile aufeinander, um über die Lebensdauer einen kleinstmöglichen Übergangswiderstand zu gewährleisten. Die elektromagnetische Verträglichkeit wird durch einen Stahlblechkäfig rund um den Hochvoltstecker erhöht.

Gewichtsspirale umdrehen

Bei allen Automobilherstellern werden neue Modelle meist grös­ser und schwerer. Physikalisch lassen sich nur geringere Verbräuche über reduzierte Massen erreichen. Deshalb werden grosse Anstrengungen im Bereich des Leichtbaus gemacht.
Vermehrt setzt BMW bei Anbauteilen wie Türen auf Aluminium als Werkstoff. Beim 5er reduziert sich die Masse dank Alu-Türen um 23 kg. Hochfeste Stähle bieten höhere Festigkeitswerte und können damit dünnwandiger ausgeführt werden. Dem Zielkonflikt Crash-Sicherheit versus Massenreduktion wird so zielgerichtet Rechnung getragen. Die Entwickler ruhen sich aber nicht auf den Lorbeeren aus. Schon 2013 werden die Elektromobile i3 und i8 den Marktstart erleben. Dabei werden karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) im Grossserieneinsatz lanciert.
Bisher mussten für CFK-Teile die Matten von Hand zugeschnitten und mit Harz getränkt werden. Ein neuartiges Web- und Zuschnittverfahren soll diesen manuellen Prozess automatisieren. Dadurch sollen die CFK-Teile einen Siegeszug nicht nur für Karosserieteile, sondern auch für andere, hochfeste Komponenten feiern. Ein CFK-Teil weist gegenüber einem herkömmlichen Stahlteil nur rund nur einen Viertel dessen Masse auf.
Auch BMW setzt weiter auf Verbrennungsmotoren. Künftig gibt es von den Bayern allerdings nur noch Reihenmotoren mit 3, 4 und 6 Zylindern. Beim neuen Motorbaukasten sollen zudem sowohl für Otto- wie auch für Dieselmotoren möglichst viele Bauteile gemeinsam genutzt werden. Im Rahmen des Efficient-Dynamics-Programmes lanciert BMW im X1 xDrive28i einen neuen 2.0-Vierzylinder-Ottomotor.

Optimierte Verbrennungsmotoren

Der neue Motor weist eine Twin-­Scroll-Abgasturbolader auf. Damit wird der Abgasstrom des 1. und 4. sowie 2. und 3. Zylinders auf das Turbinenrad geleitet. Nebst der Aufladung verfügt der Neuling über Benzindirekteinspritzung, va­riab­le Nockenwellenphasenverstellung Doppel-Vanos sowie über die variable Ventilhubsteuerung Valvetronic. Der Langhuber (Hub 90,1, Bohrung 84 mm) weist mit 10:1 ein relativ hohes Verdichtungsverhältnis auf.
Herausragend ist das maximale Drehmoment von 350 Nm, das bereits ab 1250/min Motordrehzahl auf die Kurbelwelle gestemmt wird. Die Leistung wird mit 180 kW/245 PS bei 5000/min angegeben. Gemäss Aussagen von BMW soll der neue Vierzylinder die Sechszylindersaugmotoren punkto Ansprechverhalten und Durchzugskraft übertreffen.

Getriebe mit Navigation vernetzt

Ein neues Achtgang-Drehmoment­wandlergetriebe ergänzt zudem die gezeigten Neuheiten. Statt den drei Planetenradsätzen des 6-Gang-Getriebes werden beim Neuling vier Radsätze verbaut, bei gleicher Anzahl von Kupplungen. Die Spreizung wird von 6:1 auf 7:1 vergrössert.
Noch in der Vorentwicklung befindet sich eine neue Getriebesteuerung. Durch die Vernetzung  mit dem DSC (Dynamic Stability Control) soll das Getriebe über die Fahrbahnbeschaffenheit Auskunft erhalten und somit die Stufenwahl optimieren. Ausserdem wird in einem ersten Schritt die Getriebesteuerung mit dem Navigationssystem gekoppelt, um das automatische Herunterschalten vor Kurven ermöglichen zu können. In einem weiteren Schritt wird das Getriebe mit dem Precrash-System (Kamera/Radar) verlinkt.

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