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BMW Innovationstage 2014. BMW Concept X5 eDrive.
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BMW-Modellreihe: I01 I12 F15

21.02.2014
BMW Innovationstage 2014: Intelligenter Leichtbau und ausgefeilte Aerodynamik.
Basisfaktoren für ein effizientes Gesamtfahrzeug.

 

Die BMW Group strebt bei sämtlichen Entwicklungen nach einem möglichst effizienten Gesamtfahrzeug. Ein effizientes Fahrzeugkonzept zeichnet sich durch ein intelligentes Leichtbaukonzept sowie durch eine aktiv und passiv optimale Aerodynamik zur Reduzierung der Fahrwiderstände aus.

Intelligenter Leichtbau.

Leichtbau ist ein wesentlicher Faktor der Efficient Dynamics Strategie und gehört seit jeher zum Grundverständnis der BMW Group. Fahrzeuge der BMW Group zeichnen sich durch die optimale Balance zwischen Produktanforderung und der spezifisch leichtesten Lösung aus.

optimierte BMW Felge senkt den Verbrauch

Sportliche Fahrzeuge sind durch einen möglichst niedrigen Schwerpunkt, eine ausgewogene Achslastverteilung von 50:50, möglichst zur Fahrzeugmitte hin orientierte Massen und ein segmentspezifisch geringes Gewicht gekennzeichnet.

Der intelligente Leichtbau trägt dazu bei, die ideale Balancezwischen der Produktanforderung einerseits und einem möglichst geringen spezifischen Gewicht andererseits zu realisieren. Am Ende ist es die Summe aus konstruktiver Gewichtsoptimierung, dem gezielten Einsatz innovativer Materialien und der systematischen Kombination verschiedener Werkstoffe zu einem funktionalen Material-Mix, die zu einem optimalen Gesamtergebnis führt.

Intelligenter Leichtbau findet in allen Bereichen der Fahrzeugentwicklung statt und erstreckt sich auf sämtliche Baugruppen und Komponenten. Den größten Anteil am Fahrzeuggewicht hat nach wie vor die Karosserie. Doch Fortschritte im Karosseriebau lassen sich nicht nur in Kilogramm messen. Vielmehr ist die Gewichtsreduzierung immer auch in Relation zu den Funktionen und Dimensionen zu bewerten. Durch kontinuierliche evolutionäre Optimierungen ist es den Ingenieuren der BMW Group immer wieder gelungen, den Anteil der Rohkarosserie am Leergewicht trotz einer Funktionssteigerung in Hinblick auf Sicherheits- und Komfortanforderungen zu senken. So kommt eine höhere Karosseriesteifigkeit auch dem Schwingungskomfort und der Lenkpräzision zugute, während das gleichzeitig reduzierte Gewicht einen wichtigen Beitrag zu Effizienz und Agilität des Fahrzeugs leistet und damit die Fahrdynamik begünstigt. Daneben hat auch die gesteigerte Verwendung von Aluminium und Magnesium im Motoren- und Fahrwerksbau das Fahrzeuggewicht reduziert. Im Ergebnis sind viele neue Modelle der BMW Group im Vergleich zum Vorgänger zwar größer, nicht aber schwerer, sondern oftmals sogar deutlich leichter geworden. Die aktuelle dritte Generation des BMW X5 beispielsweise ist bis zu 90 Kilogramm leichter als das jeweils vergleichbare Vorgängermodell – mit entsprechend positiven Auswirkungen auf Fahrdynamik und Verbrauch.

Innovativer Materialeinsatz bei BMW i3 und BMW i8.

BMW i3  BMW i8

Konsequenter Leichtbau ist besonders bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb von Bedeutung, weil neben der Batteriekapazität das Fahrzeuggewicht den limitierenden Faktor bei der Reichweite darstellt. Auch hier bedingt die Gewichtsreduzierung Einsparungen beim Energieverbrauch und ein Plus an Fahrdynamik. Um das Mehrgewicht der elektrischen Komponenten zu kompensieren, hat die BMW Group beim LifeDrive-Konzept der BMW i Fahrzeuge konsequent auf Leichtbau gesetzt und erstmals eine innovative Kombination aus Aluminium-Chassis und CFK-Fahrgastzelle realisiert.

CFK: Hightech-Werkstoff mit Zukunft.

Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) weist ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht auf und eignet sich daher in idealer Weise für den Karosseriebau. Bei gleicher Funktion ist CFK rund 30 Prozent leichter als Aluminium und 50 Prozent leichter als Stahl. Gezielt eingesetzt trägt der Werkstoff daher zur Gewichtsreduzierung bei, optimiert den Schwerpunkt des Fahrzeugs und erhöht die Stabilität der Karosserie. Aktuelle Beispiele dafür liefern nicht nur die Neuheiten BMW i3 und BMW i8. Auch die sportlichen BMW M3/M4 und BMW M6 Modelle profitieren vom Hightech-Werkstoff, denn Komponenten wie Dach und Stoßfängerträger werden schon seit geraumer Zeit aus CFK gefertigt. Momentan arbeitet die BMW Group an weiteren Anwendungsmöglichkeiten, darunter auch an Bauteilen, die als rotierende Massen eingesetzt werden können. Ein Beispiel dafür sind Hybrid-Felgen aus einem Aluminium-CFK-Mix. Beim BMW M3/M4 ermöglichen die hohe Steifigkeit und das geringe Gewicht des Werkstoffs CFK bereits heute, die Gelenkwelle einteilig und ohne Mittellagerung auszuführen. Neben einer Gewichtseinsparung von 40 Prozent im Vergleich zum Vorgängermodell resultiert daraus eine Verringerung der rotierenden Massen mit dem Ergebnis eines erneut verbesserten Ansprechverhaltens.

BMW Werk Landshut, Preformen des Carbondaches BMW M3

BMW Werk Landshut, Preformen
des Carbondaches BMW M3

 

Daneben profitieren in Zukunft weitere BMW und MINI Fahrzeuge vom Leichtbau-Werkstoff. Denn durch die Wiederaufbereitung von im Produktionsprozess anfallendem Verschnittmaterial zu sogenannten CFK- Recyclaten können beispielsweise um bis zu 30 Prozent leichtere Technologieführer bei der industrialisierten CFK-Fertigung.

Nach über zehn Jahren intensiver Forschungsarbeit und einer Optimierung der Prozesse, Materialien, Anlagen und Werkzeuge verfügt die BMW Group heute als weltweit einziger Automobilhersteller über das erforderliche Know- how, um CFK in der Großserienproduktion einzusetzen. Dabei ist das Prozess-Verfahren einmalig, die Taktzeiten bei der Fertigung selbst komplexer CFK-Komponenten ungewöhnlich hoch. Gleiches gilt für das eigens entwickelte Klebeverfahren, mit dem einzelne Karosseriebauteile voll automatisiert zusammengefügt werden.

Doch nicht nur in technischer Hinsicht setzt die Serienfertigung von CFK- Bauteilen Maßstäbe. Schon bei der Herstellung und Verarbeitung der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe legt die BMW Group größten Wert auf Umwelt- und Ressourcenschonung sowie eine weitgehend CO2-freie Produktion. Dabei nimmt das Unternehmen von der Faserproduktion bis hin zum Recycling der Fasern und Verbundstoffe Einfluss auf sämtliche Prozesse. Das zeigt die hochmoderne CFK-Produktionskette, die im amerikanischen Moses Lake beginnt und über Wackersdorf und Landshut bis zur Endfertigung in Leipzig reicht.

Weniger Verbrauch dank Akustik-Leichtbau.


BMW: Intelligenter Leichtbau. Efficient Dynamics.

Auch die Motorenentwicklung arbeitet an innovativen Komponenten, mit denen sich neben dem Gewicht auch die Geräuschemissionen von Otto- und Dieseltriebwerken weiter reduzieren lassen. Beispiele für Akustik-Leichtbau- Maßnahmen sind die schallisolierende Abdeckung des Riementriebs, das sogenannte Motorfrontschott aus Schaumstoffmaterial, sowie unmittelbar an der Geräuschquelle wirkende Schallisolierungen wie die Kapselung der Ölwanne aus Faserwerkstoff plus Formschaumschicht.

Die motor- und getriebenahe Kapselung stellt eine tiefgreifende Weiterentwicklung zur Schallisolierung von Antriebsgeräuschen dar. Durch die quellennahe Isolierung wird ein wichtiger Schritt sowohl zur Gewichts- als auch zur Verbrauchsoptimierung vollzogen, weil der Wärmeerhalt des Motors zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führt. Im Ergebnis werden Innen- und Außengeräusch, thermische Betriebssicherheit und Wärmeerhalt synergetisch in Einklang gebracht. Durch die effiziente Auslegung der Maßnahmen zur Antriebsgeräuschreduzierung können nahezu 25 Prozent der antriebsbezogenen Schallisolierungen eingespart werden – mit entsprechenden Auswirkungen auf das Fahrzeuggewicht.

Aerodynamik: mehr Effizienz und Fahrdynamik.

Der Luftwiderstandsbeiwert cW gilt als entscheidende Kennzahl für die aerodynamische Qualität eines Fahrzeugs. Aus dem cW-Wert und der Querschnittsfläche des Fahrzeugs ergibt sich der Luftwiderstand, zu dessen Überwindung schon bei Stadtverkehrstempo ein Teil der Antriebsenergie aufgewendet werden muss. Bei höheren Geschwindigkeiten bestimmt der Luftwiderstand den Fahrwiderstand ganz entscheidend und ist damit die dominierende Größe für den Kraftstoffverbrauch.

Die Aerodynamik ist somit ein wichtiger Bestandteil der Entwicklungsstrategie von Efficient Dynamics und ein weiterer Schlüssel zu einer verbesserten Fahrdynamik. Denn neben der Reduzierung des Luftwiderstands werden bei der aerodynamischen Entwicklung auch die Auftriebskräfte zur Verbesserung der Fahrstabilität und Steigerung der BMW typischen Fahrdynamik optimiert. Darüber hinaus ist die bedarfsgerechte Zufuhr von Kühlluft für Motor, Getriebe oder Bremsanlage ein weiteres wichtiges Entwicklungsziel der Aerodynamik. Mit jeder neuen Modellgeneration erzielen die Ingenieure der BMW Group stets erhebliche Fortschritte in diesen Bereichen.

Aerodynamischer Feinschliff im Windkanal.

Modellwindkanal Aerodynamisches Versuchszentrum

Jedes Fahrzeug der BMW Group erhält seinen aerodynamischen Feinschliff im hochmodernen hauseigenen Aerodynamischen Versuchszentrum (AVZ). Mit dem AVZ verfügt die BMW Group über die weltweit innovativste Einrichtung ihrer Art im Automobilbereich, die besonders realitätsnahe Messungen und Versuche erlaubt. Dabei lassen sich auch unterschiedliche Fahrzustände simulieren und analysieren, womit die Verknüpfung von Aerodynamik und Fahrdynamik bei der Entwicklung von Serienfahrzeugen intensiviert werden konnte.

Proportionen, Detailoptimierung und Einzelmaßnahmen.

Neben der Gestaltung der Fahrzeugproportionen – einem der wichtigsten aerodynamischen Stellhebel, führt erst die erfolgreiche Umsetzung vieler weiterer Detailmaßnahmen zum aerodynamischen Gesamtziel. Insbesondere die abschließende Optimierung der Front- und Heckschürze, der Außenspiegel, der A-Säulen, der Dachleisten und der Schwellerverkleidungen macht am Ende den Unterschied zwischen guter und sehr guter Aerodynamik aus – ohne das Fahrzeugdesign zu beeinträchtigen.

Eine weitere Maßnahme, die keine direkte Auswirkung auf das Fahrzeugdesign hat, aber wesentlichen Einfluss auf den Luftwiderstand und die Auftriebskräfte nimmt, ist die Gestaltung des Unterbodens. Hier verfügen die Fahrzeuge der BMW Group über strömungsoptimierte Unterbodenabdeckungen mit glattflächigen Verkleidungen im Bereich des Motorraums, des Abgasanlagentunnels und des Tanks. Zusätzliche Aerodynamik-Abdeckungen finden sich beispielsweise an der Hinterachse und dem Nachschalldämpfer. In der Summe wird auf diese Weise ein hoher Schließungsgrad des Unterbodens erreicht, der Luftwiderstand und Auftrieb verbessert.

Zu den sichtbaren aerodynamischen Einzelmaßnahmen zählen die Air Curtains an der Frontschürze vieler BMW Fahrzeuge. Sie erzeugen einen Luftvorhang, der turbulente Strömungen und damit den Luftwiderstand im Bereich der Vorderräder reduziert. Einige BMW Modelle verfügen zudem über sogenannte Air Breather, die einen definierten Teil der in die Radhäuser einströmenden Luft ableiten und auf diese Weise den Luftwiderstand weiter minimieren.

Bereits vor Jahren wurden verschiedene BMW Modelle im Bereich des Kühlers mit beweglichen Lamellen ausgerüstet. Heute arbeitet das aktive Luftklappensystem in der zweiten Generation, um die einströmende Kühlluftmenge noch variabler und bedarfsgerechter zu steuern. Zu diesem Zweck werden die Lamellen zwischen Kühllufteinlass und Kühler in Abhängigkeit verschiedener Parameter automatisch geöffnet oder geschlossen, um unter allen Betriebsbedingungen einen möglichst geringen Luftwiderstand, eine optimale Motorkühlung und eine möglichst kurze Kaltlaufphase sicherzustellen. Der reduzierte Luftwiderstand und die stets optimale Betriebstemperatur des Motors sparen Kraftstoff und senken damit die CO2-Emissionen.

Best in Segment: Die Aerodynamik des neuen BMW X5.

Prototyp BMW X5 eDrive

Ähnlich wie der neue BMW i8 mit seinem im Sportwagensegment herausragenden Luftwiderstandsbeiwert von cW = 0,26 liefert auch der BMW X5 ein aktuelles Beispiel dafür, wie Serienfahrzeuge von der Efficient Dynamics Strategie profitieren. Im Vergleich zum Vorgänger konnte der Luftwiderstandsbeiwert um zehn Prozent reduziert werden, womit der große BMW SAV mit cW = 0,31 den Bestwert in seinem Segment markiert.

Insgesamt werden rund 40 Prozent des aerodynamischen Gesamtwiderstands eines Fahrzeugs über dessen Proportionen bestimmt. Insbesondere bei Vollheckfahrzeugen wie dem BMW X5 mit seinem steilen Heck lassen sich die größten aerodynamischen Optimierungspotenziale in der Gestaltung finden. Die Lösung fanden die Ingenieure unter anderem in der aerodynamischen Streckung der C-Säulen mit Hilfe von neu gestalteten Aero Blades, die bündig an den Dachspoiler anschließen und so das Heckfenster einrahmen. Die dadurch definiert abreißende Luftströmung reduziert bremsende Unterdrücke auf ein Minimum und trägt so zu einer signifikanten Verbesserung des Luftwiderstands bei.

Auch im Bereich der Radhäuser, die 20 bis 25 Prozent des aerodynamischen Widerstands erzeugen, führte ein innovatives Maßnahmenpaket, bestehend aus Air Curtain, Air Breather und Aerofelge, zu einer Optimierung der aerodynamischen Qualitäten und damit zu einer Reduzierung des Luftwiderstands. Schließlich trägt die in allen Betriebszuständen regelbare Luftklappensteuerung durch Verbesserung der Aerodynamik und Optimieren des Wärmehaushalts zu den reduzierten Verbrauchs- und Emissionswerten bei.

Quelle: BMW Presse Mappe vom 21.02.2014


 

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