Carrosserie- und Fahrzeugbau

Neue Wege im Carrosseriebau: BMW wählt CFK für den «i8»

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      Der neu entwickelte Plug-in-Hybrid-Sportwagen BMW i8 punktet nicht nur mit einem sauberen Antriebssystem, sondern auch mit einer Fahrgastzelle aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). CFK ist das leichteste Material, das im Carrosseriebau ohne Sicherheitseinbussen eingesetzt werden kann. Der Hightech-Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe Verwindungssteifigkeit aus und weist dabei ein im Vergleich zu Stahl um 50 Prozent geringeres Gewicht auf (Aluminium 30%).

       

      Die hohe Strukturfestigkeit der CFK-Fahrgastzelle ermöglicht weite Türöffnungen, die komfortables Einsteigen auch zu den Fondplätzen garantieren. Die Struktur der charakteristischen, flügelartig nach vorn aufschwingenden Schwenktüren setzt sich aus einem CFK-Träger und einer Aluminium-Aussenhaut zusammen. Im Vergleich zu einer konventionellen Bauweise wird damit eine Gewichtsreduzierung um 50 Prozent erzielt.

       

      Im trockenen, harzfreien Zustand lässt sich CFK beinahe wie ein Textil bearbeiten, was die Möglichkeiten in der Formgebung flexibel hält. Erst durch das Aushärten des in die Gelege injizierten Harzes erhält die Verbindung ihre harte, finale Form und ist dann mindestens ebenso belastbar wie Stahl – und das bei deutlich geringerem Gewicht.

       

      Die hohe Reissfestigkeit entlang der Fasern erlaubt es ausserdem, CFK-Bauteile gezielt in ihrer Belastungsrichtung hochfest auszulegen. Hierzu ordnet man die Fasern innerhalb des Bauteils entsprechend der Belastungsverläufe an. Durch Überlagerungen der Faserausrichtungen lassen sich Bauteile auch in mehreren Richtungen belastungsfest machen. So können die Komponenten effizienter und effektiver ausgelegt werden als mit jedem anderen Material, das in alle Richtungen gleich belastbar ist.

       

      Durch die Eigenschaft, bei hoher Festigkeit viel Energie aufnehmen zu können, ist CFK sehr schadenstolerant. Selbst bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten verformt er sich kaum. Damit sorgt das extrem steife Material – ähnlich wie in einem Formel-1-Cockpit – für einen stabilen Überlebensraum. Die Verformung der Carrosserie fällt geringer aus als bei vergleichbaren Produkten aus Stahlblech. Zudem ist sichergestellt, dass die Türen problemlos zu öffnen sind und der Innenraum kaum Intrusionen aufweist.

       

      Im Verlauf des Entwicklungsprozesses wurden Rettungsszenarien durchgespielt und geprüft. Bei standardisierten Schneidversuchen gestaltete sich die Bergung von Insassen in verschiedenen Szenarien sogar einfacher als bei konventionellen Fahrzeugen. Der Grund: Carrosserie-Teile aus CFK sind leichter und lassen sich besser durchtrennen als beispielsweise hochfeste Stähle.

       

      Die i8-Carrosserie weist seitliche Paneele auf, für deren Lackierung ebenso wie für Front- und Heckpartie vier Farbvarianten zur Auswahl stehen – darunter drei exklusiv für «i»-Modelle gestaltete Töne. Je nach Farbvariante werden die Akzentflächen im Bereich der Seitenschweller, am Heck und an der Einfassung der BMW-Niere in «i Blau» oder «Frozen Grey» gehalten.

       

      Gemäss Untersuchungen von Versicherungen und der BMW-Unfallforschung entstehen bei Unfällen primär Bagatellschäden. Bei rund 90 Prozent aller registrierten Unfälle konventioneller Fahrzeuge handelt es sich um Beschädigungen der Aussenhaut. Der BMW i8 trägt diesem Umstand Rechnung und ist deshalb rundherum mit einer geschraubten beziehungsweise geklippten Kunststoffbeplankung versehen. Kleine Rempler werden absorbiert, ohne, wie sonst bei Blechteilen üblich, Beulen zu hinterlassen. Beschädigungen des Lacks führen nicht zu Korrosion.

       

      Ist ein Tausch von Bauteilen an der Aussenhaut erforderlich, wird das Bauteil schnell und kostengünstig ausgewechselt. In der Summe liegen die Unfallinstandsetzungskosten gegenüber herkömmlichen BMW-Modellen auf vergleichbarem Niveau.

       

      Die in der Serienproduktion geschweisste Aluminiumstruktur des Drive-Moduls wird im Falle einer Reparatur mit den «kalten» Methoden Kleben und Nieten instandgesetzt. Diese Methoden werden in BMW-Werkstätten bereits seit 2003 erfolgreich eingesetzt.

       

      Die Reparaturfähigkeit der CFK-Struktur stand bei der Entwicklung des Fahrzeugkonzepts weit oben im Lastenheft. Beispielsweise wurden für den Seitenrahmen mehrere Reparaturabschnitte definiert. Muss nach einem Seitencrash ein beschädigter Schweller ausgetauscht werden, trennt die Werkstatt nach Sichtprüfung und Schadensbeurteilung lediglich den Reparaturabschnitt mit einem patentierten Fräswerkzeug heraus. Dann wird das benötigte Schwellerbauteil passend angefertigt und eingesetzt. Das Neuteil wird an den Trennstellen mithilfe von Reparaturelementen verbunden.

       

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