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Leichtbau bei BMW

Materialmix der Zukunft

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Stahl und Karbon vereint

Für die neue 7er-Reihe werden im BMW-Group-Werk Dingolfing, das nur rund 30 km von Landshut entfernt ist, erstmals die Verfahren Nasspressen und Hybridpressen eingesetzt. Beim Nasspressen werden mit Harz getränkte Karbonfaser­gelege oder Karbonfasergeflechte in nassem Zustand in einem Umformwerkzeug in dreidimensionale Form gepresst und ausgehärtet. Das beim Resin-Transfer-Molding-­Verfahren (RTM) trockene Vorformen entfällt (in Landshut kommt aufgrund der Komplexität der Bauteile das RTM-Verfahren zum Einsatz). Beim Hybridpressen werden mit Harz getränkte Karbonfasergelege, ebenfalls in nassem Zustand, zusammen mit einem Stahlblechteil in ein Umformwerkzeug gebracht, verpresst und ausgehärtet. Stahl und Karbon werden hierbei fest miteinander zu einem Mischbauteil verbunden. Solche Hybridbauteile sind leicht und gleichzeitig höchst steif – sie bieten deshalb hervorragende Crash-Eigenschaften. Beide Verfahren erlauben eine besonders wirtschaftliche Grossserienfertigung mit kompakter Anlagentechnik, kurzen Taktzeiten und bis zu mehreren tausend Bauteilen pro Tag.

Der CFK-Einsatz bietet in mehrerer Hinsicht Vorteile. Neben der größeren Design­freiheit entstehen im Endeffekt wesentlich weniger Einzelteile bzw. weniger Komplexität in puncto Detailkonstruktion. Die CFK-Gelege sind außerdem perfekt auf ihre einzelnen Belastungsanforderungen auslegbar. Das heißt: Wo starke Partien benötigt werden wie zum Beispiel beim Dachrahmen, kann das Material entsprechend stärker ausgelegt werden.

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Die Carbonfasern entstehen übrigens bei der Firma SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF) in Moses Lake, USA. Die vollautomatisiert hergestellten Carbonfaser-Vorprodukte werden als Preforms zur Bauteilfertigung an die BMW Group geliefert. Neben den Carbonfaser-Umfängen für die Dachrahmen sind das auch Carbonfaser-Gelege und -Recyclingprodukte, die am SGL-ACF-Standort im deutschen Wackersdorf gefertigt werden. Das in Zusammen­arbeit mit BMW entwickelte Carbonfaser-Recyclat wird serienmässig in der C-Säule und in der Trennwand zum Gepäckraum beim neuen 7er eingesetzt.

Zylinderlaufflächenbeschichtung bietet ideale Tribologie

Die Leichtbaustrategien betreffen nicht nur den CFK-Bereich. Für die Herstellung von Aluminiumdruckguss-Kurbelgehäusen für Vier-Zylinder-Benzinmotoren setzt die Leichtmetallgiesserei der BMW Group – nach rund dreijähriger Entwicklungszeit – nun auf das innovative und nachhaltige Verfahren des Lichtbogendrahtspritzens (LDS). „Als branchenweit erster Gussproduzent bringen wir die LDS-Technologie für die Zylinderlaufflächenbeschichtung in Grossserie zum Einsatz und setzen so erneut einen Benchmark in der Giesserei­industrie“, sagt Dr. Peter Fallböhmer, Leiter der Leichtmetallgiesserei im Werk Landshut. „Damit unsere Triebwerke ideale tribologische Eigenschaften aufweisen, werden die Zylinderlaufflächen nicht wie branchenüblich durch eine schwere Graugussbuchse dargestellt, sondern mittels LDS durch eine nur 0,3 mm dünne Beschichtung aus einem Eisenbasis-Werkstoff erzeugt“, so Fallböhmer. Die Eisenlegierung wird als Draht dem Prozess zugeführt, mittels Lichtbogen aufgeschmolzen und in flüssigem Zustand mit hoher Geschwindigkeit auf die Laufflächen geschossen.

Die LDS-Technologie bietet signifikante Vorzüge wie geringere Reibungsverluste im Bereich der Zylinderlaufflächen und damit einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch. Weitere Vorteile sind die hohe Designfreiheit und die hohe Materialflexibilität, optimale Verschleisseigenschaften sowie die sehr gute Wärmeübertragung in das Kurbel­gehäuse. Darüber hinaus zeichnen sich die – mittels LDS beschichteten – Zylinder durch eine enorme mechanische und thermische Robustheit aus. Das Lichtbogendrahtspritzen lässt sich, unabhängig vom Herstellprozess eines Kurbelgehäuses, im Druck-, Kokillen- sowie Sandguss einsetzen.

Leichtbau und Roboter

Da die Nachfrage nach Komponenten aus der Leichtmetallgießerei verschiedene Materialien (Aluminium, Magnesium) umfasst und mitunter Schwankungen unterliegt, setzt die Leichtmetallgießerei von BMW auf flexible Gießzellen, mit denen umgehende Produktwechsel möglich sind.

Auch bei der täglichen Forschungsarbeit werden im Leichtbauzentrum innovative Systeme und Verfahren zum Einsatz kommen. Körperlich anstrengende und nicht ergonomische Tätigkeiten werden von Leichtbaurobotern ausgeführt, die ohne Schutzzaun Seite an Seite mit den Mitarbeitern kooperieren. Die Programmierung dieser Roboter folgt dabei einem einfachen Prinzip. Der Mitarbeiter greift den Arm des Roboters und leitet ihn an. Der Bewegungsablauf wird abgespeichert und ist fortan beliebig wiederholbar.

Von den im Zuge der BMW-i- und BMW-7er-Komponentenproduktion geschaffenen Strukturen und neuen Fertigungstechnologien für den Leichtbau werden künftig auch weitere Fahrzeugmodelle profitieren. Wir sind gespannt, was die Landshuter Denk­fabrik in Zukunft alles hervorbringen und umsetzen wird.

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