Die Geheimnisse der Tribologie

15. April 2011, 16:51
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BMW wagt einen kompletten Neustart bei seiner Motorenpalette - und hält auch in der Entwicklung elektrischer Komponenten die Zügel fest in der Hand

Zum ersten Mal in der Geschichte des Automobils stellt ein Hersteller keinen neuen Motor oder eine neue Motorenfamilie vor. BMW hat nämlich gerade alle Motoren gleichzeitig neu konstruiert, jedenfalls alle Drei- Vier- und Sechszylinder, alle Benziner und Diesel. So ein Kraftakt wäre vor ein paar Jahren noch nicht möglich gewesen. Einen Motor zu entwerfen ist eine höchst komplizierte, aufwändige und folglich teure Angelegenheit und war früher auch mit zeitraubender Rechen- und Erprobungstätigkeit verbunden. Erst durch die gewaltigen Rechnerleistungen unserer Tage und ausgefeilte Simulationsprogramme ist so ein großer Wurf realisierbar geworden.

Dabei ist die Logik hinter diesem Schritt sehr einfach: Es geht darum, für die unterschiedlichsten Fahrzeuge und Antriebskonzepte möglichst viele gleiche Teile zu erzielen. Das ist nämlich das BMW-Handicap. Mit 1,4 Millionen Autos pro Jahr gehört BMW ähnlich wie Mercedes-Benz zu den kleinsten Autoherstellern der Welt, hat aber als Premiummarke höchste Entwicklungskosten auf die Stückzahl umzulegen. So muss man eben sozusagen im Inneren der eigenen Autos nach Skaleneffekten suchen, also möglichst viele gleiche Kolben, Ventile, Pleuelstangen und so weiter bauen. Audi hat es viel leichter. Obwohl man nur rund eine Million im Jahr baut, kann man ja auf viele Teile der ganzen VW-Gruppe zugreifen und umgekehrt.

Der neue Dreizylindermotor ist für alle Modelle mit quer eingebautem Motor und Frontantrieb vorgesehen, also, so weit man vorausblicken kann, für den Mini und den ganz neuen Einser, der für 2014 erwartet wird. Die Vierzylinder sind für Quer- und Längseinbau geeignet, also im Grunde für die gesamte Palette, während die Reihensechszylinder allein durch ihre Baulänge den größeren Hecktrieblern vorbehalten sind.

Beim Dreizylinder handelt es sich um einen halbierten Sechszylinder. Zwecks Kultivierung des Geräusch- und Vibrationsverhaltens besitzt er eine Ausgleichswelle. Aus dem gleichen Grund haben die Vierzylinder zwei Ausgleichswellen. Der Reihensechszylinder braucht keine, weil er von vornherein ruhig läuft.

Alle Benziner bekommen Turbolader, Direkteinspritzung und die vollvariable Ventilsteuerung, die den Motor von den Drosselklappenverlusten befreit. Die Dieselmotoren sind, so weit es technisch möglich und sinnvoll ist, mit den Benzinern identisch, besitzen selbstverständlich Turbolader, Common-Rail-Direkteinspritzung und Partikelfilter.


Als Beispiel für fortgeschrittene Effizienz nennt BMW den X1 xDrive28i (Sechszylinder). Normverbrauch: 7,9 l / 100 km - 1,5 Liter weniger als bisher.

Maschinenbauerweisheit

Die Grundzüge der Strategie lauten jedenfalls: Strikte Beachtung der uralten Maschinenbauerweisheit vom idealen Hubraum, der bei rund 500 Kubikzentimeter liegt, daraus errechnet sich, dass es im Wesentlichen nur mehr 1,5-Liter-, 2,0-Liter und 3,0-Liter-Motoren geben wird (abgesehen von einem V8-Benziner, der sicher noch lange das Programm nach oben abrundet).

Die Leistungsabstufung erfolgt dann über die Ladercharakteristik, mit Drehmomenten von 60 bis 100 Nm und Leistungen von 30 bis 50 kW pro Zylinder beim Benziner und 75 bis 100 Nm bzw. 20 bis 40 kW beim Diesel.

Die großen Sprüche in Sachen Leichtbau stützen sich zwar auf den Begriff Kohlefaser, die Masse der BMWs wird aber kaum etwas von diesem superleichten Sensationswerkstoff abkriegen, zu energieaufwändig und zu schwierig in der Serienherstellung und folglich viel zu teuer. Die echten Fortschritte in Sachen Leichtbau liegen dort, wo wir es nicht sehen, etwa Pedale und Pedalhalterungen aus herkömmlichem Kunststoff (Thermoplaste, GFK), die nur halb so schwer sind wie solche aus Stahl, um nur ein Beispiel mit wenig Charme und großer Wirkung zu nennen.

In enger Verschränkung mit der Neuauflage klassischer Antriebe schreitet auch die Entwicklung elektrischer Antriebskomponenten voran. Auch hier setzt man auf eine klare Strategie: Antrieb ist die Kernkompetenz des Automobilherstellers, weshalb man vom Batterieumfeld über die Leistungselektronik bis zum Elektromotor/ Generator alles selbst entwickelt. Lediglich die Batteriezellen stammen von Bosch-Samsung.

Während die Energieinhalte von Batteriesystemen und die Wirkungsgrade von Elektromotoren nahezu unverrückbare Größen darstellen, liegt das Geheimnis vor allem in der Steuerung des Gesamtsystems, in der Geschwindigkeit, mit der Energie aus den Batterien entnommen und wieder rückgeführt wird. Noch viel mehr als beim Verbrennungsmotor kommt es hier auf das Nutzerverhalten an, welche Konstellationen gewählt und welche Prioritäten gesetzt werden, um Leistungscharakteristik, Reichweite und natürlich auch Kosten zu optimieren. (Rudolf Skarics/DER STANDARD/Automobil/15.04.2011)

  • Antrieb als Kernkompetenz: BMW erneuert alle 3-, 4-, 
6-Zylinder-Verbrennungsmotoren auf einmal ...
    foto: werk

    Antrieb als Kernkompetenz: BMW erneuert alle 3-, 4-, 6-Zylinder-Verbrennungsmotoren auf einmal ...

  • ... und entwickelt auch E-Motoren ...
    foto: werk

    ... und entwickelt auch E-Motoren ...

  • und Leistungselektronik selbst.
    foto: werk

    und Leistungselektronik selbst.

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