Seitenübersicht: Wie ein BMW i entsteht

Wie ein BMW i entsteht: Das LifeDrive-Konzept in vier Schritten.

Der BMW i3 ist ein elektrisch angetriebenes Serienfahrzeug aus modernen Leichtbaumaterialien und steht für eine neue, nachhaltige Mobilität. Seine innovative Architektur besteht aus zwei Elementen: dem aus Aluminium gefertigten Drive-Modul mit Antrieb, Fahrwerk und Energiespeicher sowie dem Life-Modul aus karbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), das die Fahrgastzelle bildet. Dank des LifeDrive-Konzepts und dem Einsatz von CFK reduziert sich außerdem die Fertigungszeit im Vergleich zum konventionellen Automobilbau auf die Hälfte und ist ökonomischer.

Life-Modul aus CFK: Eine innovative Fahrgastzelle.

Das Life-Modul des BMW i3 besteht hauptsächlich aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, kurz: CFK. Die Erstellung des innovativen Werkstoffs erfolgt in dem Joint Venture SGL Automotive Carbon Fibers (SGL ACF) CF im amerikanischen Moses Lake und im Innovationspark Wackersdorf.

Karbonfaserherstellung.

Die Karbonfaser entsteht aus einer thermoplastischen Textilfaser aus Polyacrylnitril. Diese wird dazu in einem komplexen Prozess aufgespalten, bis nur noch eine aus nahezu reinem Kohlenstoff bestehende, sieben Mikrometer dünne Faser vorliegt. Ein menschliches Haar misst im Vergleich dazu rund 50 Mikrometer. Anschließend werden ca. 50.000 dieser Einzelfilamente zu sogenannten „Rovings“, also Faserbündeln zusammengefasst und aufgewickelt. Die Produktionsenergie wird ausschließlich regenerativ aus lokal verfügbarer Wasserkraft gewonnen und ist damit zu 100 Prozent CO2-frei.

Weiterverarbeitung zu textilen Gelegen.

Im zweiten Schritt werden die Faserbündel zu leichten textilen Gelegen weiterverarbeitet. Gelege mit verschiedenen Faserausrichtungen werden in mehreren Lagen und unterschiedlichen Orientierungen übereinander zu Stapeln, sogenannten Stacks, angeordnet und zugeschnitten. Der CFK-Verschnitt wird wiederaufbereitet und kommt in der Produktion erneut zum Einsatz. Rund zehn Prozent der beim BMW i3 eingesetzten Karbonfasermenge sind bereits heute recyceltes Material.

Herstellung von CFK-Komponenten.

Die Stacks werden in den BMW Werken Landshut und Leipzig zu Karosserieteilen für den BMW i3 und den BMW i8 weiterverarbeitet. Ein Heizwerkzeug verleiht dem zugeschnittenen Kohlefasergelege zunächst eine stabile, dreidimensionale Form. Mehrere dieser vorgeformten Preform-Rohlinge können dann zu einem größeren Bauteil zusammengefügt werden. So lassen sich auch großflächige Karosseriebauteile herstellen, die sich aus Aluminium oder Stahlblech nur schwer oder mit deutlich höherem Aufwand realisieren ließen. Nach dem Konfektionieren und Vorformen folgt der nächste Prozessschritt: das Harzen unter Hochdruck nach dem RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding). Dabei wird in die Preform-Rohlinge unter hohem Druck flüssiges Harz injiziert. Erst durch die Verbindung der Fasern mit dem Harz und das anschließende Aushärten erhält das Material seine Steifigkeit und damit seine hervorragenden Eigenschaften.

CFK-Karosseriebau.

Die CFK-Verbundbauteile werden nun zur Grundstruktur des Life-Moduls zusammengefügt. Aufgrund der hohen geometrischen Integration benötigt das BMW i3 Life-Modul im Vergleich mit einer konventionellen Stahlkarosserie nur ein Drittel der Bauteile – rund 150 CFK-Komponenten. Im CFK-Karosseriebau kommt statt Schrauben, Nieten und Schweißen ausschließlich modernste, zu 100 Prozent automatisierte Klebetechnik zum Einsatz. In dem einzigartigen, von BMW entwickelten Fügeprozess werden dazu die einzelnen Bauteile berührungslos bis auf einen präzise definierten Klebespalt zusammengefügt. Das gewährleistet nach dem Klebevorgang eine optimale Festigkeit.

Außenhaut des BMW i: Leicht und robust.

Der BMW i3 ist der erste BMW überhaupt, bei dem die komplette Außenhaut aus Kunststoff besteht. Nur das Dach ist aus recyceltem CFK. Die Teile sind um die Hälfte leichter als Stahlblech und zugleich ein korrosionsfreier Oberflächenschutz, der sich energiesparend herstellen lässt. Zudem ist das Material unempfindlich gegenüber Bagatellschäden. 25 Prozent der für die thermoplastischen Außenteile verwendeten Materialien wurden entweder recycelt oder aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt.

Bei der Lackierung erhalten die Außenhautteile Glanz und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Die Lackiererei läuft durch Trockenabscheidung ohne Abwasser und mit nur einem Viertel des üblichen Energieaufwands. Zudem wird 70 Prozent weniger Wasser benötigt, da die Karosserie nicht mehr in mehreren Schritten gegen Korrosion geschützt, lackiert und getrocknet werden muss. Durch den Entfall der konventionellen, kathodischen Tauchbadlackierung werden noch einmal 10 Kilogramm Gewicht eingespart.

Drive-Modul: Strukturträger, Hochvoltspeicher und Elektromotor.

Der Drive-Strukturträger des BMW i3 besteht aus beschichteten Aluminiumträgern und Aluminium-Gussteilen. Die komplexe Rahmenkonstruktion aus rund 160 Einzelteilen bietet ein ideales Schutzgehäuse für die Batterie und ermöglicht eine optimale Gewichtsverteilung mit einem sehr niedrigen Schwerpunkt im Fahrzeug – mit entsprechenden Vorteilen für die Fahrdynamik.

Hochvoltspeicher.

In der Produktion der Batterie steckt umfangreiches BMW Know-how. Zunächst werden leistungsstarke Lithium-Ionen-Zellen in 400 Montageschritten miteinander zu Modulen verarbeitet. Danach werden die Module in eine Speicherwanne aus Aluminium gehoben und manuell miteinander in Reihe verschaltet. Am Ende erfolgt die Montage von Speicherdeckel und –boden. Der Speicher ist so konstruiert, dass einzelne Batteriemodule zur Reparatur einfach ausgetauscht werden können.

Elektroantrieb.

Im Inneren des E-Motors befindet sich ein Gehäuse mit Stator und Rotor. Der Stator ist der innere Kern des Motors und wird aus rund zwei Kilometern Kupferdraht gewickelt. Das Besondere: Im Vergleich zu anderen E-Maschinen ist er durch eine spezielle Wicklung der Kupferdrähte sehr klein und kompakt. Das spart Gewicht und Platz. Bevor der Rotor in das Innengehäuse kommt, wird er mit einer dünnen Harzschicht überzogen. Die 125 kW starke E- Maschine und die Antriebselektronik hat die BMW Group selbst entwickelt.

BMW i Montage: Parallele Prozesse.

Bei der Montage des Drive-Moduls wird die 230 Kilogramm schwere Batterie in das Chassis eingebaut und die Motor-Getriebe-Einheit aufgesetzt.

Optional ist auch ein Range Extender (Zweizylinder-Ottomotor) erhältlich, der die Reichweite des Fahrzeugs auf 300 Kilometer anhebt. Nach der Montage des vormontierten Vorderachsträgers und weiterer Strukturteile ist das Drive-Modul des BMW i3 bereit für die Endmontage.

Endmontage.

Vom Karosseriebau gelangt die CFK-Fahrgastzelle in die Montagehalle. Sie erhält dort auf dem sogenannten „Life-Band“ die kundenspezifische Ausstattung. Im Anschluss daran erfolgt die „Hochzeit“ mit dem Aluminium-Drive-Modul. Fahrgastzelle und Chassis werden dabei miteinander verklebt und für optimale Stabilität zusätzlich verschraubt. Erst danach erhält der BMW i3 sein finales äußeres Kunststoffkleid.

Die Durchlaufzeit in Karosseriebau und Montage beträgt mit 20 Stunden nur die Hälfte der konventionellen Produktionszeit. Der Grund: Arbeitsschritte finden parallel statt und es werden weniger Karosseriebauteile in der CFK-Struktur verbaut. Gemeinsam mit anderen BMW Fahrzeugen durchläuft der BMW i3 anschließend den Finish-Bereich mit umfassenden Qualitätskontrollen. 

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