BMW 3 er

Airbagversuch

Mehr Sicherheit
Anfang 2003 wurden in München die ersten Airbagversuche im neuen BMW 3er durchgeführt. Das Ziel: Integration des Beifahrerairbagmoduls in die Instrumententafel. BMW wählte das Airbaglabor der Bertrandt Niederlassung München zum Partner, das bereits verschiedenste Fahrzeug-Modelle im Airbagversuch getestet hat.

Prototypteile ermöglichen frühzeitige Versuche
Der erste Kontakt zum BMW 3er Beifahrerairbag-Projekt fand bereits 2002 statt. Damals fragte BMW Erfahrungswerte aus Druckversuchen eines Vorgängermodells an. BMW integrierte diese Daten im Rahmen der Funktionsentwicklung in die Berechnung und Simulation. Das Resultat waren Prototypteile, die in ersten Versuchen im Frühjahr 2003 Ergebnisse für die weitere Entwicklung lieferten. Dies ermöglichte eine zügige Fortentwicklung der Integration des Airbagmoduls in die Instrumententafel.

Schneller Projektfortschritt durch Integration aller Partner
Die BMW 3er Instrumententafel ist kein Zulieferteil, sondern wird vom BMW Werk Landshut, basierend auf der Entwicklung im Forschungszentrum, selbst produziert. Lediglich die Komponenten – beispielsweise das Airbagmodul, Blenden und Lüftereinsätze – sind Zulieferteile.

Die Entwicklung und Versuchsabsicherung der einzelnen Bauteile verlief reibungslos und erste Meilensteine, wie die Anbindung des Airbagdeckels an den Instrumententafeleinleger, wurden auch schnell erreicht. In weiteren Schritten bestätigten die Bertrandt-Ingenieure in ihren Versuchen nacheinander Komponenten wie Cupholder, Blenden und Frischluftgrill in ihrer Funktion bzw. Positionierung. Die Zulieferfirmen der einzelnen System-Komponenten waren bei den Versuchen vor Ort, damit eventuell notwendige Änderungen an den Bauteilen zeitsparend umgesetzt werden konnten.

Neue Faltungsvariante auf Basis von "OoP"-Versuchen freigeprüft
Mit modernster Highspeed-Videotechnik wurde anschließend das Augenmerk immer deutlicher auf die Öffnungszeiten und die Entfaltung des Airbags gelegt. Bis zu 9000 Bilder in der Sekunde lassen auch die schnellsten, für das menschliche Auge nicht mehr wahrnehmbaren Vorgänge hervorragend visualisieren und machen eine genaue Analyse möglich. Aus „Out of Position (OoP)“-Versuchen beim Airbaghersteller wurde zudem der Schluss gezogen, dass durch eine Änderung der Faltung des Luftsackgewebes der Beifahrer bei einer ungünstigen Sitzposition wesentlich besser geschützt werden könnte. Aus diesem Grund schickte der Airbaghersteller mehrere verschiedene Faltungsvarianten des Luftsacks in den Test. Damit konnte eine Variante ermittelt werden, die sowohl der Integrität des Airbags als auch den Anforderungen aus den OoP-Versuchen gerecht wurde. Abgeschlossen wurde das Projekt nach der erfolgreichen Durchführung der Freigabe-Versuche für die BMW-Fachabteilung.

Auch zukünftig gemeinsam unterwegs
Das "Competence Center Fahrzeugsicherheit", zu dem auch das Airbaglabor gehört, hat mit diesem Projekt weiter an Erfahrung in der Funktionsentwicklung gewonnen. BMW und Bertrandt arbeiten bereits an neuen Produkten im Bereich der Fahrzeugsicherheit. Hierbei nimmt die aktuelle „Out of Position“-Thematik im Airbagtesting eine größere Rolle ein.

Öffnungsverhalten eines Airbagdeckels mit unsichtbarer Splitlinie am Beispiel des neuen 3er BMW (Highspeedfilmaufnahme mit 9000 B/s).

Mehr Leistung
Als Engineering-Partner unterstützte Bertrandt die Mahle Filtersysteme GmbH bei der Entwicklung von Antriebskomponenten für den neuen BMW 3er, der auf dem Genfer Automobilsalon 2005 Premiere feierte. Das Projekt beinhaltete die Konzepterstellung von Luftfiltern und Ansaugstrecken, die Entwicklung der Musterstände bis hin zu den Serienbauteilen.

Konzept
Im Oktober 2001 starteten auf Basis des Vorgängermodells erste Untersuchungen der Rohluftansaugung des neuen BMW 3er. Bei der Rohluftansaugung wird die Luft oberhalb der BMW-Niere zweiflutig angesaugt und anschließend in Richtung Übergabestelle zum Luftfilter geführt. Untersucht und konstruktiv bearbeitet wurden die benötigte Anzahl von Bauteilen, die Entformungskonzepte, das Befestigungskonzept und die Abdichtung der Ansaugung gegen den Motorraum, um ein Ansaugen von Warmluft zu verhindern. Mehrere Varianten wurden in Zusammenarbeit mit Mahle ausgearbeitet und bewertet.

Ein weiteres Augenmerk lag auf der Verbindung zwischen Motorraum und Vorderwand. Zuerst wurde davon ausgegangen, über die Vorderwand hinweg in den Motorraum zu gelangen. Die nächsten Evolutionsstufen der Vorderwand ergaben aber eine Schnittstelle. Die Ansaugung musste somit aus mindestens zwei Teilen bestehen.

Als Entkoppelungselement zwischen der Rohluftansaugung und dem Luftfilter kommt ein Faltenbalg zum Einsatz. Da es sich sowohl bei der Ansaugung als auch beim Luftfilter um karosseriefeste Bauteile handelt, ist ein Ausgleich von Relativbewegungen nicht nötig. Der Faltenbalg dient der Montage und dem Toleranzausgleich und wird als Blasteil gefertigt. Das Konzept sah vor, den Faltenbalg über Rastnasen an den Kunststoffteilen anzubringen. Nach der Musterphase entschied Mahle, den Faltenbalg an der Luftführung zu verschweißen. Somit fiel eine der beiden Schnittstellen weg.

Auch das Vorgängermodell wurde bereits von Mahle mit Rohluftansaugung und Luftfilter ausgerüstet, und so konnte in einigen Details auf diesem Konzept aufgebaut werden. Dies bedeutete zum Beispiel, anstelle eines üblicherweise verbauten Platteneinsatzes ein Rundfilterelement zu verwenden. Der Rundfilter gewährleistet auf kleinem Bauraum eine maximale Filteroberfläche, was direkt den Wechselintervallen zugute kommt. Die Aufgabe bestand anfangs darin, den durch Mahle ausgelegten Einsatz innerhalb des Packages zu positionieren. Weiterhin musste ein Abdichtungskonzept und ein Konzept für die sichere Befestigung des Filtereinsatzes erstellt werden.

Der Reinluftfaltenbalg übernimmt die Verbindung zwischen dem Luftfilter und der Drosselklappe und ist das letzte Bauteil, das zum Lieferumfang der Luftstrecke gehörte. Neben der Luftbeförderung ist der Ausgleich der Relativbewegungen zwischen dem Motor (Drosselklappe) und dem Luftfilter seine Hauptaufgabe. Aufgrund seiner komplizierten Kontur ist auch der Reinluftfaltenbalg als Blasteil konstruiert.

 

Die Entwicklung

Gesamtumfang der Luftstrecke: Rohluftansaugung, Luftfilter und Reinluftfaltenbalg.

Luftansaugung
Federführend durch die Mahle-Berechnungsabteilung wurden verschiedene Vorschläge für eine strömungsgünstige Geometrie der Luftführung erarbeitet. Weiterhin wurden die Querschnitte optimiert, um ein Abreißen der Luftströmung zu verhindern. Ziel der Maßnahmen ist es, über die gesamte Luftstrecke einen möglichst geringen Druckverlust zu erzielen, da dieser direkt die Motorleistung beeinflusst.

Nach der stömungstechnischen Überarbeitung wurden die Bauteile gemeinsam mit den Spezialisten von Mahle im Hinblick auf die Entformung betrachtet. Die Luftführung hinten musste in ein Ober- und ein Unterteil geteilt werden, die miteinander durch Vibration verschweißt werden.

Da die Luftführung bei einem Blick in den Motorraum sehr gut sichtbar ist, war es wichtig, die Schweißgeometrie möglichst "unsichtbar" zu konstruieren.

 

Gehäuse und Deckel
Bei der Entwicklung von Gehäuse und Deckel des Luftfilters kam es zunächst darauf an, möglichst viel Volumen im vorgegebenen Umfeld zu erzielen. Ein weiterer großer Entwicklungsanteil entfällt auf den Körperschall. Auch hier wurde eng mit der Berechnung von Mahle zusammengearbeitet. So wurden schon sehr früh Maßnahmen zur Absenkung des Körperschalls, wie Verrippungen und Bombierungen der ebenen Flächen, in die Modelle eingearbeitet. Trotzdem ist diese Thematik immer als Knackpunkt zu sehen, der die Entwicklung bis zur Serienreife begleitet. Besonders bei designkritischen Teilen müssen Aussehen und Funktion in Einklang gebracht werden. Beim Deckel zog dies eine Verstärkung der Deckfläche nach sich, um ein Durchschimmern der Verrippung durch Einfallstellen zu verhindern.

Reinluftfaltenbalg
Man könnte meinen, dass der Reinluftfaltenbalg in der Entwicklung die geringsten Anforderungen stellt. Dies trifft aber nur bedingt zu. Zunächst gibt es durch ein sich kontinuierlich änderndes Umfeld einen neuen Kanalverlauf. Dieser wiederum bedingt eine Änderung der Position der Falten. Um die geforderte Beweglichkeit (20 mm in jede Richtung) zu gewährleisten, ist eine Minimalanzahl an Falten notwendig. Der Faltenbalg wird auf der Drosselklappe vormontiert. Er ist also beim Einfahren des Motors in die Karosserie bereits montiert und demzufolge „im Weg“. Aus diesem Grund wurde der Faltenbalg zweigeteilt. Ein kurzer starrer Teil wird auf der Drosselklappe vormontiert, der bewegliche anschließend am Luftfilter montiert.

Auch hier kamen wieder akustische Maßnahmen zum Tragen. So ist der Reinluftfaltenbalg ein ideales Teil, um Resonatoren zu adaptieren, die innerhalb der Luftstrecke störende Frequenzen herausfiltern. Beim BMW 3er Nachfolger wird ein Resonator eingesetzt, der gemeinsam mit den Akustikern von Mahle entwickelt wurde.

Fazit
Das Projekt war geprägt von gegenseitigem Vertrauen und Offenheit der beiden Partner untereinander. Letztlich war dies eine wichtige Basis für eine erfolgreiche Zusammenarbeit. Mit der Erstellung der 3D-Daten für die Serienwerkzeuge im Frühjahr 2004 ging für Bertrandt ein sehr interessantes und umfangreiches Projekt zu Ende. Die 3er Baureihe beschäftigte Mahle und Bertrandt über dieses Thema hinaus: parallel wurde bereits ein Luftfilter für den USA-Markt entwickelt. Weitere Motorvarianten folgten.