Technische Information 01/2014 BMW i3 – ein neues...

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Technische Information 01/2014

BMW i3 – ein neues Fahrzeugkonzept Schadenerkennung und Instandsetzung am Elektrofahrzeug BMW i3 Fahrzeugart Pkw Fahrzeughersteller BMW Fahrzeugtyp i3 Baujahr ab 2013 Schadenbereich Karosserie und Hochvoltbatterie

Kontakt: KTI GmbH & Co. KG Telefon: +49 561 51081 0 Kraftfahrzeugtechnisches Institut Telefax: +49 561 51081 13 Waldauer Weg 90a E-Mail: [email protected] 34253 Lohfelden Internet: www.k-t-i.de

Quelle: BMW Group



Einleitung

Mit dem i3 bietet BMW einen von Anfang an als Elektrofahrzeug konzipierten Pkw an. Dabei kommt eine unkonventionelle Bauweise zur Anwendung, die sich elementar auf die Schadenerkennung und Instandsetzung von Unfallschäden an der Karosserie auswirkt.

Das KTI hat sich im Rahmen von Workshops zusammen mit dem AZT und Thatcham sowie dem Hersteller BMW zu Erfahrungen hinsichtlich geeigneter Instandsetzungs-methoden ausgetauscht. Vorliegende Technische Information basiert auf den Erkenntnissen der durchgeführten Workshops und geht auf die Karosserie und den Hochvoltspeicher des BMW i3 mit Blick auf die Schadenfeststellung und Reparatur von Unfallschäden ein.

Fahrzeugkonzept

Der BMW i3 wird für den deutschen Markt (seit November 2013) in zwei Antriebsvarianten ausgeliefert:

mit Elektrosynchronmotor und stufenlosem Automatikgetriebe

mit Elektrosynchronmotor und stufenlosem Automatikgetriebe sowie zusätzlich Zweizylinder-Benzinmotor (Range Extender)

Die Version mit Range Extender ist äußerlich an der zusätzlichen Tankklappe in der Seitenwand vorn rechts zu erkennen (Bild 1). Der Hochvoltspeicher befindet sich unterhalb der Fahrgastzelle; der Antrieb im Heck unterhalb des Gepäckraumes (Bild 2).

Bild 1: Position von Lade- u. Tankklappe Bild 2: Lage der Antriebskomponenten (mit Range Extender; Blickrichtung von vorn nach hinten): Hochvoltbatterie (1); Elektro- motor (2); Verbrennungsmotor (3)



Lichtanlage und Scheibenwischer

Das Tagfahr- und Standlicht ist in LED-Technik ausgeführt und befindet sich im Frontscheinwerfer. Für das Abblendlicht sind LED-Leuchten optional erhältlich. Das Fernlicht (Halogen) ist im Stoßfänger integriert. Die Blinkleuchten sind im Frontstoßfänger und den Gehäusen der Außenspiegel verbaut. Die LED-Heckleuchten liegen hinter der schwarz verglasten Heckklappe.

Beide Scheibenwischerarme werden von jeweils separaten Elektromotoren angetrieben und sind durch die fehlende Fixierung aus der Ruhelage heraus per Hand verdrehbar. Bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs wird die Ausgangsstellung der Wischerarme selbsttätig initialisiert.

Karosseriekonzept

Das Konstruktionsprinzip beruht auf einem tragenden Rahmen aus Aluminium (sog. Drive-Modul). Dieser besteht in der Mitte aus Strangpressprofilen sowie vorn und hinten aus Druckguss. Im Drive-Modul sind sämtliche Fahrwerks-, Heiz-/Klima- und Antriebskomponenten sowie die Hochvoltbatterie integriert. Die Fahrgastzelle (sog. Life-Modul) ist aus Carbonfaser verstärktem Kunststoff (CfK) gefertigt und wird hauptsächlich durch Verklebungen mit dem Aluminium-Chassis verbunden. Die Außenhaut besteht überwiegend aus thermoplastischem Kunststoff; das Dach aus CfK.

Bild 3: tragender Rahmen aus Aluminium (Drive-Modul) und Fahrgastzelle aus CfK (Life-Modul)



Aufgrund der tragenden Funktion des Drive-Moduls kann auf den Mitteltunnel und die B-Säule verzichtet werden. Die Sicherheitsgurte sind für die Frontinsassen daher an den hinteren Türen angeschlagen (Bild 3).

Crashverhalten

Beim Frontcrash wird die Aufprallenergie hauptsächlich durch das Drive-Modul geleitet und verteilt (Bild 4). Der große wirksame Verformungsweg an der Front (Antriebseinheit im Heck montiert) ermöglicht geringe biomechanische Belastungen der Insassen. Wirken Anstoßkräfte auf das Life-Modul, wirkt der Klebstoff zwischen den einzelnen Bauteilen dämpfend. Dies hat zur Folge, dass – im Gegensatz zu konventionellen Karosserien in Schalenbauweise – nur Bauteile im direkt belasteten Bereich beschädigt werden.

Im Falle eines Seitencrashs absorbieren Deformationselemente im Seitenschweller die Aufprallenergie. Die verbleibenden Crashlasten werden über steife Querträger weiträumig in die Karosseriestruktur abgeleitet (Bild 5).

Bei einem Heckaufprall wird die Aufprallenergie hauptsächlich durch das Antriebs-modul (hinterer Teil des Drive-Moduls) absorbiert. Der feste Rahmen im Heck schützt hierbei Antriebs- und Hochvolt-Komponenten (Bild 6).

Bild 4: Lastpfad - Frontcrash Bild 5: Lastpfad - Seitencrash Bild 6: Lastpfad - Heckcrash

Karosserieinstandsetzung

Mit Einführung der BMW i-Modelle werden unterschiedliche Serviceformate unterschieden:

BMW i Aftersales Basic (Reparaturstufe 11)

BMW i Aftersales High Voltage

BMW i Aftersales CFK Full (Reparaturstufe 22 und 33)

1 Tausch geschraubter Bauteile und Reparaturen an der Außenhaut 2 Reparaturen am Life- und Drive Modul ohne Richtbank 3 Reparaturen am Life- und Drive Modul mit Richtbank

Quelle: BMW Group Quelle: BMW Group Quelle: BMW Group



Die Serviceformate unterscheiden sich in den Arbeitsumfängen und somit im benötigten Werkzeug und der Ausbildung des Werkstattpersonals. Die Serviceformate bauen aufeinander auf. So benötigt z. B. das Serviceformat „High Voltage“ zusätzlich das Werkzeug des Serviceformats „Basic“ usw. Die höchste Ausrüstungsstufe „CFK Full“ (Unfallinstandsetzungen an der CFK-Struktur) startet durch die schrittweise Einführung in der ersten Phase deutschlandweit mit vier BMW Betrieben. Die Annahme unfallbeschädigter i3-Fahrzeuge erfolgt in jedem autorisieren Betrieb, der Transport zu einem der vier „CfK Full“-Betriebe in Deutschland erfolgt durch die BMW AG. Die Herstellervorgaben für die Schadenbeurteilung und Instandsetzung finden sich in [1].

Außenhaut

Die Bauteile in der Außenhaut (Seitenwände, Stoßfänger und Türblätter) sind geclipst bzw. geschraubt und leicht ersetzbar. Die Ersatzteile aus Thermoplast werden grundsätzlich schwarz grundiert geliefert. Die Türaußenhaut kann vom Türträger getrennt werden.

Analog zu weiteren BMW-Modellen, sind für den BMW i3 die allgemeinen Hinweise zum Reparieren von Kunsstoffteilen zu beachten. Demnach dürfen nur leichte Verformungen und Beschädigungen (Abschabungen, Risse und Löcher bis 2,5 cm Länge) repariert werden. Schäden am Rand des Bauteils (Risse) dürfen nicht instandgesetzt werden.

Fahrgastzelle (Life-Modul)

Das Life-Modul besteht überwiegend aus CfK. Die Stützträger der Radhäuser bestehen aus Aluminiumgussteilen; die Sitzquerträger aus Aluminiumstrangpress-profilen. Für die im Life-Modul verwendeten Aluminiumteile erfolgt die Prüfung analog zum Drive-Modul. Zur Beurteilung von Schäden an CfK-Bauteilen hat BMW einen Schadenkatalog erarbeitet. Anhand dieses Schadenbildkataloges erfolgt die Sichtprüfung und Beurteilung von Carbonteilen auf Beschädigungen. Zur optischen Prüfung sind Außenhautteile im Schadensbereich – und falls erforderlich – weitere angrenzende Bauteile zu entfernen. Ein Bruch ist erkennbar an offenliegenden Fasern und Ausbrüchen (Bild 7 und 8, S. 6). Bei einer Delamination handelt es sich um eine Ablösung von einzelnen Schichten (Bild 9, S. 6). In beiden Fällen muss das Bauteil ersetzt werden.

An der Heckverkleidung sind auf der Rückseite des unteren Klebeflansches (Innenseite des Carbonteils) kleinere Beschädigungen zulässig. Ausbrüche, die eine Größe von 20 mm in der Breite und 5 mm in der Höhe nicht überschreiten, stellen keine Beschädigung dar. Das betroffene Bauteil muss in diesen Fällen nicht ersetzt werden. Sichtbare weiße Fäden an der Oberfläche stellen ebenfalls keine Beschädigung dar, sondern werden als optische Beeinträchtigungen angesehen.



Bild 7: Bruch

Bild 8: Delaminationsbruch

Bild 9:Delamination

Zur Beurteilung von Kratzern dient folgendes Schema:

Schritt Ergebnis der Sichtprüfung

Maßnahme

1 Sichtprüfung des beschädigten Bereichs

herausstehende Carbonfasern

Bauteil ersetzen

keine herausstehenden Carbonfasern (Glasfasern und PE-Fäden dürfen herausstehen)

weiter mit Schritt 2

2 Analyse Winkel zwischen Kratzerrichtung und Faserrichtung

15°- 90° weiter mit Schritt 3

0°- 15° Weiter mit Schritt 5

3 Bestimmung Kratzertiefe Tiefe < 0,2 mm Bauteil nicht ersetzen

Tiefe > 0,2 mm weiter mit Schritt 4

4 Bestimmung Kratzerlänge Länge < 10 mm Bauteil nicht ersetzen

Länge > 10 mm Bauteil ersetzen

5 Bestimmung Kratzertiefe Tiefe < 0,2 mm Bauteil nicht ersetzen

Tiefe > 0,2 mm weiter mit Schritt 6

6 Länge < 40 mm Bauteil nicht ersetzen

Länge > 40 mm Bauteil ersetzen

Die Kratzertiefe kann (auf Bauteilen mit ebener Oberfläche) mit einer speziellen Lehre ermittelt werden.

Quelle: BMW Group Quelle: BMW Group Quelle: BMW Group



Überschreitet ein Schaden an einem CfK-Bauteil die in den Herstellervorgaben angeführten Grenzen, sind definierte Reparaturabschnitte vorgesehen. So ist z. B. am Seitenrahmen eine Abschnittsreparatur in 5 festgelegten Bereichen möglich (Bild 10). Soll eine Abschnittsreparatur durchgeführt werden, müssen Mindest-abstände zwischen Beschädigung und Trennstelle eingehalten werden. Der beschädigte Seitenrahmen ist an den von außen markierten Bereichen mit einem speziellem Fräswerkzeug mit Absaugung und geeigneter Säge zu trennen (Bild 11, S. 8). Hierbei kann es zur Beschädigung von Bauteilen im inneren, von außen nicht sichtbaren Bereich kommen. Für diese Schäden gibt es keine Reparaturmöglichkeit. Deshalb sollte nur dann gesägt werden, wenn das Sägeblatt während des Sägens komplett sichtbar ist (z. B. bei Zuschneiden eines Neuteils).

Als Ersatzteil wird der Schweller (Nr. 1 in Bild 10), die hintere Ecke des Seitenrahmens (Nr. 2 in Bild 10) oder ein kompletter Seitenrahmen geliefert, welcher entsprechend zersägt wird. Sind die beschädigten CfK-Bauteile – und falls erforderlich weitere Bauteile – entfernt, werden Reparaturelemente aus Stahl einklebt (Bild 12, S. 8). Das Ersatzteil wird dann von außen fixiert und aufgeklebt (Bild 13, S. 8). Die Schnittlinien-verläufe bleiben nach einer Reparatur sichtbar (Bild 15, S. 8).

Bild 10: vorgegebene Reparaturabschnitte am Seitenrahmen (1- Schweller, 2 – Heckansatz)

Bei Beschädigungen an Bauteilen, die nicht einzeln ersetzt werden können, muss die Rohkarosserie ersetzt werden. Dies gilt für die Stirnwand, Sitzquerträger und den Fahrzeugboden.

Beim Umgang mit Carbon ist darauf zu achten, dass dieser Werkstoff (Harz) empfindlich auf hohe Wärmeeinwirkung reagiert. Das Carbon darf daher max. fünf Minuten auf höchstens 120°C erwärmt werden.

Zum Austrennen geklebter Scheiben ist eine Nylonschnur zu verwenden, um den Klebeflansch aus CfK nicht zu beschädigen.

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Bild 11: Austrennen des beschädigten Bereiches

Bild 12: Einkleben der Reparaturelemente

Bild 13: Aufkleben des Ersatzteiles

Bild 14: Markierte Schnittlinien am Seitenrahmen Bild 15: Schnittlinienverlauf nach Reparatur

Rahmen (Drive-Modul)

Das Drive-Modul besteht aus Gussteilen und Strangpressprofilen aus Aluminium. So sind die Federbeindome und das Hinterachsmodul als Gussteile ausgeführt und alle anderen Bauteile sind Strangpressprofile.

Bauteile, die eine sichtbare oder messbare Verformung bzw. scharfkantige Beschädigungen oder Brüche aufweisen, müssen ersetzt werden. Rückverformung oder Erwärmen von Strangpressprofilen und Gussteilen ist nicht zulässig. Hinsichtlich leichter Bauteilverformung ist eine Ausnahme zu beachten: Beim Verschrauben der Deformationselemente mit den Längsträgern wird dieser deformiert. Bei Beschädigung des Deformationselements muss der Längsträger erst bei Überschreitung der in der Herstellervorgaben angegebenen Werte ersetzt werden.

Am tragenden Rahmen aus Aluminium können Trennschnitte an vorgegebenen Positionen durchgeführt werden (Bild 16, S. 9). Die Reparaturdurchführung entspricht der bei BMW üblichen Prozedur mit einkleben und spreizen eines Innenschuhes (analog zu der bereits bei der 5er Modelreihe E60 eingeführten Vorgehensweise zur Abschnittreparatur des Motorträger-Vorderteils).



KTI GmbH & Co. KG

Bild 16: Vorgegebene Trennschnitte und Beispiele für Abschnittsreparaturen am Drive-Modul

Hochvoltbatterie

Der insgesamt 230 kg schwere Akkumulator besteht aus 8 Modulen à 12 Lithium-Ionen-Zellen. Der Energieinhalt beträgt nominell 21,6 kWh (effektiv 18,8 kWh). Die Nennspannung liegt bei 355 V. Für die ersten 100.000 km und längstens acht Jahre werden Sachmängel am Hochvoltspeicher kostenfrei von BMW behoben und eine Mindestkapazität von 70 % zugesichert.

Der Hochvoltspeicher wird von einem festen und wasserdichten Gehäuse geschützt und kann von entsprechend geschulten Mitarbeitern mit einem Hubtisch ausgebaut werden. Zur fachgerechten Ausführung eventuell anstehender Reparaturen wurde ein vollständiges Reparaturkonzept erarbeitet. So können bspw. einzelne defekte Module ersetzt werden.

Die Analyse und Beurteilung des Fahrzeugs ist durch einen "Fachkundigen für Arbeiten an Hochvolt-eigensicheren Kraftfahrzeugen" durchzuführen.

Nachdem das Hochvolt-System spannungsfrei geschalten wurde, sind für eine elektrische Beurteilung folgende Prüfpunkte abzuarbeiten:



Es konnte keine Spannungsfreiheit festgestellt werden (Wurde Spannungsfreiheit festgestellt, so ist nein anzukreuzen)

ja nein

Eigensicherheit laut Diagnose oder Testmodul nicht gegeben ja nein

Rauchentwicklung erkennbar? ja nein

Sind Brandspuren am Fahrzeug erkennbar? ja nein

Verdacht auf Wasserschaden inkl. Löschwasser (Fahrzeug und Hochvolt-Batterieeinheit)

ja nein

Hat das Fahrzeug mechanische Beschädigungen im Bereich der rot gekennzeichneten Flächen? (siehe Abbildung oben)

ja nein

Riss bzw. Öffnung am Gehäuse der Hochvolt-Batterieeinheit ja nein

Dellen im Gehäuse, Verformungen, Veränderungen (Kratzer bis 0,5 mm tiefe oder 5 cm Länge sind zugelassen) der Hochvolt-Batterieeinheit

ja nein

Anschlüsse der Hochvolt-Batterieeinheit locker, lose oder beschädigt ja nein

Hochvolt-Leitung hängen frei aus dem Fahrzeug. ja nein

Sollte ein oder mehrere Punkte mit ja beantwortet werden, ist die weitere Vorgehensweise mit dem Technischen Support der BMW Group zu klären. Des Weiteren muss das Fahrzeug abgesperrt und mittels Absperrbändern abgeschrankt werden.

Wurden alle Punkte mit nein beantwortet so, befindet sich das Fahrzeug in einem eigensicheren Zustand und kann einem normalen Werkstattprozess für eigensichere Fahrzeuge zugeführt werden.

Reifen

Derzeit ist Bridgestone exklusiver Lieferant für die Reifen des i3. Unter der Bezeichnung Ecopia EP-500 Ologic stehen vier Größen zur Verfügung: 155/70 R19, 175/60 R19, 155/60 R20 und 175/55 R20. Hinzu kommen zwei Winterreifen-versionen: der Blizzak LM-500 Ologic mit Lamellen und der Blizzak NV Ologic. Der Geschwindigkeitsindex ist jeweils Q (bis 160 km/h).

Da derzeit lediglich ein Hersteller die Reifen für den i3 liefert und die Produktionsstückzahl relativ klein ist, liegen die Kosten obehalb derer für einen herkömmlichen Pkw-Reifen.



Fazit und Ausblick

Durch die Konstruktion und die verwendeten Materialien treten Beschädigungen an Carbon nur in direkt belasteten Bereichen auf. Diese sind mit geeigneten Werkzeugen unter Beachtung der Herstellervorgaben gut instandsetzbar. Um eventuelle Änderungen hinsichtlich Reparaturmethoden und Schadenbeurteilung berücksichtigen zu können, ist die Verwendung der aktuellen Herstellervorgaben grundlegende Voraussetzung.

Literatur:

[1] https://oss.bmw.de/index.jsp Dipl.-Ing. (FH) Helge Kiebach MEng (TAR)

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