AT_01-02_2016

1+2 | FEBRUAR 2016

www.auto-technik.ch

NEWS

THERMOELEKTRIK MACHT HYBRIDFAHRZEUGE EFFIZIENTER MODULARE TRAKTIONSBATTERIE MIT KÖPFCHEN ABGEDICHTETE RILLENKUGELLAGER FÜR ANTRIEBSWELLEN VERSENKBARES LENKRAD FÜR AUTOMATISIERTES FAHREN

FACHWISSEN

LUFT FÜR DEN MOTOR

TECHNIK

HELVETISCHES SENSORKNOW-HOW

LAUFSTEG

AUFGELADEN UND EXTREM SPORTLICH SECHS ZYLINDER MÜSSEN REICHEN LICHT UND SCHATTEN

NEWS

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THERMOELEKTRIK MACHT HYBRIDFAHRZEUGE EFFIZIENTER

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hermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln Wärme in elektrischen Strom um. Im Zuge des Projekts RExTEG haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luftund Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) das Potenzial dieser Technologie für den Einsatz in Hybrid- und Range-Extender-Fahrzeugen (REx) untersucht und erstmalig für diese ein Funktionsmuster entwickelt.

Um das Potenzial thermoelektrischer Generatoren für den Einsatz in Hybridfahrzeugen zu erschliessen, haben die Forscher die einzelnen thermoelektrischen Module und das Gesamtsystem auf diesen speziellen Anwendungsfall hin ausgelegt und optimiert. Auf Basis der TEG-Gesamtsystemoptimierung entwickelte das Fraunhofer

Test des TEG-Funktionsmusters auf dem Heissgasprüfstand. (Bild: DLR) IPM neuartige thermoelektrische Modu­le, die eigens an die Temperaturen und Wärmeströme in Hybridfahrzeugen angepasst sind.

Ausserdem untersuchte es, wie sich die Module kostengünstiger herstellen lassen. Bisher geschieht dies in Handarbeit, was für die breite Anwendung der Technologie

im Automobilbau zu aufwändig und teuer ist.

Die DLR-Wissenschaftler konstruierten den thermoelektrischen Generator und kümmerten sich um dessen optimale Auslegung.

Am Ende ihrer Arbeit stand ein fahrzeugtaugliches Funktionsmuster mit einem Gewicht von rund

acht Kilogramm: Es beinhaltet die thermoelektrischen Module, Wärmeübertragerstrukturen, Kühlmittelführung und Elektronik.

Auf dem Heissgasprüfstand des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte wurde das entwickelte Funktionsmuster im Anschluss getestet, um die Eigenschaften der Komponente zu vermessen und diese Ergebnisse mit den zuvor angestellten Simulationen zu vergleichen. Der Prüfstand bildet den Verbrennungsmotor im Fahrzeug nach: Er schickt einen in Masse und Temperatur entsprechenden Abgasstrom durch das TEG-Funktionsmuster und ermöglicht die Messung des dabei erzeugten Stroms. Durch die spezielle Auslegung und hochintegrierte Bauweise konnte in diesem Entwicklungsstadium eine sehr hohe Leistungsdichte verzeichnet werden, sogar die weltweit höchste für einen fahrzeuggerechten TEG. (pd/sag)

MODULARE TRAKTIONSBATTERIE MIT KÖPFCHEN

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ie Batterie eines Elektroautos ist ein monolithischer Block, in dem die einzelnen Batteriezellen sowie die nötige Technik untergebracht sind. Zwar sollten die einzelnen Zellen theoretisch alle gleich viel Energie speichern können, ihre Kapazitäten variieren jedoch herstellungsbedingt. Da die Zellen in Reihe geschaltet sind, ist die gesamte Batterie nur so stark wie die schwächste Zelle. Ist diese leer, nützt auch die restliche Energie in den anderen Batteriezellen nichts mehr – das Auto muss Strom tanken. Die Hersteller sortieren daher vor und bauen jeweils Zellen ähnlicher Kapazität in eine Batterie.

Da dabei jedoch auch einige Zellen aussortiert werden, treibt dies die Preise der Batterien in die Höhe.

Ein weiteres Manko: Ist eine Zelle defekt, bleibt das Fahrzeug liegen

«Intelligente» Batteriezelle: Ein Mikrocontroller erfasst physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand. (Bild: Fraunhofer IPA) und der komplette Stromspeicher muss ausgetauscht werden.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben nun eine Alternative geschaffen: Jede Batteriezelle verfügt über einen eigenen integrierten Mikrocontroller, der relevante

physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand der Zelle erfasst. Jede Zelle kennt also ihren Zustand. Über die bereits vorhandene Hochstromverkabelung zwischen den Batteriezellen, durch die gespeicherte Energie zu den Verbrauchern geleitet wird, «reden» die Zellen miteinander.

Ist eine Zelle leer, während die anderen noch Energie gespeichert haben, klinkt sich die leere Batteriezelle einfach aus dem Verbund aus – sie leitet den Strom an sich vorbei, während die anderen weiterhin Energie liefern. Je nach Zellqualität lässt sich die Reichweite auf diese Weise um mindestens vier Prozent steigern.

Da sich eine Zelle mit geringerer Kapazität kaum auf die gesamte Reichweite des Autos auswirkt, brauchen die Hersteller diese nicht mehr vorzusortieren. Und sollte eine Batteriezelle einmal ausfallen, kann man sich den Weg in die Werkstatt sparen. Da das Auto über mehr als hundert Zellen verfügt, kommt es auf eine einzelne Zelle nicht an. Entscheidet der Fahrer sich doch für eine Reparatur, genügt es, anstelle der kompletten Batterie lediglich die einzelne Zelle auszutauschen. (pd/sag)

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NEWS

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ABGEDICHTETE RILLENKUGELLAGER FÜR ANTRIEBSWELLEN

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Das neue SKF-Lager für Antriebswellen verfügt über eine integrierte Schleuderscheibe aus rostfreiem Stahl, die mit der Dichtung aus FKM-Verbundwerkstoffen ein Labyrinth bildet. (Bild: SKF)

KF stellte im Rahmen des Berliner CTI-Symposiums ein neues abgedichtetes Rillenkugellager für PWAntriebswellen vor: Durch ein innovatives Dichtungskonzept werden äussere Schutzvorrichtungen obsolet, sodass zusätzliche Teile wie etwa Deckscheiben oder andere Dichtungen entfallen können.

Das Ergebnis ist eine einfach zu montierende Kompaktlösung.

Trotz der insgesamt «schlankeren» Konstruktion verbessert die neue Dichtung den Schutz gegen äussere Einflüsse wie beispielsweise Wasser und Matsch – selbst in

stark verschmutzten Umgebungen.

Das Rillenkugellager eignet sich für die Zwischenwellen von frontgetriebenen Autos und Kleintransportern ebenso wie für die Gelenkwellen von allrad- bzw. heckangetriebenen Fahrzeugen. Darüber hinaus kann das abgedichtete Lager für eine Vielzahl weiterer Anwendungen in stark verschmutzten Umgebungen genutzt werden.

Das neue SKF-Lager verfügt über eine integrierte Schleuderscheibe aus rostfreiem Stahl, die mit der Dichtung aus FKM-Verbundwerkstoffen ein Labyrinth bildet und dadurch strömungstechnische

Effekte zur Dichtwirkung nutzt.

Ausserdem wurde der axiale Dichtlippenkontakt optimiert. Dem besseren Schutz des Lagers dient nicht zuletzt ein leistungsfähiges Hochtemperaturfett. Unter dem Strich minimiert das zuverlässige Dichtungskonzept das Eindringen von festen und flüssigen Fremdstoffen, was der Lagergebrauchsdauer zugutekommt. Zu diesem Zweck hat SKF auch die Robustheit dieser einfach zu montierenden Kompaktlösung erhöht. Seine verbesserten Eigenschaften hat das Lager in Praxistests bereits unter Beweis gestellt. (pd/sag)

VERSENKBARES LENKRAD FÜR AUTOMATISIERTES FAHREN

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as neue Konzeptfahrzeug von Rinspeed heisst Σtos und wurde auf der Consumer Electronics Show CES in Las Vegas vorgestellt. ZF TRW präsentierte darin ein innovatives Lenkraddesign für das automatisierte Fahren. Das versenkbare Lenkrad verfügt über verschiedene Funktionen wie beispielsweise eine Hands-on/ off-Erkennung und unterstützt so den Fahrer in automatisierten Fahrsituationen. Dieser kann mithilfe eines sogenannten Drive Mode Manager Displays (DDM), das sich oben im Lenkrad befindet, entscheiden, ob er das Auto selbst fahren will oder die Kontrolle an das Fahrzeug abgibt. Dafür drückt er entweder «Push to Drive» und das Display zeigt ein «M» für manuell an, oder er nimmt die Hände vom Lenkrad und es erscheint ein «A» für automatisiert. Während einer automatisierten Fahrt könnte der Fahrer das Lenkrad einfach ins Armaturenbrett einklappen und sich so Raum für andere Aktivitäten

oder ein entspanntes Zurücklehnen verschaffen.

Aufgrund des einzigartigen Lenkraddesigns und des begrenzten Platzangebots im Armaturenbrett platzierte ZF TRW zudem die Front-Airbags im Fahrzeugdach.

Der Dach-Airbag, der sich bereits im Serieneinsatz befindet, sorgt nicht nur für mehr Flexibilität bei der Innenraumgestaltung, sondern schützt auch die Fahrzeuginsassen genauso gut wie herkömmliche Front-Airbags, die im Lenkrad oder im Armaturenbrett untergebracht sind.

Wird der Dach-Airbag ausgelöst, entfaltet er sich vor dem Insassen entlang der Windschutzscheibe und hilft so dabei, Fahrer und Beifahrer auch mit unterschiedlicher Grösse und Statur zu schützen. (pd/sag)

Das Konzeptfahrzeug Σtos von Rinspeed ist mit einem versenkbaren Lenkrad von ZF TRW ausgestattet. (Bild: ZF TRW)

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FACHWISSEN Motor

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Gaswechselschleife

LUFT FÜR DEN MOTOR In der Verbesserung des Verbrennungsprozesses liegen noch einige Wirkungsgradprozente, welche die Motorenentwickler gerne nutzen würden. Im Folgenden werden Einflüsse auf die Gaswechselschleife zur Steigerung des Füllungsgrades und/oder zur besseren Gemischbildung beschrieben. Text: Andreas Lerch | Bildquellen: BMW, Internationales Motorensymposium Wien, Mercedes-Benz, Schaeffler

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ls vornehmliches Thema in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren gilt heute die Verminderung von CO2 und von Schadstoffen.

Während es bis vor Kurzem um die Abgase einigermassen ruhig war, sind diese seit dem VW-Skandal ins Zentrum der Aufmerksamkeit gerückt und haben die Verbrauchsbzw. die CO2-Diskussion etwas zur Seite gedrängt.

Sicher ist das nicht richtig: Die Komplexität der CO2-Hürde bleibt bestehen, die Gesetzeshüter sind jedoch nun auch auf die Schadstoffe, insbesondere auf die NOx-Emissionen sensibilisiert. So werden die Anstrengungen für die nächsten Motorengenerationen voraussichtlich hauptsächlich diesen beiden Anforderungen gelten. Wie sich die Motorleistungen mit diesen sich verändernden Rahmenbedingungen entwickeln werden, bleibt abzuwarten. Die Motor- oder Systemleistung wird in Zukunft wahrscheinlich mehr und mehr durch die elektrische Unterstützung bestimmt und kann damit für kurze Sprints immer noch den viel beschriebenen Fahrspass garantieren.

Thermischer Wirkungsgrad Viele moderne Verbesserungen an den Verbrennungsmotoren Fläche = Energie?

Die Fläche eines Rechtecks berechnet sich aus Länge mal Breite. Im p-V-Diagramm sind die Achsenbezeichnungen folgendermassen: Abszisse: Hubraum = Volumen = m3 Ordinate: Druck = Pascal = N/m2

Nm = J = Energie

Bild 1. Mit Valvetronic ist BMW seit bald 15 Jahren äusserst erfolgreich auf dem Markt. Die aufwändige Ventilsteuerung ermöglicht eine Verminderung der Drosselverluste beim Ansaugen. versuchen, die Gaswechselschleife und die Hochdruckschleife des p-V-Diagrammes möglichst positiv zu beeinflussen. Die Gaswechselschleife sollte eine möglichst kleine Fläche umranden; die Hochdruckschleife – im Gegensatz dazu – sollte möglichst gross sein. Da die beiden Flächeninhalte «Energie» darstellen (siehe Kasten) kann die abgegebene Verbrennungsenergie eines Motors als Subtraktion der Hochdruckschleife minus die Gaswechselschleife dargestellt werden (Bild 3). Wird diese resultierende Fläche als Rechteck über den ganzen Hub dargestellt, spricht man bei der Rechteckhöhe vom mittleren oder indizierten Druck.

Wird diese Energie aber ins Verhältnis zur zugeführten chemischen Energie des Treibstoffes gebracht, ergibt sich der thermische Wirkungsgrad des Motors.

Genau in diese Richtung werden die Motoren durch Downsizing getrieben. Die Hubvolumina werden

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kleiner, die Füllungsgrade durch Abgasturbolader grösser. Vollvariable Ventiltriebe (Bild 1), welche in elektromechanischer Ausführung von verschiedenen Herstellern gebaut werden, helfen zur Entdrosselung des Ansaugtaktes während der Teillast und damit zur Verringerung der Gaswechselverluste (= Verkleinerung der Gaswechselschleife). Zur Entdrosselung gehören ein kleiner Unterdruck im Verbrennungsraum während des Ansaugens und eine weit geöffnete Drosselklappe. Die Energie zur Erzeugung des Unterdrucks wird direkt vom Kurbeltrieb eingebracht. Er entsteht, wenn der Kolben in Richtung UT fährt und die Luft nicht schnell genug einströmen kann. Deshalb helfen vollvariable Ventiltriebe der Entdrosselung.

Gaswechselschleife Die Gaswechselschleife wird von der Drucklinie des Ausstosstaktes von UT nach OT und von der folgenden

Ansaugdrucklinie von OT nach UT gebildet (Bild 2). Beim Ausschieben ergibt sich durch die Strömungswiderstände in Rohren, Katalysatoren und Schalldämpfern ein bestimmter Widerstand, welcher sich als Staudruck äussert. Dieser Staudruck ist wichtig, damit die Abgasrückführung funktionieren kann, muss aber beim Ausstossen der Abgase vom Kolben überdrückt werden. Beim Ansaugen, wenn der Kolben von OT gegen UT fährt, ergibt sich durch die Volumenvergrösserung im Zylinder ein Unterdruck. Dieser kann nur entstehen, wenn der Zustrom von Frischluft gedrosselt wird. Genau das passiert an mindestens drei Stellen im Ansaugsystem: beim Luftfilter, bei der Drosselklappe und bei den Einlassventilen. Der Luftfilter wird zum Schutz des Motors vor Schmutzteilchen benötigt, die Abbremsung der Strömung ist dabei gering. Ohne die Einlassventile kommt der Motor kaum zum Laufen – es wäre schön, wenn dabei Öffnungspunkt, Öffnungsweite und Schliesspunkt frei programmiert werden könnten. Dann könnte nämlich auf die Drosselklappe verzichtet werden und der atmosphärische Druck würde unmittelbar vor den Einlassventilen anstehen. Die Drosselklappe vermindert aber den Saugrohrdruck und gestaltet den Ladungsprozess des Zylinders aufwändiger (Gaswechselverluste). Das Druckgefälle zwischen Saugrohr und Verbrennungsraum wird kleiner, dafür der Unterdruck im Verbrennungsraum grösser, die Einströmgeschwindigkeit der Frischgase und damit die Füllung, aber auch die Bildung von Strömungen und Wirbeln und die Homogenisierung des Gemisches werden kleiner oder schlechter.

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Motor FACHWISSEN

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Bild 2. Das konventionelle und bekannte p-V-Diagramm, aus welchem sehr viele interessante Details herausgelesen werden können.

Aufladung Um die Gaswechselschleife zu verkleinern, eignet sich jede Art von Aufladung. Wird die Luft oder das Gemisch mit erhöhtem Druck in den Verbrennungsraum geschoben, steigt der Füllungsgrad, also die Anzahl der Gasmoleküle im Motor. Damit kann mehr Treibstoff eingespritzt werden, was einen grösseren Druck und mehr Drehmoment bringt.

Bei der Aufladung wird zwischen zwei Arten unterschieden: • dynamische Aufladung (Schwings­­­augrohr- Aufladung oder Resonanzaufladung) • Fremdaufladung (Lader ohne mechanischen Antrieb (Strömungsmaschinen), Lader mit mechanischem Antrieb) Die Abgasturbolader gelten heute für Otto- und für Dieselmotoren als Stand der Technik. Deshalb ist es um die anderen Aufladesysteme eher still geworden.

Vollvariable Ventilsteuerung Die Ventilsteuerung ist für das Brennverfahren in einem modernen Verbrennungsmotor entscheidend.

Für den Bereich der Füllung, aber auch für bestimmte Bereiche der Rohemissionen sind die Öffnungsund Schliesspunkte der Ein- und

Bild 3. Die Flächen des p-V- oder Indikatordiagramms weisen auf die Energiemenge hin. Die Energie für die kleine Gaswechselschleife muss vom Motor aufgebracht werden.

Auslassventile wichtig. Die Variabilität der Ventilsteuerung kann auf verschiedene Arten erreicht werden (Bild 4).

Phasenwandler: Sie erlauben, dass sich die Nockenwellen um einige Grad nach Früh bzw. nach Spät verstellen. Phasenwandler gelten im Ottomotorenbereich als Stand der Technik und werden fast flächendeckend eingebaut. Ventilöffnungswinkel und -hub können damit nicht beeinflusst werden.

Diskrete Schaltelemente (variable Ventilsteuerung): Auf verschiedene Arten gelingt es diesen Systemen, unterschiedliche Nockenformen auf die Ventile zum Einsatz zu bringen.

Damit können beispielsweise zwei verschiedene Öffnungswinkel und auch zwei unterschiedliche Hübe der Ventile realisiert werden. Diese Systeme werden in der Regel mit Phasenverstellern kombiniert.

Vollvariable Ventilsteuerung: Die Ventile können stufenlos im Öffnungswinkel und Hub verstellt werden. Gewisse Einschränkungen in der Variabilität bleiben bestehen, uneingeschränkt variable Varianten, wie zum Beispiel zwischen zwei magnetischen Feldern «schwebende» Ventile, haben bis heute noch keinen Serieneinsatz gefunden.

Deshalb werden die aktuellen

vollvariablen Ventilsteuerungen auch häufig zusätzlich mit Phasenwandlern kombiniert.

Innere Abgasrückführung Ist in der Ventilüberschneidungsphase der Druck im Saugrohr niedriger als im Abgastrakt, so erfolgt eine Rückströmung des Restabgases in das Saugrohr. Das so zurückgestossene Restabgas wird nach dem

Schliessmoment des Auslassventils vom Motor wieder angesaugt, was zu einer Erhöhung des Abgasgehalts beim nächsten Verbrennungsprozess führt (= innere Abgasrückführung).

Direkteinspritzende Ottomotoren mit Schichtladung von MercedesBenz nutzen diese Schichtladung bzw. den Magerlauf als effiziente Verbrauchsmassnahme. Diese erfordert aber auf der anderen Seite die Abgasrückführung zur Minderung der Stickoxid-Rohemissionen. Neben der externen Abgasrückführung wird auch die innere Abgasrückführung eingesetzt. Thermodynamisch muss dabei beachtet werden, dass die rückgeführte Abgasmenge bei der inneren Abgasrückführung für die gleiche Rohemissionsabsenkung erhöht werden muss, da die rückgeführten Abgase heisser sind und deshalb eine geringere Dichte aufweisen als jene, welche um den Motorblock herumgeleitet und allenfalls auch noch gekühlt werden. Da die dazu erforderliche grosse Ventilüberschneidung mit konventionellen Mitteln kaum umsetzbar ist, wird das mercedeseigene Schiebenockensystem (Camtronic) mit einem speziellen Plateaunocken eingesetzt (Bild 5).

Bild 4. Im Bereich der Ventilsteuerung ist in den letzten Jahrzehnten sehr viel entwickelt und auch in die Serie eingeführt worden.

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Bild 5. Mercedes-Benz unterscheidet zwischen verschiedenen Philosophien bei den Nockenvarianten von Camtronic. Speziell ist die Form des Plateaunockens.

Diese Nockenform ermöglicht in Verbindung mit einem erweiterten Stellbereich des Phasenstellers deutlich höhere Werte an innerer Abgasrückführung.

Scavenging Durch die Ventilüberschneidung kann nicht nur der Restgasanteil für das folgende Arbeitsspiel beeinflusst werden. Gerade bei aufgeladenen Motoren kann während der Überschneidungsphase der Druck vor dem Einlassventil auch höher sein als im Verbrennungsraum und im Auslasskollektor. In diesem Fall

findet während der Ventilüberschneidung die Strömung in Richtung des Abgastrakts statt, das Restabgas wird ausgespült (Scavenging) und es kann zu einem Durchströmen der Luft in den Abgastrakt kommen.

Wenn es gelingt, das Restabgas vollständig auszuspülen, steht dessen Volumen für eine verbesserte Frischgasfüllung zur Verfügung. Der Effekt des Scavengings wird zur Steigerung des Drehmoments im unteren Drehzahlbereich genutzt.

Bei der Abgasturboaufladung wird der Verdichter von einer Abgasturbine angetrieben, welche sich

Bild 6. Beim Atkinson-Prozess gelingt es, durch ein spätes Schliessen des Einlassventils und eine Entdrosselung des Ansaugtakts (offene Drosselklappe) die Gaswechselschleife markant zu verkleinern.

1+2/16 84 im Abgastrakt befindet und die Enthalpie (= Energie) des Abgases ausnutzt. Diese besteht aus der Druck-, Wärme- und Strömungsenergie, welche das Abgas während der Verbrennung aufgenommen hat und nicht über den Kolben abgeben konnte. Die Energie kann erhöht werden, wenn durch Scavenging ein Teil der Frischgasladung durch die Zylinder gespült wird und damit den Gasstrom durch die Abgasturbine erhöht. Da bei Motoren mit Abgasturboaufladung das positive Druckgefälle im unteren Drehzahlbereich bei hoher Last gut eingestellt werden kann, erhöht Scavenging das maximale Drehmoment in diesem Betriebsbereich (Low End Torque) auch bei aufgeladenen Motoren.

Atkinson-Verbrennungsprozess Eine weitere Möglichkeit zur Verkleinerung der Gaswechselverluste existiert bei Verbrennungsprozessen mit grösseren effektiven Expansionsals Ansaughüben. Als Begründer und oftmals auch als Namensgeber dieses Arbeitsprinzips gilt James Atkinson mit seinem Patent aus dem Jahr 1887. Die unterschiedlichen Hübe realisierte er damals mittels einer Zusatzmechanik zum einfachen Kurbeltrieb.

Die Darstellung eines unterschiedlichen effektiven Kompressions- zu Expansionshubs wird im PW-Bereich heute vor allem durch die Veränderung

der Steuerzeiten erreicht (Atkinson-, aber auch Miller-Prozess). Beim Prinzip nach Atkinson wird das Einlassventil erst weit nach UT geschlossen, wodurch die angesaugte Frischluft zum Teil mit der Kolbenbewegung wieder aus dem Zylinder geschoben wird. Dies ermöglicht das nahezu drosselfreie Ansaugen der Frischluft bei weit geöffneter Drosselklappe, entsprechend geringeren Pumpverlusten und höherem Wirkungsgrad.

Die benötigte Frischluftmenge wird über die Öffnungsdauer des Einlassventils eingestellt, da die überschüssige Frischluft im Kompressionstakt bis zum Schliessen des Einlassventils zurückgeschoben wird.

Damit am Ende des Verdichtungstaktes der gleiche Druck im Zylinder herrscht wie beim konventionellen Motor, kann das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors erhöht werden (Bild 6). Durch die Aufladung und/oder Entdrosselung bewegt sich auch die Ansauglinie auf höherem Druckniveau als beim Saugmotor.

Durch das späte «Einlass schliesst» kann das effektive Kompressionsverhältnis wieder verkleinert und der Motor auch bei Volllast am Klopfen gehindert werden. Durch die Verkleinerung des effektiven Verdichtungsverhältnisses (Verhältnis zwischen dem maximalen und dem minimalen Verbrennungsraum) gegenüber dem effektiven Expansionsverhältnis

Bild 7. Der Miller Cycle unterbricht den Ansaugtakt durch ein frühes Schliessen des Einlassventils. Danach wird bis zum UT das angesaugte Gas wieder entspannt und damit auch abgekühlt.

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Bild 8. Vergleich von Drücken und Temperaturen von beispielhaften Ventilsteuerungen. Miller mit ES 80°vUT, Basismotor mit ES bei UT und Atkinson mit ES bei 80°nUT. (Volumenänderung des Verbrennungsraums während des Arbeitstakts) wird der eingangs erwünschte Effekt (Verkleinerung der Gaswechselschleife) erreicht.

Ein Nachteil des AtkinsonVerbrennungsprozesses ist die schlechte Verbrennung im unteren Drehzahl- und Lastbereich und das daraus resultierende geringere Drehmoment. Drehmomentverluste in diesen Betriebsbereichen können jedoch problemlos durch elektrische Maschinen kompensiert werden, weshalb der Atkinson-Zyklus oft bei Hybridfahrzeugen angetroffen wird.

Miller-Verbrennungsprozess Das Miller-Verfahren beschreibt ein frühes Schliessen der Einlassventile (Bild 7). Dadurch wird die im Zylinder eingeschlossene Ladung im Fortgang der Abwärtsbewegung des Kolbens (Ansaugtakt) expandiert und kühlt dabei ab. Verglichen mit der Standardsteuerzeit erfolgt die darauf folgende Kompression auf einem niedrigeren Druck- und Temperaturniveau.

Die Anwendung vollvariabler Ventilsteuerungsverfahren ermöglicht durch die Darstellung von Teilhüben der Einlassventile eine Entdrosselung des Motors. Um das gleiche Moment zu erzeugen und hierfür die gleiche Masse an Frischladung im Zylinder einzuschliessen, wird die Luft unter Druck eingeblasen (Aufladung). Durch die weitgehende Abbremsung der Ladungsbewegung während der Expansion vor UT wird allerdings die Verbrennung verlangsamt. Dies kann durch unterschiedliche Hubverläufe der Einlassventile (Phasing) verhindert werden. Durch die verschiedenen Hubverläufe wird die Ladungsbewegung erhöht, was im Bereich niedriger Lasten die Verbrennung stabilisiert und den Einsatz hoher Abgasrückführraten erleichtert.

Da das Verfahren den Kompressionstakt mit einer kleineren Ausgangstemperatur beginnt, kann es im Volllastbereich ebenfalls zur Senkung der Klopfneigung trotz Steigerung der spezifischen Leistung führen.

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Ventilphasing und Ventilmasking Als Ventilphasing wird das nicht synchrone Öffnen von zwei Einlass- oder Auslassventilen bezeichnet. Dadurch kann die Ladungsbewegung angeregt werden. Wenn bei einem Ventil die grosse Luftströmung früher beginnt als beim anderen, beeinflussen sich die Strömungen anders, als wenn sie

synchron aufgebaut werden. Kommt noch eine Maskierung hinzu, was einer aerodynamischen Strömungshilfe entspricht, können die Strömungen und damit die Gemischbildung im Zylinder während des Ansaugtakts entscheidend beeinflusst werden.

Gerade bei kleinen Lasten ist es wichtig, dass die Verwirbelung verbessert wird, da die Strömungsgeschwindigkeit der Gase relativ klein ist . Im oberen Lastbereich sind die Strömungsgeschwindigkeiten hoch, die Gemischbildung gut, dafür die Öffnungszeiten eher zu kurz. Aus diesem Grund werden die Ventile in diesen Betriebsbereichen wieder synchron geöffnet.

Die Varianten, mit denen die Motorenbauer heute kleine und kleinste Verbesserungen erreichen, sind fast grenzenlos. Natürlich können nicht mehr Verbesserungen im zweistelligen Prozentbereich erwartet werden.

Die Ingenieure sind aber stolz, wenn Sie Verbesserungen realisieren und beherrschen können, welche schlichte ein oder zwei Prozentpunkte bringen.

So ist auch die Überlegung der Gegensätze von innerer Abgasrückführung und Scavenging hochinteressant. Was schnellere und genauere Phasenversteller oder eine Variabilität bei den Verdichtungsverhältnissen bringen können, werden in einiger Zeit Fachwissenthemen darstellen.

FRAGE 1. a ) In welchem Betriebspunkt ist die Hochdruckschleife gegenüber der Gaswechselschleife am grössten? b) In welchem Betriebspunkt sind die Flächen gerade gleich gross? c) Gibt es auch eine Situation, in welcher die Gaswechselschleife grösser ist als die Hochdruckschleife?

2. W arum gelingt es durch den Miller-Prozess, die NOx-Rohemissionen zu senken?

LÖSUNG ZUR AUSGABE 12/2015 1. – Fahrleistung (Turboloch verschwindet).

– Emission (gerade bei Dieselmotoren können NOx und Partikel vermindert werden).

– CO2 oder Treibstoffverbrauch (durch geschickte Abstimmung von Abgasturbolader und E-Verdichter gelingen Einsparungen).

2. Permanenterregte Synchronmotoren, Reluktanzmotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren 3. Bei hohen Lasten wird über den Antrieb der Turbine die elektrische Maschine als Generator angetrieben und so die Abgasenergie in elektrischen Strom verwandelt.

TECHNIK Zylinderdruckmessung

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Kistler Instrumente AG

HELVETISCHES SENSOR-KNOW-HOW Die Schweiz hat keine eigenen Automobilhersteller. Das Land verfügt aber über viele spezialisierte Firmen in der Zulieferindustrie.

Die Firma Kistler Instrumente AG in Winterthur gehört zu den heimlichen Stars in der Motorenforschung. Dank dem Mess-Knowhow für Druck und Temperatur an der Motorperipherie und im Brennraum hat sich das Winterthurer Unternehmen auch im Motorsport etabliert und bietet Systeme zur On-Board-Überwachung betriebskritischer oder leistungsrelevanter Zustände an.

Text: Andreas Senger | Bilder: Büro Senger, Kistler AG

V

erschwiegenheit gehört zum Geschäft: Wer Details zu piezoresistiven oder piezoelektrischen Sensoren von den Mitarbeitern bei Kistler erfahren will, wird gerne ins Produktportfolio eingeweiht. Sobald es aber um technische Details oder Applikationen in der Automobilindustrie sowie im internationalen Rennsport geht, wird geschwiegen.

Die Schweizer Firma Kistler hat dank der engen und kundenorientierten Ausrichtung einen tiefen Einblick in die Forschung und Entwicklung aktueller und zukünftiger Motorentechnologien.

Mit seinen weltweit 1400 Mitarbeitenden (550 in der Schweiz) erwirtschaftet das sich in Privatbesitz befindende Unternehmen einen Jahresumsatz von über 320 Millionen Franken. Um die Nase in der Messtechnik weiter vorne zu haben, werden jedes Jahr rund zehn Prozent davon in die Forschung und Entwicklung (rund 190 Mitarbeitende) investiert.

Vier Hauptsensorsparten im Portfolio Anlässlich einer Fachtagung der Society of Automotive Engineers SAE Switzerland durfte die AUTO&Technik hinter die Kulissen der Firma blicken.

Als Basistechnologien zur Messung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung finden piezoelektrische, piezoresistive und optische Sensoren wie auch Dehnmessstreifen Anwendung. Diese werden in der Motorenentwicklung von der dynamischen Fahrzeugentwicklung (Fahrversuche) bis hin zu Crashtests erfolgreich eingesetzt.

Vor allem die Motorenentwicklung ist im Spannungsfeld regulatorisch

automotive total:

Der Produktmanager David Mauke zeigte anlässlich des SAE-Fachvortrags beim Firmenrundgang die Messperipherie mit Drucksensoren für den Brennraum und die Motorperipherie, wie sie auch im Motorsport auf der ganzen Welt eingesetzt wird. immer schärferer Auflagen hinsichtlich Emissionen und Verbräuchen bei gleichzeitig ansteigenden Motorleistungen ein interessantes Betätigungsfeld der Winterthurer Firma. Die Messtechnik von Kistler wird nicht nur im Brennraum eingesetzt, sondern auch an der Motorperipherie. So messen piezoresistive Absolutdrucksensoren Ansaugluft- und Abgasdrücke sowie Einspritzdrücke. Piezoelektrische Zylinderdrucksensoren in Messzündkerzen oder Glühkerzenadaptern erfassen die Brennraumdrücke.

Entwicklungspartner im Rennsport Am Prüfstand steht dabei genügend Raum für Sensorik, Signalführung und -aufbereitung sowie Auswerteelektronik zur Verfügung. Die im

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Dieser filigrane piezoelektrische Sensor von Kistler kommt zur direkten Zylinderdrucküberwachung zum Einsatz. Die Montage ist Feinstwerktechnik. Drücke bis zu 600 bar und Temperaturspitzen bis zu 2000 °C können gemessen werden.

Rennsport eingesetzten On-BoardSysteme müssen hingegen kompakt, leicht und robust sowie einfach und schnell einsatzbereit sein. Diese Anforderungen werden jeweils gemeinsam mit den Rennteams

erarbeitet und bei Kistler umgesetzt.

Die typische Messkette zur Erfassung von Zylinderdrücken im Rennbetrieb umfasst dabei miniaturisierte piezoelektrische Drucksensoren, welche über hochisolierende, triboelektrisch

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Zylinderdruckmessung TECHNIK

Die winzigen piezoelektrischen Drucksensoren von Kistler mit M5-Gewinde (links unten) messen kontinuierlich den Brennraumdruck jedes Zylinders, um möglichst nahe an der Klopfgrenze ein Maximum an Leistung zu generieren.

Der Typ 6054BR von Kistler misst direkt im Brennraum.

Bei der Druckmessung an der Peripherie und im Motor ist die Auflösung, d. h. die Abtastrate/Frequenz wichtig, um rasch wechselnde Druckschwankungen aufnehmen zu können. Dies ist insbesondere bei der klopfenden Verbrennung relevant.

Den Ladungswechsel im Griff: Mit verschiedenen Drucksensoren, welche auf der Auslass-Seite auch gekühlt werden, kann der Motorenentwickler seine berechneten Simulationswerte am Prototyp verifizieren und Optimierungen veranlassen.

wie der Typ 6054BR sind enormen mechanischen, thermischen aber auch chemischen Belastungen ausgesetzt.

optimierte Kabel mit MiniaturLadungsverstärkern verbunden sind.

Alle Komponenten sind äusserst robust und auf hohe Temperaturen ausgelegt. Die Drucksensoren müssen Temperaturen beim Kristall bis 350 °C und am Messkopf bis 450 °C aushalten. Die Kabel widerstehen Temperaturen bis 200 °C, und die

Lebensdauer gewährleisten Um die Lebensdauer der limitierten Anzahl von Motoren in den hochklassigen Rennserien pro Saison und gleichzeitig eine hohe Leistungsausbeute zu gewährleisten, ist die Druckmessung in jedem Brennraum zentral. Die Druckmessung ist aber gegenüber Serienmotoren nicht

kleinen Ladungsverstärker können dank der spezifizierten maximalen Betriebstemperatur von 120 °C sogar direkt am Motor befestigt werden.

Dies vereinfacht die Integration in das Motorenumfeld und erlaubt dank minimalen Kabellängen die bestmögliche Signalqualität. Vor allem diese Zylinderdrucksensoren

nur wegen der höheren Drehzahl aufwändig, sondern auch wegen des Druckniveaus.

Während bei Ottomotoren in der Grossserie heute Spitzendrücke im Brennraum von 200 bar gemessen werden, sind die Anforderungen in Rennmotoren mit Drücken von 400 bis zu 600 bar klar anspruchsvoller.

Diese Drücke von Arbeitsspiel zu Arbeitsspiel sicher über den Kurbelwinkel aufzuzeichnen, ist eine herausfordernde Herkules­ aufgabe.

LAUFSTEG Honda Civic Type R / NSX

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Kompakter mit viel Power

AUFGELADEN UND EXTREM SPORTLICH Jetzt ist es auch bei Honda so weit: Der japanische Hersteller verabschiedet sich auch bei den sportlichen R-Modellen vom Saugmotor und verpasst dem modifizierten direkteinspritzenden 2.0-Vierzylinderbenziner einen Abgasturbolader mit elektrisch betätigtem Bypass. Die maximale Leistung von 228 kW/310 PS bei 6500/min und das Drehmomentmaximum von 400 Nm zwischen 2500 und 4500/min machen den Civic Type R zu einem der schnellsten Fronttriebler auf dem Markt: 0–100 km/h in 5,7 s, vmax 270 km/h.

Text: Andreas Senger | Bilder: Honda Japan/Europa

VerbundlenkerHinterachse

Leichtmetallräder 235/35 ZR 19 von Continental Elektrische Lenkhilfeunterstützung mit Doppelritzel

«Dual-Axis»-Vorderradaufhängung: modifizierte MacPherson-Aufhängung mit entkoppelter Lenkachse

Vierkolben-Festsattel-Bremsanlage von Brembo, Scheibendurchmesser 350 mm

Fahrzeuggeschwindigkeit in km/h

Für den Einstiegspreis von 36‘000 Franken erhält der Besitzer eines Honda Civic Type R eine geballte Ladung an Technik. Der potente Kompaktsportler weist ab Werk adaptive Schwingungsdämpfer und eine standfeste Bremsanlage von Brembo auf.

Leistung Drehmoment

Leistung in kW

Fulminante Fahrleistungen Der bis zu 7000/min drehende Turbomotor verfügt über geschmiedete Pleuel und eine massenreduzierte Kurbelwelle. Für eine optimale Schmierung zeichnet ein neues Motorenöl der Viskositätsklasse 0W-20 verantwortlich. Eine aufwändige Flüssigkeitskühlung mit verschiedenen Flüssigkeitsmänteln sorgt für eine

Adaptive Schwingungsdämpfer mit 500 Hz Regelfrequenz

Drehmoment in Nm

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er Erfolg wird sich zweifelsohne einstellen: Der Honda Civic Type R steht seit ein paar Monaten ab 36‘000 Franken bei den Händlern (R GT ab 39‘000 Franken). Der im Vergleich zum Brot-und-Butter-Civic in vielen Details überarbeitete Kompaktsportler bietet für diesen Preis eine Menge an Fahrspass.

Als Hauptverursacher für ein Lächeln beim Beschleunigen sorgt der 2.0-Vierzylinder-Benzinmotor mit 86 mm Bohrung und 85,9 mm Hub. Der Quasi-Quadrathuber weist ein Verdichtungsverhältnis von 9,8:1 auf. Dank VTEC (zwei verschiedene Ventilhübe für die natriumgekühlten Auslassventile) und VTC (variable Steuerzeiten für die Ein- und Auslassnockenwelle) wird der Gaswechsel in allen Last- und Drehzahlsituationen optimal gesteuert.

Bisher verfügte der Type-R-Motor lediglich über eine dynamische Aufladung. Dank der mechanischen Aufladung mittels Abgasturbolader konnte eine für einen 2,0-l-Vierzylindermotor hohe Leistung erzielt werden: 228 kW/310 PS bei 6500/min und ein maximales Drehmoment von 400 Nm zwischen 2500 und 4000/ min sind beeindruckende Werte.

228 kW/310 PS maximale Leistung, 400 Nm Drehmoment von 2500–4500/min.

Der 2.0-Turbomotor verfügt über ein Verdichtungsverhältnis von 9.8:1.

Motordrehzahl in 1/min

Die Höchstgeschwindigkeit wird im 6.

Gang bei Pmax erreicht.

Honda Civic Type R / NSX LAUFSTEG

89 1+2/16

Zweimassenschwungrad

Massenoptimiertes Getriebegehäuse Primär- und Sekundärwelle Drehmomentfühlende Parallelachsendifferential-sperre mit Schrägverzahnung

Spezialkugellager für hohe Drehzahlen Kühlrippen

Luftgekühlter Ölkühler

Sechsganggetriebe kann er weiter bis zur Höchstgeschwindigkeit von 270 km/h beschleunigt werden, welche im 6. Gang bei der Drehzahl mit maximaler Leistung erreicht wird.

Vorderradantrieb mit Diff-Bremse Damit sich das Antriebsdrehmoment an den Vorderrädern nicht in Rauch auflöst, weist das Getriebe eine mechanische, drehmomentfühlende Differentialbremse auf. Das Parallel­ achsendifferential mit Stirnrädern ermöglicht es, die Antriebskraft auch bei Kurvenfahrt auf die Strasse zu bringen. Dazu wurden mit Continental auch spezielle Reifen für den Type R entwickelt und der Rundenrekord für vorderradangetriebene

Serienfahrzeuge auf der Nordschleife des Nürburgringes geknackt (7 Minuten 50,63 s).

Um die Lenkeinflüsse der direkten Lenkung (2,25 Umdrehungen) zu minimieren, spendiert Honda dem Civic Type R eine Knuckle-Achskonstruktion. Damit wird die Lenkung von der Federung/Dämpfung entkoppelt. An der Hinterachse verantwortet eine Verbundlenkerachse die Radführung.

Serienmässig weist der Kompaktsportler auch adaptive Schwingungsdämpfer auf. Im «+R»-Modus wird die Dämpferkennlinie auf maximale Sportlichkeit getrimmt, die Lenkhilfeunterstützung reduziert und das Ansprechverhalten des Motors verbessert.

Das manuelle Sechsgang-Schaltgetriebe verfügt über einen Ölkühler, um auch im Rennbetrieb eine Überhitzung des Getriebeöls zu vermeiden.

SUPERSPORTWAGEN HONDA NSX: TECHNIK-UPDATE Minimierter Lenkhebel Optimierter Nachlaufwinkel

Lenkachse Verbesserter Nachlaufversatz für verbesserten Geradeauslauf

Das schwenkbare Radlagergehäuse wird vom Feder-/Dämpferbein entkoppelt. Dadurch sprechen die Lenkung und auch die Federung/Dämpfung feiner an.

akkurate Thermik. Sogar die Abgase werden vor Austritt in den Krümmer gekühlt, damit die Turbineneintrittstemperatur nie über 950 °C steigt.

Damit die Motorsteuerung die Ventilsteuerung und die Ladedruckregelung für einen optimalen Gaswechsel steuern kann, verfügt der Abgasturbolader über ein elektrisch betätigtes Bypassventil. Dank Benzindirekteinspritzung mit 200 bar maximalem Einspritzdruck lässt sich

der Motor aufgrund indirekter Brennraumkühlung und damit geringerer Klopfneigung leistungsoptimiert betreiben. Im Alltagsverkehr kann er aber auch mit vernünftigem Treibstoffverbrauch bewegt werden (Durchschnitt 7,3 l/100 km).

Bei Bedarf lässt sich der leer 1382 kg schwere Civic Type R aus dem Stand bis 100 km/h in 5,7 s beschleunigen. Dank sportlich abgestimmtem manuellem

Der Supersportwagen NSX wird erst dieses Jahr auf den Markt gelangen.

Bereits seit geraumer Zeit veröffentlicht Honda immer wieder technische Details, lüftete bisher aber den Vorhang nicht für eine umfassende Technikpräsentation. Soviel ist bekannt: Der Hybrid-Renner verfügt über drei Elektromotoren (zwei vorne, einer auf der Kurbelwelle) und einen mittels Biturbo aufgeladenen 3.5-V6-Benzinmotor (75° Zylinderwinkel) mit Trockensumpfschmierung, welcher sowohl über eine Saugrohr- als auch eine Direkteinspritzung verfügt. Die Antriebskraft hinten wird mittels 9-Gang-Doppelkupplungsgetriebe an die Hinterräder gegeben. Um den Wärmehaushalt von E-Motoren, Verbrennungsmotor und Getriebe steuern zu können, verfügt der neue NSX über zehn Wärmetauscher. Zu Systemleistungen/-drehmoment oder Fahrleistungen hat Honda noch keine offiziellen Daten publiziert. (se)

LAUFSTEG Mercedes-AMG SLC 43

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Edel-Roadster mit neuem Namen und neuer Technik

SECHS ZYLINDER MÜSSEN REICHEN Mercedes-Benz hat den SLK gründlich überarbeitet – und ihm einen neuen Namen gegeben. Als SLC kommt auch das Topmodell von Mercedes-AMG, das neu von einem V6-Biturbomotor mit drei Liter Hubraum angetrieben wird. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Daimler

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ährend die neuen SLC-Modelle von Mercedes-Benz ausschliesslich mit Vierzylindertriebwerken erhältlich sind, wird der Mercedes-AMG SLC 43 von einem Sechszylindermotor befeuert. Der 3,0-Liter-V6-Biturbomotor – die beiden Turbolader sind motornah verbaut und sprechen besonders spontan an – zeichnet sich durch hohe Leistung bei gleichzeitig relativ niedrigen Verbrauchs- und Emissionswerten aus. AMG hat dem Triebwerk eine modifizierte Motorsteuerung verpasst und lässt den Motor mit erhöhtem Ladedruck von max. 1,1 bar laufen.

Die Nanoslide-Beschichtung der Zylinderlaufbuchsen ist besonders hart und damit verschleissarm, reduziert gleichzeitig aber auch die Reibung und trägt so zur erhöhten Effizienz bei. Das Gleiche gilt für die strahlgeführte Mehrfacheinspritzung mit bis zu 200 bar Einspritzdruck.

Schneller schalten Der SLC 43 wird ausschliesslich mit einem 9G-Tronic-Sportgetriebe erhältlich sein, welches speziell auf die Anforderungen im Spitzenmodell abgestimmt ist: Durch individuelle Softwareapplikationen konnten die AMG-Entwickler die Schaltzeiten deutlich verkürzen. Die

Mit neuem Namen und neuem Motor: Mercedes-AMG SLC 43.

Mehrfachrückschaltung ermöglicht noch schnellere Zwischenspurts, während die Zwischengasfunktion in den Dynamic-Select-Fahrprogrammen «Sport» und «Sport+» das Fahrerlebnis noch emotionaler macht. Im «Sport+»-Modus ermöglichen zudem partielle Zündunterbrechungen noch schnellere Gangwechsel. Dynamic Select modifiziert über fünf manuell wählbare Fahrprogramme («Eco», «Comfort», «Sport», «Sport+» und «Individual» wichtige Parameter wie das Ansprechverhalten von Motor, Getriebe, Fahrwerk und Lenkung.

Wer lieber manuell schalten möchte, kann dazu die serienmäs­ sigen Schaltpaddles benutzen. Die Schaltvorgänge im Modus «Manuell», der über einen eigenen Taster neben dem Wählhebel aktiviert wird, sind doppelt so schnell wie in den übrigen Fahrprogrammen. Das Getriebe bleibt in diesem Modus zudem im jeweils gewählten Gang und schaltet nicht automatisch hoch, wenn die Motordrehzahl den Begrenzer erreicht.

Fahrwerkvariabilität Neben dem serienmässigen Sportfahrwerk ist für den SLC 43

MERCEDES-AMG SLC 43 Motor: Hubraum: Max. Leistung: Max. Drehmoment: Maximaler Ladedruck: Treibstoffverbrauch (NEFZ gesamt): CO2-Emission: Beschleunigung 0–100 km/h: Höchstgeschwindigkeit:

V6 Biturbo 2996 cm3 270 kW bei 5500–6000/min 520 Nm bei 2000–4200/min 1,1 bar 7,8 l/100 km 178 g/km 4,7 s 250 km/h (elektronisch begrenzt)

Das AMG-Triebwerk ist optisch an der Motorabdeckung mit rotem AluminiumEinleger zu erkennen

optional ein AMG-Ride-ControlSportfahrwerk mit Verstelldämpfung erhältlich. Beide Fahrwerksvarianten sind auf hohe Querbeschleunigung und reduzierte Wankneigung ausgelegt. Die Dreilenker-Vorderachse erhielt steifere Achsschenkel, eine verbesserte Elastokinematik und mehr negativen Radsturz. Die Vierlenker-Hinterachse mit optimierter Elastokinematik, mehr negativem Radsturz und speziellen Spurstangen aus geschmiedetem Aluminium verbessert nicht nur die Fahrdynamik, sondern auch die Beherrschbarkeit des SLC 43 im Grenzbereich. Ein mechanisch geregeltes HinterachsSperrdifferenzial ist optional erhältlich.

Das AMG-Ride-Control-Sportfahrwerk ermöglicht mit dem automatischen Verstelldämpfungssystem ein noch individuelleres Set-up: Jedes Rad wird einzeln elektronisch geregelt. Der Fahrer kann die drei Fahrwerksstufen «Comfort», «Sport» und «Sport +» über die Fahrprogramme mit der Dynamic-Select-Taste auswählen.

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Fahrzeugverglasung LAUFSTEG

91 1+2/16 Scheiben auf Knopfdruck verdunkeln

LICHT UND SCHATTEN Continental zeigte auf der Consumer Electronics Show ein Fahrzeug als Demonstrator, bei dem sich sämtliche Scheiben auf Knopfdruck verdunkeln lassen. Intelligent Glass Control nutzt spezielle Folien, die in das Glas eingebunden sind und durch elektrische Steuersignale ihre Lichtdurchlässigkeit verändern.

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chon seit Längerem sind Folien bekannt, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung eingelagerte Partikel ausrichten können und für eine gezielte Verdunkelung der Scheibe nutzbar sind. Bisher steht diese Technik allerdings nur für wenige Oberklassefahrzeuge im Dachbereich zur Verfügung. An der Consumer Electronics Show CES in Las Vegas demonstrierte Continental erstmals in einem Testfahrzeug die intelligente Ansteuerung der sogenannten Suspended-ParticleDevice-Folientechnologie auch für Seitenscheiben sowie Heck- und Frontscheibe – hier allerdings aufgrund gesetzlicher Vorgaben zunächst nur im zulässigen Bereich der Sonnenblenden.

Diese serienreife Folientechnik basiert auf eingelagerten Teilchen, die sich stromlos zufällig anordnen und die Scheibe von aussen verdunkeln, während von innen nach aussen die Durchsicht erhalten bleibt. Wird eine elektrische Spannung angelegt, richten sich die Teilchen gezielt parallel aus, sodass die Scheibe in beide Richtungen durchlässig für Licht wird und komplett klar erscheint.

Gezieltes stufenloses Verdunkeln der Scheiben hält Hitze aus dem Fahrzeug fern und senkt den CO2-Ausstoss. (Bild: Continental) Noch ist diese Folie für grossflächig verglaste Mittelklassefahrzeuge eher kostenintensiv.

Weitere erfolgversprechende Entwicklungen mit ersten Einsätzen im mobilen Bereich lassen jedoch erwarten, dass die Preise schnell sinken werden.

Das Verdunkeln der Scheiben auf Knopfdruck ist bisher nur für wenige Oberklassefahrzeuge im Dachbereich – wie hier im Mercedes-Benz SLK – erhältlich. (Bild: Daimler)

Verwandte Technologien Die Alternativen zur SuspendedParticle-Device-Technologie basieren unter anderem auf der PDLC- (Polymer Dispersed Liquid Crystal), der LC- (Liquid Crystal) oder der EC-Technologie (Elektrochromie). Letztere nutzt die Fähigkeit von Molekülen und Kristallen, ihre optischen Eigenschaften unter Einfluss eines elektrischen Feldes oder eines Stromflusses zu verändern.

Sie wird teilweise bereits im Auto eingesetzt, um den Innen- sowie die Aussenrückspiegel zu verdunkeln und damit Blendeffekte zu verhindern. Der Nachteil bei grösseren Flächen ist der hohe Energiebedarf, der benötigt wird, um geringe Schaltzeiten zu erreichen.

Steuerung ist entscheidend Gemäss Continental sei jedoch nicht entscheidend, welche Technologie

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sich letztlich durchsetzen wird, denn elektronisch angesteuert werden müssen sie alle. Das wesentliche Know-how liege in der Software und der intelligenten Verbindung mit den Fahrzeugsystemen. Continental nutzt denn auch sein Know-how für das Gesamtsystem und kann damit die gewünschten Funktionen in seine Steuergeräte integrieren.

Dabei werden die Algorithmen so abgestimmt, dass das Verhalten der Scheiben maximale Sicherheit sowie Komfort für den Fahrer bei besseren Emissionswerten bietet.

Durch eine intelligente Reaktion auf wechselnde Beleuchtungssituationen sowie eine automatische Kompensation von Temperaturund Alterungseffekten wird das Erscheinungsbild aller Scheiben optimiert. (sag)

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