A&T 10/2020 by A&W Verlag AG

10 | OKTOBER 2020

www.auto-wirtschaft.ch NEWS Algorithmus zur Ermittlung des Fahrzeuggewichts Feinstaubsensoren in die Klimaanlage integriert Seriennahes CFK-Alu-Hybridrad Technologie zur Vorhersage von Verkehrsunfällen

FACHWISSEN

Desinfektionsgerät Drei Geräte zum Zerstäuben von konzentriertem, flüssigem Desinfektionsmittel gegen Fungizide und Viruzide AUCH WIRKSAM GEGEN DAS CORONAVIRUS

Ottopartikelfilter Diesel- und Ottopartikelfilter sind einander sehr ähnlich. Die wichtigen Unterschiede ergeben sich durch die unterschiedlichen Funktionsweisen der Verbrennungsprozesse. Zusätzlich werden Ottopartikelfilter durch Beschichtungen zu «4-Wege-Katalysatoren».

TECHNIK Elektrokatalysator ohne Kohlenstoffträger Ein Forschungsteam hat einen Elektrokatalysator für WasserstoffBrennstoffzellen entwickelt, der im Gegensatz zu den heute üblichen Katalysatoren ohne Kohlenstoffträger auskommt und dadurch deutlich stabiler ist. Situationsbezogene Interaktionstechnik Mitsubishi Electric stellt mit «Scene-Aware Interaction» eine Technologie mit der Fähigkeit, multimodale Informationen situativ in natürliche Sprache umzuwandeln, vor. Zu den potenziellen Anwendungsfeldern gehören auch Navigationssysteme im Auto.

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70 10/20 NEWS

FEV

ALGORITHMUS ZUR ERMITTLUNG DES FAHRZEUGGEWICHTS

Bild: FEV Group

enn es um Effizienz und Reichweite beim Elektroauto geht, ist das Fahrzeuggewicht ein wichtiger Faktor: Wer Umwelteinflüsse und die Zuladung eines Autos jederzeit präzise bestimmen kann, ist in der Lage, genaue Prognosen zu Reichweite und optimaler Routenführung bereitzustellen. FEV hat dazu nun ein kosteneffizientes System präsentiert, das ganz ohne zusätzliche Messvorrichtungen auskommt. Die Softwarelösung wertet die vorhandenen Sensordaten des Fahrzeugs aus, bringt diese in Korrelation miteinander und gleicht sie mit einem ebenfalls auf Sen sordaten basierenden dynamischen Fahrzeugmodell ab. «Damit ist die FEV-Lösung gegenüber anderen Ansätzen günstig, fle-

Das FEV-System zur Gewichtsermittlung in Echtzeit ermöglicht eine optimierte Betriebsstrategie vom Energiemanagement bis zur Streckenführung der Navigation.

xibel und kann in jeden Fahrzeugtyp integriert werden. Wichtig ist letztlich eine präzise, fahrzeugspezifische Kalibrierung der Algorithmen», erklärt Dr. Thomas Hülshorst, Group Vice President Electronics & Electrification bei FEV. Bei E-Fahrzeugen etwa kann die Reichweite besonders genau bestimmt werden, und das FEV-System ermöglicht eine optimierte Betriebsstrategie vom Energiemanagement bis hin zur Streckenführung der Navigation und der Ladestrategie. Zudem unterstützt die Lösung Flottenbetreiber bei der Planung ihrer Flottenstrategie. Die Lieferbranche etwa kann, basierend auf dem zugeladenen Gewicht, den Empfängeradressen und der Verkehrslage automatisierte, dynamische Routen erstellen und dadurch Energie- und Personalkosten einsparen. (pd/sag)

MAHLE

FEINSTAUBSENSOREN IN DIE KLIMAANLAGE INTEGRIERT Bild: Mahle

ahle hat eine smarte Klimaanlage im Kampf gegen den Feinstaub im Fahrzeuginnenraum entwickelt. Hauptmerkmal ist die direkte Integration der Feinstaubsensorik in die Klimaanlage. Dadurch haben die Sensoren nun direkten Kontakt mit der Kabinen- und der Aussenluft. Bestehende Lösungen dagegen messen die Belastung mit einem separat verbauten Sensor oder mehreren Sensoren, die durch Schläuche mit der zentralen Steuerungseinheit verbunden werden. Die neue Mahle-Klimaanlage kann schnell und präzise auf Verschmutzungssituationen reagieren und mit der richtigen Reinigungsstrategie die Fahrzeugkabinenluft sauber halten. Dabei hat sie gleich mehrere Vorteile gegenüber anderen am Markt

Die neue Mahle-Klimaanlage kann durch die direkte Integration der Feinstaubsensorik schnell und präzise auf Verschmutzungssituationen reagieren.

erhältlichen Systemen: Durch die funktionale Verschmelzung der Sensoren mit der Klimaanlage ist diese kompakter, leichter und günstiger. Ergänzt wird das Konzept mit neu entwickelten, noch leistungsstärkeren Feinstaubfiltern, die über die gesamte Lebenszeit hinweg eine konstant hohe Abscheideleistung aufweisen und somit dauerhaft für gute Kabinenluft sorgen. «Kunden werden feststellen, dass die Luft im Innenraum ihres Fahrzeugs mit unserer neuen smarten Klimaanlage spürbar sauberer ist und die Feinstaubwerte im Fahrzeug sinken», erklärt Laurent Art, Leiter Vorentwicklung Thermomanagement bei Mahle. «Zudem ermöglicht unsere neue Klimaanlage, die Luftgüte im Fahrzeug in Echtzeit zu überwachen.» (pd/sag)

NEWS 10/20 71

THYSSENKRUPP CARBON COMPONENTS

SERIENNAHES CFK-ALUMINIUM-HYBRIDRAD ENTWICKELT

Bild: thyssenkrupp

n einem gemeinsamen Projekt haben thyssenkrupp Carbon Components und das Hyundai Motor Europe Technical Center (HMETC) ein CFK-Aluminium-Hybridrad entwickelt. Das Endergebnis sind vollständig erprobte 19-Zoll-Felgen mit signifikanter Masseeinsparung im Fahrwerk und herausstechender Optik. Die Umsetzung erfolgt unter Anwendung der von thyssenkrupp Carbon Components patentierten Flechttechnologie für das Carbonfelgenbett. Dieses wird dann mit einem geschmiedeten AluminiumRadstern über eine entsprechend robuste und dennoch optisch kaum wahrnehmbare neuartige Fügetechnologie verbunden. Die Kooperation durchlief einen Acht-Phasen-Prozess, welcher die vollständige Entwicklung vom De-

Die zusammen mit HMETC entwickelten CFK-Hybridräder weisen das unverwechselbare Flechtmuster von thyssenkrupp Carbon Components auf.

sign der CFK-Hybridräder bis hin zur finalen Erprobung am Fahrzeug umfasste. Um die neuartige Bauweise vollumfänglich zu validieren, waren – neben zahlreichen in der Radentwicklung üblichen Erprobungen – zusätzliche, spezifisch auf den Werkstoff CFK abgestimmte Prüfungen erforderlich. Die Vorteile in der Performance, der Effizienz und im NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness bzw. Geräusch, Vibration, Rauigkeit) konnten durch das HMETC sowohl auf Prüfständen als auch in der Realfahrzeugerprobung messbar nachgewiesen werden: gesteigertes Beschleunigungsvermögen, verkürzte Bremswege sowie ein signifikant reduziertes Abrollgeräusch und ein damit verbundener Komfortgewinn für die Insassen. (pd/sag)

FORD

TECHNOLOGIE ZUR VORHERSAGE VON VERKEHRSUNFÄLLEN Bild: Ford

in Konsortium unter Leitung des in London ansässigen Ford-Mobility-Teams entwickelt eine Technologie zur Vorhersage potenzieller Unfallschwerpunkte und ihrer Ursachen. Im Prinzip geht es dabei um die Kernfrage: Wo passieren Unfälle wann und warum? Die Antworten sollen es Gemeinden ermöglichen, präventive Verbesserungsmassnahmen an diesen besonders gefährdeten Strassenabschnitten und Kreuzungen umzusetzen und dadurch das Unfallrisiko für die Verkehrsteilnehmer zu senken. Dazu hat Ford im Rahmen des 18-monatigen Projekts, das in diesem Sommer startete, rund 700 PW und Nutzfahrzeuge in Oxfordshire vernetzt. Diese Telematikdaten – wie etwa die Betätigung von Brems- und Gaspedal oder der Lenkradeinschlag –

Die Daten der digitalen Technologie zur Vorhersage von potenziellen Unfällen stammen von vernetzten Fahrzeugen und Verkehrsinfrastruktur-Sensoren.

werden zusammen mit Informationen von Strassenrandsensoren ausgewertet, die Algorithmen verwenden, um Beinahe-Unfälle zu erkennen und die Bewegungsmuster von Fahrzeugen, Radfahrern und Fussgängern zu analysieren. Alle von den Sensoren erfassten Daten werden anonymisiert. Dies ermöglicht optimale Testbedingungen, ohne die Privatsphäre der Verkehrsteilnehmer zu beeinträchtigen. Das aktuelle Projekt in Oxfordshire folgt auf zwei bereits erfolgreich umgesetzte Praxistests in London, bei denen weit mehr als eine Million Kilometer mit vernetzten Fahrzeugen zurückgelegt wurden, um UnfallHotspots im Grossraum London zu analysieren. Daraus wurden dann detaillierte Vorschläge für die Erhöhung der Verkehrssicherheit abgeleitet. (pd/sag)

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Bild 1. Auf die komprimierte Bauweise musste Porsche bei ihren Heckmotorfahrzeugen für die Abgasanlage immer achten. Wenn jetzt auch noch die Partikelfilter dazukommen, wird die Aufgabe noch schwieriger – aber trotzdem nicht unlösbar …

Ottopartikelfilter

FEINER ALS EIN KAFFEEFILTER Dieselpartikelfilter und Ottopartikelfilter sind einander sehr ähnlich. Die wichtigen Unterschiede ergeben sich durch die unterschiedlichen Funktionsweisen der Verbrennungsprozesse. Zusätzlich werden Ottopartikelfilter durch Beschichtungen zu 4-Wege-Katalysatoren. Sie arbeiten demnach wie Kataly satoren und zusätzlich als Partikelfilter. Text: Andreas Lerch | Bilder: Eberspächer, Mercedes-Benz, Porsche, Volkswagen, Lerch

Bild 2. Neben dem Edelstahlgehäuse sind auch die Dämpfungsmatten um den beschichteten Keramikträger herum gut erkennbar.

ährend bei Benzinmotoren mit Saug rohreinspritzung (MPI) die Partikelbildung durch die «lange» Gemischbildungszeit heute noch kaum ein Thema darstellt, haben sich Motorenbauer mit den direkteinspritzenden Motoren nicht nur die besseren Teillastwirkungsgrade der Dieselmotoren erkauft, sondern auch deren Probleme mit Partikelemissionen. Saugrohreinspritzung Bei der Saugrohreinspritzung wird das Benzin kurz vor oder gerade bei Einlassbeginn in den Saugkanal gespritzt und zerstäubt. Die kleinen Benzintröpfchen werden zu einem grossen Teil das Einlassventil berühren und diesem etwas Wärmeenergie abnehmen. Das Einlassventil wird dadurch gekühlt, und die Benzintröpfchen erhalten ihre Verdampfungsenergie. Strömen sie dann während des Ansaugtakts in den Zylinder, sind sie bereits gasförmig. Da im Ansaugtakt in den Zylindern ein Unterdruck herrscht, sinkt die Verdampfungstemperatur

von Benzin zusätzlich, und das Verdampfen erfolgt leichter. Bis zum Zündzeitpunkt wird jetzt noch knapp eine Kurbelwellenumdrehung erfolgen. Bei hohen 6000/min dauert die gesamte Gemischbildung ca. eine Hundertstelsekunde. In dieser Phase – ein Augenzwinkern dauert mindestens doppelt so lang – haben Benzin- und Luftmoleküle Zeit, sich homogen zu mischen. Der Unterdruck im Ansaugtakt und vor allem die Kolbenbewegung im Verdichtungstakt helfen bei der Homogenisierung sehr. Je mehr sich der Kolben im Verdichtungstakt dem OT nähert, desto enger wird es für die Moleküle, aber desto hektischer werden dann auch ihre Bewegungen. Mit den Quetschkanten – kurz vor OT – wird zum letzten Mal Bewegungsenergie in die Gase gegeben, bevor sie sich am Funken der Zündkerze entzünden. Gemischbildung bei BDE Bei der Direkteinspritzung müssen in diesem Zusammenhang noch weitere Aspekte beachtet werden: Welches Brennverfahren (wand-, luftoder strahlgeführt) wird eingesetzt und läuft der Motor grundsätzlich homogen und stöchiometrisch oder läuft er auch mit Schichtladung? Der grosse Vorteil der direkten Benzineinspritzung ist, dass durch die Innenkühlung die Verdichtungsendtemperatur etwas weniger hoch ansteigt. Das bedeutet, die Benzintröpfchen nehmen ihre Verdampfungsenergie nicht vom Ein lassventil, sondern von der sich durch die Verdichtung erwärmenden Luft. Die Benzintröpfchen kühlen jetzt nicht das Einlassventil, sondern entnehmen ihre Verdampfungsenergie dem Gas (= Innenkühlung). Aus diesem Grund können die direkteinspritzenden Motoren höher verdichtet werden und laufen daher etwas effizienter oder bringen etwas mehr Drehmoment auf die Kurbelwelle. Das geschieht natürlich umso besser, je später der Einspritzmoment

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FACHWISSEN 10/20 73

Der Partikelfilter Der Rohstoff Cordierit ist ein selten vorkommendes Mineral aus der Familie der «Silikate und Germanate». Für technische Anwendungen wird es synthetisch hergestellt. Cordierit ist eine feuerfeste poröse Keramik mit geringer Wärmeleitung Emissionen Die Partikelemissionen sind bei und Wärmedehnung. Durch diese Benzinmotoren vor allem von der Eigenschaften wird das Material als Dynamik und der Starttemperatur keramischer Träger für Katalysatodes Motors abhängig. Beim Kaltstart ren eingesetzt. Dazu kommt jetzt werden gegenüber einem Warmstart der Einsatz als Trägermaterial bei bis 440 % mehr Partikel emittiert. Partikelfiltern für Benzinmotoren Auch bei der Steigerung der Fahr- (OPF = Otto-Partikel-Filter). Für dynamik nehmen die Emissionen diese stellt Cordierit den besten bei einem direkteinspritzenden Kompromiss zwischen BeschichtBenzinmotor um das 3.5-Fache zu. barkeit, Filtereffizienz und AnspringDie Benzinmotoren-Partikel sind verhalten dar. ultrafein und weisen einen DurchIm Aufbau weist der OPF an messer < 0.1 μm auf. Als Ver- nähernd quadratische Längsbohgleich: Ein menschliches Haar ist rungen auf. Die eine ist immer am zwischen 40 und 120 μm dick. vorderen Ende mit einem Stopfen Diese ultrafeinen Partikel können verschlossen und die nächste am vom menschlichen Filtersystem hinteren Ende. Das führt dazu, dass im Nasen- und Luftröhrenbereich der Abgasstrom immer durch die nicht zurückgehalten werden und Kanalwände strömen muss, um auf sind direkt lungengängig. der hinteren Seite den FilterausProblematisch ist, dass an den gang zu finden. Die Porosität, die eigentlich ungiftigen Kohlenstoff- Kanalanzahl und -grösse bestimmen partikeln zum Teil hochgiftige und den Staudruck im Abgassystem mutagene oder kanzerogene Stoffe wesentlich mit. anhaften. Genau diese Anhang Die Filtereffizienz ist offenbar stoffe, welche häufig von verbrann beim OPF fast noch wichtiger als ten Motorenöladditiven stammen, beim DPF (= Dieselpartikelfilter). Da haben die Partikeldiskussion ein - der Dieselmotor grössere Mengen geläutet. an Partikeln ausstösst, bauen sich

6. Oxidation der Partikel. Nor malerweise und abhängig von den Verbrennungsbedingungen verbrennt der überwiegende Anteil der entstandenen Partikel im Verlauf des Arbeitstaktes.

Bild 3. Die Partikel werden in zwei Gruppen eingeteilt: einerseits in die organischen Partikel, welche die grosse Mehrheit ausmachen, und andererseits in die anorganischen Partikel, welche auch «Asche» oder Aschepartikel genannt werden. gewählt wird, weil die Luft vom Beginn des Verdichtungstaktes an immer wärmer wird. Damit verdampft das Benzin auch immer besser. Da aber die Zeit immer knapper wird, sind im Zündmoment immer noch fette Gemischnester im Brennraum, und die können dann nicht vollständig verbrennen. Daraus ergeben sich Partikelemissionen. Heikler wird die Situation natürlich bei kaltem Motor, weil die Kompressionswärme kleiner sein wird und die Benzintröpfchen dabei weniger gut verdampfen. Eine Verbesserung der Situation wird durch die Erhöhung des Einspritzdruckes erreicht. Heute sind Spitzendrücke von 350 bar in der Serie und 500 bar in der Entwicklung. Die Effizienzfrage muss sich dabei immer stellen: Wie viel Energie wird verbraucht, um derart hohe Drücke zu erreichen, und was bringen die hohen Drücke bei der Verbrennung (ausser kleineren Partikeln)? Partikel Unter dem Begriff Partikel werden jene Abgasbestandteile zusammengefasst, welche bei einer definierten

Temperatur aus dem Abgas in einem Filter hängenbleiben und anschlies send durch Wägen bestimmt werden können. Die Entstehung der Partikel ist noch nicht in allen Details geklärt. Im Moment wird von der Wissenschaft ein sechsstufiger Entstehungsprozess beschrieben: 1. In der ersten Stufe werden Benzinteile in hoher Temperatur und unter Abwesenheit von Sauerstoff gespalten (Pyrolyse). 2. In der zweiten Phase verbinden sich einige dieser Moleküle zu einem Kohlenstoffring mit Doppelbindungen (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe). 3. Die Russkeimbildung passiert durch das irreversible Zusammenballen der unter 2 erwähnten Teile (Koagulation). 4. In dieser Phase wachsen die Partikel erneut (Oberflächenwachstum), aber wiederum nach einem anderen Reaktionsprinzip. 5. Diese neu gewachsenen Partikel bilden zusammen Russprimärteilchen mit «längeren» kettenförmigen Strukturen (Agglomeration).

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Bild 4. Der Aufbau eines beschichteten OPF oder 4-Wege-Katalysators. Die Durchströmung und vor allem die Durchdringung der Wände sind deutlich erkennbar. Die gelben Flächen stellen die mit Edelmetallen beschichteten, katalytisch wirksamen Stellen dar.

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74 10/20 FACHWISSEN

Bild 5. Im frisch regenerierten Zustand dringen die Partikel tief in die Zellstruktur ein. Dann verengen sie die Oberfläche und steigern damit Filterwirkung, aber auch Differenzdruck. diese Partikel an der Oberfläche des Filters auf und verengen die Durchgänge. Beschichtung Der Washcoat ist auf den Keramikträger abgestimmt und optimiert den Filterwirkungsgrad bei vernünftigem Druckverlust. An diesem Kompromiss muss sehr genau gefeilt werden, da bei zu kleinem Filterwirkungsgrad das Fahrzeug die Abgasprüfung nicht besteht und bei zu hohem Druckverlust die Leistung sinkt bzw. der Verbrauch ansteigt. Ottopartikelfilter werden häufig gleichzeitig mit den Materialien der 3-Wege-Katalysatoren beschichtet. Deshalb hört man auch etwa den Ausdruck «4-Wege-Katalysator». Zu der Funktion als 3-Wege-Katalysator arbeitet er noch als Partikelfilter. Es werden also insgesamt vier unterschiedliche Schadstoffe vermindert oder unschädlich gemacht. Filterfunktion Der schottische Botaniker Robert Brown (1773 – 1858) hat die nach ihm benannte Molekularbewegung entdeckt. Genaue Erklärungen, wieso die Elementarteilchen sich bei Wärmezufuhr stärker bewegen, wurden von der Naturwissenschaft erst später gefunden. Der brownschen Bewegung unterliegen aber auch die Partikel im Abgas. Durch diese Bewegung berühren sie beim

Durchströmen der Kanäle oder der feinen Poren die Oberfläche des Partikelfilters und bleiben durch Adhäsionskräfte hängen. Im Bild 5 sind die beiden unterschiedlichen Filterfunktionen sehr deutlich erkennbar. Die zuerst einsetzende Tiefenfiltration fängt die Partikel erst beim Durchströmen des Filtermaterials. Bei der Oberflächenfiltration ergibt sich zusätzlich ein «Kucheneffekt».

Unterschiede zum DPF Die Filter, ob sie für einen Diesel- oder für einen Benzinmotor bestimmt sind, sehen annähernd gleich aus. Beim Dieselmotor sind höhere Partikelemissionen zu bewältigen als im Ottomotor, zudem sind in den häufig gefahrenen Betriebspunkten die Abgastemperaturen bei Dieselmotoren niedriger. Da der Dieselmotor immer mit Luftüberschuss fährt, könnte er die Partikel grundsätzlich ständig abbrennen, wenn die Temperatur ausreichen würde. Da diese zu niedrig ist, müssen von Zeit zu Zeit die Verbrennungsbedingungen angepasst werden, damit sich der DPF regenerieren kann. Da bis zu diesen Regenerationspunkten einige Gramm Partikel hängengeblieben sind und diese jetzt verbrennen, muss der DPF sehr wärmeresistent sein. Die Verbrennung der Partikel führt ihm viel Wärme zu. Beim Ottomotor ist es umgekehrt. Die Abgastemperatur ist normalerweise hoch genug, damit regeneriert werden könnte, da er aber stöchiometrisch fährt,

fehlt dem OPF der Sauerstoff zur Oxidation. Wenn aber der Fahrer vom Gas geht und der Motor in den Schiebebetrieb fällt, wird die Treibstoffzufuhr ausgeblendet, und im OPF hat es «beliebig» viel Sauerstoff (Bild 6). Man spricht von der passiven Regeneration, d. h. der Ottomotor regeneriert selbstständig und im mer, wenn er gerade kann; beim Dieselmotor muss aktiv regeneriert werden. Aus diesem Grund braucht der OPF weniger Wärmekapazität und weniger Speicherkapazität. Da jedes Mal nur kleine Mengen von Partikeln verbrennen, steigen die Temperaturen nicht zu hoch an. Aus diesem Grund wird der OPF kleiner und leichter und ähnelt häufig dem 3-Wege-Katalysator. Partikel und Asche Wie der Name es ausdrückt, hält der OPF Partikel zurück. Dabei gibt es aber eigentlich zwei grundverschiedene Typen. Zum einen die Partikel aus dem Verbrennungsprozess, deren Entstehung bereits beschrieben wurde. Diese bilden anzahl- und

Bild 6. Das Diagramm zeigt den Lambda-Wert am Filterein- und -ausgang, darüber den Abgasmassenstrom. Im Moment, in welchem der Massenstrom auf null fällt, beginnt die Schubabschaltung und damit die Regeneration. Dadurch steigt im OPF die Temperatur an, bis die Partikel verbrannt sind.

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FACHWISSEN 10/20 75 FRAGEN 1. Nennen Sie bei einem 4-WegeKatalysator die Stoffe, welche verändert werden, und auf welche Art sie verändert werden. 2. Wie viele Kanäle hat ein OPF pro Quadratzentimeter bei der Angabe: 300 cpsi? 3. Warum werden für Motoren mit Partikelfilter «Low-SAPS-Öle» verlangt?

LÖSUNGEN ZUR AUSGABE 7+8/2020 1. Damit die geringe TeillastGemischmasse zu einem vernünf tigen Verdichtungsenddruck verdichtet werden kann, sich dadurch homogen mischt und effizient verbrennt. Bild 7. Abgasanlage mit Partikelfilter und Katalysator beim VW Tiguan. massemässig den grossen Anteil an den Gesamtpartikeln. Weil diese Partikel vor allem aus Kohlenstoff bestehen, werden sie auch organische Partikel genannt. Daneben hält der OPF auch anorganische Partikel zurück. Diese werden auch «Asche» genannt. Diese Asche partikel kommen hauptsächlich aus den Öladditiven und werden bei Ölverbrauch zahlreicher. Sie bestehen zum grossen Teil aus Kalzium, Zink, Phosphor, Schwefel, Natrium und Kalium. Eine zweite Aschegruppe entstammt dem Katalysator und enthält die Metallpartikel Aluminium, Magnesium, Silizium, Barium, Cer und Zirkonium. Der Anteil dieser Partikel ist etwa vier Mal kleiner als der Ascheanteil aus den Motorenölen. Auch durch Motorverschleiss können anorganische Partikel in den Filter gelangen: Eisen-, Chrom-, Nickel- oder Titanpartikel. Diese «Aschepartikel» können sich auch an die organischen Partikel anhängen. Während der Regeneration werden die organischen Partikel

mit Sauerstoff oxidiert, die anorganischen Partikel bleiben hingegen im Filter hängen und «füllen» diesen auf. Die Mengen sind aber derart gering, dass dies grundsätzlich kein Problem darstellt. Natürlich wird der Staudruck einige kPa grösser und das Speichervermögen wird etwas kleiner. Trotzdem sprechen die Hersteller von Lebensdauern der OPF von > 200’000 km. Dabei ist es aber wichtig, dass für diese Motoren «Low-SAPS-Motorenöle» verwendet werden. OPF für VW Tiguan Zusammen mit dem belgischen Materialtechnologiekonzern Umicore stellte die Volkswagen AG am internationalen Motorensymposium in Wien 2018 den OPF für den kommenden Verbrennungsmotor EA 211 vor, welcher im VW Tiguan zum Einsatz kommt (Bild 7). Der Aufbau besteht wie auch beim DPF oder beim 3-Wege-Katalysator aus einem Edelstahlgehäuse mit Lagerungsmatten. In diese wird

der beschichtete OPF oder eben 4-Wege-Katalysator gebettet. Anders als bei reinen Katalysatoren ist nun jeder zweite Kanal mit einem Stopfen verschlossen, die einen Kanäle am Anfang, die anderen am Ende. Als Trägermaterial wurde Cordierit gewählt, und der OPF hat ein Volumen von 1.68 Litern. Dabei weist der Wandfussfilter eine Porosität von 65 % auf, hat auf einem Quadratzoll 300 Kanäle (= 300 cpsi = cells per square inch) mit einer Wandstärke von 8 mil. Das mil ist eine Einheit, welche eine Verbindung zwischen dezimalen und angloamerikanischen Einheiten darzustellen versucht. 1000 mil entsprechen einem Zoll, also 25.4 mm. Das bedeutet, dass 1 mil = 25.4 μm darstellt und 8 mil dementsprechend 203.2 μm oder 0.2 mm. Der Temperaturbereich entspricht grundsätzlich jenem eines 3-WegeKatalysators. Zur Regeneration sind aber mindestens 600 °C nötig. Sollte diese Abgas- bzw. Filtertemperatur über längere Zeit nicht erreicht werden, muss der Fahrer eine spezielle

2. Ein grosses Verdichtungsverhältnis und ein grosser Füllungsgrad bedeuten beim Benzinmotor «klopfenden» Betrieb. Dadurch kann der Motor Schaden nehmen. 3. Schwenkbarer Zylinderkopf, Nebenvolumen, Multilinksystem, exzentrisches Pleuelauge, exzentrisches Pleuellager, teleskopischer Pleuel, teleskopischer Kolben, exzentrisches Hauptlager usw.

Regenerationsfahrt absolvieren. Im schlimmsten Fall kommt es zu einer «Werkstatt-Regeneration». Die OPF haben in Westeuropa langsam Fuss gefasst – in China werden zum Teil bereits indirekt einspritzende Motoren mit OPF ausgerüstet.

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und Technologie, bei der auch die Infrastruktur der Swiss Light Source am Paul Scherrer Institut zum Einsatz kam. «Unsere Motivation war es, einen Elektrokatalysator ohne Kohlenstoffträger herzustellen, der dennoch leistungsfähig ist», erklärt Arenz. Vorherige, ähnliche Katalysatoren ohne Trägermaterial verfügten bisher immer nur über eine reduzierte Oberfläche. Weil die Grösse der Oberfläche entscheidend ist für die Aktivität des Katalysators und somit seine Leistungsfähigkeit, waren diese für den industriellen Einsatz weniger geeignet.

Der neue Elektrokatalysator für Wasserstoff-Brennstoffzellen besteht aus einem dünnen Platin-Kobalt-Legierungsnetzwerk und kommt im Gegensatz zu den heute üblichen Katalysatoren ohne Kohlenstoffträger aus.

Elektrokatalysator ohne Kohlenstoffträger

DIE BRENNSTOFFZELLE SOLL NOCH LANGLEBIGER WERDEN Ein internationales Forschungsteam hat einen Elektrokatalysator für Wasserstoff-Brennstoffzellen entwickelt, der im Gegensatz zu den heute üblichen Katalysatoren ohne Kohlenstoffträger auskommt und dadurch deutlich stabiler und somit langlebiger ist.

die Lebensdauer der Brennstoffzelle und somit des Fahrzeugs beeinträchtigen.

Text: Stefan Gfeller | Bild: Gustav Sievers

Metallnetzwerk statt Kohlenstoffträger Einem internationalen Team unter Leitung von Professor Matthias Arenz vom Departement für Chemie und Biochemie (DCB) der Universität Bern ist es nun gelungen, mittels eines speziellen Verfahrens einen Elektrokatalysator ohne Kohlenstoffträger herzustellen, der im Gegensatz zu bestehenden Katalysatoren aus einem dünnen Metallnetzwerk besteht und dadurch langlebiger ist. Die Studie ist eine Zusammenarbeit des DCB unter anderen mit der Universität Kopenhagen und dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung

n der Wasserstoff-Brennstoffzelle werden Wasserstoff-Atome aufgespalten, um daraus direkt elektrischen Strom zu erzeugen. Eine ausführliche Beschreibung der Funktionsweise findet sich im «Fachwissen» der «AUTO&Technik»-Ausgabe 5/2020. Um effizient arbeiten zu können, benötigen Brennstoffzellen einen Elektrokatalysator: Die beiden Elektroden sind mit einem Katalysator beschichtet, der es erst ermöglicht, dass die chemischen Reaktionen

rasch genug ablaufen. Dies gilt insbesondere für die zweite, also die Sauerstoffelektrode. Allerdings können die Platin-Kobalt-Nanopartikel des Katalysators beim Betrieb in einem Fahrzeug «zusammenschmelzen», was die Oberfläche des Katalysators und damit die Leistungsfähigkeit der Zelle verringert. Hinzu kommt, dass üblicherweise Kohlenstoff als Träger verwendet wird, um den Katalysator zu befestigen – dieser kann jedoch beim Einsatz im Strassenverkehr korrodieren und dadurch

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Kathodenzerstäubung Die Idee konnten die Forschenden dank eines speziellen Verfahrens, der Kathodenzerstäubung (Sputtern) in die Tat umsetzen. Bei dieser Methode werden einzelne Atome eines Materials (hier Platin bzw. Kobalt) durch Beschuss mit Ionen herausgelöst respektive zerstäubt. Die herausgelösten gasförmigen Atome kondensieren anschliessend als haftende Schicht. «Mit dem speziellen Sputterverfahren und anschliessender Behandlung kann eine sehr poröse Struktur erreicht werden, die dem Katalysator eine grosse Oberfläche gibt und gleichzeitig selbsttragend ist. Ein Kohlenstoffträger ist somit überflüssig», erklärt Dr. Gustav Sievers, Studien-Erstautor vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie. Die neue Technologie sei industriell skalierbar und könne somit auch für grössere Produktionsvolumina beispielsweise in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden. So lässt sich mit dem Verfahren die Wasserstoff-Brennstoffzelle für den Einsatz im Strassenverkehr weiter optimieren. «Unsere Erkenntnisse sind somit von Bedeutung für die Weiterentwicklung von nachhaltiger Energienutzung, insbesondere an gesichts der aktuellen Entwicklungen im Mobilitätssektor für den Schwerverkehr», so Matthias Arenz.

TECHNIK 10/20 77

«dem grauen Auto folgen, das rechts abbiegt». Zudem kann das System bei Bedarf Sprachwarnungen wie «ein Fussgänger überquert die Stras se» erzeugen.

Fahrzeugnavigation: Beispiel für eine szenenbezogene Interaktion mit kontextabhängiger, situationsbedingter Streckenführung.

Situationsbezogene Interaktionstechnik

ÜBERAUS ZUVORKOMMENDES AUTONAVIGATIONSSYSTEM Mitsubishi Electric hat mit «Scene-Aware Interaction» eine Technologie mit der Fähigkeit, multimodale Informationen situativ in natürliche Sprache umzuwandeln, entwickelt. Zu den potenziellen Anwendungsfeldern gehören auch Navigations systeme im Auto. Text: Stefan Gfeller | Bilder: Mitsubishi Electric Corporation

ie Mensch-Maschine-Interaktion hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen ermöglichen Anwendungen bzw. Systeme, mit denen beinahe schon wie mit einem Menschen kommuniziert werden kann. Sprachassistenten wie etwa Alexa oder Siri sowie Chatbots sind Beispiele für solche Technologien, mit denen inzwischen Millionen von Menschen einigermassen «natürlich» kommunizieren. Und die Entwicklung geht stetig weiter. Jüngste technologische Fortschritte in den Bereichen der Objekterkennung, der Videobeschreibung, der natürlichen Spracherzeugung sowie von gesprochenen Dialogen

unter Verwendung tiefer neuronaler Netze ermöglichen es Maschinen, ihre Umgebung besser zu verstehen und mit Menschen natürlicher und intuitiver zu interagieren. So etwa die nun von der japanischen Mitsubishi Electric Corporation vorgestellteTechnologie Scene-Aware Interaction, deren Grundlage die Fähigkeit ist, multimodale Informationen situativ in natürliche Sprache umzuwandeln. Situationsbedingte Streckenführung Für solche szenenbewussten Interaktionssysteme werden vielfältige Einsatzmöglichkeiten erwartet. Dazu gehören unter anderem MenschMaschine-Schnittstellen für Infotainment im Fahrzeug oder die Interaktion mit Robotern in Gebäude- und

Fabrikautomationssystemen. Auch die Autonavigation ist eine der potenziellen Anwendungen; hier wird die situationsbezogene Interaktion dem Fahrer eine intuitive Streckenführung ermöglichen. Beispielsweise würde das System den Fahrer nicht anweisen, «in 50 m Entfernung rechts abbiegen», sondern stattdessen eine situationsbedingte Streckenführung bieten, wie etwa «vor dem Briefkasten rechts abbiegen» oder

Herausstechende Faktoren gewichten Um diese Funktionalität zu erreichen, analysiert das System Szenarien, um unterscheidbare, visuelle Orientierungspunkte und dynamische Elemente innerhalb der Szene zu identifizieren. Die erkannten Objekte und Ereignisse werden dann verwendet, um intuitive Sätze zur Streckenführung zu generieren. DieTechnologie erkennt kontextabhängige Objekte und Ereignisse auf der Grundlage multimodaler Infor mationen: mit Kameras aufgenommene Bilder und Videos, mit Mikrofonen aufgezeichnete Audioinformationen sowie Lokalisierungsinformationen, die mit Lidar gemessen wurden. Um diese verschiedenen Informationskategorien zu priorisieren, hat Mitsubishi Electric die Technologie Attentional Multimodal Fusion entwickelt, welche herausstechende Faktoren unimodaler Informationen automatisch gewichtet, um so die geeignete Wortwahl für eine präzise Situationsbeschreibung zu ermöglichen. Die gewählte Kombination der Attentional Multimodal Fusion mit der situativen Erfassungstechnologie und der kontextbasierten natürlichen Sprachausgabe realisiert ein Endto-End-System für eine äusserst intuitive Interaktion mit Anwendern in unterschiedlichen Situationen.

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LESEN SIE IN DER A&W-AUSGABE 11/2020: & Wirtschaft

&Technik

TITELTHEMA Leichte Nutzfahrzeuge / Auf- und Umbauten Transporter bzw. leichte Nutzfahrzeuge sind vermehrt auch mit alternativen Antrieben erhältlich. A&W gibt einen Überblick der Fahrzeuge in diesem Segment und stellt innovative Lösungen von Schweizer Auf- und Umbauern vor.

WIRTSCHAFT Prüftechnik Bremsprüfstände, Lenkgeometrievermessung, Stossdämpferdiagnose: Wir zeigen den Stand der Technik bei den Geräten. Weitere Themen der Novemberausgabe sind Krankenkassen sowie Verbrauchsmaterial, Chemie und Papier.

LAUFSTEG

SCHWERPUNKT

Mazda3 Skyactiv-X Mazda stellte den Skyactiv-X-Motor am Automobil-Salon 2018 in Genf vor und bestätigte damit, dass ein quasi selbstzündender Benzinmotor die Serienreife erreichen kann. Grundsätzlich geht es bei dem Triebwerk darum, den Teillastwirkungsgrad zu verbessern und damit den Verbrauch bzw. den CO2-Ausstoss zu vermindern. Ob damit die versprochenen Verbrauchseinsparungen wirklich erreicht werden können, wird aber noch bewiesen werden müssen. Wie sich der spezielle Motor im Alltagsbetrieb fährt, lesen Sie im «AUTO&Technik»-Test des Mazda3.

Aus- und Weiterbildung Gerade im Carrosseriebereich, wo immer wieder neue Produkte auf den Markt kommen, die neue Applikationstechniken vorschreiben, und die Digitalisierung langsam Einzug hält, ist die regelmässige Weiterbildung für die Mitarbeitenden sehr wichtig. Dafür bieten verschiedene Lacklieferanten sowie Werkzeug- und Maschinenhersteller spezifische Schulungsprogramme an. Lesen Sie in AUTO&Carrosserie, wer welche Kurse anbietet, was sie dem Teilnehmer bringen und wie man sich anmeldet. Die AUTO&Carrosserie-Ausgabe 5/2020 erscheint Anfang Dezember.

AUTO-EVENTS 2020 Termin

Veranstaltung

07.10.20

Fredy Barth Motorsport Trackday A. du Rhin (F)

Ort

Internet fredybarth.ch

09.10.20-11.10.20

Raid - VP Bank Rallye

Bad Ragaz/SG

raid.ch

10.10.20

Autobau Carspotting Supercars

Romanshorn/TG

autobau.ch

19.10.20-20.10.20

Fredy Barth Motorsport Trackday Mugello (I)

fredybarth.ch

22.10.20-26.10.20

Suisse Caravan Salon

suissecaravansalon.ch

Bern

14.11.20

Autobau Carspotting Supercars

Romanshorn/TG

autobau.ch

12.12.20

Autobau Carspotting Supercars

Romanshorn/TG

autobau.ch

29.12.20

Classic Car Auction

Gstaad/BE

oldtimergalerie.ch

18.02.21-21.02.21

Swiss Moto

Zürich

swiss-moto.ch

15.04.21-18.04.21

Auto Zürich

Zürich

auto-zuerich.ch

SUISSE CARAVAN SALON

eit Monaten steht wegen COVID-19 auch das Thema Reisen im Brennpunkt von Gesellschaft, Politik, Wirtschaft – und somit mitten im Leben von Familien und Reisefreudigen. Es ist folglich ein schönes und ein wichtiges Zeichen, kann der Suisse Caravan Salon vom 22. bis zum 26. Oktober 2020 mit konsequentem Schutzkonzept und ausschliesslich mit Online-Registrierung durchgeführt werden. Das Caravaning erlebt in der Schweiz gerade einen starken Aufschwung und hilft so mit, die gebeutelte Tourismusbranche zumin-

dest ansatzweise zu unterstützen. Umso erfreulicher ist es nun, dass der Suisse Caravan Salon stattfindet. Seit dem Lockdown ist die Caravan-Messe der erste Anlass dieser Grössenordnung. Die Herausforderungen in der Umsetzung sind und waren mannigfaltig, denn eines steht kompromisslos im Zentrum: Die Gesundheit aller Besuchenden und Ausstellenden und damit deren Familien und der Gesellschaft im Allgemeinen hat oberste Priorität. www.suissecaravansalon.ch

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