HIGHTECHREPORT - Daimler

HIGHTECHREPORT
Faszination Forschung &Technik 1/2007
Leitbild Nachhaltige Mobilität
> Strategien für geringeren Verbrauch
> UV-Lacke schonen die Ressourcen
> Nanopartikel ermöglichen Leichtbau

U2
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DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Editorial 3
Dr. Thomas Weber ist Mitglied des
Vorstands der DaimlerChrysler AG.
Er verantwortet das Ressort
Konzernforschung und Mercedes
Car Group Entwicklung.
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
mit dem Schwerpunktthema „Werkstoffe“ in dieser Ausgabe möchten wir
Sie mit der Arbeit unserer Materialforscher und Verfahrensspezialisten
vertraut machen. Und das aus gutem Grund: Neue Werkstoffe in Kombination
mit den entsprechenden Prozesstechnologien erschließen Daimler-
Chrysler eine enorme Bandbreite an Innovationspotenzialen. Ein Beispiel
für ein solches Duo: das Aushärten von lösemittelfreien Lacken im UV-
Licht. Es ermöglicht nicht nur ein umweltfreundlicheres Schutzlackieren
von Lkw-Achsen. Die UV-Härtung ist zudem kostengünstiger und beansprucht
weniger Platz in der Fertigung.
Neue Werkstoffe und Verfahren nützen vor allem unseren Kunden: So ermöglicht
erst das Laserschweißen die kompakte und gewichtssparende
Bauweise des 7G-TRONIC-Automatikgetriebes. Der Kunde merkt es im
Geldbeutel, denn daraus ergibt sich eine Verbrauchsersparnis von bis zu
0,6 Litern/100 km. Zugleich sinkt der CO 2 -Ausstoß – ebenfalls ein Thema,
dem ein Hauptaugenmerk unserer Forscher und Entwickler gilt. In
exakt diese Richtung zielt ein Projekt aus der Welt der Nanopartikel:
Leichtbau durch thermoplastische Karosserieteile ohne Abstriche bei
Materialfestigkeit und Lackqualität.
Bereits vor vielen Jahren haben wir nachhaltige Mobilität als Unternehmensziel
fest im Konzern verankert. Wer die Fahrzeugflotten unserer Marken
über Jahre hinweg verfolgt, erkennt die deutlichen und stetigen Verbrauchs-
und Emissionsrückgänge, die mit jedem Modellwechsel verbunden
sind.
Aus gutem Grund ist DaimlerChrysler als Premiumhersteller zugleich auch
stolz darauf, mit dem smart fortwo cdi das weltweit erfolgreichste Drei-
Liter-Auto mit einem rekordverdächtig niedrigen CO 2 -Ausstoß anzubieten.
Auf diesem Feld werden wir auch zukünftig durch innovative Lösungen
Zeichen setzen, die unseren Kunden und der Umwelt direkt zugutekommen.
Deshalb ist es wichtig, dass diese Lösungen den Wünschen unserer
Kunden entsprechen und bezahlbar bleiben.
Thomas Weber

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> Schwerpunkt
Mit Licht und Nanowerkstoffen
auf dem Weg zu Innovationen
Titelseite
Mit lösemittelfreien Lacken, die unter UV-Licht
aushärten, lassen sich große Bauteile wie dieses
Zylinderkurbelgehäuse oder auch Lkw-Achsen
umweltfreundlich und kostengünstig lackieren.
Seite 10
Forscher und Entwickler von Daimler-
Chrysler drehen an vielen Stellschrauben,
um mithilfe innovativer Fahrzeugtechnik
weitere Verbrauchssenkungen
zu erzielen. Doch mit spritsparender
und emissionsarmer Technik
allein lässt sich die globale Aufgabe
Klimaschutz nicht bewältigen.
Seite 26
Moderne Hightech-Laser schweißen
Bauteile schnell und zuverlässig zusammen.
Zudem lassen sich mit ihnen
Leichtbaukonzepte verwirklichen, die
mit herkömmlicher Schweißtechnik
nicht möglich sind.
Seite 46
Damit Motoren und Getriebe zuverlässig
funktionieren, legen Ingenieure
Toleranzen für das Zusammenspiel der
einzelnen Bauteile fest. Forscher und
Entwickler von DaimlerChrysler untersuchen,
wie sich diese Spielräume am
besten gestalten lassen.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Inhalt 5
Seite 16
Vor allem Biokraftstoffe der zweiten
Generation erweisen sich in einer
Szenariobetrachtung von Daimler-
Chrysler-Forschern als ein lukrativer
Ansatz, um verkehrsbedingte CO 2 -
Emissionen in Europa spürbar zu
senken: Bis 2030 halten die Kraftstoffexperten
eine Minderung um bis
zu 17 Prozent durchaus für möglich.
Seite 42
Die Lackfolienbeschichtung gilt als
Schlüsseltechnologie zur Herstellung
von Leichtbauelementen. Neben der
Gewichtsersparnis bieten die damit
hergestellten Teile Designern und Konstrukteuren
neue Möglichkeiten, um
Antennen und Sensoren in die Außenhaut
des Fahrzeugs zu integrieren.
Seite 50
Videoergonomie ermöglicht die Sichtfelduntersuchung
neuer Fahrzeugmodelle,
die noch nicht einmal als Prototypen
oder Designstudien existieren.
Seite 58
Mit 118 Sensoren ist der Dummy
Dr. Oscar dem Wohlbefinden im Fahrzeuginnenraum
dicht auf der Spur.
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Internet
Unter www.daimlerchrysler.com/go/htr_g können Sie sich alle
Texte und Fotos der vorliegenden Ausgabe herunterladen.
Editorial
Magazin
Neues aus Forschung und Entwicklung
Impressum
Eine globale Aufgabe
Klimaschutz und nachhaltige Mobilität benötigen mehr als
innovative Fahrzeugtechnik
Auf, zur zweiten Generation
Das ökologische und ökonomische Potenzial regenerativer
Kraftstoffe aus Biomasse unter der Lupe
„Wir werden die Schlagzahl sogar noch erhöhen“
Ein Gespräch mit Professor Herbert Kohler, Umweltbevollmächtigter
von DaimlerChrysler
Licht auf den Punkt gebracht
Der Laser entwickelt sich mehr und mehr zum Universalwerkzeug
der industriellen Produktion
Trocken in Sekundenschnelle
Umweltfreundlich lackieren und härten mit UV-Licht
Leichter bauen mit Nanos
Mit Nanopartikeln modifizierte Kunststoffe wiegen wenig
und eignen sich gut für Karosseriebauteile
Farben, Folien und Antennen
Lackfolien ebnen den Weg zu mehr Leichtbauelementen
Simulierte Toleranz
Forscher untersuchen, wie sich technische Toleranzen für
den Antriebsstrang optimal gestalten lassen
Die Stunde des Würfels
Virtuelle Sichtfelduntersuchungen in der CAVE
So von Auto zu Auto
Drahtlose Ad-hoc-Netze zwischen Fahrzeugen ermöglichen
das Warnen vor lokalen Gefahren ohne Zeitverzug
Gestatten, Dr. Oscar
Ein Klimamessdummy macht Subjektives objektiv messbar

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> E 320 BLUETEC ist World Green Car 2007
Auf dem Weg zu EURO 6
Gegenüber 14 Konkurrenten hatte
er in New York die Nase vorn: Automobiljournalisten
aus 22 Ländern
wählten auf der diesjährigen International
Auto Show den „E 320
BLUETEC“ zum „World Green Car
2007“. Mit dieser Auszeichnung
wird die Rolle von Mercedes-Benz
als Schrittmacher einer neuartigen
Dieseltechnologie gewürdigt, die
den Selbstzünder so sauber macht
wie einen Ottomotor.
Modulare Abgasreinigung
BLUETEC ist ein modulares System
zur Abgasreinigung. Es kombiniert
den bereits heute üblichen Oxidations-Katalysator,
der den Ausstoß
von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten
Kohlenwasserstoffen
(HC) reduziert, mit dem wartungsfreien
Mercedes-Partikelfilter.
Zwei zusätzliche Kats kommen hinzu:
Zum einen ein weiterentwickelter,
besonders langlebiger NO x -
Speicher-Katalysator, der in einem
patentierten Verfahren Ammoniak
erzeugt. Zum anderen ein SCR-Katalysator
(Selective Catalytic Reduction),
der den Ammoniak nutzt,
um Stickoxide in ökologisch unbedenklichen
Stickstoff umzuwan-
NOx-Speicher-Katalysator
und Partikelfilter
SCR-Katalysator
deln. Durch dieses ausgeklügelte
System, das ohne zusätzliche Betriebsmittel
auskommt, vermindert
sich der Stickoxidausstoß sehr
deutlich. NO x ist die einzige Abgas-
Komponente, die bei Dieselmotoren
prinzipbedingt noch über dem
Wert von Benzinern liegt.
Der mit einem 165 kW (224 PS)
starken V6-Motor ausgestattete
E 320 BLUETEC ist der weltweit
erste Diesel-Pkw, der mit seinen
NO x -Emissionen die strenge US-
Abgasnorm BIN 8 erfüllt. Verkaufsstart
in den USA war im Oktober
2006 – pünktlich zur dortigen Einführung
von schwefelarmem Dieselkraftstoff.
Mit einem Verbrauch
von 6,7 Litern pro 100 Kilometer
gehört der E 320 BLUETEC zu den
sparsamsten Fahrzeugen seiner
Klasse in Nordamerika und kommt
mit einer Tankfüllung bis zu 1200
Kilometer weit.
Nach dem Start in den USA wird
DaimlerChrysler ab 2008 die umweltfreundliche
Technologie auch
Kunden in Europa anbieten. Derzeit
passen die Ingenieure BLUE-
TEC an die europäischen Märkte
und an weitere Pkw-Modelle von
Mercedes-Benz an.
Verbrauchsoptimierte Motoren
So zeigte das Unternehmen auf
dem diesjährigen Genfer Auto-
Salon erstmals die BLUETEC-Abgasreinigung
in Kombination mit
einem verbrauchsoptimierten Vierzylindermotor.
Der „Vision C 220
BLUETEC“ weist damit den Weg,
wie die ab 2015 europaweit für alle
Neufahrzeuge weiter verschärfte
Abgasnorm EURO 6 erfüllt werden
kann. Bei einer Leistung von 125
kW (170 PS) benötigt das C-Klasse-
Fahrzeug nur 5,5 Liter Diesel pro
100 Kilometer.
Der Mercedes-Benz Vision C 220
BLUETEC (Transparentzeichnung und
linkes Foto) vereint modernste Abgasreinigung
mit einem verbrauchsoptimierten
VIerzylindermotor.
Bereits auf dem Markt ist der E 320
BLUETEC, der seit Oktober über die
Straßen der USA rollt (rechtes Foto).
Fachjournalisten haben ihn zum
„World Green Car 2007“ gewählt.
> Premiumsegment
Gemeinsames
Hybridkonzept
BMW und DaimlerChrysler erweitern
ihre Zusammenarbeit für Hybridantriebe
und werden gemeinsam
ein innovatives Hybridmodul
für heckgetriebene Pkw des Premiumsegments
entwickeln.
Das Hybridmodul, das technisch zu
den Mild-Hybridantrieben zählt,
soll in Deutschland an den jeweiligen
Standorten der Motoren- und
Antriebsentwicklung realisiert werden.
Das Gemeinschaftsprojekt
stellt eine enge Vernetzung der
Entwicklerteams beider Hersteller
sicher. So sind unter anderem synchronisierte
Entwicklungsabläufe
und gemeinsame Tests geplant.
Beide Fahrzeughersteller profitieren
von der Bündelung ihrer Entwicklungskapazitäten,
der daraus
möglichen schnelleren Marktreife
und den Kostenvorteilen durch höhere
Stückzahlen.
Die jeweils markenspezifische Anpassung
sichert die individuelle
Ausprägung in den unterschiedlichen
Fahrzeugen. DaimlerChrysler
und BMW planen, das neue Hybridmodul
innerhalb der nächsten drei
Jahre zur Marktreife zu bringen.
> Umweltzertifikat
Perfektes
Recycling
Als weltweit erster Automobilhersteller
erhielt DaimlerChrysler im
März vom Kraftfahrtbundesamt
(KBA) die Bescheinigung „Wiederverwendbarkeit,Recyclingfähigkeit
und Verwertbarkeit“ über die

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Magazin 7
Vorprüfung für die Fahrzeug-
Typgenehmigung. Spätestens ab
Dezember 2008 sind – nach der
Richtlinie 2005/64/EG des Europäischen
Parlaments und des Rates
– alle Fahrzeughersteller verpflichtet,
bei der Typzertifizierung
neuer Fahrzeuge den Nachweis
über deren spätere Recyclingfähigkeit
zu erbringen.
Nach der EU-Altautorichtlinie müssen
ab dem Jahr 2015 Altfahrzeuge
zu 95 Prozent verwertet werden.
Bereits jetzt hat DaimlerChrysler
den Nachweis erbracht, dass die
Fahrzeuge der Mercedes Car
Group verwertbar konstruiert und
die entsprechenden Verfahren und
Prozesse im Entwicklungsprozess
verbindlich integriert sind. Damit
liegt eine ausführliche und vorschriftenkonforme
Beschreibung
der Entsorgungsstrategie für Altfahrzeuge
vor.
Die Recyclingvorprüfung ist nach
der EU-Richtlinie Teil des Typgenehmigungsverfahrens
für komplette
Fahrzeuge. Von besonderem
Interesse ist dabei die Einhaltung
des Schwermetallverbots.
Im Rahmen der Vorprüfung verlangt
das Kraftfahrtbundesamt von
jedem Automobilhersteller eine
nachvollziehbare Strategie, die die
Demontage und Wiederverwendung
von Bauteilen sowie das Recycling
und die Verwertung von
Werkstoffen gewährleistet.
> Simulation
Karosserien
virtuell lackiert
Um Lackierprozesse zu optimieren,
haben Forscher von Daimler-
Chrysler spezielle Berechnungsverfahren
entwickelt. Durch diese
Simulation können sie bereits vor
Produktionsanlauf Aussagen treffen,
wie eine Fahrzeugkarosserie
effizient lackiert oder ein bestehendes
Verfahren verbessert werden
kann.
Dynamik der Lacktröpfchen
Beim virtuellen Lackieren verfolgen
die Forscher rechnerisch Tausende
von Lackpartikeln bis zum
Auftreffen auf das Bauteil. Die Experten
berechnen die Dynamik der
Lacktröpfchen unter dem Einfluss
der Luftströmung und des angelegten
elektrischen Felds.
Dadurch ist es möglich, die Dicke
der Lackschicht vorherzusagen.
Zusätzlich ergeben sich Hinweise,
wie der Lack am besten aufgesprüht
werden soll.
Auch die mathematische Beschreibung
des fertigen Lackfilms spielt
eine wichtige Rolle. Dabei stehen
die Zusammensetzung des Lacks,
seine Vernetzung und die Art des
Zerfließens in enger Wechselbeziehung.
Hierzu berechnen die Forscher
den Stoff- und Wärmetransport
sowie Reaktionsverläufe.
Rohkarosserien werden für die erste
Lackschicht nicht gespritzt, sondern
in ein Lackbad getaucht. Bei
dieser „kathodischen Tauchlackierung“
treten spezielle Effekte auf,
wie etwa Luftblasen beim Eintauchen
oder verschleppte Flüssigkeit
beim Austauchen der Karosserie.
Die Modellrechnungen erlauben
nun Vorhersagen über Ort und Größe
der Luftblasen sowie die Menge
des verschleppten Lacks.
Dank solcher Simulationen können
Entwickler und Produktionsplaner
bereits früh prüfen, wie gut sich
eine neu entworfene Fahrzeugkarosserie
lackieren lässt.
> Wasserstoff
Brennstoffzellen für
die Feuerwehr
Auch Rettungsdienste sind jetzt
emissionsfrei unterwegs. In Sacramento
(Kalifornien) hat Daimler-
Chrysler das weltweit erste Feuerwehrauto
mit Brennstoffzellenantrieb
an die dortige Feuerwehr
übergeben.
Die rot lackierte, mit Warnlichtern
und einer Sirene ausgestattete A-
Klasse F-Cell wird als Kontrollfahrzeug
eingesetzt. Im täglichen Einsatz
liefert der alternative Pkw
wertvolle Daten für die Weiterentwicklung
von Brennstoffzellenfahrzeugen,
die als „Abgas“ nur reinen
Wasserdampf ausstoßen.
Das F-Cell-Feuerwehrauto tankt
an der Wasserstofftankstelle der
California Fuel Cell Partnership in
Sacramento. DaimlerChrysler hat
bisher rund eine Milliarde Euro in
die Forschung und Entwicklung
von Brennstoffzellenfahrzeugen investiert
und derzeit weltweit mehr
als 100 solcher Pkw und Busse im
täglichen Einsatz.
Wenn beim „Tauchlackieren“ die Rohbaukarosserie
in das Lackbad sinkt,
steigen Lufblasen auf. Simulationsrechnungen
erlauben Voraussagen
über Ort und Größe der Blasen. Dadurch
lässt sich das Verfahren optimieren.
Die Rechenmodelle eignen
sich auch für das Spritzlackieren, bei
dem sich zum Beispiel die Dicke der
Lackschicht vorhersagen lässt.
> Umweltschutz
Solarstrom vom
Getriebewerk
Die größte Photovoltaik-Anlage innerhalb
des DaimlerChrysler-Konzerns
hat Anfang April dieses Jahres
im Getriebewerk Rastatt ihren
Betrieb aufgenommen. Auf einer
Dachfläche von der Größe dreier
Fußballfelder erzeugen seither
2380 Solarmodule mit einer Gesamtfläche
von 3950 Quadratmetern
und einer Spitzenleistung von
511 Kilowatt (kWp) umweltfreundlichen
Strom aus Sonnenenergie.
CO 2 -Emissionen verringert
Die Anlage wird pro Jahr durchschnittlich
rund 490000 Kilowattstunden
(kWh) Solarstrom produzieren
– dies entspricht dem jährlichen
Bedarf von 125 Vierpersonenhaushalten.
Durch den Einsatz der Solarzellen
lässt sich die Entstehung von jährlich
rund 453 Tonnen Kohlendioxid
aus der konventionellen Stromerzeugung
verhindern.
Das in der sonnenreichen Rheinebene
gelegene Werk Rastatt bietet
ideale Voraussetzungen, um die
Sonne anzuzapfen: optimale Ausrichtung
der Dächer, keine Schatten
durch andere Aufbauten, eine
tragfähige Statik der Gebäude sowie
die Anbindung an eine elektrische
Infrastruktur.

8
> Sprachbedienung
Sichere Zieleingabe
für die Navigation
Forscher von DaimlerChrysler arbeiten
an einer schnellen und einfachen
Spracheingabe für Navigationsziele.
„Information Refinement“
heißt die neue Methode, die
sich an der menschlichen Kommunikation
orientiert.
Um ein Fahrziel klar zu definieren,
sind oft Zusatzinformationen erforderlich.
Welche am sinnvollsten
sind, haben die Wissenschaftler
untersucht, indem sie das durchschnittliche
Fahrerwissen überprüften.
Es zeigte sich, dass Benutzer
in der Regel die nächste größere
Stadt, das Bundesland, die Region
oder den Fluss kennen.
Nach Berlin oder Bellin?
Bei der Zieleingabe grenzt das intelligente
System die in Frage kommenden
Navigationsziele schrittweise
ein. Gibt der Fahrer etwa
„Frankfurt, Hauptstraße“ an, fragt
ihn die Spracherkennung nach einem
Fluss in der Nähe. Bei der Antwort
„Oder“ muss er nur noch sein
Fahrziel „Frankfurt/Oder, Hauptstraße“
bestätigen.
Deutschland hat mehr als 74000
Orte und 970000 Straßen. Insgesamt
gibt es jedoch nur 58000
Orts- und 338000 Straßennamen.
Allein „Neustadt“ ist 29-mal vertreten;
eine „Hauptstraße“ findet sich
noch wesentlich häufiger. Schließlich
muss die Spracherkennung
auch ähnlich klingende Wörter wie
„Berlin“ und „Bellin“ unterscheiden
können.
Bei Tests im Fahrsimulator wurde
gemessen, wie genau Versuchs-
personen während der Spracheingabe
die Spur hielten. Einen Wert
für die Ablenkung des Fahrers liefert
dabei die durchschnittliche Abweichung
von der Mittellinie. Das
Ergebnis war eine deutlich geringere
Ablenkung und damit ein Plus an
Sicherheit im Vergleich zu bisherigen
Spracheingabesystemen.
> Beleuchtungsplanung
Optische Prüfung
für mehr Qualität
Für die optische Qualitätskontrolle
von Motoren oder Bauteilen kommen
zunehmend elektronische Kameras
und Computer zum Einsatz.
Oft liefern diese Systeme zuverlässigere
Ergebnisse als das manuelle
Prüfen durch den Menschen – vorausgesetzt,
der Rechner kennt die
exakten Positionen der Kamera
und der Beleuchtung.
Für diese Schlüsselfaktoren haben
Forscher von DaimlerChrysler nun
ein mathematisches Planungswerkzeug
entwickelt, das den
Rechner in die Lage versetzt, dreidimensionale
Objekte zu erkennen
und zuverlässig zu analysieren.
Dreidimensionale Objekte
Das neue optische Prüfverfahren
kann zu noch höherer Qualität in
der Produktion beitragen. Bisher
erfordert das richtige Arrangement
aus Lichtquellen und Kameras viel
Für die Spracheingabe von Navigationszielen
haben DaimlerChrysler-
Forscher eine neue Methode entwickelt,
die sich an der menschlichen
Kommunikation orientiert und die
Ablenkung des Fahrers verringert.
Fingerspitzengefühl, zumal auch
Objektive, Belichtungszeit und
Blendeneinstellung eine Rolle spielen.
Die letzten Optimierungsschritte
für die optische Qualitätskontrolle
können meist erst erfolgen,
nachdem eine Produktionszelle
vollständig aufgebaut ist.
Mit ihrem neuen Prüfverfahren berücksichtigen
die Forscher nun alle
Parameter bereits während der
Planungsphase einer Produktionszelle.
Dabei wird auf Basis des
Prüfplans und der Geometrie der
Bauteile zunächst die Berechnungsgrundlage
ermittelt, bevor
das System die ungefähre Kameraanordnung
und Raumaufteilung
rund um das Prüfobjekt abschätzt.
Die optimierten Positionen für die
Kameras und die Beleuchtung stehen
in der darauf folgenden Phase
fest. Im letzten Schritt sucht der
Rechner dann für jede Kamera die
entsprechenden Einstellungen für
Fokus, Belichtung und Blende.
Reflektierende Metalle
Für die Berechnung spielt es übrigens
keine Rolle, ob Kameras und
Lichtquellen fixiert sind oder ob sie
ein Roboter neu positioniert. Dadurch
wiederum wird die Prüfstation
sehr flexibel und kann unterschiedlichste
Tests bewältigen.
Neben der Geometrie eines Bauteils
müssen die Forscher auch das
verwendete Material berücksichtigen.
Metallteile zum Beispiel haben
oft stark spiegelnde Oberflächen,
die das Licht in unterschiedlicher
Weise reflektieren.
Für die Kamera spielt das Reflexionsverhalten
eine wichtige Rolle,
weil ihre Einstellungen direkt von
der empfangenen Lichtenergie pro
Pixel abhängen.
> Plug-in-Hybridantriebe
Batterien werden
zum Erfolgsfaktor
Mehr als 20 Transporter des Typs
Dodge Sprinter PHEV (Plug-in Hybrid
Electric Vehicle) werden bis
Frühjahr 2008 an einem Flottentest
in den USA teilnehmen. Die
Fahrzeuge besitzen neben einem
Diesel- oder Ottomotor auch einen
Elektroantrieb, den der Fahrer
wahlweise zuschalten kann. Im reinen
Elektrobetrieb beträgt die
Reichweite bis zu 32 Kilometer.
Die Plug-in-Technologie eignet sich
gut für den kommerziellen Lieferverkehr,
bei dem das Fahrzeug
nach jeder Schicht an seinen Stützpunkt
zurückkehrt, um an einer
Steckdose die Batterie für den
Elektromotor nachzuladen.
Ein Erfolgsfaktor für Hybridantriebe
ist die weitere Entwicklung von
Lithiumionen-Batterien. Diese wiegen
nur halb so viel und besitzen
eine größere Speicherkapazität als
Nickel-Metallhydrid-Batterien.
Einige der Dodge Sprinter PHEV
haben Lithiumionen-Batterien. Im
Rahmen des unter Alltagsbedingungen
stattfindenden Tests liefern
sie Daten über Lebenszeit,
Leistung und Kosten der Batterien.
> CO 2 -Emissionen
Kleiner smart
ganz groß
Der neue smart fortwo cdi erfüllt
nicht nur alle europäischen Abgasnormen,
sondern schafft mit 3,3
Litern pro 100 Kilometer auch den
niedrigsten Verbrauch seiner Klasse.
Mit einer CO 2 -Emission von nur

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Magazin
> Impressum
E-Mail:
hightechreport@daimlerchrysler.com
Herausgeber
DaimlerChrysler AG
Communications
D-70546 Stuttgart (Germany)
Auburn Hills, MI 48326-2766 (USA)
Verantwortlich für den
Herausgeber
Mirjam Bendak
Objektleitung
Thomas Weisshaar
Redaktion
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Roland Bischoff,
Rolf Andreas Zell
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Illustrationen
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Rudolf Kostolnik
Fotos
DaimlerChrysler AG
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heckmann.stuttgart@t-online.de
Redaktionsschluss dieser Ausgabe
war der 24. April 2007.
Gedruckt auf Papier aus chlorfrei
gebleichtem Zellstoff unter
Verwendung von 33 Prozent
Altpapier, ohne optische Aufheller.
Nachdruck, auch auszugsweise,
nur mit schriftlicher Genehmigung
des Herausgebers sowie dem
Bild- und Texthinweis
„DaimlerChrysler AG“.
> Leserservice/Vertrieb
Zenit Pressevertrieb GmbH
Postfach 810580
D-70522 Stuttgart
E-Mail: leserservice@zenit-presse.de
In einem speziellen Simulator erkunden
Wissenschaftler, wie gut sich
unterschiedliche Schalter und Hebel
im Auto bedienen lassen. Die Forscher
registrieren zum Beispiel, wie stark
Testpersonen abgelenkt werden und
dabei von der Fahrspur abweichen.
Eine anschließende Befragung der
Probanden nach ihren subjektiven
Eindrücken rundet die Tests ab.
88 Gramm pro Kilometer erreicht
der smart fortwo cdi den Drei-Liter-
Status und hat so die geringsten
CO 2 -Emissionen aller Autos, die
heute auf dem Markt sind.
Damit gehört der kleine Diesel zu
den Großen in Sachen Umweltschutz.
Für die Kunden heißt das:
Günstiger und klimafreundlicher
als mit dem smart fortwo cdi kann
man derzeit nicht Auto fahren.
Bald mit Startergenerator
Auch die beiden Ottomotoren des
neuen smart fortwo überzeugen
mit einem geringen Verbrauch. Sie
kommen sowohl in der Saug- als
auch in der Turboversion mit weniger
als fünf Liter Superbenzin aus.
Die genauen Werte für den kombinierten
NEFZ (Neuer Europäischer
Fahrzyklus) lauten: 4,7 und 4,9
Liter pro 100 Kilometer. Die CO 2 -
Emissionen liegen entsprechend
bei nur 112 beziehungsweise 116
Gramm pro Kilometer.
Ein weiteres Einsparpotenzial von
bis zu 13 Prozent im Stadtverkehr
verspricht der smart fortwo mit
Startergenerator, der ab Ende
2007 erhältlich sein wird. Besonders
bei häufigem Stop-and-go bietet
ein Startergenerator Vorteile:
Steht der Wagen zum Beispiel an
einer Ampel schaltet sich automatisch
der Motor ab. Sobald der Fahrer
das Gaspedal betätigt, startet
der Dreizylinder von alleine.
> Mensch-Maschine-Interface
Gut bedient
im Simulator
Wie gut lassen sich Bedienelemente
im Auto handhaben? Kann der
Fahrer die Funktion unterschiedlicher
Hebel und Schalter sofort erfassen
und diese sicher bedienen?
Solchen Fragen gehen Forscher
von DaimlerChrysler nach.
Mit einem speziellen Simulator ermitteln
sie, ob Bediensysteme einfach
und intuitiv zu benutzen sind.
Das fördert zum einen die Sicherheit;
zum anderen können die Forscher
den Fahrzeugentwicklern
frühzeitig Empfehlungen für die
Gestaltung des Innenraums geben.
Für ihre Untersuchungen haben die
Forscher einen Mensch-Maschine-
Simulator entwickelt, in dem 20 bis
30 ausgewählte Testpersonen bestimmte
Aufgaben bewältigen
müssen. So sollen sie während einer
normalen Autofahrt ohne kritische
Situationen ein bestimmtes
Gerät bedienen. Wie sehr der jeweilige
Proband dadurch in Anspruch
genommen wird, ergibt eine
Auswertung anhand objektiver
und subjektiver Kriterien.
Informatives Gesamtbild
Als objektive Messgrößen zählen
dabei die Abweichung von der optimalen
Fahrspur sowie die Daten
aus der Blickerfassung. Diese zeigen,
wie häufig der Fahrer seinen
Blick auf das Bediensystem hinund
damit von der Straße abwendet.
Falls erforderlich, wird zusätzlich
die Bewegung der Hände bei
der Eingabe beobachtet. Auf Basis
dieser Messwerte sind die Ingenieure
in der Lage, den Ablen-
9
kungsgrad des Fahrers vom Verkehrsgeschehen
zu berechnen.
Gleichzeitig fließen in die Auswertung
subjektive Angaben der Testpersonen
ein, die mithilfe eines
Fragenkatalogs ermittelt werden.
Die Kombination objektiver und
subjektiver Daten ergibt schließlich
ein informatives Gesamtbild.
> MTC-Erweiterung
Fahrsimulator und
Klimakanäle
Das Mercedes-Benz Technology
Center (MTC) in Sindelfingen bekommt
Zuwachs: Der Vorstand der
Mercedes Car Group beschloss
den Bau zweier Großprüfstände,
die einen Fahrsimulator und Klimakanäle
beherbergen. In dieses Bauvorhaben
wird DaimlerChrysler in
den nächsten fünf Jahren rund 100
Millionen Euro investieren.
In den geplanten Klimakanälen lassen
sich Fahrzeuge rund um die
Uhr unter verschiedensten Bedingungen
wie extreme Hitze, Kälte,
Regen- und Schneefälle intensiv
testen.
Mit dem Fahrsimulator der modernsten
Generation will das Unternehmen
die fahrzeugbezogene
Forschung noch effizienter in den
Entwicklungsprozess einbinden.
So soll die Bewegungsdynamik
auch unter den heute gestiegenen
Anforderungen simuliert werden.

10
Fahrzeugtechnik für nachhaltige Mobilität
Eine globale Aufgabe
Die Daten, Entwicklungsverläufe und Prognosen, die die internationale
Expertenrunde des Weltklimarats IPCC in diesem Jahr
vorgestellt hat (siehe Text „Klimawandel – Was weiß die Wissenschaft?“,
S. 12), lassen zunehmend weniger Raum für Zweifel,
dass sich das Klima der Erde wandelt und dass menschliche Einflüsse dabei
eine große Rolle spielen. Die stetig steigende Nutzung fossiler Energien
seit Beginn der Industriellen Revolution wird von der Mehrzahl der
Klimawissenschaftler als eine wesentliche Ursache der klimatischen Veränderungen
angesehen, wenn auch nicht als deren einzige.
So genannte „Treibhausgase“ wie Kohlendioxid (CO 2 ), aber auch Methan
und andere Gase bewirken einen „Wärmestau“ in der Atmosphäre.
Kohlendioxid gilt als das bedeutsamste Treibhausgas. Es entsteht, wenn
fossile Energie wie Kohle, Erdgas und Erdöl verbrannt werden. Deshalb
müssen alle Aktivitäten, die mit der Nutzung dieser Energien zusammenhängen,
auf den Prüfstand. Die zwei wichtigsten Aufgaben lauten hierbei:
Energie einzusparen und effizienter zu nutzen sowie fossile Energieträger
durch regenerativ – also CO 2 -neutral – erzeugte Energie mittels Biomasse,
Geothermie sowie Wind-, Wasser- und Sonnenkraft zu ersetzen. Wenn
es gelingt, dafür funktionierende Lösungen zu finden und in die Praxis umzusetzen,
ist es nach Ansicht der Klimaexperten möglich, die zu erwartenden
Folgen des Klimawandels zu begrenzen.
Die Begrenzung des CO 2 -Ausstoßes ist eine Aufgabe von globaler Dimension,
was die Suche nach probaten Lösungen so schwierig macht.
Die Herausforderung ist auch deshalb so groß, weil Klimaschutz nur gelingen
kann, wenn sich alle Bewohner dieser Erde daran beteiligen. Doch
hier stehen Interessen zwischen verschieden weit entwickelten Weltregionen
und zwischen diversen Wirtschaftssektoren im Widerstreit.
> Leitbild: Nachhaltige Mobilität
Nachhaltige Mobilität gehört für DaimlerChrysler seit Jahren zum Unternehmensleitbild.
Deshalb arbeitet das Unternehmen mit hohem Engagement
an emissionsarmen und immer sparsameren Fahrzeugmodellen.
Dabei geht es um die Minderung sowohl der CO 2 - als auch aller anderen
Emissionen, die man im Blick haben muss, um auf diesem Weg weiter voranzukommen.
Die Bilanz dieser kontinuierlichen Anstrengungen ist bemerkenswert:
Um rund 20 Prozent sank der CO 2 -Ausstoß der Mercedes-
Fahrzeuge seit 1995 – dieser Rückgang liegt deutlich über der Minderungsrate
von 14 Prozent, den die Europäischen Automobilhersteller im
Durchschnitt erzielen konnten. Es handelt sich zudem um einen Wert, der
von keinem anderen Automobilhersteller übertroffen werden konnte.
Eine Reihe technischer Innovationen war notwendig, um diese Verbrauchsminderung
der Mercedes-Benz-Fahrzeugflotte zu ermöglichen
(siehe Text: „Die CO 2 -Stellschrauben am Fahrzeug“, S. 14). Ein eindrück–
liches Beispiel hierfür liefert die BLUETEC-Technologie bei Dieselantrieben.
Sie trägt nicht nur dazu bei, CO 2 -Emissionen, sondern auch die Emis-
Verkehrsflussmanagement
Fahrzeugtechnik
A8 B12
!
138,9
135,9
133,9
118,9
Reifen mit
weniger
Rollwiderstand
Fahrverhalten
Straßenbau/
Verkehrsinfrastruktur
Kraftstofferzeugung/
Kraftstoffqualitäten
sionen anderer Schadgase wie Stickoxide zu verringern, sodass Pkw und
Lkw mit BLUETEC-Technologie zu den effizientesten und saubersten
Dieselfahrzeugen ihrer jeweiligen Klassen zählen.
Ein weiteres Beispiel ist die neue C-Klasse. Bei dieser Modellentwicklung
hatten die Ingenieure nicht nur die Verbrauchs- und Emissionswerte
im Blick, sondern die komplette Prozesskette von der Produktentstehung
über die eigentliche Nutzung des Fahrzeugs bis zu dessen Recycling am
Ende des Autolebens. Das konsequente Umsetzen dieses Ansatzes
brachte der C-Klasse als erstem Automobil in seiner Klasse das Umwelt-
Zertifikat des Technischen Überwachungsvereins (TÜV) ein. Dessen Experten
attestieren damit, dass der Entwicklungsprozess für dieses Modell
der strengen ISO-Norm 14062 entspricht. Diese Norm knüpft an die Vergabe
des Zertifikats einen ganzen Strauß von ökologischen Kriterien, die
die Produktkonzeption, die Herstellprozesse, Materialauswahl, Verbrauchsaspekte
bei der Produktnutzung und die Wiederverwertbarkeit
nach Gebrauch umfassen. Für die neue C-Klasse heißt das konkret:
Verbrauchseinsparungen beim Antrieb von bis zu 17 Prozent;
NO x - und Kohlenwasserstoff-Emissionen unterschreiten den EU-4-
Grenzwert um 90 beziehungsweise 86 Prozent;
der Gesamtprimärenergiebedarf über den Lebenszyklus gerechnet
verringert sich – bei einer Laufleistung von 200 000 Kilometer – um 14
Prozent. Umgerechnet in Benzin entspricht dies der Einsparung von 3800
Litern. Der CO 2 -Ausstoß sinkt um neun Tonnen pro Fahrzeug;
für das Fahrzeug kommen bevorzugt Ressourcen schonende Werk–
stoffe zum Einsatz, die sich mit geringem Energiebedarf herstellen und
besonders gut wiederverwerten lassen. Die Recyclingquote liegt bei 95
Prozent. Es enthält seinerseits 32 Bauteile aus Recyclatkunststoffen mit
einem Gesamtgewicht von 40 Kilogramm – eine Steigerung um 34 Prozent
gegenüber dem Vorgängermodell.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Verbrauchsminderung 11
Um das maximale Einsparpotenzial zu
erschließen, müssen alle Beteiligten
ihren Beitrag leisten, damit der
verkehrsbedingte CO 2 -Ausstoß sinkt
(Grafik, links). Gefragt sind hier
neben den Automobil- und Zulieferunternehmen
auch die Mineralölindustrie,
die öffentliche Hand und
nicht zuletzt die Autofahrer selbst.
Doch wie viel CO 2 ein Fahrzeug
emittiert, bestimmt nicht allein
dessen Technik. Deshalb ist es zu
kurz gegriffen, den Klimaschutz zur
alleinigen Aufgabe der Automobilhersteller
machen zu wollen. Was
diese „im Alleingang“ zu leisten
vermögen, ist nur ein Bruchteil
dessen, was an CO 2 -Minderungspotenzial
tatsächlich erschließbar
ist. Ein Aspekt betrifft die Geschwindigkeit,
mit der neue, emissionsmindernde
Technologien tatsächlich
Wirkung zeigen. Innerhalb
der EU sind derzeit rund 140 Millionen
Fahrzeuge zugelassen. Der
Neuwagenanteil pro Jahr beträgt
14 Millionen Fahrzeuge. Es dauert
also rund zehn Jahre, bis eine Technologie,
die sich nicht bei Altfahrzeugen
nachrüsten lässt, ihren
Nutzen voll entfalten kann.
> Konzertierte Aktion gefragt
Wichtig ist es daher auch, CO 2 -
Minderungspotenziale zu erschließen,
die sich sofort im gesamten
Fahrzeugbestand realisieren lassen.
Ein Beispiel hierfür liefern Rei-
BLUETEC (rechts) steht heute für die
saubersten und effizientesten Dieselantriebe
bei Pkw und Lkw. Mit dem
Ziel, die Brennstoffzellentechnologie
(links) bis zur Serienreife zu entwickeln,
verfolgt DaimlerChrysler die
Vision vom emissionsfreien Fahren.
Bivalente Antriebe – hier die Anzeige
im Mercedes E 200 NGT – lassen sich
mit Benzin und komprimiertem Erdgas
betreiben. Die CO 2 -Ersparnis im
Erdgasbetrieb beträgt 20 Prozent.
fen mit optimierten Gummimischungen, mit denen es möglich ist, den
Rollwiderstand um zirka fünf Prozent zu verringern.
Deutlich größere Einsparpotenziale bieten Biokraftstoffe, insbesondere
neuartige, synthetische Kraftstoffe aus Biomasse (BTL-Kraftstoff). Gerade
biogene Kraftstoffe der zweiten Generation (siehe Beitrag ab Seite
16: „Auf, zur zweiten Generation“), so fanden DaimlerChrysler-Forscher
heraus, bieten Einsparmöglichkeiten, die in Deutschland sogar mehr als
20 Prozent ausmachen könnten. Hier sind also Kraftstoffproduzenten gefragt,
die entsprechenden Produktionstechnologien zu entwickeln und
Kapazitäten aufzubauen. DaimlerChrysler unterstützt zusammen mit
Volkswagen das Unternehmen Choren Industries, das derzeit zusammen
mit Shell die erste großtechnische BTL-Produktionsanlage in Deutschland
errichtet. Eine weitere Initiative ist die „Alliance for Synthetic Fuels in
Europe“ (ASFE), zu der sich DaimlerChrysler mit anderen Automobilherstellern
und Mineralölgesellschaften zusammengeschlossen hat.
Der Anteil regenerativ gewonnener Kraftstoffe, so haben es die Regierungschefs
der EU-Länder im März dieses Jahres noch einmal bekräftigt,
soll innerhalb der nächsten 13 Jahre auf etwa zehn Prozent des Gesamtkraftstoffbedarfs
wachsen. Durch entsprechende Förderungen und steuerpolitische
Maßnahmen ist daher auch die öffentliche Hand aufgerufen,
das emissionsmindernde Potenzial biogener Kraftstoffe zu erschließen.
Dies ist jedoch nicht ihre einzige Eingriffsmöglichkeit: Schon seit vielen
Jahren hält der Ausbau der Verkehrsinfrastruktur nicht mehr Schritt
mit dem wachsenden Verkehrsaufkommen. Die Folgen des immer dichter
werdenden Verkehrs mit sich häufenden Staus kennt jeder Autofahrer zur
Genüge. Einen der Auswege daraus weisen Leitsysteme für ein optimiertes
Verkehrsflussmanagement. Sie verteilen die Fahrzeugströme so intelligent,
dass es zu möglichst wenigen Streckenüberlastungen kommt.
Auch Forscher und Entwickler von DaimlerChrysler arbeiten an entsprechenden
Strategien (siehe Beitrag ab Seite 54 „So von Auto zu Auto“).
Wenn es ums Spritsparen und damit um CO 2 -Vermeidung geht, sollte
man den Autofahrer selbst nicht vergessen. Er beeinflusst durch sein
Fahrverhalten entscheidend, wie hoch die Menge an ausgestoßenem
CO 2 bei einer Fahrt tatsächlich ist: Bis zu 20 Prozent Kraftstoff, so zeigen
Untersuchungen, hilft eine umsichtige Fahrweise Kraftstoff einzusparen.
Daher bietet DaimlerChrysler seinen Pkw- und Lkw-Kunden schon seit
vielen Jahren so genannte ECO-Fahrertrainings an. Besonders stark nachgefragt
sind derartige Kurse im Nutzfahrzeugbereich, wo die Betreiber
und Fahrer der Lkw die Kraftstoffkosten seit jeher fest im Blick haben. So
haben allein im letzten Jahr im Lkw-Kundencenter in Wörth insgesamt
2416 Trucker an solchen Kursen teilgenommen. In 50 Ländern betreibt
DaimlerChrysler zudem so genannte, „Train-the-Trainer-Programme“. Geschulte
Instruktoren unterstützen dabei angehende ECO-Fahrtrainer vor
Ort, entsprechende Schulungen aufzubauen.>

12
> Klimawandel -
Was weiß die
Wissenschaft?
> Vorsicht
Statistik
Als „Weltklimarat“ wird das
UNO-Gremium mit dem sperrigen
Namen „Zwischenstaatlicher
Ausschuss für Klimaveränderungen“
oder englisch „Intergovernmental
Panel on Climate Change“
(IPCC) zwar nicht ganz korrekt,
aber griffig bezeichnet. Seine Aufgabe
ist es, den Klimawandel sowie
dessen Folgen und Risiken zu analysieren
und Vorschläge zu unterbreiten,
wie sich negative Entwicklungen
vermeiden, zumindest aber
abschwächen lassen. Allerdings
betreibt das IPCC keine eigene Forschung.
Vielmehr bewerten dessen
Experten die Sachlage auf der
Basis vorliegender Forschungsergebnisse,
die nach gemeinschaftlicher
Einschätzung auf solider wissenschaftlicher
Basis beruhen.
Nicht nur die Nutzung fossiler
Energien wie Kohle, Erdgas
oder Erdöl ist mit dem Ausstoß von
CO2 in die Atmosphäre verbunden.
Auch Land- und Forstwirtschaft
tragen zum weltweiten CO2-Aus stoß bei. Für den vierten IPCC-Bericht
zum Klimawandel (siehe Text
„Klimawandel – Was weiß die Wissenschaft?“)
haben die Experten
die jeweiligen Anteile der sieben
Verursachersektoren abgeschätzt
(oberes Diagramm, rechts). Mit gut
einem Viertel (25,9 Prozent) trägt
demnach die Energieerzeugung zur
globalen Gesamtemissionsmenge
an CO2 bei. Darauf folgen die Industrie
(19,4 Prozent) und die
Forstwirtschaft (17,4 Prozent). Bei
letzterer ergibt sich der CO2-Bei trag im Wesentlichen aus der Differenz
von abgeholzten und wieder
aufgeforsteten Flächen. Im Mittelfeld
bewegen sich die Landwirtschaft
(inklusive Brandrodungen)
mit einem Anteil von 13,5 Prozent
In der Welt der Forschung nennt
man dieses Vorgehen Peer Review.
Es gilt als die zuverlässigste Art, einen
Überblick über den Stand des
Wissens zu bekommen. Im Peer
Review wird etwa ermittelt, welche
wissenschaftlichen Aussagen zu
einem bestimmten Thema mit sehr
hoher Wahrscheinlichkeit zutreffen,
welche Aussagen dagegen weniger
gut wissenschaftlich belegt
oder sogar strittig sind. Aussagen,
die dem Peer Review standhalten,
spiegeln dabei den von der großen
Mehrheit der Experten akzeptierten
Wissensstand wider.
> Vierter Bericht vorgelegt
Im Februar 2007 begann das IPCC,
seinen vierten Bericht zum Klimawandel
der Öffentlichkeit vorzu-
Das CO 2 -Einsparpotenzial im Straßenverkehr
wird wesentlich davon abhängen,
welche Kraftstoffe in Zukunft
am Markt verfügbar sein werden.
und der Verkehr mit 13,1 Prozent.
Die Bereiche Wohnen/Arbeiten
(7,9 Prozent) und Abfall/Abwasser
(2,8 Prozent) bilden in der globalen
Betrachtung die Schlusslichter.
Betrachtet man unterschiedliche
Verkehrsmittel, sorgen laut IPCC
die Personenkraftwagen (allerdings
inklusive leichter Nutzfahrzeuge
bis 3,9 Tonnen) mit 44,5 Prozent
für die Hauptlast am verkehrsbedingten
CO 2 -Ausstoß. Die Anteile
für schwere Lkw (ab 3,9 Tonnen
Gesamtgewicht) liegen demnach
bei 25 Prozent, für Flugzeuge bei
11,6 Prozent und für den Schiffsverkehr
bei 9,5 Prozent.
> Schwieriger Vergleich
Auffällig ist, dass in den Statistiken
zum Teil erheblich abweichende
Absolutzahlen – etwa hinsichtlich
der Gesamtemissionsmengen –
und unterschiedliche Anteilsgrößen
für einzelne Verursachergruppen
auftauchen. Dafür gibt es meh-
stellen. Die wesentlichen Aussagen
des Berichts der Arbeitsgruppe,
die sich mit den Mechanismen
des Klimawandels beschäftigt, lassen
sich so zusammenfassen:
Die CO 2 -Konzentration in der
Erdatmosphäre liegt heute deutlich
höher als zu Beginn der Industriellen
Revolution (1750) und erreicht
ein Niveau, das auch Tausende
von Jahren zuvor nicht auf der
Erde herrschte (Grafik rechts).
Die Klimaveränderungen lassen
sich an verschiedenen Messparametern
deutlich ablesen, nämlich
steigenden Luft- und Wassertemperaturen,
dem Abschmelzen von
Schnee- und Eismassen sowie dem
Anstieg des Meeresspiegels.
Es wird als „sehr wahrscheinlich“
(Irrtumswahrscheinlichkeit
rere Gründe. Eine Erklärung sind
länderspezifische beziehungsweise
regionale Unterschiede im
Emissionsmuster. So betrachten
die Statistiken, auf die sich die
IPCC-Experten beziehen, die sektoralen
Beiträge zur Gesamt- CO 2 -
Emission auf globaler Ebene. Der
Blick auf die Situation in Deutschland
zeigt ein davon deutlich abweichendes
Bild (unteres Diagramm,
rechts): So tragen nach
den Erhebungen des Umweltbundesamts
(UBA) die Energiewirtschaft
mit 41,1 Prozent und der
Verkehr mit 19,3 Prozent zur Gesamtemission
an CO 2 bei, während
zum Beispiel Land- und Forstwirtschaft
hierzulande deutlich geringere
Anteile am CO 2 -Ausstoß haben.
Für die EU gibt die Europäische
Umweltagentur (EEA) in ihrem
jüngsten Bericht, der Anfang
2007 erschien, den verkehrsbedingten
Anteil an allen Treibhausgasen
mit 21 Prozent an. Diese An-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Verbrauchsminderung 13
CO 2 -
Gehalt
in ppm
350
300
250
7,9 %
Wohnen/
Arbeiten
17,4 %
Forstwirtschaft
13,1 %
Verkehr
13,1 %
Haushalte
6,0 %
Gewebe/Handel/
Dienstleistung
20,3 %
Industrie
10000
5000 0
Zeit vor 2005 in Jahren
13,5 %
Landwirtschaft 2,8 %
Abfall/Abwasser
19,3 %
Verkehr
19,4 %
Industrie
25,9 %
Energieerzeugung
0,2 %
Sonstige
Einstrahlung
in
Watt/m 2
1
0
41,1 %
Energieerzeugung
Anteile an
CO 2 -Emission
- weltweit
Anteile an
CO 2 -Emission
- Deutschland
geringer als zehn Prozent) angesehen,
dass vor allem die anthropogenen
Treibhausgasemissionen
(darunter in erster Linie CO 2 , in geringerem
Maß Methan, Ozon, Distickstoffoxid
und halogenierte
Kohlenwasserstoffe) für den Klimawandel
verantwortlich sind. Demgegenüber
ist der Beitrag natürlicher
Vorgänge hierzu (zum Beispiel
Vulkanismus sowie Schwankungen
der Sonnenaktivität) deutlich kleiner
und daher ungeeignet, die beobachteten
Klimaveränderungen in
Art, Geschwindigkeit und Ausmaß
zu erklären.
Die mithilfe diverser Klimamodelle
im Jahr 1990 vorhergesagte
globale Erwärmung lässt sich inzwischen
durch die Messungen bestätigen.
So erhöhte sich von 1990
gabe bezieht sich allerdings nur auf
15 der 27 EU-Länder (nämlich die
älteren Beitrittsländer) und enthält
nicht die verkehrsbedingten Emissionen
des internationalen Seeund
Luftverkehrs.
Ein weiterer Grund für die zum Teil
eklatanten Unterschiede in den
Statistiken liegt darin, dass die Belastungsbeiträge
einzelner Emittenten
in unterschiedlichen Maßen
angegeben werden. Dieser Effekt
spielt etwa bei der Beurteilung der
Rolle des Flugverkehrs eine entscheidende
Rolle: Der Belastungsbeitrag
der Luftfahrt lässt sich zum
einen wie bei allen anderen Verkehrsmitteln
als Menge des ausgestoßenen
Kohlenstoffs oder CO 2
angeben. Berücksichtigt man indes
zusätzlich, dass in Flughöhe emittiertes
CO 2 eine doppelt so hohe
„Treibhauswirkung“ hat wie bodennah
entstandenes CO 2 , dann verdoppelt
sich dadurch auch der Beitrag
des Luftverkehrs am verkehrs-
auf 2000 die durchschnittliche globale
Lufttemperatur um 0,2 Grad
Celsius; in diversen Simulationsläufen
wurde ein Anstieg zwischen
0,15 bis 0,3 Grad Celsius für diese
Dekade prognostiziert. Aus Sicht
der Experten ist diese Übereinstimmung
ein wichtiges Indiz dafür,
dass die verwendeten Simulationsverfahren
die zukünftige Entwicklung
korrekt modellieren.
Es muss als sehr wahrscheinlich
angesehen werden (Irrtumswahrscheinlichkeit
geringer als zehn
Prozent), dass bei gleichbleibenden
oder gar steigenden CO2- Emissionen die Effekte auf das
weltweite Klima im 21. Jahrhundert
gravierender sein werden als jene,
die während des 20. Jahrhunderts
zu beobachten waren.
bedingten Treibhauseffekt. Das
Maß für diesen, die Wirksamkeit
berücksichtigenden Emissionsbeitrag
lautet CO2-Äquivalent. Ein dritter Grund für Diskrepanzen
liegt in der unterschiedlichen
Spannbreite der Betrachtungen:
So ist es erheblich, ob sich die angegebenen
Mengen an emittiertem
CO2 nur auf Energieverbrauch und
CO2-Emissionen des Verkehrsmittels
beziehen, oder ob auch jene
Emissionsbeiträge in die Statistik
eingehen, die angefallen sind, um
den benötigten Energieträger zu
erzeugen und bereitzustellen. Im
ersten Fall sprechen Fachleute von
Tank-to-Wheel-Analysen; eine umfassende
Betrachtung erlauben indes
nur Well-to-Wheel-Analysen.
Frei übersetzt betrachtet man im
ersten Fall nur die Emissionen zwischen
dem Tank (oder dem Stromnetz)
und den Rädern, im zweiten
Fall schaut man vom Bohrloch oder
der Energiequelle bis zum Rad.
>
>

14
> Die CO 2-
Stellschrauben
am Fahrzeug
Gesamtes Fahrzeug
Antrieb
Getriebe
Energiemanagement
im Fahrzeug
Nebenaggregate
Rund 5,3 Milliarden Euro investierte
DaimlerChrysler im letzten
Jahr in seine Forschung und
Entwicklung. Etwa ein Viertel davon
fließt schon heute direkt in die
Erforschung umweltfreundlicher
Technologien. Verankert in der
Nachhaltigkeitsstrategie des Unternehmens
ist es eines der Ziele –
aber nicht das einzige –, Kraftstoff
einzusparen und den CO2-Ausstoß zu senken.
In der öffentlichen Diskussion um
mögliche Klimaschutzbeiträge
durch innovative Fahrzeugtechnik
stehen häufig singuläre Entwicklungen
im Fokus des Interesses –
man denke etwa an die hohe Aufmerksamkeit,
die Hybridantriebe
derzeit genießen. Die Forscher und
Entwickler von DaimlerChrysler
Aerodynamik Strömungsmodelle/Simulation
Erprobung/Optimierung im Windkanal
Bionische Bauprinzipien
Leichtbau Materialforschung/Nanowerkstoffe
Materialsparende Verfahrenstechniken (etwa Lichtbogendrahtspritzen)
Bionische Bauprinzipien (materialsparende Konstruktionen)
Motorsteuerung Online-Motorregelung statt Kennfeld-Steuerung
Einspritzverfahren Piezo-Injektoren
Strahlgeführte Verbrennung
Homogene Verbrennung
Reibung Tribologische Forschung zur Verminderung von Reibungsverlusten
Downsizing Brennraumverkleinerung mit Turboaufladung
Kompressorunterstützung
Motorenkonzepte für den Einsatz im besten Betriebspunkt
Alternative Kraftstoffe Erdgasantriebe für Pkw, leichte Nutzfahrzeuge, Lkw, Busse
Bivalente Verbrennungsmotoren für Erdgas und/oder Benzin
FlexFuel-Antriebe/Adaptation für Beimischung von Biodiesel (RME) und Bioethanol
Motoroptimierung zur Emissionsminderung bei Einsatz synthetischer
Kraftstoffe (GTL/BTL)
Hybridisierung Konzepte in Kombination mit Diesel- oder Ottomotoren
Konzepte für Mild Hybrids und Vollhybride
Konzepte für Pkw, SUVs, leichte Nutzfahrzeuge, Lkw und Busse
Brennstoffzellentechnologie Entwicklung der Antriebstechnologie bis zur Serienreife für Pkw,
leichte Nutzfahrzeuge und Busse
Erprobung von Konzepten zur zentralen und dezentralen Erzeugung von Wasserstoff
Aufbau einer Versorgungsinfrastruktur
Schaltstrategien Predictive Cruise Control (verbrauchsoptimierter Tempomat)
Optimierung der Steuerung von Automatikgetrieben
Gewichtseinsparung Fertigungsverfahren und Hochleistungswerkstoffe für kompakte Bauweise
Stromsparen Leuchtdioden für Innen- und Außenbeleuchtung einschließlich Fahrlicht
Start-Stopp-Automatik Starter-Generatoren
folgen auf dem Weg zu spritsparenderen
und emissionsärmeren Modellen
indes einem ganzheitlichen
Ansatz. Schließlich unterscheiden
sich individuelle Mobilitätsansprüche,
Einsatzzwecke und Nutzungsbedingungen
von Fahrzeugen oder
Verkehrsinfrastrukturen in den verschiedenen
Regionen der Welt erheblich.
Wer glaubt, mit einem einzigen
Konzept den „Stein der Weisen“
gefunden zu haben, wird früher
oder später das begrenzte Potenzial
seiner favorisierten Lösung
eingestehen müssen.
Die Ingenieure von DaimlerChrysler
setzen mit ihren Technologieprojekten
demgegenüber systematisch
an allen Erfolg versprechenden
Stellschrauben an, mit denen
sich Verbrauch und CO 2 -Ausstoß
Brennstoffzellentechnologie Brennstoffzellen zur Stromerzeugung für das Bordnetz
Bordnetz höhere Energieeffizienz durch 42 Volt-Bordnetz
Klimatisierung Optimierung von Heiz- und Kühlaggregaten
senken lassen. Erst in ihrer Gesamtheit
und in der Vielfalt der Lösungen
erschließen innovative
Fahrzeugtechnologien ein beachtliches
Einsparpotenzial unter den
sehr unterschiedlichen Bedingungen
des Verkehrsalltags.
Die folgende – durchaus nicht vollständige
– Übersicht zeigt anhand
von Beispielprojekten, wie breit gefächert
DaimlerChrysler seine Innovationskraft
nutzt, um auch im
Hinblick auf den Klimaschutz nachhaltige
Mobilität zu sichern. Das
Gros der Projekte zielt auf die gesteigerte
Effizienz des motorischen
Antriebs. Doch die Ingenieure haben
auch das Getriebe, die Nebenaggregate
sowie die äußere Form
und das Gewicht der Fahrzeuge im
Blick ihrer Arbeit.
>

S.15
Anzeige

16
Sämtliche regenerativ gewonnenen Kraftstoffe schmückt das „Bio-
Etikett“. Forscher von DaimlerChrysler haben sich diese Kraftstoffe
genauer angeschaut und dabei entdeckt, dass „Bio“ allein nicht ausreicht.
Erst intelligente Nutzungskonzepte für Biomasse und effiziente
Herstellungsverfahren für diese Kraftstoffe garantieren
deutliche Klimaschutzvorteile. Richtig angepackt, so das Fazit ihrer
Zukunftsprojektion, bieten diese Kraftstoffe ein enormes Potenzial,
das sogar weit über ihre ökologischen Tugenden hinausreicht.
Lässt sich mit Biokraftstoffen der CO 2 -Ausstoß des Verkehrs spürbar
verringern? „Das kann sehr erfolgreich gelingen, muss aber
nicht so sein“, meint Stefan Keppeler. Für den Kraftstoffspezialisten
in der DaimlerChrysler-Forschung bedeutet das Etikett „Bio“
nicht schon per se ein Qualitätsprädikat in der gegenwärtigen Klimaschutzdebatte.
Der Grund dafür: Seine Kollegen und er haben den Kraftstoffen mit der
verlockenden Vorsilbe genau auf den Zahn gefühlt. Das Fazit ihrer intensiven
Recherche mahnt zur Vorsicht. Betrachtet man diese Kraftstoffe ungetrübt
von einem Eigeninteresse, zeigt sich deren erstaunliche Bandbreite
im Hinblick auf ökologische Effekte. Salopp gesagt: Nicht überall, wo
„Bio“ draufsteht, ist auch ausreichend viel Klimaschutz drin.
Mit Hilfe zweier Zukunftsszenarien hat Keppelers Team das ökonomische
und ökologische Potenzial erneuerbarer Kraftstoffe ausgelotet. Die
zentralen Erkenntnisse dieser Zukunftsprojektionen zur Rolle von Biokraftstoffen
in Deutschland und innerhalb der Europäischen Union (EU)
erklären denn auch Keppelers ambivalent wirkende Anfangsbemerkung.
Der verstärkte Einsatz von biogenen Kraftstoffen wird nur dann die CO 2 -
Bilanz spürbar verbessern, wenn „die richtigen“ Biokraftstoffe gewählt
werden, wenn also das am besten geeignete Biomaterial mit den effektivsten
Verfahren zu den qualitativ hochwertigsten Treibstoffen umgesetzt
wird. Umgekehrt gilt: Wer unkritisch die biogene Herkunft aus Pflanzen
bereits als Garantie für Umweltfreundlichkeit betrachtet, kann sich
böse verrechnen.
> Regenerativ in der zweiten Generation
Von der Öffentlichkeit kaum wahrgenommen, hat sich die Familie der Biokraftstoffe
in den letzten Jahren deutlich vergrößert: Zu den „klassischen“
Vertretern wie dem hierzulande breit eingeführten Biodiesel oder dem in
Brasilien und auch Nordamerika verbreiteten Bioethanol gesellten sich
neue regenerative Kraftstoffe, etwa der synthetische BTL-Kraftstoff oder
Ethanol aus Lignozellulose. Diese noch jungen Sprösslinge stehen für die
zweite Generation der Biokraftstoffe. Der Unterschied zur Vorgängergeneration
ist eklatant: Biodiesel entsteht durch chemische Umformung
(Veresterung) aus Rapsöl; Bioethanol erzeugt man in Brasilien aus dem
Zucker des Zuckerrohrs, in den USA vor allem aus Mais und Sojabohnen.
Anders ist das bei Ethanol aus Biomasse – genauer gesagt aus Stroh:
Diesen Kraftstoff gewinnt man durch ein kompliziertes, zweistufiges Verfahren,
bei dem das verholzte Fasermaterial, das im Wesentlichen aus
Lignin und Zellulose besteht, zunächst in Zucker umgewandelt wird. Aus
diesem lässt sich in einem verhältnismäßig einfachen, zweiten Prozessschritt
Ethanol gewinnen.
Zweistufig funktioniert auch der BTL-Prozess: Hier benötigt man Biomasse
wie Durchforstungsholz oder auch Energiepflanzen als Ausgangsmaterial
und verschwelt diese Biomasse. Dabei bildet sich so genanntes
Synthesegas – im Wesentlichen eine Mixtur aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
Dieses Gas lässt sich in einem Spezialreaktor zu flüssigem Kraft-
Holz, Stroh und spezielle
Energiepflanzen sind
die Quellen der
regenerativ gewonnenen
Kraftstoffe
stoff – zurzeit ist es in der Regel
Diesel – umwandeln.
Die Unterschiede zwischen den
Biokraftstoffen beider Generationen
sind enorm. Biodiesel und Bioethanol
nutzen nur einen verhältnismäßig
kleinen Teil der gesamten
Pflanze, also zum Beispiel das abgepresste
Öl aus den winzigen,
schwarzen Rapssamen der meterhohen
Nutzpflanzen oder die stärkehaltige
Frucht von Weizen und
Roggen. Biokraftstoffe der zweiten
Generation nutzen die Pflanze dagegen
„mit Stumpf und Stiel“–
nämlich jede Faser, jede Zelle vom
Stängel bis zum Fruchtkörper, von
der Baumwurzel bis zum Wipfel.
Der Effekt: Bezogen auf die Anbaufläche
liefert die zweite Generation
ein Mehrfaches an Biosprit als ihre
Vorgänger.
Zudem hat die erste Generation
regenerativer Kraftstoffe eine vergleichsweise
schlechte CO 2 -Bilanz.
Sie ist weit entfernt von der
theoretisch denkbaren Maximalmarke
von 100 Prozent Einsparung
Auf, zur
– also CO 2 -Neutralität. Sie liegt für
Biodiesel aus Raps bei höchstens
50 Prozent, für Bioethanol liegt der
Wert je nach Pflanzenquelle sogar
noch deutlich darunter.
Anders bei BTL-Diesel: Hier lassen
sich bis zu 95 Prozent an Treibhausgas
einsparen. Absolut CO 2 -
neutral ist zwar auch er nicht, da
für seine Herstellung fossile Energie
etwa für Dünger und Pflanzenschutzmittel
beim Anbau und
Treibstoff für den Transport aufge-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Biokraftstoffe 17
zweiten Generation
wendet werden müssen, aber er
kommt dem Ideal ziemlich nah.
Eigentlich eine klare Sache,
könnte man meinen. Aber sie hat –
bislang noch – einen entscheidenden
Haken, nämlich den jeweiligen
Entwicklungsstand der beiden Herstellungsverfahren
für die zwei Biokraftstoffgenerationen.
So ist die
Verfahrenstechnik zur Produktion
von Biokraftstoffen der ersten
Generation gut entwickelt. In
Deutschland etwa wächst bereits
Kraftstoffe aus Biomasse
erlauben es, die
Dominanz des Erdöls bei
Benzin und Diesel zu
brechen
Das Potenzial regenerativer Kraftstoffe unter der Lupe
Die Verfahren zur Herstellung
von Biokraftstoffen
der zweiten
Generation befinden
sich im Pilotstadium
heute Raps zur Energieerzeugung auf einer Fläche von etwas mehr als einer
Million Hektar. Der daraus gewonnene Biodiesel erreicht hierzulande
einen beachtlichen Anteil von 5,6 Prozent des Dieselabsatzes – übrigens
eine Menge, die sich nach Ansicht der meisten Experten kaum noch wird
steigern lassen, da sich die Anbaufläche für den gelb blühenden Raps zwischen
Flensburg und Rosenheim nicht beliebig ausweiten lässt.
Anders der Stand der Technik für Herstellungsverfahren von Biokraftstoffen
der zweiten Generation: Keiner dieser Kraftstoffe ist momentan in
nennenswerten Mengen auf dem Markt verfügbar; die Anlagen zur Gewinnung
dieser Kraftstoffe befinden sich erst im Demonstrations- oder Pilotstadium.
Aufgrund ihrer beschränkten Produktionskapazität sind sie noch
ein ganzes Stück von der Wirtschaftlichkeitsschwelle entfernt. Die komplexe
Verfahrenstechnik zur Umwandlung von Lignozellulose in Stär- >

18
ke oder Zucker befindet sich gar
erst in den Kinderschuhen. Mit anderen
Worten: Bevor die zweite
Biospritgeneration der ersten aufgrund
ihrer unbestreitbaren Vorteile
wirklich den Rang ablaufen kann,
muss sie „fit gemacht“ werden für
den großtechnischen, rentablen
Einsatz. Der dafür zu leistende Forschungs-
und Entwicklungsaufwand
ist beträchtlich, doch er wird
sich in mehrfacher Hinsicht lohnen.
Auch dies ist ein Ergebnis aus
dem Szenarienvergleich des Teams
um Stefan Keppeler.
> Weggabel für Biokraftstoffe
Keppelers Team hat zwei mögliche
Entwicklungsstränge für regenerative
Kraftstoffe bis zum Jahr 2030
verfolgt und deren jeweilige Konsequenzen
durchleuchtet. Für beide
Szenarien gelten vergleichbare
Ausgangsbedingungen etwa hin-
Biokraftstoffe der
zweiten Generation
nutzen die gesamte
Biomasse ihrer
pflanzlichen Quellen
Aus dem Duo Motorenanpassung
plus synthetischem
Kraftstoff
ergibt sich die größte
Emissionsminderung
sichtlich der verfügbaren Anbaufläche
zur Erzeugung der Biomasse.
Bei dieser wesentlichen Rahmenbedingung
gingen die Daimler-
Chrysler-Forscher von sehr vorsichtigen
Schätzungen aus und orientierten
sich an einer Studie der
Deutschen Energieagentur DENA.
Diese staatlich finanzierte Einrichtung
berät die deutsche Regierung
in Fragen zukünftiger Energiepolitik.
Im letzten Jahr lotete sie gemeinsam
mit unabhängigen Experten
das Potenzial von Biokraftstoffen
der zweiten Generation aus
und ging dabei auch der wichtigen
Frage nach, wie viel Anbaufläche in
Zukunft für die Biokraftstoffproduktion
realistisch zur Verfügung
stehen könnte.
In den zwei Szenarien ging es
Keppelers Team letztlich darum,
das Zukunftspotenzial beider Biokraftstoffgenerationen
an den poli-
tisch wie gesellschaftlich gewünschten
Zielvorgaben zu messen.
So hat die EU bereits 2003 in
der Biokraftstoffrichtlinie festgelegt,
den Anteil von regenerativen
Kraftstoffen am Gesamtkraftstoffverbrauch
der inzwischen 27 EU-
Länder schrittweise von 5,75 Prozent
(bis 2010) auf 8 Prozent (bis
2020) zu erhöhen. Mit ihren Beschlüssen
zur künftigen Klimapolitik
legten die Regierungschefs der
EU-Länder während ihres Gipfeltreffens
im März 2007 die Latte sogar
noch ein wenig höher: Bis zum
Jahr 2020 sollen nunmehr 20 Prozent
der in allen Wirtschaftssektoren
verbrauchten Energie aus regenerativen
Quellen stammen, wobei
regenerative Kraftstoffe dann einen
Anteil von zehn Prozent erreichen
sollen.
Diese Vorgaben legte auch Keppelers
Team für die eigenen Szena-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Biokraftstoffe 19
rien als Etappenziele zugrunde,
wobei die Forscher aufgrund des
weiter reichenden Zeithorizonts
bis zum Jahr 2030 einen Biokraftstoffanteil
von 15 Prozent am Gesamtkraftstoffbedarf
als Fernziel
definierten.
Der Unterschied zwischen beiden
betrachteten Szenarien liegt
nun in Grundannahmen, wie man
in Deutschland, beziehungsweise
europaweit fortan Biokraftstoffe
entwickeln möchte. Die Wissenschaftler
sehen hier zwei Alternativen:
Im Szenario I gehen sie von einem
graduellen Ausbau der Biokraftstoffe
erster Generation aus,
während die Biokraftstoffe der
zweiten Generation aufgrund nur
verhältnismäßig geringer Förderung
noch lange Zeit brauchen werden,
um allmählich an Bedeutung
zu gewinnen.
„Ambitionierter“ ist Szenario II:
Hier postulierte Keppelers Team,
dass Politik und die beteiligten
Wirtschaftszweige ihr Engagement
und Investment in die Entwicklung
wirtschaftlicher Verfahren zur Herstellung
regenerativer Kraftstoffe
der zweiten Generation deutlich
verstärken, sodass diese beginnend
ab etwa 2010 einen größer
werdenden Anteil an der Biokraftstoffproduktion
haben können,
während die Bedeutung der Biokraftstoffe
aus der ersten Generation
stagniert oder gar sinken wird.
Drei wesentliche Aussagen ergeben
sich aus dem Vergleich beider
Szenarien:
Die schrittweisen Zielvorgaben
bis 2030 lassen sich im Szenario I
für Deutschland wie auch europaweit
unter den Annahmen beider
Szenarien nur bei den Kraftstoffen
für Ottomotoren erzielen, nicht jedoch
bei Dieselkraftstoff. Hier verfehlt
Szenario I das Fernziel von 15
Prozent regenerativ erzeugten Diesels
sowohl innerhalb Deutschlands
als auch der gesamten EU.
Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit
von „freien“ Anbauflächen
ist ein Anteil von mehr als zehn
Prozent Biodiesel illusorisch.
Auf dem Rollenprüfstand
zeigte sich das
enorme Potenzial synthetischer
Kraftstoffe
zur Emissionsminderung
Das „ehrgeizigere“ Szenario II zeigt, dass die konsequente Technologieentwicklung
von Biokraftstoffen der zweiten Generation sogar das
Potenzial birgt, die Zielvorgaben deutlich zu übertreffen: Die Daimler-
Chrysler-Forscher halten aufgrund ihrer Berechnungen einen Anteil von
regenerativen Kraftstoffen bis zum Jahr 2030 von etwas über 20 Prozent
innerhalb der EU und gar von 28 Prozent für Deutschland auf der verfügbaren
Fläche für möglich – und dies sogar unter Berücksichtigung der
Nutzungskonkurrenz für Biomasse, die sich mit hoher Wahrscheinlichkeit
ergeben wird, da Biomasse zunehmend verwendet werden wird, um regenerativ
Strom oder Wärme zu erzeugen.
Noch deutlicher treten die Vorteile des Szenarios II bei der CO 2 -Einsparung
zu Tage. Grob gesagt verdoppelt sich in dieser Zukunftsoption
die eingesparte Menge an CO 2 gegenüber Szenario I und erreicht bis zum
Jahr 2030 europaweit ein Sparpotenzial von zirka 17 Prozent (gegenüber
acht Prozent in Szenario I) und in Deutschland sogar von 22,5 Prozent (gegenüber
rund neun Prozent in Szenario I). Der Grund dafür: Für die größten
CO 2 -Einsparungen sorgen die Biokraftstoffe der zweiten Generation –
allen voran BTL-Diesel, gefolgt von Bioethanol aus Lignozellulose.
> Ein lohnendes volkswirtschaftliches Investment
Umsonst sind die unstrittigen Vorteile der neuen Biokraftstoffe nicht zu
bekommen. Auch diesen Aspekt beleuchtet die Analyse der Daimler-
Chrysler-Forscher. Die bis zum Jahr 2030 summierten Investitionskosten
für die Umsetzung des Szenarios II in Deutschland schätzt das Team auf
17,7 Milliarden Euro – gegenüber 5,5 Milliarden Euro an Investitionskosten
für die Biokraftstoffproduktion à la Szenario I.
Stefan Keppeler allerdings gibt zu bedenken: „Die doppelt so hohe
CO2-Minderung ist nur ein Vorteil, den wir erzielen. Die konsequente Nutzung
regenerativer Kraftstoffe ist einer der wenigen, auch heute schon
gangbaren Wege, die uns aus der bislang fast totalen Abhängigkeit vom
Rohöl als alleiniger Energiequelle für unsere Mobilität herausführen.“ Und
sogar volkswirtschaftliche Aspekte sprechen aus seiner Sicht für ein konsequentes
Engagement in die nächste Biokraftstoffgeneration: „Wir investieren
das Geld schließlich in Produkte, die den Menschen hierzulande
Arbeit und Einkommen bieten, und in eine exportfähige Technologie, was
ebenfalls den Menschen bei uns zugutekommt, anstatt immer höhere
Rechnungen für importiertes Rohöl zu begleichen.“
Die Quintessenz aus dieser Zukunftsbetrachtung ist für Stefan Keppeler:
„Die Förderung und Entwicklung von Biokraftstoffen sollte unbedingt
technologieoffen erfolgen – also klare Kriterien vorgeben, die die energiepolitischen
Ziele für den Kraftstoffmarkt definieren, die jedoch keinesfalls
nur bestimmte Kraftstoffsorten favorisieren.“ Genauso wichtig sind für
ihn einheitliche Rahmenbedingungen, also eine harmonisierte Förderung
und steuerliche Behandlung der Biokraftstoffe in Gesamteuropa. Keppeler:
„Mein Albtraum wären nationale Regelungen für 27 verschiedene
Kraftstoffe oder Kraftstoffmischungen in 27 Ländern.“
Vorsorge gilt es zu treffen, damit auch bei Kraftstoffen niemand mit
der beliebten Vorsilbe „Bio“ Schindluder treibt. „Es darf nicht passieren,
dass in Indonesien Regenwald abgeholzt wird, damit aus dem Holz in
Europa Biokraftstoff erzeugt wird“, warnt Keppeler. Deshalb, so fügt er
an, arbeitet DaimlerChrysler in Kooperation mit der UNEP, der Umweltorganisation
der Vereinten Nationen, sowie dem Worldwide Fund for Nature
(WWF) an der Erstellung von Nachhaltigkeitskriterien für den Anbau von
Biomasse für Biokraftstoffe. Diese bilden dann die Basis für eine zukünftige
Zertifizierung von Biokraftstoffen – eine Initiative, die derartigen Etikettenschwindel
wirksam verhindern soll.
>

20
„Wir werden die Schlagzahl
sogar noch erhöhen“
1998 haben sich die europäischen Autohersteller
verpflichtet, bis 2008 den CO 2 -Ausstoß
ihrer Fahrzeugflotten von 185 Gramm
pro Kilometer in 2005 um rund 25 Prozent
auf 140 Gramm pro Kilometer zu senken.
Davon ist man im Moment noch weit entfernt.
Ist dieses Ziel noch realistisch?
Welche kraftstoffsparenden Innovationen
werden die Mercedes-Fahrzeuge in puncto
Verbrauchssenkung bis zum Modelljahr
2008 aufweisen?
Die Vorgaben, die sich aus einem CO 2 -Emissionslimit
für die EU-Fahrzeugflotte ergeben,
müssen für einen Hersteller von Premiumfahrzeugen
anders interpretiert werden
als für einen Hersteller, der überwiegend
kleinere Modelle anbietet. Wie lässt sich ein
Maßstab finden, der alle Hersteller gleichermaßen
in die Pflicht nimmt?
Mit welchen spritsparenden Techniken will
DaimlerChrysler den Verbrauch der Mercedes-Modelle
in diesem mittleren Zeitraum,
Ein Gespräch mit Professor Herbert Kohler, Umweltbevollmächtigter von DaimlerChrysler
Die 140 Gramm sind ein Wert, den alle in Europa produzierenden Hersteller für die dortige Fahrzeugflotte
erreichen wollen. Dieser Durchschnittswert kann nicht für jedes einzelne Fahrzeugmodell
gelten. Das wäre widersinnig. Wir diskutieren auch nicht darüber, dass eine Wohnung mit
150 Quadratmeter Fläche mehr Heizenergie benötigt als eine mit 50 Quadratmetern. Das ist bei
Autos nicht anders. Ein Fahrzeug mit zwei Tonnen Gewicht, das sieben Personen transportiert,
wird aus rein physikalischen Gründen immer mehr verbrauchen als ein Kleinwagen.
Im Verband der Europäischen Automobilhersteller (ACEA) haben sich seinerzeit die Hersteller
darauf verständigt, wer welchen Beitrag bringen muss. Grob gesagt gilt, die großen Hersteller
müssen prozentual mehr beitragen als kleinere Hersteller. Der Verbrauch der Mercedes-Fahrzeuge
ist seit 1995 – also dem Bezugsjahr der Selbstverpflichtung – um 20 Prozent gesunken.
Kein anderer europäischer Hersteller hat einen höheren Verbrauchsrückgang erzielt als wir.
Außerdem gebe ich zu bedenken, bis zum Jahresende 2008 ist es noch einige Zeit hin. Zudem
können wir heute noch nicht präzise wissen, welche Fahrzeuge wir 2008 verkaufen werden.
Aber wir werden bis dahin sicherlich einige Dinge, die jetzt in der Entwicklung sind, am Markt
platzieren. Ich möchte nicht drum herum reden, und ich weiß, dass es sehr knapp wird, das Ziel
zu erreichen. Aber lassen Sie uns Ende 2008 Bilanz ziehen.
Bei Ottomotoren haben wir die zweite Generation der Direkteinspritzung vor einem Jahr in Genf
präsentiert. Mittlerweile gibt es einen solchen Motor im CLS. Und diese Technologie wollen wir
auf verschiedene Modelle – vor allem in unserem Mittelklassesegment – ausweiten und in die
Breite entwickeln. Das bedeutet ein Verbrauchsreduktionspotenzial beim Einzelfahrzeug von
zehn Prozent. Bei den kleineren Modellreihen wie der A- und der B-Klasse werden wir die Fahrzeuge
mit einer Start-Stopp-Automatik anbieten. Beginnen werden wir Ende 2007 mit dem
smart; die Verbrauchseinsparung beträgt fünf Prozent. Die Technologie ist fertig entwickelt und
wird nun für die Serie vorbereitet. Jetzt müssen wir sie im Rahmen der Modellpflegezyklen in die
jeweiligen Baureihen aufnehmen.
Da gibt es unterschiedliche Modelle. In Japan aber auch innerhalb der EU diskutieren wir etwa
über einen gewichtsbasierten Ansatz. Schließlich gibt es eine klare Korrelation zwischen Fahrzeuggewicht
und Verbrauch. In den USA ist ein auf den Grundriss des Fahrzeugs bezogener Ansatz
im Gespräch. Ich bin zuversichtlich, dass wir einen ähnlich brauchbaren Parameter finden
werden wie es etwa der Energiebedarf pro Quadratmeter beheizter Fläche beim Wohnen ist.
Aber klar ist, dass wir mit dem weltweit anspruchsvollsten Zielwert von 130 Gramm pro Kilometer,
den die EU jetzt fordert, vor großen technologischen Herausforderungen stehen. Um unsere
eigenen Ressourcen effizient einsetzen zu können, brauchen wir präzise Randbedingungen, die
auch weltweit zueinander passen.
Das Energiemanagement ist ein Feld, auf dem wir bereits erste Schritte gemacht haben. Das
werden wir weiter ausbauen. Zum Beispiel ist das der Einsatz elektrischer Wasserpumpen oder
eine elektrische Lenkung. Dabei summieren sich viele kleine Maßnahmen zu einem größeren

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Interview 21
also bis in fünf oder sechs Jahren weiter
senken?
Setzt sich DaimlerChrysler für die zukünftige
Entwicklung konkrete Minderungsziele
beim Verbrauch?
„Kein anderer europäischer
Automobilhersteller hat einen höheren
Verbrauchsrückgang erzielt“
Momentum, sodass der Verbrauch erst in der Zusammenschau spürbar zurückgeht; fünf bis
zehn Prozent sind hierfür eine realistische Größenordnung.
Zudem werden dann alle Fahrzeuge für eine Hybridisierung vorbereitet sein – wie immer diese
im Einzelfall aussehen mag. Bisher haben wir uns bei dieser Technik vorwiegend um Einsatzfälle
im innerstädtischen Bereich – da ist das größte Potenzial – gekümmert und deshalb die Hybridtechnik
bei Bussen und im Verteilerverkehr implementiert. Derzeit entwickeln wir aber darüber
hinaus in gemeinsamen Projektteams von BMW, General Motors und DaimlerChrysler in Troy im
US-Bundesstaat Michigan verschiedene Hybrid-Konzepte. Deren neuestes Produkt ist ein „Two-
Mode-Hybrid“ mit stufenlosem Getriebe. Es ermöglicht zwei Betriebsarten, sodass das Fahrzeug
sowohl im Stadtverkehr als auch bei höheren Geschwindigkeiten im günstigen Betriebsbereich
sehr effizient unterwegs ist.
Diese Ziele gab es, und wir setzen sie uns auch weiterhin. In den letzten 15 Jahren haben wir den
Verbrauch unserer in Deutschland verkauften Pkw-Flotte um rund 30 Prozent gesenkt, das entspricht
im Schnitt einer Rate von zirka zwei Prozent pro Jahr. Dies wollen wir so weiterführen und
die Schlagzahl sogar noch weiter erhöhen.
Dabei muss man allerdings eines sehen: Der technische Aufwand und die Kosten pro Gramm an
verminderter CO 2 -Emission werden in Zukunft steigen, und wir müssen im Automobilbau schon
heute etwa zehnmal soviel Geld aufwenden, als wenn wir dieselbe Menge an CO 2 durch entsprechende
Maßnahmen bei der Energieerzeugung oder im Hausbau einsparen würden. >

22
Welche Kosten werden auf den Autokäufer
zukommen, damit die von der EU angepeilten
CO 2 -Emissionslimits erzielbar sind?
Kostengünstiger als verbrauchssenkende
Fahrzeugtechniken sind eine spritsparende
Fahrweise und ein verbrauchsorientiertes
Käuferverhalten bei der Wahl der Motorisierung.
Welche Rolle kann und möchte DaimlerChrysler
spielen, wenn es darum geht, in
den Köpfen und Herzen der Autokäufer und
Autofahrer Umweltaspekte zu verankern?
„Bis zum Jahr 2015 soll der Brennstoffzellenantrieb
unter Kostengesichtspunkten
wettbewerbsfähig zum Dieselmotor sein“
Sie werden sicher verstehen, dass ich hierzu aus Gründen des Wettbewerbs keine Aussage machen
kann. Aber unzweifelhaft steht für mich fest, dass der Aufwand für weitere Verbrauchssenkungen
steigen wird. Ähnliches haben wir beim Thema Senkung der NO x - und der Partikelemissionen
des Diesels erlebt.
Der Einfluss des Fahrverhaltens auf den Gesamtverbrauch ist in zahlreichen Untersuchungen –
übrigens auch aus unserem Haus – gut dokumentiert. 20 oder sogar 25 Prozent Verbrauchsersparnis
sind nach einem entsprechenden Fahrertraining möglich. Und sogar längerfristig bleiben
davon durchaus zehn Prozent erhalten. Das ist eine Menge Holz; und zudem ein Effekt, für
den wir auf der Seite der Fahrzeugtechnik viel Geld ausgeben müssten.
Hier sehe ich ein Potenzial, das man nutzen muss und kann. Im Nutzfahrzeugbereich haben solche
Trainings ja Tradition. Ich kenne Speditionen und Busunternehmen, die mit ihren Fahrern
nach einem solchen Fahrtraining einen Deal machen – die Dieselersparnis wird 50:50 zwischen
Fahrer und Unternehmen geteilt. Im Pkw-Bereich geht das nur über den Weg der Appelle, Schulungen
und der Kommunikation.
Was die Wahl der Motorisierung anbelangt, steht der Trend zu leistungsstärkeren Fahrzeugen
immer wieder in der Kritik. Auch wenn es zunächst widersinnig klingen mag: Wir haben eine Verbrauchsminimierung
trotz steigender Leistung. Zudem laufen leistungsstärkere Motoren viel
häufiger im Teillastbetrieb und sind dann verbrauchsgünstiger als ein schwächeres Aggregat,
das am Leistungslimit betrieben wird.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Interview 23
Professor Dr. Herbert Kohler ist der
Umweltbevollmächtigte der Daimler-
Chrysler AG und in der Konzernforschung
verantwortlich für Fahrzeugaufbau
und Antriebe.
DaimlerChrysler setzt sich nicht nur dafür
ein, den Anteil biogener Kraftstoffe zu erhöhen,
sondern befürwortet auch die rasche
Entwicklung solcher Kraftstoffe der zweiten
Generation. Einige Experten meinen, es sei
effektiver, Biomasse zur Strom- und Wärmegewinnung
zu nutzen. Stimmt das?
DaimlerChrysler hat sich so explizit wie kein
anderer Automobilhersteller auf die Brennstoffzellentechnologie
als Antriebstyp für
die „Vision vom emissionsfreien Fahren“
festgelegt. In Ihrem Stufenmodell „Energie
für die Zukunft“ markiert diese Technologie
klar das Fernziel. Welches Einführungsszenario
haben Sie da vor Augen?
Sie sehen also diesen Antriebstyp zunächst
in einer Nische. Könnte nicht gerade dies
der Brennstoffzelle den Zukunftserfolg verbauen?
Wer wird bereit sein, eine teure Infrastruktur
für eine kleine Nischenpopulation
von Fahrzeugen aufzubauen?
Muss man gewissermaßen die Mineralölindustrie
„zum Jagen tragen“?
Ich bezweifle, dass die stationäre Stromerzeugung effizienter ist; zudem gibt es sowohl für
Strom als auch für die Wärmeerzeugung viele weitere, effiziente regenerative Alternativen zur
Biomasse, die uns bei flüssigen Kraftstoffen leider fehlen. Bei einer solchen Bewertung muss
man auch darauf achten, wie umfassend diese angelegt ist. Biokraftstoffe der zweiten Generation
sind für mich nicht nur aufgrund der möglichen Senkungsbeiträge bei den CO 2 -Emissionen
sehr attraktiv. Wir können mit diesen Kraftstoffen auch die Partikel- und die NO x -Emissionen bei
Dieselfahrzeugen deutlich reduzieren, und zwar bei allen Fahrzeugen im Bestand. Wenn ich diese
Zusatzeffekte ebenfalls berücksichtige, dann machen wir sicher keinen Fehler, Biomasse für
die Kraftstoffproduktion einzusetzen. Ich halte Mobilität sogar für einen guten Anwendungsfall.
Die globale Energiewirtschaft hat niemals revolutionäre Umschwünge erlebt, sondern änderte
sich immer allmählich. Auch wir sehen daher den Verbrennungsmotor noch in 20 Jahren als unser
Brot-und-Butter-Geschäft an. Trotzdem wird es zu diesem Zeitpunkt Brennstoffzellenfahrzeuge
im Markt geben. Mit der Serieneinführung auch für private Konsumenten wollen wir zwischen
2012 und 2015 beginnen. Und unser Programmziel lautet, bis 2015 soll die Brennstoffzelle
unter Kostengesichtspunkten wettbewerbsfähig zum Dieselmotor sein.
Zusätzlich wird es aus meiner Sicht spezifische Anwendungsfälle geben, vor allem im innerstädtischen
Verkehr. Ich denke hier an den Verteilerverkehr oder an den Personennahverkehr mit
Bussen. In beiden Fällen kommen Flottenfahrzeuge zum Einsatz, die nach Dienstende zu einem
Depot zurückkehren und dort mit Kraftstoff – in diesem Fall Wasserstoff – versorgt werden.
Ich glaube aber auch, dass sich die Randbedingungen im Verkehr der Megastädte über die Zeit
ändern werden. So überlegt die Stadt New York, ob sie dem Beispiel Londons folgen soll und
eine Citymaut einführt. Andere Maßnahmen, die zum Tragen kommen könnten, sind Einfahrverbote
in Innenstädte für bestimmte Antriebstypen. Damit kein falscher Eindruck entsteht: Ich erachte
solche Entwicklungen nicht für notwendig, damit die Brennstoffzellentechnologie wettbewerbsfähig
werden kann. Aber solche Entwicklungen muss man eben auch berücksichtigen.
Und darauf müssen wir uns vorbereiten.
Nicht die Kleinheit der Nische ist das Problem. Bei Flottenfahrzeugen ist die Installation von
Wasserstofftankstellen ausgesprochen sinnvoll. So entstehen Inseln. Je zahlreicher diese werden,
desto eher lassen sich diese Inseln vernetzen. Einen ganz anderen Punkt betrachte ich mit
Sorge. Manchmal vermisse ich die Unterstützung der großen Mineralölunternehmen für den
Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur. Da muss die Mineralölindustrie innovative Konzepte erarbeiten
und diese intensiver in den Unternehmenskonzepten verankern.
Ein sanfter Druck wäre angemessen. Nehmen Sie die Gesetzgebung in Kalifornien, die uns Automobilhersteller
dazu verpflichtet, einen bestimmten Anteil an Nullemissionsfahrzeugen anzubieten,
damit wir in diesem US-Bundesstaat überhaupt Autos verkaufen dürfen. Ich verstehe nicht,
warum man analoge Regelungen nicht für die Energiewirtschaft einführt. Diese müsste dann pro
verkaufter Tonne Benzin und Diesel eine bestimmte Menge an Wasserstoff anbieten.>

24
> Mit Licht und Nanowerkstoffen auf
UV-Licht und Laserstrahlen etablieren sich als umweltfreundliche Werkzeuge der
Zukunft – mit ihnen lassen sich Rohstoffe und Energie sparen. Zu diesen
neuen Verfahren gesellen sich Materialien, deren Eigenschaften sich durch Zugabe
von Nanopartikeln deutlich verbessern – zum Beispiel neuartige Kunststoffe
für den Leichtbau. Werkstoffforscher und Verfahrensspezialisten von DaimlerChrysler
arbeiten schon weit im Vorfeld der Fahrzeugentwicklung an nachhaltigen Konzepten.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt 25
dem Weg zu Innovationen

26
Der Laser wird zum Universalwerkzeug der industriellen Produktion
Licht auf den
Punkt gebracht

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Lasertechnologie 27
Vielfalt: Die Ingenieure von Daimler–
Chrysler arbeiten je nach Bedarf mit
unterschiedlichen Systemen wie etwa
Scheibenlaser (links außen) oder
Nd:YAG-Laser (Mitte). Über ein Netzwerk
lassen sich die Laser vom
Rechner aus programmieren (links).
Vorteil: Weil Laser kaum Wärme in die
Bauteile einbringen, verziehen sich
diese beim Schweißen so gut wie
nicht. Ein Vorzug, der im Getriebebau
voll zur Geltung kommt. Hier schweißt
ein CO 2 -Laser Teile für die Antriebswelle
eines Automatikgetriebes.
In der industriellen Produktion breiten sich Laser immer mehr aus.
DaimlerChrysler setzt die energiereichen Lichtstrahlen schon seit
1983 ein. Heute schweißen Hightech-Laser sowohl Getriebekomponenten
als auch Karosseriebauteile schnell und zuverlässig zusammen.
Zudem lassen sich mit ihnen Leichtbaukonzepte verwirklichen,
die mit herkömmlicher Schweißtechnik nicht möglich sind.
Ein Roboterarm fährt in Sekundenbruchteilen über das Werkstück,
gleichzeitig bewegt sich auch ein Lichtstrahl ebenso
schnell über die Bauteile und verschweißt diese mit unglaublicher
Geschwindigkeit. Die Rede ist von RobScan, einem neuen
Laserschweißverfahren, das DaimlerChrysler nach fünfjähriger Forschungs-
und Entwicklungszeit im Frühjahr dieses Jahres in der Serienproduktion
eingeführt hat. Mit dem Hightech-Verfahren, das sich durch
eine besonders hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit auszeichnet, werden
bei der neuen Mercedes-Benz C-Klasse rund 600 Schweißnähte für die
Türen und Seitenwände sowie das Heck gesetzt.
Ein entscheidendes Novum von RobScan ist der so genannte Scannerkopf.
Er ist am Ende des Roboterarms befestigt und lenkt mit zwei elektronisch
gesteuerten Kippspiegeln den scharf gebündelten Laserstrahl blitzschnell
von einer Schweißnaht zur nächsten. Doch an den einzelnen Bearbeitungsstellen
hält der Roboter nicht an, um eine Schweißnaht anzubringen
und dann ein paar Zentimeter weiter zur nächsten zu fahren.
Stattdessen bewegt sich der stählerne Roboterarm kontinuierlich über
die Bauteile hinweg, während gleichzeitig der Scannerkopf quasi im Flug
den energiereichen Lichtstrahl über die Bauteile führt.
„RobScan, das auch als Welding-on-the-Fly oder Remote-Laserschweißen
bezeichnet wird, markiert den derzeit aktuellen Stand der Technik in
Sachen Laserschweißen“, erläutert Markus Beck aus der Abteilung Fahrzeugaufbau
im DaimlerChrysler-Forschungszentrum Ulm. „Erzeugt wird
das energiereiche Licht von einem so genannten Scheibenlaser, der sich
neben seiner hohen Leistung von vier Kilowatt durch einen extrem scharf
gebündelten Strahl auszeichnet und sein Licht durch ein mehrere Meter
langes Glasfaserkabel zum Scannerkopf des Roboterarms leitet.“
> Intensität exakt dosieren
Seriennahe Betriebsversuche der Produktions- und Werkstofftechnik
(PWT) von Mercedes-Benz zeigten, dass sich im Vergleich zum herkömmlichen
Widerstandspunktschweißen die Fertigungszeiten um knapp 80
Prozent verkürzen lassen. Dies spart nicht nur Zeit in der Produktion, sondern
auch erhebliche Investitionen, weil weniger Schweißstationen und
-roboter gebraucht werden und sich somit die erforderliche Fertigungsfläche
reduziert.
Eine solche Entwicklung zu Hightech-Fügeverfahren wie RobScan war
in den Anfängen der Lasertechnologie in keiner Weise abzusehen. Die
theoretischen Grundlagen der Lichtverstärkung durch das erzwungene
Aussenden von Strahlung (die Abkürzung „Laser“ steht für „Light Am- >

28
Konstruieren: Die schmalen Laserschweißnähte
ermöglichen kompakte Bauweisen.
plification by Stimulated Emission of Radiation“) hat der in Ulm geborene
Albert Einstein zwar bereits 1917 beschrieben, doch erst 1960 baute der
US-amerikanische Physiker Theodor H. Maiman mit seinem „Rubinlaser“
das erste funktionierende Gerät. Der Laser, lästerten damals Spötter, sei
eine Erfindung auf der Suche nach einer Anwendung.
Doch davon kann mittlerweile keine Rede mehr sein – Laser sind heute
fester Bestandteil der industrialisierten Welt. Als laseraktive Materialien
eignen sich nicht nur Festkörper wie dotierte Kristalle (z.B. Nd:YAG)
und Halbleiter (Dioden), sondern auch Gase und Flüssigkeiten. Je nach
Ausgangsmaterial liegt die Wellenlänge der Laserstrahlen im sichtbaren
Bereich, aber auch im Ultraviolett-, Infrarot- und Millimeterbereich.
Der große Vorteil der gebündelten Laserstrahlen ist, dass sich ihre
Intensität exakt dosieren lässt. Zudem kann man sie zeitlich und räumlich
sehr präzise steuern und ihre Energie punktgenau dort einsetzen, wo man
sie braucht. Deshalb reichen die Einsatzgebiete inzwischen vom CD-Player
im Wohnzimmer und dem Scanner an der Supermarktkasse über medizinische
Laser für Augenoperationen bis zum Einsatz in der Industrie als
universelles Schneid-, Bohr-, Schweiß- und Beschriftungswerkzeug.
Mitte der 1980er-Jahre brachte die Einführung des Laserlichtkabels
einen enormen Aufschwung für industrielle Anwendungen. „Heute kann
man davon ausgehen, dass sich in den kommenden Jahren die Hightech-
Lasersysteme in der Produktion stark ausbreiten werden; Experten rechnen
mit zweistelligen Zuwachsraten für den Lasermaschinenmarkt“, erläutert
Klaus-Dieter Debschütz, Leiter der Abteilung Fahrzeugaufbau im
DaimlerChrysler-Ressort Konzernforschung und Mercedes Car Group
Entwicklung. (siehe Kasten: Laser – ein prosperierender Markt, S. 30).
> Auf kleinen Brennfleck fokussieren
Laserstrahlen breiten sich nahezu parallel aus und lassen sich durch eine
geeignete Optik sehr gut fokussieren – das heißt, die gesamte Energie des
Laserstrahls kann auf eine sehr kleine Fläche gelenkt werden. Fokussiert
man zum Beispiel den bei RobScan eingesetzten Hochleistungslaser mit
einer Leistung von vier Kilowatt auf einen Brennfleck mit einem Durchmesser
von 0,6 Millimetern, beträgt dort die mittlere Intensität zwei
Megawatt pro Quadratzentimeter. Im Vergleich dazu liegt eine elektrische
Kochplatte bei etwa fünf Watt pro Quadratzentimeter – die Intensität des
Lasers ist also 400000-mal höher.
Weil der Laserstrahl das Material nur genau an der Fügestelle aufschmilzt
und dieses extrem schnell geschieht, bringt der Laser insgesamt
sehr viel weniger Energie in das Bauteil als herkömmliche Verfahren wie
> Ein Lichtstrahl, viele Einsatzgebiete
Laser sind nicht nur ein universelles Schweißwerkzeug, das in der Regel keine Nachbearbeitung
mehr erfordert. In der Industrie dienen sie auch als exakte, schnelle und
kostengünstige Bohr-, Schneid- und Beschriftungswerkzeuge. Von großer Bedeutung
ist die Oberflächenbearbeitung. So können heutige Lasersysteme besonders beanspruchte
Bauteile gezielt mit Hartstoffen beschichten. Verschiedene Stahlwerkstoffe
lassen sich härten, indem die Laserstrahlen einen begrenzten Bereich schlagartig erhitzen,
der dann durch schnelles Abfließen der Wärme ins Bauteilinnere hart wird.
zum Beispiel das Lichtbogen- oder Schutzgasschweißen. Je weniger
Wärme in ein Werkstück eingebracht wird, desto weniger verzieht es
sich – und der Aufwand für die notwendigen Richt- und Nacharbeiten
geht entsprechend zurück.
> Kompakte Getriebe schweißen
Die Möglichkeiten des Lasers für die industrielle Fertigung von Motoren
und Getrieben hat DaimlerChrysler schon frühzeitig zu nutzen begonnen.
„Die erste Strahlquelle, ein CO 2 -Laser, kam bereits 1981 im
Bereich Verfahrensentwicklung in Untertürkheim zum Einsatz; und
1983 erfolgte mit dem Laserschweißen von Tassenstößeln die erste
Serienapplikation“, weiß Christian Elsner von der Produktions- und
Werkstofftechnik (PWT). „Heute gibt es Laser-Applikationszentren für
den Karosseriebau im Werk Sindelfingen und für den Powertrain, also
den Antriebsstrang aus Motor, Getriebe und Achsen, in Untertürkheim.
Dort erproben wir Lasertechnologien, machen sie fit für den Einsatz
in der Serienfertigung und betreuen danach auch die Umsetzung
in den Werken. Das Laserlabor im Forschungszentrum Ulm liefert dazu
die Grundlagenuntersuchungen.“
Vorteile bieten Laser nicht nur für die Produktion, sondern auch für
die Konstruktion von Getrieben. Weil die Laserschweißnähte sehr
schmal, aber trotzdem hoch belastbar sind und auch höchste Drehmomente
zuverlässig übertragen, erlauben sie den Konstrukteuren sehr
kompakte Bauweisen, die sich mit herkömmlichen Schweißnähten
nicht realisieren lassen. Schon seit einigen Jahren baut DaimlerChrysler
diese Technologie daher als Fügeverfahren im Getriebebau immer
weiter aus und ist inzwischen Benchmark auf diesem Gebiet. Mittlerweile
kommen lasergeschweißte Verbindungen bei allen Mercedes-
Pkw-Getrieben zum Einsatz.
Den Stand der Technik markiert derzeit das von DaimlerChrysler
entwickelte Automatikgetriebe 7G-Tronic, dessen Laser-Schweißnähte
es auf eine Gesamtlänge von 280 Zentimetern bringen und bei dem
nur noch Laser als Schweißverfahren eingesetzt wird. Weil der Laserstrahl
die Bauteile insgesamt ja nur wenig erwärmt, verziehen sich die
Zahnräder und Wellen praktisch nicht und sind nach dem Schweißen
sofort einbaufertig. Die hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten von
mehreren Metern pro Minute erlauben zudem hohe Produktionszahlen.
Allein das Mercedes-Benz-Werk Stuttgart-Hedelfingen fertigt mithilfe
moderner Laseranlagen täglich zirka fünftausend 5- und 7-Gang-
Automatikgetriebe.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Lasertechnologie 29
Untersuchen: Mikroskopaufnahmen zeigen
die Qualität von Laserschweißnähten.
Neben der sehr hohen Steifigkeit
und flexiblen Gestaltung der
Schweißnähte bieten Laser den
Vorzug, dass sie ihre Energie nur
von einer Seite einbringen. Dies
verschafft ihnen im Karosseriebau
zusätzliche Vorteile. Beim traditionellen
Punktschweißen im Rohbau
müssen die Elektroschweißzangen
von zwei Seiten an das Werkstück
geführt werden, was einen hohen
konstruktiven Aufwand sowohl für
die Werkstücke als auch für die
Werkzeuge erfordert. Mit Lasern
dagegen lassen sich nun Schweißnähte
an Stellen setzen, die mit
einer herkömmlichen Schweißzange
gar nicht zugänglich sind. Das
wiederum ermöglicht es, Schweißpunkte
und -nähte dort zu setzen,
wo sie konstruktiv am sinnvollsten
sind und man sie der tatsächlichen
Bauteilbelastung entsprechend anpassen
kann.
> Flansche verkürzen
Schließlich dient Laserschweißen
auch dem Leichtbau: Es erlaubt,
Flansche – also die Überlappungsbereiche
zweier Werkstücke – zu
verkürzen und trägt so zur Gewichts-
und Verbrauchsreduktion
des Fahrzeugs bei. So konnten die
Entwicklungsingenieure in den
Türen der neuen C-Klasse die Flansche
der hochfesten Stahlbleche
von 16 auf acht Millimeter verschmälern.
Weil die Überlappungsbereiche
nicht durch Schweißpunkte,
sondern durch kurze
Härten: Durch Laser lassen sich besonders
beanspruchte Oberflächen leicht härten.
Überwachen: Um auch bei hohen
Stückzahlen eine gleichbleibende
Qualität zu sichern, werden die
Schweißprozesse online kontrolliert.
Beschichten: Das Aufbringen von harten
Werkstoffen verringert den Verschleiß.
Schweißnähte verbunden sind, erhöht sich die mechanische Stabilität der
Türen. Zudem konnte der Türrahmen wesentlich schlanker gestaltet werden,
wodurch sich wiederum die Sicht verbessert. Das Laserschweißen
trägt hier deutlich zur Verbesserung von Sicherheit und Komfort bei.
> Oberflächen gezielt bearbeiten
Angesichts der zahlreichen Pluspunkte liegt es nahe, das Universalwerkzeug
Laser in möglichst vielen Bereichen einzusetzen. Deshalb haben die
Ingenieure der Produktions- und Werkstofftechnik (PWT) – unterstützt
von ihren Kollegen aus der Forschung – in den vergangenen zehn Jahren
mehr als 50 Laseranlagen in die Serienproduktion integriert. „Und die
Tendenz ist klar steigend, denn das Potenzial des Lasers ist bei weitem
noch nicht ausgeschöpft“, konstatiert Christian Elsner.
Im Laserzentrum Powertrain der PWT arbeitet man daher bereits an
zukünftigen Applikationen des Lasers, vor allem für die Bearbeitung von
Oberflächen. Die gebündelte und exakt dosierbare Energie des Lasers ermöglicht
es, die Eigenschaften eines Werkstücks an ausgewählten Stellen
dramatisch zu verändern, um zum Beispiel sehr harte oder verschleißfeste
Schichten in hochbelasteten Bereichen zu erzeugen. Der Rest des Bauteils
bleibt dagegen unverändert, der Aufwand für die Nachbearbeitung
reduziert sich erheblich.
Angesicht vieler Vorzüge ist die Ausbreitung des Lasers naheliegend.
Im Rohbau der Mercedes-Benz S-Klasse zum Beispiel werden derzeit insgesamt
14 Meter Schweißnähte mit Lasern erzeugt. In der Luxuslimousine
verschweißt man mit dem energiereichen Lichtstrahl neben den Türen
unter anderem die Längsträger im Vorbau. Zum Einsatz kommen
Schweißlaser ferner für die Dachrahmen und die Heckklappe der E-Klasse,
die Dachrahmen des CLS und das Dach des Viano. Beim neuen Mercedes-Benz
Sprinter sind es sogar 21 Meter Lasernähte, die für gute Verbindungen
in Boden und Dachbereich sorgen.
> Aluminium verzugfrei schweißen
Schließlich verbinden Laserstrahlen sogar die Aluminiumbauteile der
Türen des Maybachs und der S-Klasse. Gerade für Aluminiumwerkstoffe
eignen sich Laser wegen der geringen Wärmeentwicklung hervorragend;
mit herkömmlichen Schweißverfahren dagegen lässt sich das Leichtmetall
nur mit vergleichsweise großen thermischen Verzügen schweißen.
„Die Lasertechnologie ist so auch ein Schrittmacher in Sachen Leichtbau
und Kraftstoffsparen“, betont Markus Beck vom Forschungszentrum
Ulm. Die Fortschritte in der Laserbearbeitung ermöglichen aber nicht >

30
> Laser – ein prosperierender Markt
So dynamisch wie die Lasertechnologie selbst gibt sich auch der Lasermarkt, der sich
seit gut zwei Jahrzehnten durch jährliche Zuwachsraten zwischen 10 und 20 Prozent
auszeichnet. Einer der entscheidenden Gründe dafür ist die außergewöhnliche technische
Entwicklung der Laser. Bei Hochleistungsgeräten zum Beispiel erhöhte sich die
Leistung innerhalb weniger Jahre von zwei auf 20 Kilowatt.
Zugleich stieg ihr Wirkungsgrad von zwei auf 30 Prozent – damit wird die eingesetzte
Energie höchst effizient genutzt. Gleichzeitig haben sich in den vergangenen drei
nur den Konstrukteuren leichtere und stabilere Strukturen im Rohbau.
Setzt man das gebündelte Licht statt zum Schweißen zum Löten ein, eröffnet
dies auch den Designern völlig neue Möglichkeiten der Karosseriegestaltung.
Mercedes-Benz setzt das Laserlöten seit 2003 für die Heckdeckel
beim SLK und CLS sowie an der Seitenwand des Sprinters ein.
Auch beim Heckdeckel und der Heckklappe der neuen Mercedes-Benz C-
Klasse findet das Laserlöten Anwendung. Karosserieelemente, die sich
nicht aus einem Stück formen lassen, können durch Laserlöten aus zwei
Bauteilen zusammengefügt werden. Die Lötnaht dient in diesen Anwendungsfällen
zusätzlich als Designelement im direkten Sichtbereich des
Kunden.
> Mit Lasern löten
Im Gegensatz zu den verschiedenen Schweißverfahren, bei denen zwei
Bauteile miteinander verschmolzen werden, kommt beim Löten ein zusätzlicher
Werkstoff, nämlich das Lot, ins Spiel. „Dadurch lassen sich
Spalte zwischen Werkstücken überbrücken und es entsteht eine dichte
und sehr stabile Verbindung mit glatter Oberfläche, die sich ohne weitere
Nachbearbeitung lackieren lässt“, erläutert Ralf Bernhard von der PWT in
Sindelfingen. Das Laserstrahllöten hat zudem die Vorteile, dass die thermische
Belastung der Werkstücke sehr gering ist und die Fügestellen korrosionsbeständig
sind.
Trotz des bereits breiten Einsatzes von Lasern in der Serienproduktion
der Mercedes Car Group bleibt diese Zukunftstechnologie auch weiterhin
ein Thema für die Forscher und Entwickler. So suchen zum Beispiel Christian
Elsner und seine Kollegen im Laserzentrum Powertrain nach zuverlässigen
Lösungen zur Online-Prozesskontrolle. Ihr Ziel dabei: Auch bei
hohen Stückzahlen soll die Qualität der Lasernähte schon während des
Schweißvorgangs sichergestellt werden. Zwei der getesteten Systeme,
darunter eine Eigenentwicklung zusammen mit einem Sensorhersteller,
wurden schließlich in Produktionsanlagen integriert, in praxisnahen Versuchen
ausgiebig getestet und in die bestehenden Anlagen inzwischen
fast flächendeckend integriert.
> Prozesse online überwachen
Mit den bisherigen Ergebnissen der Online-Prozesskontrolle sind die Experten
der PWT sehr zufrieden. Christian Elsner: „Die Systeme erlauben
durch das Festlegen von Prozessgrenzen eine gleich bleibende Qualität
der Schweißverbindung. Ihre Integration in die Laserschweißanlagen ist
bei vollautomatisierten Abläufen und hohen Tagesstückzahlen sinnvoll,
Jahren die Preise für einen Hochleistungslaser halbiert. Die heutigen modernen Lasersysteme
sind nahezu wartungsfrei. Mussten die Ingenieure und Techniker früher zum
Beispiel alle 800 Stunden die so genannten Anregungslampen auswechseln, so haben
die inzwischen als Pumplichtquelle verwendeten Laserdioden eine Lebensdauer von
20000 Stunden; sie halten also 25-mal länger. Ein weiterer großer Vorteil der kleinen
Dioden ist, dass sie das laseraktive Medium nur in einer definierten Wellenlänge anregen
und so die eingestrahlte Energie effektiv nutzen.
Welding-on-the-fly: Beim RobScan-
Verfahren führt ein Roboterarm die
Laseroptik über die Werkstücke hinweg.
Zugleich lenken Kippspiegel den
Laserstrahl blitzschnell von einem
Schweißpunkt zum nächsten.
um mögliche Fehler frühzeitig zu
erkennen, Prozesse robust zu gestalten
und Kosten zu sparen.“
Trotz des erfolg- und umfangreichen
Einsatzes von Lasern in der
Serienfertigung sehen sich die
DaimlerChrysler-Forscher und ihre
Kollegen von der PWT noch vielfältigen
Aufgaben gegenüber. Sowohl
im Hinblick auf Kosteneinsparungen
als auch neue Einsatzmöglichkeiten
gibt es derzeit noch Grenzen
der Lasertechnologie. PWT-Spezialist
Ralf Bernhardt nennt zum Beispiel
„die mangelnde Standardisierung
bei Lasern, dem Laserequipment
und den Schnittstellen“. Zudem
ist eine Online-Qualitätskontrolle
wie beim Schweißen der Automatikgetriebe
nicht immer
durchgängig möglich, und die hohe
Fügegeschwindigkeit der Laser erschwert
es, die Schweißprozesse
online zu regeln.
> Neue Einsatzgebiete eröffnen
Dass hier Handlungsbedarf besteht,
betrachten die Ingenieure
freilich nicht als Hemmnis, sondern
als Herausforderung, die sie
gerne annehmen. „Der Laser hat
sich in etlichen Bereichen zum zuverlässigen
Werkzeug entwickelt“,
konstatiert Klaus-Dieter Debschütz
vom Forschungszentrum Ulm.
„Und durch neue Laserstrahlquellen
mit geringeren Kosten, verbesserter
Strahlqualität und höherer
Leistung werden sich noch mehr
Einsatzgebiete eröffnen.“>

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Lasertechnologie 31
Durchblick: Mit Lasern lassen sich
Oberflächen gezielt bearbeiten. Hier
begutachtet ein Mitarbeiter ein
Probenstück unter dem Mikroskop.
Laser haben sich zum zuverlässigen Werkzeug entwickelt
Probenstück: Um die verschiedenen
Lasersysteme für unterschiedliche
Einsatzgebiete praxisreif zu machen,
arbeiten die Forscher, Entwickler und
Produktionsspezialisten von Daimler-
Chrysler Hand in Hand.

32
An einem zukunftsweisenden Lackierverfahren für Lkw-Achsen arbeiten
Ingenieure von DaimlerChrysler im Werk Gaggenau. Die neue
Technologie ist schneller und kostengünstiger als der herkömmliche
Lackierprozess. Das größte Plus aber ist die Umweltfreundlichkeit:
Es werden keinerlei Lösemitteldämpfe frei.
Ein wesentlicher Impuls kam von der 31. BImSchV – so heißt die
neue Fassung der Bundesimmissionsschutzverordnung im Behördendeutsch.
Sie fordert unter anderem, dass Lackieranlagen ab
November 2007 deutlich weniger organische Lösemittel oder
VOC (Volatile Organic Compounds) als bisher freisetzen dürfen. „Damit
war klar, dass wir im Werk Gaggenau für die Lackierung von Lkw-Achsen
nach Alternativen suchen mussten. Unser Anspruch war aber noch umfassender;
wir wollten nicht einfach nur nach konventionellen Lösungen
suchen, um neue Grenzwerte einzuhalten, sondern ein zukunftsweisendes
Lackierverfahren entwickeln, das noch weitere Vorteile bietet“, sagt
DaimlerChrysler-Ingenieur Hans Maier, der zuständige Projektmanager
bei Truck Group Powertrain im Werk Gaggenau.
Bei der Suche nach geeigneten Lösungen für dieses anspruchsvolle
Ziel untersuchten Maier und seine Kollegen vom Kompetenzzentrum
Coating Technology Truck Group sowie der DaimlerChrysler-Forschung
und der Produktions- und Werkstofftechnik (PWT) zwei Varianten: die als
„Wasserlacke“ bekannten wässrigen Beschichtungsstoffe sowie die so
genannten UV-härtenden Lacke, die als das optimale „Zero-Emission-
System“ gelten. Hinter letzteren verbergen sich Lacke, die keinerlei flüchtige
Lösemittel enthalten und sich von herkömmlichen Lacken in einem
weiteren, wesentlichen Punkt unterscheiden – der Härtung.
Während konventionelle Lacke in einem Ofen bei Temperaturen von 80
Grad Celsius in einer Zeit von etwa 30 Minuten trocknen, kann ein UV-
Lack ausschließlich durch das Einwirken von ultraviolettem Licht (UV)
innerhalb von Sekunden aushärten. Möglich ist dies, weil die UV-Lacke
Bestandteile enthalten, die als Photoinitiatoren bezeichnet werden und
beim Bestrahlen mit energiereichem UV-Licht so genannte Radikale bilden.
Diese wiederum regen die Bindemittelkomponenten des flüssigen
Lacks an, sich miteinander zu verbinden. Dabei entsteht ein sehr dichtes
Netzwerk aus Lackharz, Farbpigmenten und Füllstoffen, die zu einer Lackschicht
mit einer extrem widerstandsfähigen Oberfläche erstarren. Der
Prozess des Aushärtens wird also durch das UV-Licht angestoßen und
läuft dann von allein ab.
> Hohe Recyclingquote senkt Materialverbrauch
Fachleute sprechen dabei von einem 100-Prozent-System, weil sämtliche
Inhaltsstoffe des flüssigen UV-Lacks auch nach dem Trocknen in der
Lackschicht verbleiben. Bei herkömmlichen Lacken dagegen verdunstet
ein großer Teil des flüssigen Lacks als Lösemittel beim Trocknen. „Da bei
den UV-Lacken unter normalen Umgebungsbedingungen keine Verdampfungsverluste
auftreten, bleiben sie in ihrer Zusammensetzung unverändert“,
erläutert DaimlerChrysler-Ingenieur Guido Helm, Initiator und Entwickler
der UV-Technologie für Aggregate. Eventuelle Lackreste und
Overspray – also Lack, der beim Spritzen nicht auf das Bauteil trifft – lassen
sich deshalb problemlos wiederverwenden. „Diese hohe Recyclingquote
senkt den Materialverbrauch und die Kosten spürbar“, vermerkt
Hans Maier zufrieden. >
Ohne Lösemittel
umweltfreundlich lackieren
Trocken
in Sekundenschnelle

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > UV-Lacke 33
> UV-Härtung: Zügige Produktion mit Lack und Licht
Durch die Kuppel: Der Längsschnitt
der Anlage zur Härtung von Lkw-
Achsen zeigt, wie die Bauteile durch
eine Stickstoffatmosphäre (blau)
geschleust werden. Die UV-Lampen
in der Mitte beleuchten die Achsen
gleichmäßig von allen Seiten. Wenn
die tonnenschweren Achsen aus der
Anlage schweben, sind sie bereits
montagefertig lackiert.
In der Härtungskammer: Im Ulmer
Forschungszentrum finden Versuche
zur UV-Lackierung von Zylinderkurbelgehäusen
statt. Ein Mitarbeiter bringt
ein Dosimeter zur UV-Lichtmessung
an – während des Vorgangs wird die
Leuchtstärke der Lampen reduziert.

34
Inmitten von Lampen: Die gut zwei
Meter langen und mit UV-Lack beschichteten
Achsen wandern durch
einen Ring aus sechs UV-Lampen.
Deren Licht fällt von allen Seiten
gleichmäßig auf die Achse und löst
im nassen Schutzlack eine schnelle
Aushärtungsreaktion aus.
Ein Technologievergleich von so genannten UV-Lacken mit herkömmlichen Lacken,
die Lösemittel enthalten oder wasserbasiert sind, zeigt eindeutig: Die
nur einschichtig aufgebrachten UV-Lacke beschleunigen die Produktionszeit
und verringern die Kosten. Vor allem aber gilt: Sie entlasten die Umwelt, weil
keinerlei organische Lösemittel oder VOC (Volatile Organic Compounds) frei
werden. Gegenüber wasserbasierten Lacken sind auch die entstehenden
Mengen an Abfall und Abwasser deutlich geringer.
> UV-Licht schlägt Wasserlack
Wasserlack UV-Lack
VOC – Emission 5 % 0 %
Lackaufbau 2 Schichten 1 Schicht
Prozesszeit (Härtung) 30 Minuten unter 1 Minute
Energiebedarf 100 % 60 %
Lackschlamm/Abfall 100 % 5 %
Abwasser 100 % 3 %
Anlagenfläche 100 % 60 %
Stückkosten 100 % 80 %

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > UV-Lacke 35
Er und seine Kollegen schätzen auch die weiteren Vorzüge der UV-
Lacke. Weil die Luft in den Spritzkabinen nicht mithilfe einer üblichen
Nassauswaschung gereinigt werden muss, fallen auch kaum Abfälle und
Lackschlämme an, die man aufwendig entsorgen müsste. Hinzu kommt,
dass das Aufheizen und Abkühlen der kompletten Lkw-Achsen, die bis zu
einer Tonne schwer sind, bei traditionellen Lackierverfahren bisher viel
Energie verbrauchen und man bei UV-Lack durch den Verzicht auf
Trockenöfen einen hohen Anteil dieses Energiebedarfs einsparen kann.
Neben den Kosten minimieren die UV-Lacke auch den Flächenbedarf
für die Lackieranlagen – ein Umstand, der vor allem die Werks- und Produktionsplaner
freut. Statt langgestreckter Trockenöfen sowie großflächiger
Abkühlzonen reicht zukünftig eine Lackieranlage, die nur rund zehn
Meter lang ist. Maier: „Nach dem Verlassen der Anlage sind die UVlackierten
Achsen sofort einbaufertig und können umgehend an die Produktionsbänder
geliefert werden.“
Obwohl das Verfahren schon seit vergangenem Jahr funktioniert, führen
die DaimlerChrysler-Ingenieure derzeit noch weitere Betriebsversuche
durch. Von deren Ergebnis wird es abhängen, ob ein Start für die
Serienproduktion im Jahr 2009 realisiert werden kann. Dazu wollen die
Techniker vor allem noch die Lackeigenschaften weiter verbessern, Langzeittests
durchführen und die Prozessparameter optimieren.
„Lacke, die durch UV-Licht aushärten, sind im Grunde nichts Neues –
neu ist der Einsatz bei großen Fahrzeugteilen mit komplexer Geometrie.
Möbelhersteller setzen sie seit Jahren als Klarlack ein, in der Industrie
werden Kleinstteile damit behandelt,
und es gibt sogar Nagellack,
der mit einer kleinen UV-Lampe gehärtet
wird“, berichtet Guido Helm
vom Kompetenzzentrum Coating
Technology Truck Group.
Doch weil zwischen manikürten
Fingernägeln und tonnenschweren
Hinterachsen in mancherlei Hinsicht
Welten liegen, sahen sich die
Ingenieure besonderen Herausforderungen gegenüber. „Vor allem die
hohen Qualitätsansprüche an den Lack und die komplexe Geometrie der
Lkw-Achsen haben sich als hohe technologische Hürden erwiesen“, so
Roland Gottstein, der im Werk Gaggenau für die Lackierqualität zuständig
ist. Um diese Hürden zu überwinden, kooperierten die Gaggenauer Experten
von Anfang an eng mit ihren Kollegen aus dem Kompetenzzentrum
Coating Technology, der DaimlerChrysler-Forschung und der Produktions-
und Werkstofftechnik.
> Sechs Lampen sorgen für perfekte Ausleuchtung
Im Forschungszentrum Ulm führte das Team erste Versuche mit verschiedenen
Achskomponenten durch. Hier ging es vor allem darum, die UV-Beleuchtung
so zu gestalten, dass auf der Oberfläche der Bauteile überall
genügend Licht ankommt, um den Aushärtungsprozess in Gang zu setzen.
Als praktikable und sichere Lösung erwiesen sich schließlich sechs
UV-Lampen, die rund um die lackierte Achse optimal platziert sind und
diese von allen Seiten gezielt bestrahlen. „Die vollflächige Aushärtung ist
absolut notwendig, um den Korrosionsschutz für die Achse zu gewährleisten“,
betont Claudia Witt von der PWT.
Eine andere Herausforderung bei diesen Grundlagenuntersuchungen
war der Sauerstoff der Luft. Er bremst nämlich den photochemischen
Lacke, die durch UV-
Licht aushärten, sind
nichts Neues – neu ist
der Einsatz bei großen
Fahrzeugteilen mit
komplexer Geometrie
An der Kette: Vor dem Aushärten werden
die an dicken Ketten hängenden
Lkw-Achsen mit einem UV-Lack beschichtet.
Im derzeitigen Versuchs–
stadium geschieht das noch manuell
mit einer Spritzpistole – später sollen
Roboter diese Arbeit übernehmen.
genieure mussten also eine sauerstofffreie
Atmosphäre schaffen.
Dazu stellten sie in den Anfängen
die komplette Beleuchtungsanlage
in einen großen Container, den sie
anschließend mit gasförmigem
Kohlendioxid (CO 2 ) befüllten. Weil
CO 2 schwerer ist als Sauerstoff,
wird dieser nach oben verdrängt
und der UV-Prozess kann ungehindert
ablaufen.
> Stickstoff dient als Schutzgas
Nachdem im Ulmer Forschungszentrum
die Ergebnisse durchweg
positiv ausgefallen waren, verlagerte
das Team seine Aktivitäten
ins Werk Gaggenau und führte dort
Versuche mit Original-Lkw-Achsen
durch. Ziel war es, den Prozessablauf
zu verbessern und bei den UV-
Lacken die Steinschlagbeständigkeit
und den Korrosionsschutz zu
erhöhen. Auch diese Tests fanden
in einem Container unter CO 2 -Atmosphäre
statt. „Doch in dieser
Form hat das Verfahren Nachteile“,
erläutert Guido Helm. „Man
braucht in dieser Versuchsanordnung
viel Zeit für den Taktbetrieb,
bei dem die schweren Achsen
nacheinander in den Container abgesenkt
und wieder herausgehoben
werden müssen.“
Für die Ingenieure um Versuchsleiter
Helm standen damit
die nächsten Aufgaben fest, für die
sie dann auch eine umfassende Lösung
fanden. Gemeinsam mit der
Firma Sturm Maschinenbau, einem
Lackieranlagenhersteller, konzipierten
die UV-Lackspezialisten eine
neuartige Technikumsanlage.
Diese ermöglicht einen raschen
Durchlaufbetrieb und verwendet
als Schutzgas statt CO 2 reinen
Stickstoff (N 2 ), der gesundheitlich
und ökologisch völlig unbedenklich
ist.
> Achsen hängen an der Kette
In der gut zehn Meter langen Versuchsanlage
sind die Lkw-Achsen
waagrecht an Tragschienen aufgehängt
und werden durch eine Art
Kuppel gezogen, in deren obe-
Härtungsprozess und kann ihn sogar völlig stoppen – die Forscher und In- >

36
Hinter den Kulissen: Damit die sechs
UV-Lampen nicht überhitzen, sind sie
mit einer Luftkühlung versehen. Hier
überprüft ein Mitarbeiter gerade zwei
Luftschläuche (Foto rechts).
Nur mit Vorlackierung: Glockennaben
(Foto unten, links) bilden den Abschluss
der Lkw-Achsen. In einer
kleinen Anlage (Foto unten, rechts)
werden sie separat mit UV-Lack
beschichtet, um „Spritzschatten“
unter den Radbolzen zu vermeiden.
rem Teil die sechs UV-Lampen installiert
sind. Die Kuppel ist mit
Stickstoff befüllt; weil dieser stetig
nachgeführt wird, reichert er sich
in der Kuppel an und garantiert die
zum Aushärten notwendige sauerstofffreie
Atmosphäre.
> Motoren werden UV-lackiert
Bei den ersten Versuchen in der
Technikumsanlage optimierten die
Fachleute die verschiedenen Arbeitsschritte
für den Durchlaufbetrieb,
angefangen vom Aufbringen
des Lacks über das Aushärten mit
UV-Lampen bis zur Steuerung der
Stickstoffatmosphäre.
Die jüngsten Betriebsversuche
galten dann mehr den verschiedenen
UV-Lacken, die gemeinsam in
enger Zusammenarbeit mit der
Lack- und Farbenfabrik Karl Wörwag
entwickelt wurden.
Weil auf die Achsen nur eine
einzige Lackschicht aufgebracht
wird, muss diese mehrere Anforderungen
zugleich erfüllen: Sie soll
vor Korrosion und Steinschlag
schützen, temperatur- und chemikalienbeständig
sein und schließlich
auch eine ansprechende, zum
Fahrzeug passende Farbe haben.
„Hinzu kommt“, so Roland Gottstein
vom Werk Gaggenau, „dass
der Einschichtlack auf unterschiedlichen
Materialien sicher
haften muss. An den Achsen finden
sich Teile aus Metallguss, aber
auch vorbeschichtete Komponenten,
die zum Beispiel eine konven-
Wenn die Praxistests
weiter erfolgreich
verlaufen, könnte bald
der Startschuss für
die erste Großserienanwendung
fallen
tionelle oder kathodische Tauchlackierung
sowie eine Pulverlackierung
erhalten haben“.
Während sich die UV-Lackierung
von Achsen der Serienreife
nähert, führen die Ingenieure von
DaimlerChrysler schon weitere
Prinzipversuche durch. Sie wollen
herausfinden, ob sich die UV-Technologie
auch für Lkw-Motoren eignet. Vielversprechend verliefen zum
Beispiel Tests mit Zylinderkurbelgehäusen, bei denen ein spezieller UV-
Lack zum Einsatz kommt, der sich durch eine besonders hohe Korrosionsund
Hitzebeständigkeit auszeichnet und mit dem sich sogar Metalliceffekte
erzielen lassen. „Wir haben auch schon erfolgreiche Tests mit
kompletten Motoren durchgeführt, die mit einem temperaturbeständigen
UV-Klarlack behandelt wurden, der als Korrosionsschutz dient“, berichtet
Guido Helm weiter. „Allerdings stehen diese Versuche zur Motorenlackierung
erst am Anfang.“
Bei einem erfolgreichen Abschluss der gegenwärtig noch laufenden
Praxistests könnte im Werk Gaggenau schon bald der Startschuss für die
erste Serienanwendung der UV-Lacktechnologie fallen. Dort entstand bereits
im Frühjahr eine Anlage, in der nun so genannte Glockennaben mit
UV-Lack vorbeschichtet werden. Die zylinderförmigen Glockennaben bilden
die äußeren Abschlusselemente der beiden Achshälften. Weil sie auf
einer fertig montierten Achse von bis zu zwölf Radbolzen umringt sind,
entstehen beim Lackieren so genannte Spritzschatten, in denen sich die
erforderliche Schichtdicke nicht erzielen lässt.
> UV-Lacktechnologie erschließt neue Einsatzgebiete
Um trotzdem eine gleichmäßig dicke Lackschicht zu gewährleisten, werden
die Glockennaben separat vorlackiert. Nur durch den blitzartig härtenden
UV-Lack ist auf diese Weise eine Vorbeschichtung innerhalb des
Prozessablaufs in der Fertigung möglich. „Das ist zwar nur eine kleine Anwendung,
aber sie zeigt eine große Wirkung“, freut sich Versuchsleiter
Guido Helm. Und Martin Schorsch, der Leiter des Kompetenzzentrums
Coating Technology Truck Group, fügt hinzu: „Durch unsere Entwicklungsarbeit
lassen sich immer weitere Anwendungsfelder für den Einsatz dieser
hoch effizienten UV-Lacktechnologie aufzeigen. Die UV-Lacktechnologie
wird aufgrund ihrer vielfältigen Vorzüge das zukunftsträchtige Lackierverfahren
in der Fahrzeugindustrie werden.“
>

S.37
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38
Einstellung: Die Fallhöhe des an Seilen
aufgehängten Pendels lässt sich exakt
justieren. Dies stellt sicher, dass bei
einer Testreihe der Aufprall immer
gleich stark ist und die Versuchsergebnisse
damit vergleichbar sind.
Aufprall: Mit voller Wucht schlägt das
anderthalb Kilogramm schwere
Gewicht gegen einen Kotflügel aus
thermoplastischem Kunststoff. Mit
dem Pendelschlagtest prüfen Ingenieure
das Verhalten von Werkstoffen.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Nanotechnologie 39
Leichter bauen mit Nanos
Neuartige Kunststoffe für die Autos von morgen
Durch die Forderung nach sinkenden CO 2 -Emissionen gewinnt das
Thema Leichtbau immer mehr an Bedeutung. Mit Nanopartikeln
modifizierte thermoplastische Kunststoffe sind leicht und eignen
sich für Kotflügel und andere flächige Karosseriebauteile. Werkstoffexperten
von DaimlerChrysler arbeiten daran, solche Kunststoffe
in den Fahrzeug-Produktionsprozess zu integrieren.
Es ist kalt, sogar bitterkalt, wenn Erich Lehner und seine Kollegen
von der Produktions- und Werkstofftechnik (PWT) im Werk Sindelfingen
zum Pendelschlagtest schreiten. Stellenweise herrschen
minus 25 Grad Celsius im Prüfstand, in dem die Ingenieure das
Materialverhalten von Kotflügeln und anderen Bauteilen untersuchen. Für
den Test haben die Werkstoffexperten mehrere Kotflügel zunächst in einem
Klimaschrank auf minus 40 Grad abgekühlt, bevor sie im Prüfstand
die Bauteile in eine Vorrichtung spannen. Dann lassen sie ein schweres
Pendel gegen die Kotflügel prallen. Ihr Ziel: Sie wollen herausfinden, wie
sich Bauteile bei unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten verhalten.
Bei den traktierten Kotflügeln handelt es sich um besondere Stücke.
Es sind Versuchsbauteile, die nicht wie gewohnt aus Stahlblech sondern
aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen und deshalb deutlich leichter
sind. „Solche Leichtbauelemente“, erläutert Erich Lehner, „bieten eine
gute Möglichkeit, der ‚Gewichtsspirale’ entgegenzuwirken, die aus den
steigenden Anforderungen an Sicherheit, Komfort und Fahrleistungen
resultiert und zu ständig wachsenden Fahrzeuggewichten führt.“ Hinzu
kommt: Konsequenter Leichtbau ist einer der möglichen Ansätze, die
DaimlerChrysler-Ingenieure auf dem Weg zu geringeren Verbräuchen und
CO 2 -Emissionen seit vielen Jahren mit hohem Aufwand verfolgen.
> Ideale Werkstoffe für das Design der Außenhaut
Thermoplaste, also schmelzbare Kunststoffe, bieten im Vergleich zu Metallen
einige Vorteile. Zum einen sind sie dank ihres geringeren spezifischen
Gewichts leichter und lassen den Verbrauch sinken. Zum anderen
sind sie hervorragende Design-Werkstoffe, die sich durch Spritzgießen in
nahezu jede Form bringen lassen. Das macht sie zum idealen Material für
die Außenhaut des Autos. Bei Serienfahrzeugen dienen sie als Verkleidung
für Stoßfänger und Türschweller oder als Seitenschutzleisten an den
Türen. Meist bestehen sie aus Polypropylen-Mischungen (PP) und weisen
aufgrund der niedrigen Dichte eine relativ hohe gewichtsspezifische Steifigkeit
auf. Oft handelt es sich um Anbauteile, die von Zulieferfirmen hergestellt
und in den jeweiligen Wagenfarben lackiert werden.
Konsequenter
Leichtbau ist ein guter
Ansatz, um den Kraftstoffverbrauch
und
die CO 2- Emissionen
weiter zu senken
Das ist einerseits von Vorteil,
weil die Zulieferer sehr flexibel reagieren
können. Andererseits verteuert
das externe Lackieren die
Bauteile erheblich, weil jeder Zulieferer
eine eigene Lackieranlage
aufbauen muss. Zudem ist es
schwierig, mit den unterschiedlichen
Anlagen und Werkstoffen
immer exakt denselben Farbton zu
treffen. Lehners Kollege Jens Humpenöder
von der DaimlerChrysler-
Forschung in Ulm erläutert dies näher:
„Schon kleinste Unterschiede
in Farbton, Glanzgrad und Oberflächenbeschaffenheit,
die aus verschiedenen
Lackierverfahren resultieren
können, erschweren die
Integration der Anbauteile in die
restliche Fahrzeugoberfläche.“
Doch das Problem mit der Farbtonübereinstimmung
lässt sich
durch eine gemeinsame Lackierung
umgehen, wobei zugleich Kosten
eingespart werden. Bei dieser
„On-Line-Lackierung“ durchlaufen
die Kunststoffanbauteile zusammen
mit der Stahlkarosserie den
gesamten Lackierungsprozess einschließlich
der kathodischen
Tauchlackierung (KTL), die als Korrosionsschutz
und Untergrund für
die Farb- und Klarlacke dient.
Doch bei der KTL treten kurzzeitig
Temperaturen von mehr als 200
Grad Celsius auf – dies schließt
herkömmliche Thermoplaste vom
On-line-Lackieren aus. Zwar gibt es
für Außenbauteile auch Kunststoffmischungen
aus Polyamid und >

40
> Leitinnovation NanoMobil
„Kompetenz in Sachen Nanotechnologie gehört im Automobilbau der Zukunft zu den
Kernkompetenzen, die zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit unbedingt erforderlich
sind“, so das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Aus dieser Einschätzung heraus unterstützt das Ministerium im Projekt „Leitinnovation
NanoMobil“ Forschungs- und Entwicklungsvorhaben für nanotechnologische Anwendungen
in der Verkehrstechnik, speziell der Automobilindustrie und ihrer Zulieferer.
Im Mittelpunkt der verschiedenen Teilprojekte stehen der direkte Nutzen durch
verringerten Kraftstoffverbrauch, höhere Fahrsicherheit und die Langlebigkeit der
Produkte. Zudem soll das Verbundprojekt die Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der
Nanotechnologie bündeln, die sich mit Anwendungen im Automobilbereich befassen.
Polyphenylenether (PA/PPE), die sich für einen solchen Lackierprozess
eignen, doch unterm Strich sind sie eine Lösung, die nicht rundum zufriedenstellt.
Deshalb arbeiten DaimlerChrysler-Ingenieure zusammen mit
externen Partnern aus Forschung und Industrie daran, die Thermoplaste
weiter zu optimieren, um sie On-line lackieren zu können. Im Rahmen des
vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Programms
„Leitinnovation NanoMobil“ wollen die Forscher und Entwickler die Wärmeformbeständigkeit
erhöhen, die thermische Längenausdehnung reduzieren
und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften verbessern.
Schon bisher enthalten Thermoplaste Füllstoffe wie Glasfasern oder
Graphit, die zum Beispiel das Ausdehnungsverhalten oder die elektrische
Leitfähigkeit der Kunststoffe beeinflussen. Die Füllstoffe erhöhen die
Qualität der Kunststoffe, machen diese aber schwerer – und der Leichtbauvorteil
schwindet. „Hier bringen wir nun so genannte nanoskalige Füllstoffe
wie Nanoclays oder Nanotubes ins Spiel, die das Eigenschaftsprofil
von Thermoplasten signifikant verbessern können“, umreißt Erich Lehner
die Ziele des BMBF-Teilprojekts „Leichtbau mit thermoplastischen Nanocomposites“,
dessen Federführung bei DaimlerChrysler liegt.
Nanoclays sind Schichtsilikate, also Tonmineralien, mit einer Größe
von wenigen Nanometern. Bei den Nanotubes handelt es sich um Kohlenstoff-Nanoröhren
(Carbon Nanotubes, CNTs) und um Kohlenstoff-Nanofasern
(Carbon Nanofibers, CNFs), also um Makromoleküle aus Kohlenstoff,
die sich in einem Gerüst von Sechsecken zu winzigen, langgestreckten
Zylindern anordnen.
> Starker Gewichtsverlust durch Nanopartikel
Die bisherigen Forschungs- und Entwicklungsergebnisse zeigen: Versetzt
man Thermoplaste mit Nanoclays, erhöhen sich die Steifigkeit und Festigkeit
des Bauteils bei nahezu gleichbleibender Materialdichte und -zähigkeit.
„Bereits mit geringen Anteilen von wenigen Gewichtsprozent lassen
sich mechanische Eigenschaften erzielen, die sonst nur mit sehr hohen
Anteilen von mehr als 30 Gewichtsprozent herkömmlicher Füllstoffe erreichbar
sind“, berichtet Jens Humpenöder.
Dies bedeutet: Mit Nanopartikeln versetzte Thermoplaste bieten nicht
nur eine Gewichtsersparnis gegenüber metallischen Werkstoffen, sondern
auch gegenüber konventionellen Kunststoffmischungen. Zudem erhöhen
sich durch den Zusatz von Nanoclays die Oberflächenqualität und
die Verarbeitungseigenschaften der Thermoplaste. Dadurch kann man
die Wandstärken der Bauteile deutlich reduzieren, also zusätzlich Gewicht
einsparen, oder beim Spritzgießen die Fließwege verlängern, wodurch
sich wiederum die Kosten für aufwendige Werkzeuge verringern.
Versetzt man die Thermoplaste statt mit Nanoclays mit CNTs oder
CNFs, lassen sich zum Teil noch bessere Materialeigenschaften erzielen.
Die winzigen Kohlenstoffpartikel sind ausgesprochen fest und elastisch,
Mit Nanopartikeln
versetzte Thermo–
plaste sind leichter als
metallische Werkstoffe
und herkömmliche
Kunststoffmischungen
Vorbereitung: Ein Mitarbeiter des MTC
(Mercedes Technology Center) in
Sindelfingen präpariert einen Leichtbau-Kotflügel
für einen Test in der
Klimakammer. Hier können die
Ingenieure bei Bedarf auch arktische
Extremtemperaturen einstellen.
was sie zur Verstärkung von Kunststoffen
prädestiniert. Zudem kann
man mit ihnen eine gute elektrische
Leitfähigkeit einstellen, die
für die kathodische Tauchlackierung
(KTL) unerlässlich ist.
Die Anforderungen an KTL-fähige
Thermoplaste sind schon heute
enorm: Neben den guten mechanischen
Eigenschaften, der elektrischen
Leitfähigkeit und einer sehr
hohen Wärmeformbeständigkeit
sollen sie zugleich über eine niedrige
thermische Längenausdehnung
verfügen. Durch den Leichtbautrend
zu Body-Panels – zum Beispiel
Kotflügel und Türaußenverkleidungen
aus Kunststoffen – liegt
die Messlatte inzwischen noch ein
Stück höher. Gerade für solche
großflächigen Teile ist eine weitere
Materialoptimierung besonders im
Hinblick auf das mechanische Verhalten
und auf die Wärmeausdehnung
unerlässlich.
Nach der grundlegenden Untersuchung
verschiedener Nano-Thermoplaste
und deren Eignung für diverse
Bauteile, haben die Ingenieure
in Sindelfingen inzwischen auch
einen Versuchsträger auf die Räder
gestellt – ein S-Klasse-Fahrzeug
mit Leichtbau-Kotflügeln auf Nano-
Basis. Erich Lehner fasst die Vorzüge
so zusammen: „Ein großer Vorteil
der thermoplastischen Nano-
Kunststoffe gegenüber herkömmlichen
Kunststoffmischungen liegt
in ihrem geringeren Füllstoffanteil,
der ausreicht, um die geforderten
Eigenschaften zu erzielen. Dadurch
ist die Gewichtseinsparung
bei diesen Materialen besonders
deutlich ausgeprägt.“>

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Nanotechnologie 41
> Projekt Leichtbau-Nanos
Im Rahmen des Vorhabens „Leitinnovation NanoMobil“ fördert das Bundesministerium
für Bildung und Forschung (BMBF) das Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Leichtbau
mit thermoplastischen Nanocomposites“. An dem vor zwei Jahren gestarteten Projekt
sind unter der Federführung von DaimlerChrysler fünf Kooperationspartner beteiligt:
> Das Leibnitz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) in Dresden
stellt mithilfe diverser Verfahren des chemischen Abscheidens (Chemical Vapor Deposition,
CVD) die unterschiedlichsten Nanopartikel und -strukturen her. So können die
Wissenschaftler mehrwandige und einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren und Nanofasern
synthetisieren und durch modernste Verfahren der Elektronenmikroskopie und der
Röntgenanalytik exakt charakterisieren.
> Das ebenfalls in Dresden ansässige Leibnitz-Institut für Polymerforschung (IPF)
betreibt anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Polymersynthese.
Für das Leichtbauprojekt untersuchen zwei Teams, wie sich Nanoclays
(Schichtsilikate) und Kohlenstoff-Nanopartikel optimal in Polypropylen-Kunststoffe einbringen
lassen. Dazu betrachten sie etwa die internen Oberflächenspannungen innerhalb
des Kunststoff-Nanopartikel-Gemischs. Ferner arbeiten sie an Verfahren, mit denen
man Nanoteilchen in eine Kunststoffschmelze einbringen und optimal verteilen kann.
> Die Süd-Chemie AG ist nicht nur Hersteller von anorganischen und organisch modifizierten
Nanoclays, sondern untersucht auch, wie sich durch Abänderungen der Partikeloberflächen
die Herstellung dieser Thermoplaste weiter vereinfachen lässt.
> Die General Electric Plastics GmbH liefert technische Thermoplaste für die Automobil-
und Elektroindustrie. Das Unternehmen forscht unter anderem an Verarbeitungsprozessen
sowie an Hochleistungskunststoffen, die durch den Einsatz von Nanotechnologie
elektrisch leitfähig gemacht werden und sich so für elektrostatische Lackierverfahren
im Karosseriebau eignen.
> Ingenieure von DaimlerChrysler schließlich untersuchen anhand von Demonstrator-
Bauteilen (Tankklappen, Kotflügel, Body Panels für die äußere Seitenverkleidung), wie
gut sich die verschiedenen Thermoplaste mit Nano-Füllstoffen für den Fahrzeugbau eignen.
Die im Spritzgießverfahren hergestellten Versuchsbauteile durchlaufen zahlreiche
definierte Tests und Prüfungen; dazu gehören zum Beispiel Schlag- und Bruchtests,
Steinschlagerprobung, Wärmewechseltests, Alterungsversuche, Klimaprüfungen sowie
Lackierverfahren und die Beurteilung der Serientauglichkeit.

42
Farben,
Folien
und
Antennen
Neues Herstellungsverfahren
für Leichtbauelemente
Ein neuartiges Dachelement für die Mercedes-Benz R-Klasse ist Vorreiter
in Sachen Lackfolientechnologie. Das Kunststoffbauteil dient
als Antennendeckel; hergestellt wird es aus Kunststoff und einer
mit Lack beschichteten Folie. Das neue Verfahren spart Kosten und
kann zu einer Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Leichtbauelementen
werden. Auch für Designer und Konstrukteure bietet
es langfristig neue Perspektiven – sie könnten Antennen und Sensoren
direkt in Kunststoffbauteile für die Außenhaut integrieren.
Radio hören im Auto war früher eine simple Sache – eine einfache
Stabantenne, meist auf dem Kotflügel verschraubt, genügte für
den Kontakt zur Außenwelt. Heute sind die Funkverbindungen
nach draußen wesentlich vielfältiger – in einem Oberklassefahrzeug
stecken bis zu 18 Antennen. Sie empfangen nicht nur Radio- und
Fernsehprogramme, sondern dienen auch zur Telekommunikation, Navigation,
Telematik, Fernbedienung und Abstandsregelung. Weitere Antennen
für die Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation dürften in absehbarer Zeit
hinzukommen.
Vor allem Designer möchten diese Vielzahl an Antennen am liebsten
komplett unter der Karosserie verstecken. Doch die Außenhaut der Autos
besteht in der Regel aus Metallblechen, und diese stören die Funksignale.
Um Antennen trotzdem unter der Karosserie zu verbergen, entwickelten
Fahrzeugingenieure spezielle Abdeckungen aus Kunststoff, die den Funkempfang
nicht beeinträchtigen.
Von außen unsichtbare Antennen stecken zum Beispiel unter der
Heckklappe im Maybach, in der Mercedes-Benz CL-Klasse und im CLK
Cabrio. Auch in der M- und der R-Klasse bestehen Teile des Dachs aus
einer Kunststoffabdeckung, die in der Wagenfarbe lackiert ist. Im Grund
ist damit alles in bester Ordnung: Die Antennen funktionieren und die
Kunststoffelemente unterscheiden sich äußerlich in keiner Weise von der
übrigen Karosserie.
Eigentlich könnten die Ingenieure der Mercedes Car Group mit ihrer
Arbeit zufrieden sein. Doch auch was gut ist, lässt sich weiter optimieren
– zum Beispiel der Antennendeckel für die R-Klasse. Wie die gesamte
Karosserie beschichtet man dieses Kunststoffbauteil bisher durch Nasslackieren.
„Doch das ist ein teures Verfahren mit hohen Stückkosten. Weil
immer mehr Bauteile weltweit bei verschiedenen Lieferanten produziert
werden, muss jeder von ihnen in kostspielige Lackieranlagen investieren“,
sagt Walter Aichholzer von der Produktions- und Werkstofftechnik
(PWT) in Sindelfingen. „Hinzu kommt: Der Farbton der Anbauteile muss
absolut mit dem der Karosserie übereinstimmen – egal, ob der Untergrund
aus Stahlblech, Aluminium oder Kunststoff besteht und egal, ob
das Teil in Deutschland, den USA oder Südafrika hergestellt wird.“
> Farbtöne exakt getroffen
Eine elegante Lösung für das Antennendeckelproblem haben Aichholzer
und seine Kollegen durch ein Bauteil mit so genannter Lackfolie gefunden:
Die neuartige Antennenabdeckung besteht aus Kunststoff, erlaubt
also ungestörten Funkempfang. Und die zu ihrer Herstellung entwickelte
Lackfolientechnologie garantiert die erwünschte Farbtongleichheit mit
der Karosserie und senkt spürbar die Herstellungskosten.
Gewöhnlich werden Karosseriebauteile zunächst aus einem Werkstoff,
etwa Stahlblech, geformt und anschließend auf der Außenseite
lackiert. Bei dem neuen, etwa einen halben Quadratmeter großen Antennendeckel
für die R-Klasse läuft dieser Prozess im Prinzip in umgekehrter
Reihenfolge ab.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 Schwerpunkt > Lackfolien 43
Ausgehärtet: Eine UV-Lampe fährt
über ein dünnes Bauteil aus Lackfolie,
das zuvor durch Tiefziehen seine
endgültige Form als Dachelement
erhielt und jetzt ausgehärtet wird.
Eingebaut: Das Lackfolienbauteil
dient als Antennendeckel im hinteren
Dachbereich der R-Klasse (oben).
Montagefertig: Ein Roboter fügt die in
der Wagenfarbe ans Band gelieferten
Antennendeckel ins Dach ein (rechts).
Zuerst wird auf eine Kunststoff-
Trägerfolie sowohl ein farbgebender
Basislack als auch ein schützender
Klarlack aufgetragen und in
einem Umluftofen so erwärmt,
dass die Lackschicht zwar physikalisch
trocken und grifffest, aber
noch nicht chemisch ausgehärtet
ist. Dann kommt die beschichtete
Folie in eine Tiefziehform und wird
dort zur Außenhaut des Antennendeckels
umgeformt, bevor der Lack
unter einer Lampe mit ultraviolettem
Licht (UV) aushärtet.
Die nun starre Folienhaut hat
zwar ihre endgültige dreidimensionale
Form, muss aber noch mechanisch
verstärkt werden, weil sie
nur einen Millimeter dick ist. Dazu
wird eine Fasermatte auf die Rückseite
der Lackfolie gelegt und ein
Kunststoffschaum aus Polyurethan
(PUR) aufgespritzt. Durch abschließendes
Pressen wird das Bauteil
schließlich zum montagefertigen
Dachelement.
„Ein technologisch entscheidender
Schritt bei diesem Prozess
ist, dass das Trocknen und das >

44
Aushärten des UV-Lacks in zwei getrennten Schritten erfolgen“, erläutert
Walter Aichholzer, der das Projekt zuerst im DaimlerChrysler-Forschungszentrum
Ulm und dann in der Produktions- und Werkstofftechnik (PWT) in
Sindelfingen betreut hat. Dort kooperiert er eng mit seinen Kollegen Matthias
Beyer aus der Entwicklung R-Klasse sowie Bernd-Uwe Kettemann,
Lackexperte in der PWT.
> Allen Anforderungen gewachsen
Der von den DaimlerChrysler-Ingenieuren entwickelte Lackfoliendeckel
hält jedem Vergleich mit konventionellen Antennendeckeln stand, die
nasslackiert werden. „Eine der größten Herausforderungen war es, für
alle Farben, die Mercedes-Benz für Serienfahrzeuge anbietet, exakt denselben
Farbton zu treffen. Insbesondere bei so genannten Effektfarben
fallen dem menschliche Auge ja schon kleinste Abweichungen auf“, berichtet
Bernd-Uwe Kettemann. Doch inzwischen können die Spezialisten
Lackfolien selbst in schwierigen Metallic-Farbtönen herstellen; möglich
ist dies durch eine im Forschungszentrum Ulm entwickelte Lackauftragstechnik
während der Folienbeschichtung.
Das neuartige Dachelement erfüllt auch alle Anforderungen, die an die
Außenhaut von Mercedes-Benz-Fahrzeugen gestellt werden, wie zum Beispiel
die Chemikalienbeständigkeit, die Härte, das Wärmeausdehnungsverhalten
oder die besondere Kratzfestigkeit des Lacks.
Ein entscheidender Vorteil der Lackfolientechnik sind die geringeren
Stückkosten gegenüber vergleichbaren, konventionell hergestellten Bauteilen.
Falls man in Zukunft nicht nur Antennendeckel, sondern auch andere
Außenbauteile mit Lackfolien beschichten würde, wäre sichergestellt,
dass alle Teile absolut farbidentisch sind.
So könnte ein einziger Hersteller die Lackfolie in einem gewünschten
Farbton produzieren, auf eine große Rolle wickeln und an verschiedene
Zulieferer in aller Welt verschicken. Diese schneiden sich Folienstücke zurecht,
aus denen sie durch Tiefziehen, UV-Härten und Hinterspritzen beziehungsweise
Hinterschäumen dann Bauteile herstellen, die zwar unterschiedlich
in der Form, aber identisch in der Farbe sind.
> Montagefertig ans Band
Mit dem Antennendeckel für die R-Klasse haben Lackfolienbauteile zum
ersten Mal Eingang in die Serienproduktion von Mercedes-Benz gefunden.
Hersteller der Dachelemente ist eine spezialisierte Firma in Altbach
nahe Stuttgart. Von dort werden die montagefertigen Antennendeckel in
die USA verschifft, wo Werker nur noch eine Dichtung einlegen müssen.
Abgerollt: Am Anfang der Beschichtungsanlage
wird die thermoplastische
Kunststofffolie abgerollt und
läuft dann in die Maschine, in der die
Farbe aufgewalzt wird (links).
Aufmerksam: Der gesamte Beschichtungsprozess,
der eine staubfreie
Umgebung erfordert, wird von einem
Steuerpult aus überwacht (unten).
Durch die Lackfolientechnologie
lassen
sich Antennen und
Sensoren zukünftig
direkt in die Fahrzeugkarosserie
integrieren
Dann kommen die Teile an das
Montageband im R-Klasse-Werk in
Tuscaloosa, wo sie ein Roboter ins
Fahrzeugdach einklebt. „Aus Kapazitätsgründen
mussten wir uns
beim Serienstart zunächst auf zwei
Farbtöne beschränken“, berichtet
Entwicklungsingenieur Matthias
Beyer. Doch bei der Zulieferfirma
entsteht derzeit eine Großserienanlage,
sodass bis Ende des Jahres
die Antennendeckel der R- und
auch der M-Klasse in allen Farben
produziert werden können.
> Bauteil-Integration
Für die Forscher und Entwickler ist
das Thema damit aber nicht abgehakt.
Sie denken schon weiter und
wollen zukünftig möglichst viele
Kunststoffbauteile mit der innovativen
Folie herstellen. Gedacht ist
zum Beispiel an seitliche Pkw-
Schweller, an so genannte Windleitteile
bei Lkw und mittelfristig an
komplette Heckdeckel.
Jan Krüger, der sich als Leiter
des Teams „Functional Integration
and Modularization“ der Daimler-
Chrysler-Konzernforschung mit
diesem Thema beschäftigt, wirft
sogar einen Blick in die weitere Zukunft:
„Mit der Lackfolientechnologie
ist eine neue Bauweise entstanden,
die zukünftig neue Wege bei
der Integration von Funktionen in
der Außenhaut ermöglicht. Ein Beispiel
ist die Integration von Antennen
oder Sensoren direkt in ein Außenhaut-Bauteil.“
>

S.44
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46
„So genau wie nötig und so weit wie möglich“
Simulierte Toleranz
Ohne Toleranz geht nichts. Das gilt nicht nur für das Zusammenleben
von Menschen. Für Motoren und Maschinen müssen Konstrukteure
gewisse Spielräume festlegen, die sicherstellen, dass
sämtliche Bauteile zuverlässig funktionieren und wirtschaftlich zu
fertigen sind. Forscher und Entwickler von DaimlerChrysler untersuchen,
wie sich technische Toleranzen für den Motor und den
Antriebsstrang optimal gestalten lassen.
Eigentlich sollte man als Autokäufer ja erstaunt sein. Erstaunt darüber,
dass bei einem Neuwagen trotz Tausender Bauteile und Produktionsschritte
alles millimetergenau passt und sich zum Beispiel
Türen und der Kofferraumdeckel mühelos schließen lassen –
obwohl fast jedes Karosserieteil minimal von den idealen Maßen der Konstruktionspläne
abweicht. Das beginnt beim Stanzen von Stahlblechen
und reicht über deren Umformen bis zum Zusammenschweißen zu einzelnen
Baugruppen wie etwa Längsträgern. Auch im Karosseriebau und in
der Endmontage ergeben sich gegenüber dem „Idealfahrzeug“ kleinste
Unterschiede. An einer Stelle ist es vielleicht die Heckklappe, die um
einen Millimeter breiter ausfällt als geplant; woanders hat sich ein Scharnier
beim Festschrauben leicht verdreht. Angesichts dessen kann bei Laien
das Gefühl aufkommen, die Abweichungen würden zu Mängeln führen.
Doch dem ist bekanntlich nicht so. Dass Heckklappen, Seitentüren
und Motorhauben trotz gewisser Abweichungen exakt schließen, hat seinen
guten Grund: Fahrzeugkonstrukteure legen zulässige Bauteilabweichungen
von Anfang an so fest, dass die jeweiligen Funktionen gewährleistet
bleiben – gestehen ihnen also eine Toleranz zu.
„Toleranzen legen die zulässigen Abweichungen vom Nennmaß fest,
und solange sie eingehalten werden, funktionieren die einzelnen Systeme
wie geplant“, erläutert Christian Glöggler von der Abteilung Product and
Production Modeling der DaimlerChrysler-Konzernforschung in Ulm. „Die
Herausforderung besteht darin, alle Toleranzen im Blick zu haben und ihr
Zusammenspiel sinnvoll zu planen. Das heißt, wir betrachten nicht nur die
von Konstrukteuren für jedes Bauteil und jeden Kontaktpunkt vorgegebenen
Toleranzmaße, sondern die gesamte Maßkette und gleichen dann die
von uns berechneten Ergebnisse mit Messwerten aus der Praxis ab.“
Toleranzplanung ist im Karosseriebau von DaimlerChrysler schon seit
Jahren fest etabliert; für jede neue Baureihe gibt es dafür eine spezielle
Arbeitsgruppe. Vor einiger Zeit hat im Forschungszentrum Ulm ein Team
Statistik mit dem Stirnrad: Misst man
bei 1000 Motoren stets die gleiche
Kontaktstelle zwischen Zahnrad und
Welle, erhält man 1000 unterschiedliche
Messwerte – egal, ob es sich dabei
um einen realen oder virtuellen
Motor handelt. Die Daten ergeben eine
statistische Verteilungskurve, deren
unterschiedlicher Verlauf den Konstrukteuren
wichtige Hinweise liefert.
um Glögglers Chef Robert Winterstein
begonnen, die im Karosseriebau
gesammelten Kenntnisse auf
den Antriebsstrang zu übertragen.
„Ziel unserer anwendungsbezogenen
Forschung ist es, die Qualität
zu steigern, früh einen hohen
Reifegrad zu erreichen und dabei
Kosten zu senken. Deshalb unterstützen
wir seitens der Konzernforschung
den Bereich Antriebsstrang
der Mercedes Car Group sowie
der Nutzfahrzeugsparte und
wollen herausfinden, an welchen
Toleranzen es sich lohnt zu drehen
und welche aufgrund des geringen
Einflusses hinten angestellt werden.
Dazu untersuchen wir mit Toleranzanalysen
den Produktentstehungsprozess
von den CAD-Daten
bis zur Herstellung von Serienteilen“,
erläutert Winterstein, dessen
Abteilung von Fahrzeugentwicklern
bei bestimmten Fragen schon
sehr früh zu Rate gezogen wird.
So wollten zum Beispiel Konstrukteure
wissen, wie tief sie bei
einem zukünftigen Motor die so genannten
Ventiltaschen im Kolbenboden
auslegen sollten. Hinter-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Antriebsstrang 47
Einblick in das Ausgleichsgetriebe:
Die Softwaretools zur Toleranzanalyse
erlauben es, die an jeder Kontaktstelle
herrschenden Bedingungen zu untersuchen
und bildhaft darzustellen.
So werden zum Beispiel an den schräg
verzahnten Zahnrädern die Flanken
der ineinandergreifenden Zähne
in unterschiedlichen Farben codiert.
grund der Frage ist der zukünftige
Abgasstandard Euro 5, der sehr
niedrige Emissionsgrenzwerte vorsieht.
Um diese zu unterschreiten,
streben die Motorenentwickler eine
entsprechende Verdichtung an.
Diese wiederum verlangt einen
möglichst geringen Abstand zwischen
den Ventilen und den Kolben
im oberen Totpunkt. Da es hier auf
jeden Zehntelmillimeter ankommt,
muss zugleich sichergestellt sein,
dass der Kolbenboden nie gegen
die Ventile schlägt. Verhindern
lässt sich dies durch Ventiltaschen,
also in den Kolbenboden eingefräste
Vertiefungen, in welche die
Ventilteller eintauchen können.
Für die Spezialisten in Sachen
Toleranzplanung stellten sich damit
folgende Fragen: Reichen die
von den Motorkonstrukteuren festgelegten
Toleranzen aus? Wie tief
müssen die Ventiltaschen tatsächlich
sein, damit die Motoren sicher
und schadstoffarm laufen?
Je mehr Fragen dieser Art in einem
frühen Stadium beantwortet
werden, umso geringer ist der Zeit-
Die Toleranzanalyse
erstreckt sich auf den
gesamten Prozess von
den CAD-Daten bis
zum fertigen Serienteil
Klärung benötigt wird. „Ein Fehler, der mittels Toleranzanalyse schon in
der Entwicklungsphase behoben wird, schlägt nur mit einem Betrag X zu
Buche. Entdeckt und beseitigt man diesen Fehler erst bei einem Prototyp
kann es schon das Hundertfache, im Stadium der Vorserie sogar das Tausendfache
kosten“, berichtet Stephan Watrin, der sich zusammen mit
Christian Glöggler intensiv mit Softwaretools zur Toleranzanalyse beschäftigt.
Dazu benutzen die beiden Forscher und ihre Kollegen verschiedene
Toleranzsimulationsprogramme, die in das mächtige Softwarepaket
Catia V5 integriert sind, das DaimlerChrysler und andere Fahrzeughersteller
als Standardprogramm für die Konstruktion einsetzen.
> Sechs Freiheitsgrade für jede Kontaktstelle
Um die Frage nach der „sicheren“ Tiefe der virtuellen Ventiltaschen zu beantworten,
werden mit dem Softwaretool sowohl für den Ventil- als auch
für den Kurbeltrieb alle Kontaktstellen und -bedingungen festgelegt, bei
denen zwei Bauteile aufeinander treffen. Für jede Kontaktstelle erfassen
die Forscher die von den Konstrukteuren vorgesehenen Toleranzwerte.
„Dabei arbeiten wir mit jeweils sechs Freiheitsgraden; drei für die Raumkoordinaten
in Hoch-, Längs- und Querrichtung sowie drei, die sich aus
der Rotation um diese Achsen ergeben“, erläutert Watrin.
Dass dabei große Datenmengen anfallen, wird schnell klar, wenn man
den Ventil- und den Kurbeltrieb im Detail betrachtet und alle der bis zu
300 Kontaktstellen berücksichtigt. Zum Ventiltrieb gehören unter anderem
das auf der Kurbelwelle sitzende Kettenrad und die Steuerkette beziehungsweise
die Zahnräder für den Antrieb der Nockenwelle sowie Stößel,
Kipphebel, Ventilfedern und Ventile. Der Antrieb für die Kolben verläuft
von der Kurbelwelle über die Pleuel und Kolbenbolzen zum Kolben.
Dies ist freilich nur eine vereinfachte Beschreibung. Für Glöggler und
Watrin stellt sich das Erfassen aller Kontaktbedingungen wesentlich
schwieriger dar. So müssen sie zum Beispiel berücksichtigen, dass
und Kostenaufwand, der zu deren >

48
sich zwischen der Kurbelwelle und
den Pleueln Lagerschalen befinden,
deren Toleranzen ebenfalls in
die Gesamtanalyse einfließen. Beachtet
werden müssen auch die
Kurbelwellenlager, deren Toleranzverhalten
die Position der Kurbelwelle
im Motorblock bestimmt.
> Monte-Carlo-Simulation
Sind alle Kontaktbedingungen mit
der Software erfasst, erfolgt die
abschließende Gesamtbewertung
aller Toleranzen, die sich zum gesuchten
Abstand zwischen Kolben
und Ventilen summieren. Allerdings
handelt es sich dabei nicht
einfach um das simple Zusammenzählen
aller einzelnen Toleranzwerte,
die auf hunderttausendstel Millimeter
genau berechnet sind. „Wir
führen vielmehr mit Hilfe so genannter
Monte-Carlo-Simulationen
eine statistische Betrachtung der
Toleranzverteilung bei Tausenden
von virtuellen Motoren durch; dies
liefert realitätsnahe und belastbare
Ergebnisse“, erläutert Watrin.
Bei einer Monte-Carlo-Simulation
an einem virtuellen Motor
greift das Softwaretool per Zufallsauswahl
für jede der Kontaktstellen
einen möglichen Zahlenwert
aus dem vom Konstrukteur zuge-
Ventiltrieb: Auch beim Berechnen der
optimalen Ein- und Auslässe in den
Zylinderraum hat sich die Toleranzanalyse
bewährt. So lässt sich mit ihr
schon in der Konstruktionsphase
eines Motors die notwendige Tiefe der
zukünftigen Ventiltaschen festlegen.
Kurbeltrieb: Für das perfekte Zusammenspiel
zwischen Kolben, Pleuel und
Kurbelwelle müssen zahlreiche Toleranzwerte
definiert werden. Ob diese
Spielräume zu weit oder zu eng fest–
gelegt sind, zeigt die Toleranzanalyse.
lassenen Toleranzspektrum heraus und registriert die jeweilige Abweichung
vom geplanten Nennmaß. Dieses Software-Roulette spielt der
Rechner für alle relevanten Kontaktstellen des virtuellen Motors durch
und ermittelt so den für diesen Motor gültigen Minimalabstand zwischen
den Kolben im oberen Totpunkt und den Ventilen.
„Wiederholt man diese Berechnung an 1000 virtuellen Motoren, ergibt
sich aus den 1000 Abstandswerten eine bestimmte Verteilungskurve.
Diese kann eine so genannte Gauß’sche Normalverteilung ergeben, also
eine typische Glockenkurve. Manchmal entstehen jedoch auch linksoder
rechtsschiefe Kurven“, erklärt Christian Glöggler. Dieses Vorgehen
entspricht der Realität – auch bei 1000 echten Motoren würde man beim
genauen Nachmessen eine ähnliche Häufigkeitsverteilung der Messungen
zwischen Kolben und Ventilen feststellen.
Den Toleranzanalysten liefert die berechnete Verteilungskurve zahlreiche
Hinweise. So können sie den Konstrukteuren genaue Angaben zur
notwendigen Tiefe der Ventiltaschen machen, um sicherzustellen, dass
die künftigen Motoren sämtlichen Alltagsanforderungen gewachsen sind.
Zudem trägt ein Abgleich von Simulationskurven mit realen Messwerten
dazu bei, kritische Punkte in der Konstruktion aufzuspüren und zu verbessern.
Drittens zeigt das Softwaretool an, welche Toleranz welchen Einfluss
auf die Qualität der Messung hat. Außer statistischen Kennwerten
gibt das Tool die Toleranzen aus, die den jeweils größten Einfluss haben.
> Zu enge Toleranzen sind teure Toleranzen
Beim Festlegen von minimal und maximal zulässigen Abweichungen müssen
Konstrukteure darauf achten, dass die Bauteile wirtschaftlich herzustellen
sind. Je genauer ein reales Bauteil dem Nennmaß entsprechen
soll, umso höher fallen die Herstellungskosten aufgrund zusätzlicher beziehungsweise
genauerer Fertigungsschritte aus. Toleranzen, die zu eng
gewählt sind, also sehr nah am Nennmaß liegen, sind teure Toleranzen.
Werden sie andererseits zu weit gewählt, sinken zwar die Herstellungskosten,
aber es kann passieren, dass sich dann zwei Bauteile nicht
mehr montieren lassen. Fällt zum Beispiel der Durchmesser einer Welle
wegen zu hoher Toleranzwerte zu groß aus, passt sie nicht mehr in die vor-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Antriebsstrang 49
Zusammenspiel der Zahnräder: Um
ein Getriebe – hier der Innenteil eines
Ausgleichsgetriebes – zu optimieren,
betrachten die Forscher zunächst die
so genannten Winkelabweichungen
zwischen zwei Zahnrädern. Diese
Erkenntnisse übetragen sie dann auf
das ganze Getriebe, um dessen Spiel
möglichst klein zu halten.
gesehene Öffnung eines Lagers. „Einer der Leitsätze lautet daher: So genau
wie nötig und so weit wie möglich“, umschreibt Stephan Watrin den
Balanceakt der Toleranzplaner.
Die Abteilung von Robert Winterstein beschäftigt sich in Ulm aber
nicht nur mit dem Toleranzverhalten von Ventilantrieben. Die Forscher
analysierten bei Verbrennungsmotoren auch schon das Kompressionsvolumen,
weil dieses einen großen Einfluss auf die Verbrennung und damit
den CO 2 -Ausstoß hat. Die Frage dabei lautete: Was verursacht die
Streuung des Verdichtungsverhältnisses? Welchen Anteil daran haben die
konstruktiv festgelegten Toleranzen und welchen Beitrag liefern die in der
Montage auftretenden Abweichungen? „Je weniger das Verdichtungsverhältnis
streut, umso genauer lässt sich die Verbrennung steuern und
umso bessere Abgaswerte sind zu erreichen“, erläutert Glöggler.
Abgase standen auch im Mittelpunkt eines Projekts für den Nutzfahrzeugbereich.
Dabei untersuchten die Toleranzplaner, wie eine Anlage zur
Abgasrückführung am besten mit einem Truck-Motor verschraubt wird.
Ein anderer Forschungsschwerpunkt sind derzeit Zylinderköpfe. Dabei
geht es um die Frage, welche Flächen bei der Fertigung des Zylinderkopfs
besonders „anfällig“ für eventuelle Geometrieabweichungen sind. Dazu
muss der gesamte Fertigungsprozess, in diesem Fall der so genannte Kokillenguss,
unter die Lupe genommen werden. Einen wichtigen Aspekt bildet
dabei die so genannte Sandform. Diese wird vor dem Gießen in die Kokille
eingelegt, um die „Freiräume“ im Zylinderkopf (zum Beispiel für Wasserkanäle)
zu erhalten. Sie besteht aus mehreren Einzelformen oder
Sandkernen, die zu einem Paket ineinander gesteckt werden. „Aufgrund
des Herstellungsprozesses unterliegen diese Sandkernpakete vergleichsweise
großen Schwankungen, die sich auf die Geometrie der Abgüsse
auswirken“, erläutert Ralf Voß, der das Thema in Glögglers Team bearbeitet.
Zudem wirkt sich auch der Zusammenbau der Sandkerne zu einem
Paket auf die Geometrieabweichungen aus. Beide Effekte untersuchen
die Forscher und vergleichen sie mit realen Messwerten von Abgüssen.
Ein weiterer Schwerpunkt des Toleranzmanagements liegt im Bereich
Getriebe und Achsen. „Ein Ziel dabei ist es, das Getriebespiel möglichst
klein zu halten“, berichtet Stephan Watrin. Welche Effekte das Zu-
Eine Toleranzanalyse
der Streuung des Verdichtungsverhältnisses
kann sogar die Abgaswerte
verbessern
sammenspiel von Zahnrädern haben
kann, ist auch für Laien nicht
zu überhören. Das Klickgeräusch
beim Einlegen des Rückwärtsgangs
entsteht durch das unterschiedliche
Ineinandergreifen der
Zahnräder innerhalb des jeweils
festgelegten Toleranzbereichs.
> Optimierte Getriebe
Auch hier haben die Forscher ein
weites Betätigungsfeld vor sich, da
es die unterschiedlichsten Paarungen
gibt zwischen großen und kleinen,
schräg- oder geradeverzahnten
Stirn-, Kegel- und Tellerrädern.
Im Rahmen von Toleranzanalysen,
die vor allem für Nutzfahrzeuge
durchgeführt werden, betrachten
die Ingenieure zunächst die „Winkelabweichungen“
beim Zusammenspiel
zweier Zahnräder. Diese
Erkenntnisse werden dann auf
komplette Getriebe übertragen.
Neben dem konkreten Ziel, die
Schaltvorgänge im Getriebe weiter
zu optimieren, verfolgt Robert Wintersteins
Abteilung auch eine Vision.
„Diese“, erläutert Christian
Glöggler, „liegt zwar in weiter Ferne,
aber durch Toleranzmanagement
die Geräuschentwicklung im
Getriebe zu verringern, ist schon
eine Verlockung.“>

50
Gute Sicht auf den Verkehr ist das A und O beim Autofahren. Behindern
etwa zu breite A- oder B-Säulen die Sicht des Fahrers, kann es
rasch gefährlich werden. Spezialisten für Virtuelle Realität innerhalb
der DaimlerChrysler-Forschung haben nun ein Visualisierungsverfahren
entwickelt, das realistische Sichtfelduntersuchungen ermöglicht,
bevor ein neues Fahrzeugmodell überhaupt existiert.
Als Autoverkäufer wären
Bettina Westerburg und
Ralf Specht Fehlbesetzungen:
Das Modell, für
das sich der Besucher interessiert,
wird in der gezeigten Form nicht
gebaut werden, bescheiden die
beiden DaimlerChrysler-Forscher
den Kunden in spe. Das andere
Fahrzeug, ein bildschöner Roadster,
von dessen Fahrersitz aus der
Besucher spontan beschlossen
hat, die Straße zu erobern, würde
seinen Verkaufsstart erst in gut
drei Jahren erleben. Ehrlich gesagt,
so gesteht das Spezialisten-Duo
für virtuelle und gemischte Realität,
gäbe es davon derzeit noch
nicht einmal einen fahrfähigen Prototypen,
sondern lediglich Designmodelle.
Der Blick zur Seite offenbart
dem Besucher, dass er auf das
automobile Pendant eines Potemkinschen
Dorfes schaut: Kurz hinter
dem Außenspiegel bricht der
elegante Roadster jäh ab – geradeso
als säße man im Freien.
Tatsächlich befindet sich der
Besucher mitten in der würfelförmigen
CAVE, einer Hightech-Videohöhle,
in der man viel erleben
kann. Nur eines sollte man dabei
nicht – seinen Augen trauen. Die
fünf Flächen der CAVE sind Projektionswände,
die dem Betrachter eine
räumliche Umgebungsszenerie
vorspiegeln – und zwar im wörtlichen
wie im übertragenen Sinn.
So wähnt sich der Besucher gerade
in der Linkskurve einer Serpentinenstrecke.
Nur das Herbstlaub
an den Bäumen entlang der
Strecke signalisiert seinem getäuschten
Hirn, dass diese Fahrt
nicht wirklich stattfindet, hat er
doch auf dem Weg hierher gerade
die ersten Frühlingsblumen ent-
deckt. Dabei wirkt alles so echt:
Das Armaturenbrett mit dem Kombiinstrument,
die Sonnenblenden,
die A-Säule zwischen Windschutzund
Seitenscheibe sind deutlich zu
erkennen – es fehlt noch nicht einmal
der Schmutzfilm auf jenen Bereichen
der Frontscheibe, die der
Scheibenwischer nicht erfasst und
die daher nur einen getrübten Blick
nach draußen erlauben.
Das ist genau, was die beiden
Ingenieure mit dem Projekt „Videobasierte
Ergonomieuntersuchung“
beabsichtigen. Es geht darum,
Sichtfelduntersuchungen zu einem
möglichst frühen Zeitpunkt der
Fahrzeugentwicklung unter realen
Bedingungen zu ermöglichen. In
solchen Tests untersucht man Fragen
wie: Ist die A-Säule schlank genug,
um nicht beim Linksabbiegen
einen wichtigen Bereich zu verdecken?
Wie unterscheiden sich zwei
Design-Varianten hinsichtlich der
Sichtbeschränkungen in diversen
Verkehrssituationen?
> Frühere Ergonomieprüfung
Diese Fragen stellen Fahrzeugentwickler
nicht erst seit gestern. Und
zu jeder Modellentwicklung gehören
ergonomische Bewertungen
freiwilliger Probanden, etwa zur
Bedienbarkeit von Schaltern und
Hebeln, zum Raumgefühl im Fahrzeug
und eben auch in puncto
Sichtqualität nach vorne, zur Seite
oder nach hinten. Das Problem dabei:
Dazu benötigt man einen realen
Prototypen. „Dieser wird jedoch
erst verhältnismäßig spät innerhalb
des Entwicklungsprozesses
gebaut. Stellt man dann Mängel
bei der Sichtbewertung fest, ist
es für konstruktive Korrekturen
meist schon zu spät, oder aber >

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Videoergonomie 51
Die Stunde des Würfels
Virtuelle Sichtfelduntersuchungen
Von außen betrachtet umfasst die Szenerie
In der CAVE (links) drei „Schichten“:
Da ist zunächst die reale Versuchsperson;
sie sieht das räumliche
Videobild einer Verkehrsszene; dem
Projektionsbild überlagert sind die
Konstruktionsdaten der Fahrzeuggeometrie.
Trackingsensoren an der
Spezialbrille der Betrachterin (unten)
sorgen dafür, dass der Rechner ihr immer
die korrekte Perspektive liefert.
Per Touchscreen (oben) neben der
Sitzkiste kann sich die Versuchsperson
sowohl unterschiedliche Verkehrssituationen
vom Rechner zuspielen
lassen als auch diverse Varianten
von A-Säulen aufrufen. Im direkten
Vergleich kann sie so die Auswirkung
auf die Sichtverhältnisse durch unterschiedliche
konstruktive Lösungen
sehr anschaulich beurteilen.

52
> Das Ringen um die beste A-Säule
An einem Bauteil wie der A-Säule eines Fahrzeugs lässt sich verdeutlichen, wie wichtig
es bei der Fahrzeugentwicklung ist, unterschiedliche und sogar gegenläufige Anforderungen
unter einen Hut zu bekommen. An diesem scheinbar simplen Bauteil „zerren“ viele
Personen, die an der Entwicklung eines neuen Fahrzeugmodells beteiligt sind.
Design und Sicherheit
Der Designer wünscht sich aus ästhetischen Überlegungen heraus vielleicht eine möglichst
flache Neigung und schlanke Gestaltung des Stahlelements. Der Ingenieur, dessen
Aufgabe es ist, immer mehr Kabel unsichtbar durch den Innenraum zu führen, bevorzugt
dagegen ebenso wie seine Kollegin, die mit Aspekten der passiven Sicherheit befasst ist,
eine möglichst dicke A-Säule, in der eventuell sogar ein Airbag Platz finden muss.
Leichtbau und Fertigungstechnik
Ingenieure, deren Job es ist, mithilfe von Leichtbauprinzipien Material und damit Gewicht
einzusparen, wünschen sich dagegen eine möglichst filigrane Struktur. Diese ruft eventuell
die Fertigungstechniker auf den Plan, die mit spitzem Griffel die Kosten für den
Werkzeugbau und für die Herstellung des Werkstücks durchrechnen. Der Produktionsplaner
muss überprüfen, ob die Zangen des Schweißroboters alle Arbeitspunkte erreichen,
und der Service-Spezialist achtet darauf, dass sich die Windschutzscheibe im Fall
des Falles möglichst einfach austauschen lässt.
Gute Sicht für große und für kleine Personen
Ergonomen haben bei diesem Fahrzeugelement vor allem die Einschränkungen der Sicht
aus Fahrerperspektive im Blick. Diese lassen sich videoergonomisch nun standardisiert
– und zwar an identischen Verkehrssituationen – untersuchen. Ein weiterer Vorteil ist:
Designvarianten kann man – beispielsweise im Standbildmodus – direkt miteinander
vergleichen.
Sehr beeindruckend lässt sich mit diesem Verfahren die Wirkung der Körpergröße auf
die Sichtverhältnisse im Fahrzeug demonstrieren. Durch einen rechnerischen Perspektivwechsel
kann man auch einem durchschnittlich großen Menschen einen sehr anschaulichen
Einblick davon vermitteln, welchen Blick besonders große oder kleine Menschen
durch Front- und Seitenscheibe hätten.
Sichtverhältnisse als Kriterium im Euro NCAP-Standard
In Zukunft wird solchen Sichtfelduntersuchungen noch eine größere Bedeutung zukommen.
So ist geplant, die Qualität der Sichtverhältnisse in neuen Fahrzeugmodellen in die
Sicherheitsbewertung des Euro NCAP-Standards einfließen zu lassen.
Erst beim Aufbau der Sitzkiste (links)
für den Versuch wird deutlich, was in
der CAVE Realität ist und was nur „vorgespiegelt“
wird. Im Versuch (unten)
wird der Betrachterin zusätzlich zur
Filmszene das Fahrzeug eingespiegelt.
Das Bildquartett zeigt im Standbild
den direkten Vergleich der Sichtverhältnisse
bei vier unterschiedlichen
Konstruktionsvarianten der A-Säule.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Videoergonomie 53
Ein Lotus Super Seven (oben) dient als
Kamerawagen für die Szenen, die in
den videoergonomischen Tests für
zwei Roadster-Modelle von Mercedes-
Benz zum Einsatz kommen. Der helle
Zylinder am Dachgestell markiert die
Position der Spezialkamera (links).
die erforderlichen Änderungen verursachen
hohe Kosten“, erklärt
Bettina Westerburg das Dilemma.
Also suchte die VR-Spezialistin
gemeinsam mit ihrem Kollegen
Ralf Specht und im Auftrag der Entwicklungskollegen
aus dem Transporterbereich
nach einer Lösung,
dank derer sich Sichtfelduntersuchungen
in eine frühere Entwicklungsphase
vorverlegen lassen.
Die Idee: Die Konstruktionsdaten
der Fahrzeuggeometrie – also
Position, Breite, Form, Neigung
und Höhe der A-Säule – liegen lange
fest, bevor der erste Prototyp
gebaut wird. Das räumliche Bild
des Fahrzeugs lässt sich daher mittels
VR-Technik in einer CAVE realitätsnah
vor Augen führen. Was
man noch braucht, ist die Außenwelt
– nämlich reale Verkehrssituationen,
in denen es darauf ankommt,
eine gute Sicht nach vorne
und zur Seite zu haben.
Solche Szenen filmte das Team
mit einer Kamera, die selbst
George Lucas’ Trick-Spezialisten
einen neidischen Blick abverlangt
hätte: eine Videokamera mit sechs
Optiken, die einen räumlichen 360-
Grad-Rundumblick liefert.
Als Kamerawagen diente dem
Ulmer Forscher-Team ein CLK-Coupé
von Mercedes-Benz: Auf dem
Dach über dem Fahrersitz montiert,
so fand man heraus, befindet
sich die Kamera exakt in der Augenposition
des Fahrers in einem
Vito-Transporter, um dessen Sichtfelduntersuchungen
es in diesem
Pilotprojekt gehen sollte. Zudem –
als zweite wichtige Bedingung –
wies der CLK fast den identischen
Radstand wie das Transportermodell
auf. Die gefilmten Fahrszenen
zeigen daher die Fahrzeugumgebung
genau so, wie man sie in einem
realen Vito erlebt.
> Die Kugel zum Würfel verzerrt
Doch vor der „Filmpremiere“ in der
CAVE des Sindelfinger VR-Zentrums
musste das Forscherteam
eine knifflige Aufgabe lösen –
gleichsam die Quadratur des Krei-
ses, oder genauer gesagt die Umwandlung
der Kugel in einen Würfel.
Schließlich verfügt die CAVE
über bis zu fünf ansteuerbare, plane
Projektionsflächen. Die 360-
Grad-Kamera liefert jedoch ein
räumliches Kugelbild.
„Es war extrem aufwendig“, erläutert
Ralf Specht, „das Bild würfelgerecht
zu verzerren.“ Denn in
der CAVE müssen Objekte, die sich
über zwei oder sogar drei Kanten
des Projektionswürfels erstrecken
können – zum Beispiel große Häuser
am Straßenrand –, dem Betrachter
perspektivisch korrekt
dargestellt werden. Doch inzwischen
steht den Transporter-Entwicklern
eine sehr realistische
„3D-Videothek“ mit rund zehn
Filmsequenzen von bis zu mehreren
Minuten Länge zur Verfügung.
> Casting für den Roadster
Und wie in Hollywoods Filmwelt ist
auch für Ralf Specht und Bettina
Westerburg der Erfolg – ihr Einsatz
bescherte ihnen unter anderem
eine Innovationsauszeichnung des
Transporter-Bereichs – der beste
Garant für ein Nachfolgeprojekt.
Für die Pkw-Entwickler der Mercedes
Car Group drehen die beiden
Forscher im Moment Filmsequenzen,
die in videoergonomischen
Sichtfelduntersuchungen für zwei
geplante Roadster-Modelle zum
Einsatz kommen sollen.
Nicht ganz einfach war in diesem
Fall das „Casting“ für den passenden
Kamerawagen: Die tiefe
Augenposition in einem Roadster
ist weder von einem Limousinennoch
von einem Coupé-Dach aus
zu erreichen, und ein Go-Kart
scheidet wegen des zu kurzen Radstands
aus.
Doch schmunzelnd zeigt Ralf
Specht in Richtung Nebenraum,
wo sich eine automobile Flunder
mit Dachträger an den Boden
duckt: Ein Sportwagen des Typs
Lotus Super Seven wird die Ehre
haben, für die richtige Augenposition
der Kamera à la Mercedes-
Benz-Roadster zu sorgen.
>

54
So von Auto zu Auto
Vor lokalen Gefahren ohne Zeitverzug warnen
Spontane und flexible WLAN-Funknetze erlauben es, selbst weiter
entfernte Verkehrsteilnehmer vor einer plötzlichen Gefahr zu warnen.
Das haben Forscher von DaimlerChrysler im Rahmen des Projekts
WILLWARN gezeigt und erprobt. Der Datenaustausch liefert
zudem flächendeckende Informationen über die aktuelle Verkehrslage
– eine Voraussetzung, um durch Steuerung des Verkehrsflusses
Staus und damit Zeitverluste und Emissionen zu vermeiden.
Es ist erstaunlich, was ein Auto so alles en passant „wahrnimmt“.
Zum Beispiel, dass es gerade heftig regnet. Das verrät ihm der Regensensor.
Das Auto bekommt zudem mit, dass es bereits dunkel
ist und dabei ziemlich nebelig sein muss – die Borduhr zeigt 19:24
Uhr an einem Wintertag, und nicht nur das normale Fahrlicht, sondern
auch Nebelscheinwerfer und sogar die Nebelschlussleuchte sind eingeschaltet.
Da bekommt das Auto vom Außenthermometer eine alarmierende
Information „zugespielt“: Die Außentemperatur nähert sich dem Nullpunkt
– es droht jeden Moment Glatteis. Die Streudienste waren aufgrund
der Wettervorhersage zwar darauf vorbereitet, doch sinnvollerweise
geben sie den stark frequentierten Hauptrouten Priorität vor den
Nebenstrecken. Und auf einer solchen ist der Pkw gerade unterwegs.
Wenn es unter diesen widrigen Witterungsverhältnissen brenzlig werden
sollte, wird das Auto auch dies ebenso schnell „bemerken“ wie dessen
Lenker – etwa weil die Gierratensensoren des Elektronischen Stabilitätssystems
(ESP) ein Drehmoment um die Hochachse messen, das Fahrzeug
also ins Schleudern zu geraten droht. All diese Informationen sind
nicht nur für den Fahrzeuglenker von Belang, sondern auch für dessen
Hintermann. Oder für den Fahrer jenes Wagens, der erst in zwei Minuten
an dieser Senke im Wald vorbeikommen wird, in der sich vor kurzem Glatteis
gebildet hat. Oder für den noch weiter entfernten Tanklastzug, der in
einer halben Stunde diese gefährliche Stelle passieren wird. Kurzum: Für
alle Verkehrsteilnehmer, die in der nächsten Zeit auf diese Gefahrenstelle
zusteuern, wäre eine rechtzeitige Warnung jetzt Gold wert.
Der Mercedes-Benz E 500 des DaimlerChrysler-Forschungsteams um
Matthias Schulze bekommt diese Warnung. Auf dem Display der Mittelkonsole
leuchtet eine Meldung auf: „Achtung Glatteis auf der K 1022 zwischen
Aidlingen und Gültlingen“. Das liegt just auf der Strecke, den der
Wagen in zirka fünf Minuten erreichen wird. Keine noch so schnelle Servicewelle
im Radio kann dem Fahrer brandaktuell solch einen nur sehr lokal
relevanten Gefahrenhinweis geben. Und Diensteanbieter haben vor allem
Zugriff auf Verkehrsdaten von Fernstraßen wie Autobahnen und Bundesstraßen.
Irgendwelche Vorkommnisse auf der winzigen Kreisstraße
zwischen Aidlingen und Gültlingen haben sie nicht im Blick.
Doch auch für die K 1022 – nämlich das gesamte Straßenverkehrsnetz
in der Fläche – interessiert sich das System WILLWARN im Fahrzeug von
Schulzes Team. Die Ingenieure der DaimlerChrysler-Forschung beschäftigen
sich mit der Kommunikation von Fahrzeugen untereinander (abgeleitet
vom englischen Akronym für „car-to-car“ auch als C2C-Kommunikation
abgekürzt) sowie zwischen
Warnmeldungen
flächendeckend
für das gesamte
Straßennetz
Nebel, Baustelle und Glatteis (von
links nach rechts) können Anlass für
eine Warnung sein. Grün dargestellt
ist die Zahl der Warnmeldungen, rot
diejenige der Entwarnungen, wie etwa
Nebelauflösung. Die weiße Prozentzahl
gibt an, für wie zuverlässig die
Software die Meldung bewertet.
Fahrzeugen und Sende- und Empfangseinrichtungen
entlang der
Straße (C2X-Kommunikation). Das
Projekt WILLWARN – das Akronym
steht für „Wireless Local Danger
Warning“, also drahtloses Warnen
vor örtlichen Gefahren – ist ein Teil
der EU-weiten Forschungsinitiative
PREVENT, in der verschiedene Automobilhersteller und Zulieferer neue
technische Lösungen zur Unfallvermeidung entwickelten und erprobten.
Für WILLWARN übernahm Schulzes Team die Federführung.
Die Grundidee klingt simpel: Jedes Auto registriert mittels unterschiedlicher
Sensordaten gefahrenträchtige Situationen. Die Gefahr ist
damit zunächst einmal erkannt. Nun muss es nur noch gelingen, andere
Verkehrsteilnehmer davor zu warnen. „Nur“ ist dabei allerdings stark untertrieben,
denn das Verbreiten solcher Informationen im fließenden >

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Telematik 55
> Intelligente Filter
Wenn Fahrzeuge im Ad-hoc-Datennetz Informationen unabhängig von deren Relevanz
für den Fahrer empfangen und weiterleiten, um die technisch bedingte Reichweite des
WLAN-Netzes um ein Vielfaches zu erweitern, ist ein intelligentes Warnungsmanagement
unabdingbar, das in der Lage ist, die Informationen nach Relevanz zu filtern. Sonst
würde aus dem elektronischen Verkehrsboten ein Plagegeist werden.
In WILLWARN haben die Forscher von DaimlerChrysler verschiedene Ansätze erprobt,
mit denen sich Software-Filter hierfür nutzen lassen. Die Bedeutsamkeit einer Warnung
vor einer lokalen Gefahr wie Glatteis auf einer Brücke oder einem Unfall hinter der Kurve
lässt sich etwa anhand der Positionsdaten relativ leicht festmachen. Am Warnhinweis
angehängt wird schließlich auch die per GPS-Sensor erfasste Ortsinformation mitüber-
tragen. Diese kann ein System wie WILLWARN mit der voraussichtlichen Fahrtroute des
Autos abgleichen und erkennen, ob dessen Fahrer die Gefahrenstelle überhaupt passieren
wird oder nicht. Ein anderes Filterprinzip auf Basis der Fahrgeschwindigkeit wäre geeignet,
um einen Fahrer vor einer roten Ampel zu warnen, die er zu übersehen droht: Das
Gerät würde ihn nämlich nicht generell, sondern nur dann vor dem Rotsignal warnen,
wenn er sich mit unverändert hoher Geschwindigkeit der Ampel nähert.
Gar nicht so einfach ist zu klären, ob man einem Warnhinweis wirklich trauen darf. Beispiel
Nebelwarnung: Hier ist es ratsam, erst dann eine Nebelwarnung über das Ad-hoc-
Netz zu verbreiten, wenn in mehreren Fahrzeugen die Nebelbeleuchtung eingeschaltet
wird. Man müsste also für eine solche Warnung einen Vertrauenswert festlegen.
Nur zu Demonstrationszwecken hat
das Forscherteam in den Versuchsträger
das große Display über dem
Armaturenbrett eingebaut, das die
Arbeitsweise von WILLWARN veranschaulicht.
In der Serienanwendung
wäre das normale Display in der
Mittelkonsole völlig ausreichend, um
den Fahrer zu informieren.

56
Verkehr ist der Knackpunkt im Projekt. Schulzes Team musste dafür in einer
völlig neuen Struktur von Kommunikationsnetzen denken, nämlich in
Ad-hoc-Netzen: Fahrzeuge im Straßenverkehr sind schließlich ständig in
Bewegung, damit ändert sich sekündlich das Teilnehmernetz aller Autos,
zwischen denen ein Informationsaustausch sinnvoll wäre. Deshalb benötigt
man ein sich spontan bildendes, flexibles Netz, zu dem ständig neue
Fahrzeuge hinzustoßen, während andere sich gerade ausklinken.
> Die Lösung liefert die funkbasierte WLAN-Technik
Dieses Netz muss Informationen zwangsläufig drahtlos, also funkbasiert
verbreiten. Hier bietet sich eine Technik an, die Computerbenutzer seit einiger
Zeit kennen und schätzen ge-
lernt haben – die WLAN-Technik.
Sie bietet entscheidende Vorteile:
Große Datenmengen können
schnell und ohne Verbindungskosten
verschickt werden. Ein speziell
für sicherheitsrelevante Kommunikationsanwendungen
im Auto geschaffener
Standard aus der Nor-
Daten werden wie
ein Staffelstab von
Auto zu Auto
weitergereicht
mengruppe IEEE 802.11 stellt sicher, dass alle Geräte, die über ein Sendeund
Empfangsmodul nach diesem Standard verfügen, miteinander in Kontakt
treten können. Dank WLAN war die Kommunikationsgrundlage für
WILLWARN gegeben: Jedes Fahrzeug, das mit einer Sende- und Empfangseinheit
ausgestattet ist, kann Daten zu jedem anderen ebenso ausgerüsteten
Fahrzeug übertragen, von diesem Daten empfangen oder – als
mobiler Router – Daten zwischen zwei Fahrzeugen „weiterreichen“, die
für einen direkten WLAN-Kontakt zu weit von einander entfernt sind.
Damit ist eines der größten Mankos dieser Funktechnik angesprochen:
ihre begrenzte Reichweite. Diesen Nachteil kennen Computerbesitzer
nur zu gut, die ihr häusliches WLAN-Netz über mehrere Etagen hinweg
betreiben möchten. Übertragen auf die Verhältnisse im Verkehr heißt das:
Mehr als 500 Meter Reichweite sind selbst unter idealen Bedingungen
kaum erreichbar; in der Praxis liegt das Limit oft bei 200 Metern.
Schulzes Team studierte daher sehr genau, wie zuverlässig die Datenpakete
zwischen den Fahrzeugen verschickt werden, und sie erprobten
Verfahren, dank derer die Kette der Informationsweitergabe selbst dann
nicht abreißt, wenn sich unterwegs einmal nicht zwei entsprechend ausgerüstete
Fahrzeuge in Funkreichweite befinden. Der Ansatz hierfür: Jede
Meldung muss über eine gewisse Zeit hinweg gesendet werden, damit sie
wie ein Staffelstab weitergereicht werden kann.
Daher gibt es im Netz auch Fahrzeuge, die lediglich als Boten fungieren,
ohne vom Empfang der Meldung zu profitieren, etwa weil sie sich von
der Gefahrenstelle entfernen. Sendet ein solches Fahrzeug die „aufgeschnappte“
Warnung eine Zeitlang weiter, kann es unterwegs etwa auf
den Tanklastzug treffen, der direkt auf die vereiste Waldsenke zufährt.
Das wiederum schafft ein neues Problem. „Stellen Sie sich vor, in Ihrem
Wagen piepst und blinkt es alle zehn Sekunden, weil irgendeine
Warnmeldung für eine Kreuzung in Unterhaching reinkommt, obwohl Sie
nach Oberammergau unterwegs sind“, erklärt Matthias Schulze. Keine
Frage, ein solches Gerät würde jeder Autofahrer gleich beim ersten Einsatz
entnervt und für alle Zeit abschalten.
Das „Warnungsmanagement“, so erklärt der Ingenieur, war denn auch
die eigentliche Herausforderung bei diesem Projekt. Dahinter verbirgt
sich eine intelligente Software, die das Team für WILLWARN entwickeln
musste – nämlich ein Programm, das alle empfangenen Warnmeldungen
filtert und nur jene Informationen dem Fahrer aufs Display durchstellt, die
für ihn von Belang sind (siehe Kasten „Intelligente Filter“).
Mit dem Konzept von WILLWARN konnte Matthias Schulzes Team eindrucksvoll
demonstrieren, wie sich Warnmeldungen über viel größere Entfernungen
als die Reichweite der Funktechnik tragen lassen. Zudem zeigte
es, dass sich Softwarelösungen für das Warnungsmanagement entwickeln
lassen, bei denen das Display nicht zur Nervensäge mutiert.
Für Matthias Schulze ist mit dem erfolgreichen Abschluss der C2Cund
C2X-Konzepte nun der Zeitpunkt gekommen, diese Technologie auf
breiterer Basis in der Praxis zu erproben. „Es gibt viele Aktivitäten wie das
von uns betriebene WILLWARN. Diese Projekte zeigen, das die Technik
funktioniert. Aber bislang testeten alle Beteiligten unter künstlichen Laborbedingungen.
Nun kommt es darauf an, einen weiteren Schritt in Richtung
Alltagstauglichkeit zu machen, nämlich einen Praxistest im großen
Stil unter den realen Bedingungen des Straßenverkehrs zu unternehmen.“
> Die Zeit ist reif für einen Praxistest im großen Stil
Die Chancen dafür, so meint Matthias Schulze, stehen nicht schlecht.
Alle in diesen Projekten engagierten Industriepartner seien sich einig,
dass die Zeit reif ist für einen Großversuch (siehe Kasten „Initiativen für
mehr Sicherheit“). Gemeinsam arbeiten sie daher an Projektvorschlägen,
für deren Förderung man verschiedene Bundesministerien gewinnen
möchte. „Denn“, so gibt Matthias Schulze klar zu verstehen, „für einen
derartigen Großversuch muss man eine ordentliche Summe Geld in die
Hand nehmen.“ Als Testgebiete käme eine Region wie Berlin oder der
Rhein-Main-Raum rund um Frankfurt in Frage. Der Ingenieur schätzt, dass
man etwa 250 Fahrzeuge mit der entsprechenden WLAN-Technik ausrüsten
sowie noch einmal ungefähr dieselbe Anzahl an Kommunikationsbaken
entlang der Straßen im Testgebiet installieren müsste, um diese
Technik einem echten Praxistest unterziehen zu können.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Telematik 57
Software-Filter zeigen eine Warnmeldung
nur dann, wenn diese für den
Fahrer relevant ist – in diesem Fall der
Hinweis auf ein Pannenfahrzeug am
Straßenrand (beide Fotos links).
„Erzeugt“ hat diese Meldung das
liegengebliebene Auto automatisch –
etwa weil dessen Fahrer die
Warnblickanlage eingeschaltet hat.
Ein wenig, so weiß Schulze nur
zu gut, leidet die C2C-Kommunikation
unter dem Henne-Ei-Problem:
So lange nur wenige Fahrzeuge mit
der Funktechnik ausgestattet sind,
ist der informatorische Nutzen für
deren Fahrer eher gering. Warum
sollten sie also Geld dafür ausgeben?
Der Nutzen stellt sich erst
ein, wenn der Ausstattungsgrad
der Fahrzeuge so hoch ist, dass die
Informationsketten in den Ad-hoc-
Netzen nicht mehr abreißen.
Deshalb rechnet Matthias
Schulze auch damit, dass C2X-
Konzepte für den Markterfolg dieser
Technologie fast unumgänglich
sein werden. Straßenseitige Sende-
und Empfangseinrichtungen
liefern zum Beispiel Verkehrsleitzentralen
oder privaten Diensteanbietern
wertvolle Informationen
über den aktuellen Verkehrsfluss.
„Auf diesem Weg ließe sich also die
Infrastrukturtechnik refinanzieren.
Umgekehrt böten solche Straßen-
Hotspots dem Autofahrer sofort
einen Mehrwert, beispielsweise
ein Update für die Software seines
Navigationsgerätes oder aktuelle,
streckenbezogene Zusatzinformationen“,
schlägt Schulze vor.
Der Infrastrukturaufbau müsste
dabei keineswegs bei Null beginnen.
„Bereits heute sind Ampeln im
Stadtgebiet miteinander vernetzt,
und in der Fahrbahndecke von Autobahnen
sind Induktionsschleifen
verlegt, um den Verkehrsfluss zu
messen. Es ist also durchaus etwas
vorhanden, auf das man aufbauen
könnte“, ergänzt Matthias
Schulze.>
Das Konzept mobiler Ad-hoc-Netze wie
es für WILLWARN weiterentwickelt
wurde, hatte mit „FleetNet“ einen
Vorgänger: Bereits vor fünf Jahren erprobten
Forscher von DaimlerChrysler
mit Hilfe von smart fortwo-Fahrzeugen
den Datentransfer zwischen
Autos und stationären Funkknoten –
damals indes nur innerhalb
der geringen Funkreichweite.
Für WILLWARN, einem Teilprojekt der
von der EU geförderten Prevent-Initiative
übernahm DaimlerChrysler die
Federführung. Das Unternehmen
engagiert sich zudem in mehreren
nationalen und europäischen
Initiativen und ist auch an dem USamerikanischen
Großprojekt „Vehicle
Infrastructure Integration“ beteiligt.
> Initiativen für mehr Sicherheit - weltweit
Im Rahmen seiner Aktivitäten in den Bereichen der Fahrzeug-Fahrzeug- und der Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation
(C2C und C2X) engagiert sich DaimlerChyrsler in
mehreren maßgeblichen Gremien und Projekten. So etwa in dem deutschlandweiten
Forschungsprojekt NOW („Network on Wheels“), das vom Bundesforschungsministerium
gefördert wird.
Projektpartner sind hier neben DaimlerChrysler die Automobilhersteller BMW und Volkswagen,
die Elektronikunternehmen NEC Deutschland und Siemens sowie das Fraunhofer
Institut für Offene Kommunikationssysteme Fokus.
Die beiden wichtigsten Ziele dieses bis Sommer 2008 laufenden Forschungsverbunds
sind die Festlegung technischer Standards für ein Kommunikationssystem, das
sich rasch und herstellerübergreifend umsetzen lässt, und die Zuweisung eines exklusiven
Frequenzbereichs im 5,9 GHz-Band mit ausreichender Bandbreite, der die ins Auge
gefassten Sicherheitsanwendungen ausreichend vor Störungen schützt.
Europäische Dachinitiative
Die Partner der deutschen NOW-Initiative finden sich im europäischen Car-to-Car-Communication
Consortium (C2C-CC) unter einem Dach wieder. Zu diesem Zusammenschluss
gehören namhafte Automobilhersteller in Europa (Audi, BWW Group, Daimler-
Chrysler, Fiat, Honda, Opel, Renault, VW), Automobilzulieferer sowie Unternehmen der
Kommunikationselektronik. Gemeinsam setzt sich das Konsortium für einheitliche
Standards und Kommunikationsprotokolle sowie für die Frequenzzuweisung von Anwendungen
der Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation auf europäischer Ebene ein.
Das komplizierte Zuweisungsverfahren ist bereits weit vorangekommen. So haben beispielsweise
die erforderlichen Kompatibilitätsstudien gezeigt, dass die Nutzung der
gewünschten Frequenzbereiche andere Funkanwendungen in benachbarten Frequenzbereichen
nicht stört. Die Entscheidung über die Frequenzzuteilung in Europa könnte daher
noch in diesem Jahr fallen.
Nagelprobe für lokale Ad-hoc-Netze in den USA
Auch in den USA sind Forscher und Entwickler von DaimlerChrysler an einer breiten Initiative
zur Erprobung von C2C- und C2X-Konzepten beteiligt, und zwar im Rahmen der
Initiative „Vehicle Infrastructure Integration“ (VII). So hat DaimlerChrysler kürzlich
im Rahmen eines DSRC-Testvorhabens (Dedicated Short Range Communication) gemeinsam
mit dem Verkehrsministerium des Bundesstaats Michigan die Leistungsfähigkeit
von entsprechenden Sende- und Empfangsmodulen in rund 100 Testfahrzeugen erprobt.
Zum Prüfkatalog zählten Messungen der Systemlatenzzeiten, dem übertragbaren
Datenvolumen, der Übertragungsqualität und der Stabilität der Funkverbindungen auch
bei hohen Fahrgeschwindigkeiten.
Bis zur Jahresmitte soll nun im Rahmen der VII-Initiative in einem rund 35 Quadratkilometer
großen Versuchsgebiet in der Nähe Detroits die straßenseitige Infrastruktur für
DSRC-Transceiver und andere Kommunikationseinrichtungen einsatzbereit sein, damit
dort über ein Jahr hinweg 20 prototypische Anwendungen der VII-Beteiligten im realitätsnahen
Feldtest FOT (Field Operational Tests) erprobt werden.
Im Bundestaat Kalifornien wurden kürzlich mehrere Kreuzungen mit DSRC-Technik ausgerüstet,
was etwa die Übertragung von Ampelsignalphasen an heranfahrende Fahrzeuge
ermöglicht, um diese gegebenenfalls vor einem Rotsignal zu warnen. Diese Tests
sollen zur Nagelprobe für die Zukunft dieser Technologie in den USA werden: Von ihrem
Ausgang will das US-amerikanische Verkehrsministerium abhängig machen, ob die
DSRC-Technik flächendeckend auf den Straßen der USA zum Einsatz kommen soll.

58
Was haben die Klimatisierungsexperten
von
DaimlerChrysler nicht
schon alles mit Dr.
Oscar angestellt? Neulich richteten
sie einen Heizstrahler eine halbe
Stunde lang auf seinen Kopf – geradeso
als wollten sie sein Oberstübchen
– frei nach Wolfram Siebecks
„Niedriggarmethode“ – bei plus 85
Grad Celsius genüsslich garziehen
lassen. Ein andermal sah es so aus,
als hätten sie Dr. Oscar für den
Winterschlaf in der Tiefkühltruhe
vorbereitet – bei minus 20 Grad
Celsius. Doch der robuste Kerl
trägt seinen Dienstherren selbst
solche Torturen nicht nach. Er reagiert
darauf mit gelassener Miene.
Kein Wunder, Dr. Oscar ist schließlich
ein Dummy – allerdings alles
andere als dumm und zudem bemerkenswert
sensibel (siehe Kasten:
Dr. Oscars innere Werte).
Dr. Oscar – sein seriöser Name
lautet Klimamessdummy – dient
den Pkw-Entwicklern im Team von
Florian Kauf als Werkzeug. Seine
118 Sensoren vermitteln ihnen ein
präzises Bild über die Wärme- und
Kälteverteilung sowie über die
Luftströmungen im Fahrgastraum.
Klimatisierungstests mit Dr. Oscar
liefern keine wachsweichen Einschätzungen
wie „vielleicht ein
bisschen zu kühl“, oder aber „ich
weiß nicht, zieht’s hier irgendwo?“,
sondern glasklare Messwerte.
> Der Behaglichkeit auf der Spur
Dr. Oscars Sensorennetz erfasst
drei Klimatisierungskenngrößen,
die unser Behaglichkeitsempfinden
im Fahrzeuginnenraum wesentlich
bestimmen: nämlich Temperaturverteilung
von Kopf bis Fuß,
die Luftgeschwindigkeit und die
Wärmestrahlung, die von den
Oberflächen des Fahrzeuginnenraums
und der Sonne ausgeht. Da
alle Sensoren über Dr. Oscars Körper
verteilt an der Oberfläche liegen,
liefert der Dummy ein exaktes
Abbild davon, welche klimatischen
Bedingungen die Passagiere im
Fahrzeuginnenraum verspüren >
Gestatten,
Dr. Oscar
Ein Dummy macht
Subjektives objektiv messbar
118 Sensoren am Klimamessdummy
„Dr. Oscar“ erfassen
über seine Oberfläche hinweg
verteilt die Temperatur, Luftgeschwindigkeit
und Strahlungswärme
von Oberflächen im
Fahrzeug sowie von der Sonne.

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Klimatisierung 59

60
> Dr. Oscars innere Werte
Der Klimamessdummy verfügt über drei Sensortypen. 32 Sensoren erfassen die
Luftgeschwindigkeit, 73 Messfühler die Lufttemperatur und 13 so genannte
Strahlungssensoren messen die Oberflächentemperatur von Flächen in der Sensorumgebung
und detektieren Sonnenstrahlung. Dr. Oscars Ober- und Unterkörper
sind vollständig getrennt – so lässt sich der aus einem Spezialkunststoff gebaute
Dummy mit der Durchschnittskörpergröße eines Menschen für die Versuche
leichter auf den Fahrzeugsitzen platzieren. Im Innern verbergen sich nicht
nur die mehr als einen halben Kilometer langen Kabel zu den Sensoren,
sondern auch die elektronischen Wandler. Diese digitalisieren die analogen Signale
und leiten sie über einen Datenbus an einen externen Rechner weiter.
würden. Sowohl die Entscheidung
für diese drei Parameter als auch
die Positionierung der Sensoren
trafen die Klimatisierungsspezialisten
mit Bedacht. „Es sind jene Größen,
die wir bei der Fahrzeugklimatisierung
direkt beeinflussen können,
und die Sensorverteilung
spiegelt die Bedeutung wider, die
die jeweiligen Körperbereiche für
das Klimaempfinden haben“, erläutert
Jan Husser, der Dr. Oscars Einsatz
in der Pkw-Entwicklung der
Mercedes Car Group betreut.
> Dummy auf Dienstreise
In Dr. Oscars Arbeitsalltag geht es
zwar weniger ruppig zur Sache als
bei seinen Kollegen aus der Abteilung
Crashtest, aber urgemütlich
sind seine Einsätze nicht gerade:
Testfahrten in der Mittagsglut des
kalifornischen Death Valley gehören
ebenso zum Pensum wie „Kaltlanderprobungen“
– so der kühle
Fachbegriff der Ingenieure für eine
klirrend kalte Angelegenheit, nämlich
winterliche Messfahrten im
nordschwedischen Lappland.
Auch während Dr. Oscars Heimateinsätzen
in Sindelfingen geraten
die Sensoren gelegentlich bis
an die Grenzen des Messbereichs.
Hier arbeiten die Ingenieure mit Dr.
Oscar in Klimakanälen. Der Vorteil:
Die Entwickler können jedes Fahrzeug
den exakt gleichen Umgebungsbedingungen
aussetzen, also
in standardisierten Messreihen erproben,
wie gut und schnell Hei-

DaimlerChrysler Hightech Report 1/2007 > Klimatisierung 61
> Prima Klima
Lieben Sie Vorurteile? Etwa, dass es Frauen eher kuschelig warm mögen während
Männer sich gern eine kühle Brise um die Nase wehen lassen. Oder dass die Bewohner
Spitzbergens ein anderes Temperaturempfinden haben als jene von Rio de Janeiro?
Hierzu förderte der Däne Povl Ole Fanger Desillusionierendes zutage. Ein Verdienst des
weltweit renommierten Experten für Raumklima-Forschung war es, mithilfe von unglaublich
umfangreichen Messreihen auf der Basis von mehr als 1300 Probanden eine siebenstufige
Behaglichkeitsskala für das Raumklima in Gebäuden zu definieren. Bei diesen
Versuchen nahmen Männer wie Frauen und Menschen verschiedener Ethnien teil.
Fangers Resümee: Ausgeprägter als geschlechtsspezifisch oder ethnisch begründete
Unterschiede im Behaglichkeitsempfinden können jene zwischen zwei beliebig gewähl-
zung und Klimaanlage in einem
neuen Modell für wohlige Temperaturen
und deren Regelungen für
optimalen Klimakomfort sorgen.
Dr. Oscars Aufgabe bei solchen
Tests ist es etwa zu messen, wie
lange die Heizung bei einem Kaltstart
und einer Außentemperatur
von minus 20 Grad Celsius benötigt,
um auf Touren zu kommen, wie
rasch die Klimaanlage einen auf 50
Grad Celsius in der Sonne erhitzten
Fahrzeugfond auf Wohlfühltemperatur
herunterkühlt, und ob nicht
durch eine ungünstige Luftströmung
Zug entsteht.
Während des Versuchs wandelt
Dr. Oscars Elektronik die analogen
Messsignale der Sensoren in digitale
Werte um. Diese Daten häufen
sich zunächst zu einem unüberschaubaren
Zahlenwust an: Etwa
alle zwei Sekunden liefert jeder der
118 Sensoren einen über bis zu 20
Einzelmessungen gemittelten Zahlenwert.
Die bei einer nur halbstündigen
Messreihe auflaufenden Einzelwerte
würden als Tabellenausdruck
ausreichen, um damit ein
Großraumbüro hübsch tapezieren
zu können. „Deshalb haben wir viel
Mühe darauf verwendet, die Ergebnisse
anschaulich aufzubereiten
und darzustellen“, erläutert Hans-
Herbert Flögel. Der Ingenieur aus
Jürgen Maués Team in der DaimlerChrysler-Forschung
ist sozusagen
Dr. Oscars „Vater“.
Am Bildschirm zeigt Flögel, wie
selbst für einen Laien unmittelbar
1
2
3
erkennbar wird, ob Dr. Oscar wieder
einmal unter kalten Füßen,
klammen Händen am Steuer oder
einem zu heißen Kopf leiden musste:
Auf dem Monitor erscheinen Dr.
Oscars Umrisse, und die Farbe seiner
Körperoberfläche wechselt je
nach aktuellem Messwert zwischen
blau und rot. Ein hochroter
Kopf steht beispielsweise für eine
viel zu heiße Temperatur in diesem
Bereich oder für unangenehm starke
Zugluft um Dr. Oscars Nase.
Doch um eine Schwierigkeit
kommen auch die Klimatisierungsspezialisten
um Jürgen Maué nicht
herum, nämlich die Tatsache, dass
wir Behaglichkeit subjektiv empfinden:
Während der eine im T-Shirt
sitzend gerne das Fenster öffnen
würde, um sich Kühlung zu verschaffen,
würde sein Pullover bewehrter
Beifahrer am liebsten die
Heizung zuschalten. Fast nirgendwo
gilt das Dilemma, wonach man
es niemals allen Menschen recht
machen kann, strenger als hier.
Die Forscher um Jürgen Maué
fanden jedoch eine pragmatische
6
4
5
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
ten Menschen und sogar für ein und denselben Menschen nach einem Dauerlauf oder
bei einer Erkältung ausfallen. Klimatisierungsexperten sprechen hier von inter- und intraindividueller
Variabilität. Und wer jetzt nicht genau wissen sollte, ob ihm gerade behaglich
ist, kann dies dank Fangers Komfortgleichung auch mathematisch präzise entscheiden:
f (M, I cl , v, t r , t a , P w ) = 0.
Ist diese Bedingung erfüllt, dann fühlen Sie sich zumindest klimatisch pudelwohl.
Zur Erläuterung: M ist der Parameter für die Stoffwechselrate. I cl steht für den Kleidungsindex.
v repräsentiert die Luftgeschwindigkeit, t r die mittlere Strahlungstemperatur
und t a die Temperatur der Umgebungsluft. P w bringt zum Schluss den Dampfdruck
des Wassers in der Umgebungsluft ins Spiel.
10 20 30 40
Äquivalenztemperatur in °C
Der ockerfarbene Korridor gibt für
einzelne Körperregionen (Zeilen mit
den Ziffern 1 bis 8) sowie für den gesamten
Körper (oberste Zeile) den
Komfortbereich an. Dargestellt ist hier
die so genannte Äquivalenztemperatur
– eine Klimasummengröße, die
verschiedene thermische Parameter
umfasst. Da wir Temperaturen sehr
subjektiv empfinden, gilt dieser
„Wohlfühlkorridor“ nur für 80 Prozent
einer größeren Personengruppe.
Beim Klimatisieren
kann man es nicht
allen Menschen recht
machen – immerhin
aber den meisten
Lösung. Ihre Strategie: Man kann
es zwar nicht den ausgeprägtesten
„Frostbeulen“ und „Heißspornen“
zugleich recht machen. Aber wenn
man viele Menschen testet, ab
wann es ihnen zu kalt, zu warm
oder unter welchen Bedingungen
es ihnen im Raum behaglich erscheint,
und wenn man nun noch
die beiden äußeren Flügelbereiche
dieses Antwortspektrums ein wenig
kappt, dann erhält man einen
gut eingegrenzten Wohlfühlbereich,
der immerhin für 80 bis 90
Prozent aller Menschen gilt.
> Wohlfühlkorridore ermittelt
Also wurden freiwillige Probanden
gebeten, sich ins Auto zu setzen,
um zu beurteilen, wie behaglich ihnen
das Innenraumklima erscheint.
Inzwischen – viele Messreihen
mit jeweils mehreren Dutzend
Probanden im Kaltkanal, im
Warmkanal, in der Klimakammer
und während diverser Messfahrten
später – verfügen die Klimatisierungsspezialisten
über empirisch
abgesicherte „Wohlfühlkorridore“
– also Messkurven, die spezifiziert
nach verschiedenen Körperregionen
von Kopf bis Fuß die Komfortbandbreite
für Temperatur, Luftanströmgeschwindigkeit
und Strahlung
markieren.
Doch selbst für „Kälte- und
Hitzeextremisten“ weiß Florian
Kauf Rat: „Unsere Fahrzeuge bieten
je nach Ausstattungskomfort
bis zu sechs Temperaturzonen >

62
Zum Einsatz kommt Dr. Oscar nicht nur auf Testfahrten, sondern auch in Klimazellen wie einer Kältekammer
(rechts). Hier lassen sich reproduzierbare Temperatur- und Klimabedingungen schaffen, sodass
sich zwei Messreihen – etwa mit unterschiedlichen Varianten der Fahrzeugklimatisierung – vergleichen
lassen. Statt endloser Tabellen veranschaulichen Falschfarbendiagramme (links) das Messergebnis.
> Behaglichkeit virtuell und experimentell prüfen
Dem Klimatisierungskomfort messen die Fahrzeugentwickler
von DaimlerChrysler einen besonders hohen
Stellenwert bei. Behaglichkeit beim Fahren ist
keineswegs nur purer Luxus. Denn ein optimal klimatisierter
Fahrzeuginnenraum sorgt neben dem Wohlgefühl
auch dafür, dass Aufmerksamkeit und Leistungsfähigkeit
des Fahrers während längerer Reisen
möglichst hoch bleiben.
Die Realisation des Klimamessdummys durch die Forscher
um Jürgen Maué ist für die Fahrzeugentwickler
bei der Mercedes Car Group ein Meilenstein ihres Instrumentariums, mit dem sich der Klimatisierungskomfort
eines neuen Modells objektiv messen und damit zuverlässig beurteilen lässt. Davor mussten sich die Ingenieure
zum Beispiel mit Temperaturmessungen im Innenraum begnügen, wie sie etwa mit Kopfraum-Messspinnen und
Fußraum-Messstellen möglich sind. Gar nicht oder nur sehr ungenau messbar waren komfortrelevante Luftströmungen
im Fahrgastraum oder das thermische Abstrahlverhalten von Oberflächen wie der Instrumententafel.
Die kombinierte Betrachtung der Messparameter ist wichtig
Lediglich die Komponentengrößen – also die Leistungsdaten der Klimatisierungsaggregate – konnten die Entwickler
exakt messen und bewerten. Für die Beurteilung des Klimakomforts mussten sie sich auf persönliche Werturteile
und langjährige Erfahrung während der Fahrzeugerprobung mit vielen Testkilometern verlassen – und darauf bauen,
dass sich ihr Eindruck mit dem Empfinden der späteren Klientel deckt.
Diese Kluft zwischen Messbarem und Empfundenen schließt Dr. Oscar, indem er die subjektive Größe Behaglichkeit
bewertbar macht. Sein Vorteil besteht zudem darin, dass sich drei Klimatisierungsparameter gleichzeitig messen
lassen (Die drei Grafiken oben zeigen ein Beispiel für deren Messwertverteilung). Gerade in deren spezieller Kombination
entscheidet sich, ob wir ein Fahrzeugklima als angenehm oder störend empfinden. Meteorologen drücken
dies etwa im Begriff der „gefühlten Temperatur“ aus: So erscheint uns ein windstiller Wintertag bei Null Grad Celsius
wesentlich wärmer als ein gleich kalter Tag, an dem der Wind mächtig bläst. Und das trocken-heiße Wüstenklima
vertragen die meisten Menschen besser als feuchte Tropenhitze, die oft als drückend empfunden wird.
Durchgängigkeit von der Simulation bis zum Test im Prototypen
Im nächsten Schritt arbeiten die Klimatisierungsexperten daran, mit Hilfe eines Simulationsprogramms Vorhersagen
zu treffen, wie sich der Mensch in dem Fahrzeug fühlen wird. „Es geht darum, die Rohdaten des Dummies
einem bestimmten Komforteindruck zuzuordnen“, erläutert Maué. Die Ergebnisse aus den Probandenversuchen
bilden daher auch die Grundlage für die Bewertungsalgorithmen dieses Simulationsprogramms.
Schon heute werden im Rahmen der digitalen Absicherung der Modellentwicklung Phänomene wie Luftströme in
der Fahrzeugkabine in Simulationsläufen berechnet und thermische Komfortaussagen abgeleitet, lange bevor der
erste Prototyp auf Rädern steht. Durch Dr. Oscar lassen sich die Bewertungsalgorithmen sowohl für die Simulation
als auch die Messung kontinuierlich verbessern. „Mit ihm ersetzen wir keineswegs die Erprobung im Fahrzeug und
schon gar nicht die Bewertung menschlicher Tester. Aber wir erreichen mit der nie gekannten Durchgängigkeit von
der Simulation bis zur Hardware einen noch höheren Reifegrad. Zudem finden wir optimale Lösungen bereits in der
Konzeptphase. Das erspart uns spätere und daher teure Änderungen“, resümiert Florian Kauf.
mit individuell anpassbaren Luftströmen.
Da sollte sich wirklich jeder
wohlfühlen können.“
Die stattliche Sammlung empirischer
Daten über das Klimaempfinden
der Testpersonen wird kontinuierlich
erweitert, um dem Geheimnis
des subjektiv empfundenen
Klimakomforts immer detaillierter
auf die Spur zu kommen.
Gleichzeitig dient sie als Referenz
beim Interpretieren der von Dr. Oscar
gesammelten Klimadaten: So
lässt sich etwa erkennen, ob eine
günstige Temperaturschichtung –
die Faustregel der Klimatisierung
lautet: kühler Kopf und warme Füße
– auch bei wechselnden Umgebungstemperaturen
oder zum Beispiel
bei einseitiger Sonneneinstrahlung
erhalten bleibt.
> Komfortmängeln nachgehen
Im Bereich der auf Zugluft sensibel
reagierenden Körperregionen – etwa
dem Schulter-Nackenbereich –
schauen sich die Ingenieure die
Anströmungsverhältnisse besonders
genau an. Mehr noch, mit Dr.
Oscars Hilfe können sie sogar nach
Ursachen fahnden, also klären,
welcher Effekt oder welche Komponente
für einen im Versuch festgestellten
Komfortmangel verantwortlich
ist. So kann durch eine
günstig platzierte Düsenöffnung
oder optimierte Düsengeometrie
Zug vermieden werden. Ein Zugempfinden
könnte etwa im Nackenbereich
auftreten, weil sich eine
ungünstige Strömung im Fahrzeuginnenraum
einstellt, die sich
durch eine geänderte Luftverteilung
beseitigen lässt. „Bei der neuen
C-Klasse etwa“, so berichtet Jan
Husser, „haben wir den Messdummy
in der frühen Entwicklungsphase
besonders intensiv eingesetzt
und sind dabei auf ein Problem mit
Zugluft an der Schuler gestoßen,
dass sich anschließend leicht beheben
ließ.“
Schon deshalb hätte es Dr. Oscar
verdient, dass man ihm ein zufriedenes
Lächeln auf sein Kunststoffgesicht
zaubert.
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