Airbag

Airbag-Diebstahl nimmt zu

Autoknacker gehen mit der Zeit: Nachdem Autoradios und Navigationsgeräte mittlerweile häufig auf das Fahrzeug codiert sind, wenden sie sich Airbags zu, die sich mit wenigen Handgriffen ausbauen lassen und mit denen schnell Geld zu verdienen ist.

Ob in Autohäusern oder gar direkt bei Autoherstellern, mehrmals hintereinander hat die Airbag-Mafia zugeschlagen. Bei Opel in Rüsselsheim drangen beispielsweise Diebe nachts, bewaffnet mit Bolzenschneider und Schraubenzieher, in einen umzäunten Verladeplatz ein und bauten zweiundzwanzig Airbags aus. Zum Abtransport nahmen sie gleich einen Pkw vom Gelände mit. Der Schaden liegt bei mehr als 100.000 Euro.

Innerhalb von wenigen Minuten ist solch ein wertvoller Luftsack ausgebaut: Seitenscheibe einschlagen, Stromzufuhr unterbrechen, zwei Schrauben lösen. Je nach Fahrzeug-Fabrikat liegt sein Wert zwischen 1000 und 1500 Euro. Die Hehlerware geht vor allem an dubiose Gebrauchtwagenhändler, die sie gegen gezündete Airbags in Unfall-Fahrzeugen auswechseln, um einen höheren Verkaufspreis zu erzielen. Da aber oft die zugehörige Steuerelektronik fehlt oder beim Diebstahl beschädigt wurde, lösen sie bei einem Unfall nicht mehr aus.

Innerhalb weniger Wochen haben organisierte Banden im Rhein-Main-Gebiet etwa 300 Airbags gestohlen. Im hessischen Hofheim erbeuteten Diebe aus 40 Neuwagen mehr als 80 Stück. „Die gestohlene Ware geht überwiegend in den osteuropäischen Raum“, weiß die Kripo Hofheim. Im Visier der Diebesbanden sind Opel- und VW-Modelle, die auf osteuropäischen Gebrauchtwagenmärkten zu den gängigsten gehören. Nach Einschätzung der Kripo handelt es sich bei den Diebstahlserien um systematisch abgearbeitete Auftragsbestellungen.

Auch die Kripo in Zwickau kämpft mit dem Delikt „Autoteilediebstahl“: Aus fünf Autohäusern wurden dort mehr als 90 Airbags gestohlen. Im sächsischen Reinsdorf schlugen Kriminelle in einem Autohaus gar zum zweiten Mal zu, nahmen zwanzig Bags mit. Wahrscheinlich hatten sie sich als interessierte Autokäufer getarnt und dabei das Autohaus ausspioniert. Volkmar Stöcker, Geschäftsführer des Opel-Hauses Friedrichsgrün: „Da die Lenkräder schon mit Lenkradkrallen gesichert waren, haben die Täter mit Gewalt die Beifahrer-Airbags herausgerissen.“ So musste Stöcker beschädigte Armaturenbretter im Wert von rund 50.000 Euro ersetzen.

Erleichtert wurde der Diebstahl durch die verkehrsgünstige Lage. Nach Erkenntnissen der Kripo sind Autohäuser in dünn besiedelten Gegenden oder Industriegebieten besonders gefährdet: Dort besteht üblicherweise eine gute Anbindung zur Autobahn. So erreichen überregionale Banden schnell ihren Fluchtweg.

Ob Profi- oder Gelegenheitsdiebe, Autohändler Volkmar Stöcker hat keine Angst mehr vor ihnen. Er hat sein Autohaus mit Kameras gesichert und zur Festung ausgebaut. Zudem hat er sich für einen Wachdienst entschieden, der rund um die Uhr Patrouille läuft. „Wir hatten uns sogar schon überlegt, vorsichtshalber die Airbags aus den Neuwagen auszubauen“, erklärt Stöcker.

Airbag mit Ohren

Der heutige Fahrerairbag ist grundsätzlich rund, denn dies ermöglicht den Herstellern eine unkomplizierte und preiswerte Produktion, zudem bildet er in jeder Lenkradstellung ein gutes Schutzpotenzial. Ein neuer asymmetrischer Airbag, der so genannten Ohren-Airbag, bietet dem Fahrer künftig im Crashfall noch mehr Schutz – vor allem bei einem Schrägaufprall. „Wir eröffnen mit dem asymmetrischen Airbag ein neues Kapitel im Airbagdesign“, erklärt Mehran Khazami, Entwicklungsleiter „Fahrerairbag und Lenkrad“ bei der TRW Automotive in Aschaffenburg. Künftig können somit unterschiedliche Unfallarten mit nur einem Airbag abgedeckt werden.

Möglich wurde diese Innovation erst nach der Entwicklung des weltweit ersten Lenkradsystem mit feststehender Nabe (von Autoliv) im Kleinwagen Citroen C4. TRW entwickelte für das System ein neues Kegel-Getriebe. Mehran Khazami: „Damit wird der Verschleiß der Zahnräder am Lenkradkranz auf ein Minimum reduziert und auch an der Lenksäule sind keine weiteren Änderungen nötig.“ Die neue Luftsack-Generation eignet sich vor allem für Fahrzeuge mit tief liegendem Windlauf, flacher Windschutzscheibe oder für Sportwagen und Cabrios, in denen Fahrer einem höheren Verletzungsrisiko ausgesetzt sind.

Erste Tests bei TRW haben bestätigt, dass allein die Verschiebung der Luftsackmitte um 100 Millimeter nach unten einen um 20 Prozent niedrigeren Brustbeschleunigungswert und damit ein deutlich niedrigeres Verletzungsrisiko in diesem Bereich bedeutet. Mit einem asymmetrischen Airbag sollen auch die neuen US-Crashvorschriften kein Problem mehr darstellen: Um den Schutz für gegurtete und ungegurtete Insassen zu erfüllen oder die teils gegenläufigen Anforderungen an Rückhaltekomponenten beim Test gegen die feste und deformierbare Crash-Barriere, müssen Hersteller ab 2006 dort einen Schrägaufprall absolvieren. In der nächsten Generation des Citroen C4 soll der Ohren-Airbag erstmals in Serie gehen.

Airbag in der Kopfstütze

Nach einem Verkehrsunfall machen Verletzungen an der Halswirbelsäule (HWS) und im Schulter- und Nackenbereich nicht nur den Betroffenen, sondern auch Ärzten und Versicherungen zu schaffen. Denn häufig verlangen Autofahrer wegen eines so genannten Schleudertraumas Schmerzensgeld. Tatsächlich haben Mediziner am Institut für Rechtsmedizin der Uni München mehr als einhundert Gutachten zu HWS-Verletzungen ausgewertet, von denen nur jedes fünfte berechtigt war.

Falsch eingestellte Kopfstütze ist gefährlich

Die Ursache für ein HWS-Syndrom liegt oft bei der Kopfstütze, die in Design und Handhabung teils kompliziert ist: da ist die Kopfstütze zu niedrig eingestellt, der Abstand zum Kopf zu groß oder sie ist schlicht im Blickfeld des Fahrers.

Eine Lösung soll die Kopfstütze mit einem kleinen integrierten Airbag sein. Der Autozulieferer TRW Occupant Restraint Systems stellte auf der Tagung “Airbag 2000” in Karlsruhe den Prototypen einer aufblasbaren Kopfstütze vor.

Statt flexible Rückenlehne besser Airbag

Saab, Volvo und Renault haben mittlerweile passive Systeme eingeführt, die im Crashfall die Kopfstütze zum Kopf hin bewegen, aktiviert von einer ausgelenkten Rückenlehne.

Alexander Heilig, Entwicklungsingenieur bei TRW: “Ein passives System ist sicherlich hilfreich, offen bleibt jedoch die Frage, inwieweit dies für die Vermeidung von HWS-Verletzungen im Crashfall ausreichend sein kann.”

Grundlage der neuen Airbagentwicklung sind Studien und Versuche verschiedener Kopfstützenkonzepte, welche nach Effektivität, Sicherheit, sowie Kosten verglichen wurden.

Anforderungen an einen Kopfstützen-Airbag

Dabei stellten die Ingenieure fest: ein optimales System muss alle Insassengrößen und Positionen berücksichtigen und im Crashfall sehr schnell reagieren. Es muss auf allen Fahrzeugsitzplätzen einsetzbar sein und unabhängig von jeglicher Kopfstützenvoreinstellung die Verletzungsgefahr verringern. Es entstand eine Kopfstütze mit Airbagsystem, dass von einem Schaumblock umgeben ist.

Das Zündsignal fließt von der Fahrzeug-Crashsensorik über ein Kabel in die Kopfstütze. Zündet das System bei einem Heckcrash, bläst ein pyrotechnischer Gasgenerator innerhalb von 30 Millisekunden einen 3-Liter-Luftsack sehr sanft auf.

Mehrere Lösungen möglich

Um Styling und Design möglichst offen zu halten, wählte man mehrere Konstruktionen: ein Kopfstützenüberzug aus Stretchmaterial, eine Kopfstütze mit Reißnähten und ein auswechselbares Luftkissen mit befestigtem Frontpolster, das vorne in die Kopfstütze eingeklipst wird. Alexander Heilig: “Alle Varianten wurden in dynamischen Versuchen erfolgreich geprüft”.

Erfolgreich mit Schlittenversuch getestet

Gemeinsam mit der Technischen Universität Graz wurden mittlerweile etwa 170 dynamische Versuche mit Dummies und Freiwilligen gefahren. Ergebnis: Die Versuche zeigten eine deutlich niedrigere Halsbelastung, keiner der Testpersonen – Schlittenversuch bei 10 km/h – verletzte sich. Das aufblasbare Kopfstützensystem wurde subjektiv als komfortabel empfunden, ein Zündknall war nicht störend – das Crashknall der Versuchsanlage schien sogar lauter zu sein.

TRW entwickelt derzeit im Auftrag von Automobilherstellern weiter an dem System, “schon bald” sollen die ersten Pkw mit Kopfstützen-Airbag vom Band rollen.

Forschungsergebnisse zu Dieselschadstoffen

Umstritten ist die Fragestellung: Wie gefährlich sind Partikel für die Gesundheit? Die Partikelmenge wird wie gesetzlich vorgeschrieben im verdünnten Abgas gemessen, kann aber nicht in der Atmosphäre verfolgt werden. So liegen derzeit auch keine ausreichenden Kenntnisse über das Reaktionsverhalten der Partikel in der Atemluft vor, obwohl Lungenfachärzte vor den sehr feinen Partikeln warnen, die tief in die Lunge eindringen können, dort möglicherweise Entzündungen verursachen und damit auch ein potentielles Krebsrisiko bilden.

Vergleich Tier-Mensch umstritten

Seit 40 Jahren forschen Wissenschaftler nach den Auswirkungen der Dieselabgase. So ergaben toxikologische Untersuchungen der Medizinischen Hochschule Hannover mit ungefilterten Dieselabgasen lediglich bei Ratten eine Steigerung der Lungenkrebsrate – allerdings lag die Konzentration um mehr als das Tausendfache höher als im Straßenverkehr. Vergleichende Untersuchungen zwischen Affen und Ratten zeigten ebenfalls, dass die Ergebnisse der Tierversuche nicht ohne weiteres als Grundlage für die Risikoabschätzung für den Menschen geeignet ist.

Studien beweisen keinen Zusammenhang

Und während beispielsweise Greenpeace auf den Zusammenhang zwischen Diesel-Rußpartikeln und allergischen Atemwegserkrankungen hin weist und auch japanische und australische Mediziner dieses bestätigen, zeigt eine Auswertung wissenschaftlicher Studien kein eindeutiges Bild. Denn das Berufsgenossenschaftliche Institut in St. Augustin stellte im letzten Jahr fest, dass keine der 91 epidemiologischen Studien einen Zusammenhang zwischen Dieselmotor-Abgasbelastung und Lungenkrebs beweist. Die Krebsgefahr durch Dieselruß scheint – je nach Auftraggeber – bewiesen oder eben nicht.

Fragen an Professor Dr. Hans Peter Lenz vom Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Kraftfahrzeugbau der Technischen Universität Wien (Veranstalter des Wiener Motorensymposiums)

1.) Immer wieder Streitpunkt beim Diesel sind die angeblich krebserregenden Stoffe. Wie bewerten Sie die Diskussion und die Forschungsergebnisse?

A: Es gibt bisher keinen Nachweis, dass die Konzentrationen, in denen die Rußpartikel emittiert werden, Krebs fördernd sind. In der letzten Zeit wurde die Behauptung aufgestellt, moderne Dieselmotoren hätten zwar weniger Partikelmassenemissionen, aber die verbleibenden Partikel hätten kleinere Durchmesser und seien somit schädlicher. Diese Vermutung hat sich als unrichtig herausgestellt.

2.) Mit welchen technischen Maßnahmen könnte man den Partikelausstoß schnell reduzieren?

A: Der Partikelausstoß wird durch viele Details im Hinblick auf bessere Verbrennung vermindert, beispielsweise eine intensivere Ladungsbewegung, höhere Einspritzdrücke oder eine größere Zahl der Einspritzstrahlen. Die drastischste Maßnahme zur Partikelverminderung ist das Partikelfilter, das aber noch Probleme in der Dauerhaltbarkeit und Regeneration macht.

3.) Wie könnte man über die Kraftstoffqualität, im Besonderen mit schwefelfreiem Kraftstoff, die Partikelemissionen senken?

A: Die Qualität des Kraftstoffs beeinflusst sowohl die Zahl wie auch die Masse der emittierten Partikel. Schwefelfreier Kraftstoff senkt beide Emissionen drastisch. Leider sträubt sich die Mineralölindustrie bei einer schnellen Einführung. Die für 2005 vorgeschriebene Grenze von 50 ppm Schwefel ist deutlich zu hoch, gefordert werden muss eine Grenze von 10 ppm.

4.) Hat der Dieselmotor größere Chancen, wenn die Geruchsprobleme beseitigt sind und wie ist dabei der Stand der Technik?

A: Das Geruchsproblem der Dieselmotoren hängt auch mit dem Schwefelgehalt des Kraftstoffes zusammen. Je besser generell die Dieselmotoren im Hinblick auf die Schadstoffemissionen entwickelt werden, desto geringer wird auch das Geruchsproblem.

5.) Welche Zukunftschancen geben Sie dem Diesel im Pkw-Bereich und hat die Brennstoffzelle, die 2004 serienreif sein soll, eine Chance den Verbrennungsmotor zu ersetzen?

A: Beim PKW rechne ich in der Zukunft mit einem Dieselmotoranteil von etwa 50 %. Die Brennstoffzelle hat meiner Ansicht nach erst Chancen zu einer größeren Serienfertigung in etwa 20 Jahren; bis dahin gibt es keine Alternative zum konventionellen Verbrennungsmotoren.

Vielen Dank Herr Professor Lenz

Schwefelfreier-Kraftstoff

Ohne schwefelfreien Sprit ist beim Diesel wenig zu machen. Weniger Schwefelgehalt verringert den Sulfatanteil. Schwefelarmer Kraftstoff, beispielsweise der so genannte Schwedendiesel, weist weniger als 10 ppm (zehn von einer Million Teile) Schwefel auf. Ein heutiger Euro-2-Dieselmotor verursacht damit deutlich weniger Schadstoffe: bis zu 50 % weniger Kohlenmonoxid (CO) Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOX) um 10 % und die Partikel um mehr als 40 %. Das Startverhalten des Kat wird in der Warmlaufphase um fast 100 % verbessert.

Revolutionärer Diesel-Partikelfilter von Peugeot

Peugeot 607
Grafik zur Funktionsweise des Dieselpartikel-Filters

Ein Dieselmotor ohne Rauch und Partikel – klingt unglaublich. Schon seit Jahrzehnten forscht man nach solch einem Motor. Mit der Entwicklung eines revolutionären Partikelfilters bietet PSA Peugeot-Citroen genau diesen sauberen Dieselmotor für das Topmodell 607 an. Auch die deutsche Automobilindustrie sucht nach einem Reinmacher.

Dieselanteil gestiegen

Vordergründig basiert der Erfolg des Diesels auf den steigenden Kraftstoffpreisen. So stieg innerhalb des letzten Jahres der Neuwagen-Dieselanteil in Deutschland von 22 auf 28 %. Doch auch die typischen Nachteile des Diesel- gegenüber dem Ottomotor, wie Stickoxide (NOX) und Rußpartikel, haben die Techniker mittlerweile gut im Griff: Der Diesel verliert sein Dreckschleuder-Image. Werbewirksam präsentiert jetzt Peugeot ein zukunftsweisendes Schadstoffreinigungssystem, das Partikelfilter FAP (Filtre à particules).

Ruß-Grenzwerte nur mit Filter einzuhalten

Während grundsätzlich ein Dieselmotor immer mit der gleichen Luftmenge arbeitet, kann beim Beschleunigen das Gemisch schnell zu fett werden, dann verbrennt es nur unvollständig. Abgasrückführung (AGR) und selektive katalytische Reduktion (SCR) mindern NOX, reichen aber nicht aus, um Forderungen zur Partikelemission nach EURO 5 und US EPA 2007 zu erfüllen. Dies geht nur mit Filter, der zwar die ultrafeinen Rußpartikel auffangen kann, sich aber schnell zusetzt und deshalb regeneriert werden muss. Mit der Peugeot-Technologie soll es problemlos möglich sein, das Filter in bestimmten Zyklen zu reinigen.

Schwierige Vorarbeiten

Die natürliche Abbrenntemperatur der Partikel liegt bei etwa 550 Grad Celsius, die weder mit einem Kammerdiesel noch mit einem Direkteinspritzer zu erreichen ist. Beispielsweise wird der Motor im Stadtverkehr nur so gering belastet, dass lediglich Abgastemperaturen zwischen 150 und 200 Grad entstehen. In den 80er Jahren scheiterte deshalb bei Mercedes die Einführung eines Filtersystems und auch VW legte damals in den USA ein Konzept ohne Erfolg vor.

Anders soll das neue Superfilter sein, das PSA gemeinsam mit vier führenden Zulieferern entwickelt hat: Die Steuer- und Regelelektronik kommt von Bosch, das Filter von der japanischen Firma Ibiden, das Dieseladditiv (Eolys) von Rhodia (früher Rhône-Poulenc). Die Herstellung des Auspuffsystems übernahm Faurecia.

Additiv senkt Abbrenntemperatur der Partikel

Das FAP besteht aus einem Siliziumkarbid-Keramikwabenelement, der Steuersoftware der Common-Rail-Einspritzung und dem Behälter für das Kraftstoffadditiv. Im reinen Filter setzt sich zunächst die Oberfläche des porösen Innern zu, dann die Wände der eintretenden Kanäle. Ein Drucksensor überwacht das Filterinnere, nach etwa 400 bis 500 Kilometern (Filter ist etwa zu 80% beladen) brennt er dann innerhalb von zwei bis drei Minuten vollständig die Partikel ab. Dazu spritzt man zusätzlich Kraftstoff ein, er erhöht die Abgastemperatur von etwa 150 auf 450 Grad Celsius. Um die Verbrennungstemperatur für die Partikel von den natürlichen 550 auf 450 Grad zu senken, wird dem Dieselkraftstoff eine geringe Menge des Additivs Eolys beigemengt. Dieses entscheidende Additiv, entwickelt vom Chemiekonzern Rhodia, enthält eine Verbindung auf Ceriumbasis. Dies gilt Vereinfacht dargestellt “verbindet” sich das anorganische Cerium schon in der Bennkammer des Motors mit dem Ruß. Später lassen sich dann die Rußpartikel einfacher spalten und abbrennen. Nach etwa 80.000 km müssen die Verbrennungsrückstände des Filters ausgewaschen werden, das Additiv wird aufgefüllt. Auch Renault hat mittlerweile angekündigt, 2002 seine Dieselmodelle mit Partikelfilter und einer ähnlichen Additivlösung auszustatten.

Deutsche Autoindustrie skeptisch

Gegenüber dem neuen Filtersystem von Peugeot gibt sich die deutsche Autoindustrie zurückhaltend. Gunter Zimmermeyer, Geschäftsführer beim Verband der Automobilindustrie (VDA): “Derzeit ist das angekündigte Peugeot-Filter noch immer nicht in Deutschland im Serieneinsatz, dies lässt auf Probleme schließen”. So sehen auch die Ingenieure bei DaimlerChrysler das Problem des zusätzlichen Kraftstoffverbrauchs (3 bis 4%) durch die Nacheinspritzung und der vermehrten Aschebildung. Für Autofahrer bedeute dies “nur bedingt alltagstaugliche” Wasch- und Wechselintervalle bei verstopftem Filter.

Doch die Peugeot-Ingenieure kontern: Da das Topmodell 607 schon seit Jahresbeginn beispielsweise in Österreich, Belgien, Frankreich und der Schweiz verkauft wird – mit einem Dieselanteil von fast 70 % -, liegen dort positive Erfahrungswerte vor. So stellte auch die Schweizer Umweltbehörde Buwal fest, dass das Element Cerium die Verbrennung deutlich verbessert. Auch die amerikanische Umweltbehörde EPA prüft derzeit die Zulassung. Rhodia entwickelt schon einem Filter der neuen Generation, der die Aschespeicherung mindert. Weiter bescheinigen auch andere unabhängige Schweizer Institute und das Berliner Umweltbundesamt dem Peugeot Filter in allen Disziplinen Bestnoten und als Fazit: “Die deutschen Hersteller können nicht mithalten”.

CRT – die Rettung?

VDA-Experte Gunter Zimmermeyer: “Im Gegensatz zur Lösung von Peugeot ist unsere Philosophie eine andere. Wir wollen mit innermotorischen Maßnahmen die Partikel im Motor erst gar nicht entstehen lassen.” So hat die deutsche Autoindustrie mit dem “aktiven CRT” (Continious Regeneration Trap) ein aussichtsreiches System entwickelt. Bei CRT wird das Filter nicht wie üblich mit Sauerstoff (O2) regeneriert, sondern mit dem im Oxidationskat entstehenden Stickstoffdioxid (NO2). Die Arbeitstemperatur muss bei über 300 Grad Celsius liegen, die entweder mit einer elektrischen Beheizung oder durch “sanfte” Nacheinspritzung erreicht wird. Im unteren Lastbereich häufen sich die Rußpartikel solange an, bis das Filter etwa zu 30 % voll ist, dann setzt die aktive CRT-Funktion ein: Ein nah am Motor platzierter Oxidationskat reinigt das Abgas von Kohlenmonoxid (CO), sowie Kohlenwasserstoffen (HC), im zweiten Kat kann das für die Rußoxidation benötigte NO2 erzeugt werden. Abhängig von Druckdifferenz vor und nach dem Filter und abhängig von der Temperatur beginnt der Reinigungsprozess.

Unterschiedliche Konzepte bei VW

So sieht beispielsweise bei VW das CRT-Konzept vor, für das Jahr 2005 (EU4) in Oberklassemodellen ein Partikelfilter und zusätzlich einen Kat zu integrieren, der die Stickoxide aus dem Abgas holt. Für einen Passat genügt ein Partikelfilter in Verbindung mit dem Pumpe-Düse-TDI der mit bis zu 2050 bar den höchsten Druck aller heute gebräuchlichen DI-Systeme hat. So erfüllt der Lupo 3L TDI als erster Seriendiesel weltweit die Euro 4 Abgasnorm.

Toyota setzt auf neu entwickelten Keramikfilter

Auch Toyota bereitet für 2003 die Einführung eines Schadstofffilters für Dieselmotoren vor: Mit dem DNPR-System (Diesel Particulate NOX Reduction) sollen Rußpartikel und Stickoxide gleichzeitig reduziert werden. Innerhalb des Gesamtkonzepts verwendet Toyota dabei vorhandene Systeme: Gemeinsam mit den neuen Common-Rail-Motoren übernimmt ein neu entwickeltes Keramikfilter, das mit einem Stickstoff-Dreiwege-Speicherkatalysator beschichtet ist und ursprünglich für den Einsatz bei Magermix-Motoren entwickelt wurde, die Reinigung.

Schwefelfreier Kraftstoff auf jeden Fall erforderlich

Erste Ergebnisse sollen eine mehr als achtzigprozentige Reduktion bei Rußpartikeln und Stickoxiden während der ersten Verbrennungsphase ergeben haben – gemessen nach den japanischen Abgasbestimmungen. Während viele Detailfragen zu dem DNPR-System noch offen sind, steht aber fest, dass nur schwefelfreier Kraftstoff zu diesen Werten führt. Diesen fordert auch Gunter Zimmermeyer: “Wann CRT in Serienfahrzeugen zu finden sein wird, steht derzeit noch nicht fest, denn vieles hängt mit der Einführung schwefelfreien Kraftstoffs zusammen.”

Gesetzgeber will neue Abgasmessung

Mit dem FAP ist es Peugeot gelungen, die Partikel auf das Niveau eines Benzinmotors und auf das Messbare von vier Milligramm pro Kilometer zu senken. Damit hofft man auch alle künftigen Abgasvorschriften einhalten zu können. Doch der Gesetzgeber macht Druck. So fordert nicht nur Umweltminister Jürgen Trittin den Partikelfilter für alle, sondern auch Bernd Lange, Verkehrsexperte der SPD und Mitglied im Europäischen Parlament verkündete kürzlich auf einer VDA-Tagung: “Wenn wir deutliche Erkenntnisse haben, wollen wir nicht nur die Masse, sondern auch die Anzahl der Partikel zum Gegenstand der Gesetzgebung machen”. Da aber immer nicht zweifelsfrei bewiesen ist, ob die Größe der Partikel oder ihre Anzahl für Gesundheitsschäden verantwortlich sind, steht eine “Erkenntnis noch aus.

Mercedes S-Klasse mit Zylinderabschaltung

Va­riable  An­saugsysteme, mehr Aufla­dung, reduzierter Hub­raum oder flexible Ventil­steue­rung: Maßnahmen, die den Wirkungsgrad des Motors erhöhen sollen und damit letztlich den Kraftstoffverbrauch senken. Zu diesen vielversprechenden Ideen gehört auch die Zylinderabschaltung, wie sie im 500er der neuen S-Klasse von Mercedes-Benz zu finden ist.Mit der Zylinderabschaltung läßt sich vor allem der sogenannte Teillastbetrieb des Motors nachhaltig verbessern. Denn im unteren Lastbereich fällt der Wirkungsgrad aufgrund der geringen Turbulenzen in den Brennräumen, der geringeren Zylinderfüllung und der hohen Ladungswechselverluste üblicherweise ab.

Auch von den acht Zylindern des S 500 arbeiten zeitweise nur vier. Denn in der dritten, vierten und fünften Fahrstufe des Automatikgetriebes schaltet die Elektronik  die Hälfte der Zylinder ab. Allerdings nur dann, wenn der Motor zwischen 1000 und 3500 mal je Minute dreht, entsprechend dem Tempobereich 40 bis 160. In diesem Teillastbereich arbeitet der S-Klasse-Motor nur noch mit den Brennräumen 1 und 4 auf der rechten Zylinderseite und 6 und 7 auf der linken. Ein- und Auslaßventile sowie die Kraftstoffzufuhr für die jeweiligen Zylinder sind dann abgeschaltet. Parallel dazu gleicht die Elektronik einen möglichen Drehmomentsprung aus, indem sie die Drosselklappen und den Zündzeitpunkt entsprechend steuert.

Der Effekt dieses automatischen Schließvorgangs ist groß: Im Teillastbereich vermindert sich der Kraftstoffverbrauch bei Fahrten mit konstant 120 km/h um mehr als 12%, bei 90 km/h um 15%. Maximal 20 % Ersparnis sind bei konstanten 60 km/h möglich. Trotzdem soll die Drehmoment-Charakteristik des Triebwerks in vollem Umfang erhalten bleiben. Lediglich die Nennleistung verringert sich geringfügig von 5  (7PS)  auf 220 kW (299 PS).

Das Prinzip der Zylinderabschaltung ist in Serienfahrzeugen nicht neu. Cadillac startete schon 1981 mit dem „Fleetwood“ das „Cylinder Cut-off“. Das sogenannte Cadillac-Eaton-System schaltet dabei die nicht benötigten Zylinder ab. So sind in der Anfangsphase noch alle Achtzylinder aktiv, doch bei einer Geschwindigkeit zwischen 43 und 76 km/h arbeiten nur noch vier. Nach 120.000 verkauften Fahrzeugen mußte die Produktion allerdings eingestellt werden. Grund: die unzuverlässige Elektronik.

Auch in der Porsche-Forschungszentrale in Weissach beschäftigen sich die Ingenieure mit der Zylinderabschal­tung.  Bald soll eine Porsche-Zylinderabschaltung serienreif sein. Schon beim   Sechszylinder-Boxermotor des letzten 911er waren 13 Prozent Einsparung möglich. Unter optimalen Testbedingungen erreichte man im Leerlauf eine Kraftstoffersparnis von 41 Prozent.  Doch spürten die Entwicklungsingenieure bei hohen Lasten und niedrigen Drehzahlen Fahrzeugschwingungen. Dies gehört mittlerweile der Vergangenheit an.

Ohne Einbußen im Bereich Laufruhe und Geräuschentwicklung soll es auch beim Mercedes S 500 zugehen, wenn die Hälfte der Zylinder ruht. Mercedes-Benz setzt sogar weiter auf dieses System: Im Topmodell Maybach arbeitet ein V12-Triebwerk mit knapp sechs Litern Hubraum und Zylinderabschaltung im Teillastbereich. Marketingexperten stellen allerdings skeptisch die Frage, ob einem Maybach-Käufer, der für seinen 12-Zylinder-Traumwagen mehrere hunderttausend Mark hinblättert, temporär auch 6 Zylinder reichen?

 

 

Zylinderabschaltung – Update

In  den  Bereich  großvolumiger  V-Motoren  mit Zylinderabschaltung  reihte  sich  2003  auch  Honda  mit  einem  3,5l-V6-Motor ein, DaimlerChrysler 2004 mit einem 5,7l-V8-Motor und 2009 Bentley mit einem 6,75l-V8-Motor. 2011 brachte Mercedes-AMG  einen 5,5l-V8 Saugmotor auf den Markt. Jüngst wurden weitere Motoren mit Zylinderabschaltung von Audi (4l-V8) und VW (1,4l-I4) angekündigt, die schon bald auf den Markt kommen werden.

Historie: ESP auf dem Siegeszug

Die A-Klasse von Mercedes und der legendäre Elchtest haben ESP (Electronic Stability Program) zu einem hohen Bekanntheitsgrad verholfen. Mittlerweile hat die Robert Bosch GmbH das 1.000.000-ESP-System ausgeliefert. Jetzt veröffentlichte der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) die ersten wissenschaftlichen Daten zum Verkehrssicherheitspotenzial von ESP und die Entwickler von Bosch erhielten sogar eine Auszeichnung für ihre Arbeit. ESP ist auf dem Siegeszug.

Verkehrssicherheitspotenzial wurde bewertet

Den höchstdotierten Technikerpreis Europas, den “Professor-Ferdinand-Porsche-Preis” der Technischen Universität Wien erhielten im Oktober 1999 der Niederländer Dr. Anton Theodor van Zanten und der Dipl. Ing. Armin Müller für die Entwicklung des ESP und dessen ersten Serieneinsatz in der Autoindustrie.

Van Zanten, Techniker bei Bosch, gelang es in Zusammenarbeit mit der DaimlerChrysIer AG auf Basis ABS und ASR ein komplexes Sicherheitssystem zu entwickeln. Dipl.Ing. Armin Müller lieferte bei DaimlerChrysIer den entscheidenden Beitrag für den erstmaligen Serieneinsatz von ESP in der Mercedes S-Klasse. Wir sprachen mit dem “Vater” des ESP.

Interview mit Herrn Anton Th. van Zanten, Abteilungsleiter Systementwicklung ESP bei der Robert Bosch GmbH

(1) Die Fahrdynamik umfasst das Verhalten Fahrer-Fahrzeug-Umwelt. Welche Grundlagen haben Sie genutzt um auf diesen teils “unsicheren” Faktoren ESP zu entwickeln?

Antwort: Das Verhalten des Fahrers wird wie folgt gemessen: Der Lenkradwinkelsensor ermittelt den Lenkwunsch des Fahrers, der Bremsdrucksensor den Bremswunsch und das Motormanagementsystem liefert die Information über den Antriebswunsch des Fahrers. ESP beurteilt nicht das Verhalten des Fahrers, sondern interpretiert seine Vorgaben zur optimalen Umsetzung in eine gewünschte Fahrzeugbewegung. Schätzalgorithmen im Steuergerät liefern Daten über die Fahrbahn, die bei der Berechnung des erforderlichen Giermoments und damit der notwendigen Reifenkräfte benötigt werden. Bei der Berechnung der Fahrzeugbewegung kommen neben modernen Schätztechniken, beispielsweise einen ´Beobachter´ für die Schätzung der Fahrzeugquerbewegung, auch physikalische Daten des Fahrzeugs zum tragen.

(2) Zu den “geschätzten” Werten: Sehen Sie Wege, diese Werte künftig beispielsweise direkt am Reifen abzunehmen?

Antwort: In der Kfz-Industrie wird momentan der Ansatz eines intelligenten Reifen diskutiert, mit dem es möglich sein soll, Reifenkräfte zu messen. Ob die Genauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit der Signale für die ESP-Regelung ausreicht, muss noch nachgewiesen werden. Die integrierte Intelligenz muss auch genormt werden, damit die Regelsysteme mit allen freigegebenen Reifen funktionieren. Da der Reifen ein Verschleißteil ist, wird zwangsläufig mit dem Reifen auch die integrierte Intelligenz ersetzt. Weiter gibt es noch andere Möglichkeiten, Reifenkräfte zu messen, zum Beispiel direkt an der Radachse.

(3) Der Gierwinkelsensor stellt in Aufbau und Messprinzip ein absolutes Novum im Automobilbau dar. Worin lag die Herausforderung?

Antwort: Den ersten Giergeschwindigkeitssensor haben wir teuer eingekauft. Dieser Sensor zeichnete sich durch folgende Vorzüge aus: Robustheit für den Kfz-Gebrauch, hohe Auflösung und Selbsttestfähigkeit. Allein über das Steuergerät prüft sich der Sensor 25 mal in der Sekunde selbst. Die große Herausforderung lag nun darin, die Kosten für den Sensor in den üblichen Bereich der Kosten für KFZ-Sensoren herunter zu bringen. In einem zweiten Schritt haben wir 1998 den ursprünglich feinmechanischen durch einen mikromechanischen Sensor ersetzt und damit die Kosten noch weiter gesenkt.

(4) Schwierigkeiten bereitet auch der schnelle Druckaufbau der Bremsflüssigkeit bei niedrigen Temperaturen. Wie haben Sie dieses Problem gelöst?

Antwort: Zum schnellen Druckaufbau haben wir anfänglich eine Vorladepumpe eingesetzt. Die Vorladepumpe ähnelt eine Zahnradpumpe und hat deshalb kein Einlassventil, weiter saugt sie direkt aus dem Vorratsbehälter, so dass der Strömungswiderstand im Ansaugtrakt minimal ist. Letztlich beliefert die Vorladepumpe die Rückförderpumpe des ESP-Hydroaggregats mit Bremsflüssigkeit, deren Druck etwa 15 bar beträgt, und den Bremsdruck in den Rädern auch bei Tieftemperaturen schnell aufbaut. Als Alternative zur Vorladepumpe wird heute auch der `smart Booster` eingesetzt. Durch Aktivierung des smart Boosters vom ESP aus gelangt die Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder mit dem gleichen Druck zur Rückförderpumpe.

(5) In der neuesten Generation des ESP entfallen die Vorladepumpe und die Ladekolbeneinheit. Wie viel Gewicht und Bauraum konnten Sie dadurch einsparen?

Antwort: Die Vorladepumpe hat ein Gewicht von etwa 2,5 Kilogramm und ein Boxvolumen von etwa 500 Kubikzentimeter. Die Ladekolbeneinheit etwa 1,5 Kilogramm und ein Boxvolumen von 300 Kubikzentimeter. Durch Reduzierung der Abmessungen des ESP-Hydroaggregats konnten wir in den letzten drei Jahren weitere Einsparungen erreichen: beim Gewicht 1 Kilogramm und beim Boxvolumen 700 Kubikzentimeter.

(6) Das erste in Serie gegangene ABS kam noch mit 4 Kilobyte ROM- und 128 Byte RAM-Speicher aus. Was benötigt das heutige ESP?

Antwort: Der erste ESP-Regler benötigte 48 KByte ROM und etwa 1000 Byte RAM. Durch Erweiterungen der Software ist der ROM-Bedarf auf ungefähr 128 KByte und der RAM-Bereich auf 4kByte gestiegen. Zur Abdeckung der verschiedenen Fahrzeugvarianten werden die Reglerdaten für jede Variante in ROM gespeichert. Der jetzige Rechner hat eine ROM-Größe von 256 KByte.

(7) Elektronik ist anfällig. Was passiert bei einer Fehlermeldung, wenn das ESP kurzzeitig nicht richtig funktioniert oder wenn es ganz versagt?

Antwort: Kurzzeitige Fehler, die vielleicht in Sensorsignalen durch äußere Einflüsse entstehen, können ausgefiltert werden ohne den Regler abzuschalten. Bei Fehlern anderer Kategorien wird je nach Fehlerart entschieden, welche Funktion noch beibehalten bleiben kann: bei Ausfall der Vorladepumpe beispielsweise muss ESP für den gesamten Bremsbereich weiterhin verfügbar sein, fällt die Rückförderpumpe des Hydroaggregats aus, bleibt die Betriebsbremse ohne Einschränkung erhalten, fällt ein Raddrehzahlsensor aus, dann bleibt die Elektronische Bremskraftverteilung noch erhalten.

(8) Wo und zu welchem Zeitpunkt kam Ihnen die Idee zu einer Fahrdynamikregelung mit Ziel ESP?

Antwort: Bereits 1972 habe ich in meiner Doktorarbeit an der Cornell Universität in Ithaca (USA) berechnet, wie die Brems- und Seitenführungskräfte verteilt sein müssen, damit das Fahrzeug einer vorgegebenen Spur optimal und mit optimaler Stabilität folgt. Bei Bosch konnte ich diese Gedanken 1983 wieder aufgreifen. 1985 fingen wir an, einen Algorithmus für die Vollbremsung, dem späteren ABS zu entwickeln, mit dem wir Seitenführungskräfte präzise schätzen und einstellen konnten. Es entstand ein neuer ABS-Regler: der Schlupfregler. 1988 haben wir den Schlupfregler in einen ´Fahrzeugregler` eingebettet, der die Bewegung durch eine genaue Einstellung des Reifenschlupfs an jedem Rad regeln konnte. Das war dann der Anfang des jetzigen ESP-Konzepts.

Vielen Dank für das Gespräch

Studie: Mehr Verkehrssicherheit mit ESP

Nach den Ergebnissen einer Studie der GDV-Unfallforschung ist von ESP ein entscheidender Schritt zu mehr Verkehrssicherheit zu erwarten. Bei einem Workshop im Bosch-Prüfzentrum Boxberg forderte Unfallforscher Professor Klaus Langwieder, Leiter des Instituts für Fahrzeugsicherheit im GDV (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft), möglichst alle Fahrzeuge serienmäßig mit dem Fahrzeugstabilitätsprogramm ESP auszustatten. Dann lassen sich nicht nur gefährliche Schleuderunfälle reduzieren, sondern auch die Gefahr der Risikokompensation verringern (ESP gehört dann wie selbstverständlich zur normalen Ausstattung). Mit ESP lässt sich laut Langwieder “ein Sprung auf ein neues Niveau der Fahrsicherheit” erwarten: Mit 20 bis 25 Prozent haben Schleuderunfälle einen wesentlich höheren Anteil an Pkw-Unfällen mit schweren Verletzungsfolgen als bisher angenommen. Bei Unfällen mit tödlichen Verletzungen ist sogar von einem Anteil von mindestens 30 Prozent auszugehen. Das erhöhte Risiko, verletzt oder getötet zu werden, ist demnach darauf zurückzuführen, dass der Unfallverursacher oft in schwere Seitenkollisionen verwickelt wird.

Studie wertet 1000 Unfälle aus

Langwieders Erkenntnisse basieren auf der Unfallstudie RESIKO (REtrospektive Sicherheitsanalyse von Pkw-KOllisionen mit Schwerverletzten), in der umfangreiche Unfalldaten ausgewertet wurden. In der Analyse von Schadenakten aller deutschen Versicherungsgesellschaften wurden 15.000 Pkw/Pkw-Unfälle und 1.000 Pkw-Alleinunfälle unter die Lupe genommen. Aus diesem Material filterten die Experten alle Fälle mit schweren oder tödlichen Insassenverletzungen: 1.100 Pkw/Pkw- und 524 Pkw-Alleinunfälle. Dieses Material enthält somit Daten über Unfallverursacher und Beteiligte, über alle Altersgruppen und alle Pkw-Unfallarten.

Viele Alleinunfälle bei jungen Fahrern

40 bis 60 Prozent der Schleuderunfälle waren es Alleinunfällen, besonders häufig verursacht von jungen Fahrern. Bei Pkw/Pkw-Unfällen mit Personenschaden ist der Anteil der Schleuderunfälle etwa 12 %. Langwieder schätzt, dass mindestens 20 bis 25 % aller Unfälle so genannte Schleuderunfälle sind.

Weitere Untersuchungen zeigen, dass zudem der Anteil der Schleuderunfälle mit der Unfallschwere ansteigt: Bei tödlichen Unfällen ist mit einem Anteil von mindestens 30 %, möglicherweise sogar 40 %, zu rechnen.

Versicherer fordern Stabilitätsprogramm für alle Autos

Die Forderung nach einem serienmäßigen elektronischen Stabilitätsprogramm wird nach Langwieders Ansicht auch dadurch bestärkt, dass elektronische Fahrdynamikregler nicht nur die aktive Sicherheit verbessern, sondern auch einen Beitrag zur passiven Sicherheit liefern: Selbst wenn eine Kollision wegen der physikalischen Grenzen nicht mehr vermeidbar ist, so erhöht ESP zumindest die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit der Fahrzeugfront, da soweit möglich das Fahrzeug “auf Kurs” bleibt ohne quer zu schleudern.

ESP-Zukunft

ESP (Electronic Stability Program) ergänzt ABS und ASR mit weiteren Sensoren, die die Schleuderbewegungen des Wagens berechnen. Genau dosierte Bremsimpulse an einem oder mehreren Rädern und/oder ein verringertes Drehmoment korrigieren Fahrfehler wie auch Schleuderbewegungen. Die Stabilisierung erfolgt permanent. Nachdem ESP vor einigen Jahren in der Oberklasse für etwa 2.500 DM zu haben war, ist es derzeit schon für unter 1.000 DM in der Kompaktklasse zu finden. Mittlerweile hat Bosch mehr als eine Million ESP-Systeme produziert. Nach Ansicht der Boschexperten wird in etwa drei Jahren ESP auch in Kleinwagen einziehen.

Porsche-Preis für ESP-Entwickler

Zum elften Mal vergab die Technische Universität Wien den von Louise Piech, der Tochter Ferdinand Porsches, gestifteten Automobil-Technikerpreis. Der von der Porsche Holding (Salzburg) und der Porsche AG mit 50.000 DM dotierte “Ferdinand-Porsche-Preis” gilt als herausragende Auszeichnung für Techniker, deren technische Innovationen die Entwicklung des Automobils nachhaltig beeinflussten. Bisherige Preisträger entwickelten beispielsweise das ABS oder die Aluminium-Karosserie.

TU Wien vergibt Porsche-Preis

Der Preis wurde von Louise Piech zum Gedenken an ihren Vater Ferdinand Porsche gestiftet und 1979 erstmals verliehen. Nach ihrem Tod im vergangenen Februar übernahm ihr Sohn Ferdinand Piech den Vorsitz der Jury, zu der Porsche-Chef Wendelin Wiedeking und drei Professoren der TU. Die Verbindung der Familie Porsche und ihres Piech-Zweiges mit der TU Wien hat Tradition: Schon vor 80 Jahren ernannte die Technische Hochschule Wien Ferdinand Porsche zum Doktor der Technischen Wissenschaften, vor 15 Jahren erhielt Ferdinand Piech von der TU Wien den Doktortitel ehrenhalber verliehen.