Druckausgleichskomponenten für Lithium-Ionen-Batteriegehäuse
Bremssättel aus 100 Prozent recyceltem Aluminium
Fahrerassistenzsystem mit KI und Lidar ausgestattet
KI-gestützte Lichtkommunikation für autonome Fahrzeuge
FACHWISSEN
Abgasnormen
Die EU-Abgasgesetzgebung wird immer strenger. Eigentlich meint man, dass sie eines Tages nicht mehr zu erfüllen sei, aber die Automobilindustrie schafft es immer wieder. Neu werden in der Euro-7-Norm auch die Brems- und Reifenemissionen reglementiert.
TECHNIK
Faserverstärkte Kunststoffe
Faserverstärkte Kunststoffe sollen umweltfreundlicher und nachhaltiger werden. So stehen etwa Naturfasern vor einem Serieneinsatz bei BMW, und anderorts wird an biobasierten Carbonfasern geforscht.
Fahrzeugsitzkonzepte
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Portfolio an Komponenten zum Druckausgleich in Lithium-Ionen-Batteriegehäusen erweitert
Freudenberg Sealing Technologies hat auf der Battery Show North America in Detroit wichtige Innovationen für Elektrofahrzeuge vorgestellt. Dazu gehören unter anderem neue Komponenten für den Druckausgleich in Akkumulatoren. Denn aus Sicherheits-, aber auch Leistungsgründen müssen die Lithium-Ionen-Batteriegehäuse hermetisch abgedichtet bleiben, brauchen jedoch auch spezielle Komponenten zur Regulierung des Innendrucks. Freudenberg hat dazu sein «DIAvent»-Produktportfolio entwickelt: eine patentierte Produktfamilie, die Druckausgleich während des normalen Betriebs sowie Notentlüftungsfunktionen bietet und auf verschiedene Anwendungen zugeschnitten ist. Das aktuelle Portfolio bietet eine Reihe von Optionen von kompakten, platzsparenden Varianten für kleine und mittelgrosse Batterie-
BREMBO
Sealing Technologies hat sein
systeme bis hin zu Elementen mit hoher Kapazität für grössere Fahrzeuge mit hohem Energiebedarf. Darüber hinaus sind Lösungen für Elektromotoren, Achsen und Wechselrichter verfügbar.
Bremssättel aus 100
Aufgrund des Kundenfeedbacks hat Freudenberg Sealing Technologies das «DIAvent»-Portfolio nun um zwei weitere, eben auf der Battery Show gezeigte Komponenten ergänzt: «DIAvent
maxFlow» verfügt über eine offene Entgasungsöffnung – anstelle einer sich allmählich öffnenden – und bietet eine vollständige Entgasungsrate nahe der Öffnungsdruckschwelle. Der Aktivierungsgrad kann zwischen 50 und 200 mbar eingestellt werden. Die zweite Neuheit, «DIAvent Hybrid», kombiniert einen permanenten, bidirektionalen Druckausgleich mit einer Notentlüftung und bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Aluminiumabdeckung der Entlüftung direkt und fest am Batteriegehäuse anzubringen.
Die neuen Komponenten eignen sich für den Einsatz in Batteriesystemen mit hoher Energiedichte. Dabei bieten sie Automobilherstellern sowie Batterieproduzenten mehr Flexibilität und massgeschneiderte Funktionalität für eine Vielzahl von Betriebsbedingungen. (pd/sag)
Prozent recyceltem Aluminium –ohne Kompromisse bei Leistung oder Design
Nach mehr als fünf Jahren Forschung und Entwicklung hat Brembo nun eine Legierung aus 100 % recyceltem Aluminium für die Herstellung seiner OE-Bremssättel vorgestellt. Das Projekt wurde mit dem Ziel gestartet, die Umweltbilanz der Fertigungsprozesse zu verbessern. Durch eine Bewertung des gesamten Produktionszyklus konnten Schlüsselbereiche identifiziert werden, welche das grösste Verbesserungspotenzial aufweisen. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaft, ohne Qualitätsverlust unbegrenzt recycelt werden zu können, war es naheliegend, hier auf Aluminium zu setzen. In der Folge wurden verschiedene auf dem Weltmarkt erhältliche Legierungen geprüft, um eine Lösung zu finden, die die gleiche mechanische Leistungsfähigkeit und Fliessfähigkeit wie
Die aus recyceltem Aluminium gefertigten Bremssättel behalten alle stilistischen Merkmale – wie beispielsweise die Farben –, die Brembo auszeichnen.
das Originalmaterial gewährleistet – jedoch mit deutlich geringeren CO2-Emissionen. Es bot sich eine Legierung an, die vollständig aus recyceltem Aluminium besteht und durch deren Verwendung die CO2Emissionen über den gesamten Lebenszyklus des Bremssattels
im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen um 70 % reduziert werden können.
Durch die Umstellung auf das neue Material mussten das Produkt neu bewertet und der Herstellungsprozess aktualisiert werden. Folglich wurden umfassende Neu-
konstruktions- und Reindustrialisierungsmassnahmen eingeleitet, um sicherzustellen, dass die neue Lösung weltweit in allen BremboWerken eingesetzt werden kann und höchste Qualität und Leistung bietet. Was das Design angeht, behält das Bauteil selbstverständlich alle stilistischen Merkmale, die die italienische Marke auszeichnen. Als sichtbares Zeichen für den Innovationsschritt werden diese Bremssättel mit einem neuen, von Brembo eingetragenen «ALU»Markenzeichen versehen, das die aus upgecycelten Aluminium hergestellten Bremssättel optisch kennzeichnet. Denn die Legierung wird nicht einfach recycelt, sondern upgecycelt: Brembo verwendet das ursprüngliche Material nicht nur wieder, sondern veredelt es und verleiht ihm einen höherwertigen Charakter. (pd/sag)
Freudenberg
«DIAvent»-Portfolio mit den zwei neuen Komponenten «DIAvent Hybrid» und «DIAvent maxFlow» ergänzt.
Bild: Brembo
Nächste Generation des Fahrerassistenzsystems mit künstlicher Intelligenz und Lidar ausgestattet
Nissan hat sein Pro-Pilot-Fahrerassistenzsystem (Eigenschreibweise ProPILOT) der nächsten Generation vorgestellt, das die KI-Software Wayve AI Driver von Wayve mit der Ground-Truth-Perception-Technologie von Nissan kombiniert. Eine mit dem neuen System ausgerüstete Flotte von vollelektrischen Prototypen auf Basis des Nissan Ariya fuhr sicher und souverän – gemäss SAELevel 2, also stets von einem Fahrer überwacht – im komplexen städtischen Umfeld der Tokioter Innenstadt. Diese Demonstrationsfahrzeuge sind ausgestattet mit elf Kameras, fünf Radarsensoren und einem leistungsstarken, auf dem Dach montierten Lidarsensor der nächsten Generation, der eine Schlüsselkomponente für die Ground-Truth-Perception-Technologie darstellt. Der Sensor kann Objekte in grösserer Entfernung
Die
mit elf Kameras, fünf Radarsensoren und einem auf dem Dach montierten Lidarsensor ausgerüstet.
als Kameras genau erkennen und erhöht so die Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten und bei Nachtfahrten.
Wayve AI Driver ist eine Software, die modernste KI-Technologie auf das Fahren von Fahrzeugen anwendet. Sie verarbeitet
wie sich ihre eigenen Handlungen auf die Umgebung auswirken werden. Dadurch kann sie wie ein erfahrener menschlicher Fahrer sicher und im Einklang mit ihrer Umgebung fahren. Die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht dabei eine sofortige Reaktion auf plötzliche Veränderungen der Bedingungen und gewährleistet so ein sicheres Handeln in Echtzeit.
«Unser aktuelles Pro-Pilot-2.0System wurde gut angenommen, aber die Pro-Pilot-Technologie der nächsten Generation wird noch innovativere Funktionen bieten und das Gefühl vermitteln, dass ein erfahrener menschlicher Fahrer am Steuer sitzt», sagt Eiichi Akashi, Chief Technology Officer von Nissan. Nissan plant, das neue System ab dem Geschäftsjahr 2027 zunächst in ausgewählten Serienmodellen für den japanischen Markt einzuführen. (pd/sag)
Wie eine KI-gestützte Lichtkommunikation für autonome Fahrzeuge
Opel hat auf dem diesjährigen Internationalen Symposium für Automobilbeleuchtung einen speziellen Opel Grandland präsentiert, der zeigt, wie autonom fahrende, SAE-Level-3-fähige Autos in Zukunft über Beleuchtungssysteme mit anderen Verkehrsteilnehmern kommunizieren könnten. Dazu arbeiteten Experten der Konzeptentwicklung bei Opel mit Studenten der TU Darmstadt und den KIExperten des Unternehmens JAAI zusammen. Das Team definierte zunächst die Anwendungsfälle, nämlich «mögliche Gefahr für Fussgänger oder eine andere Situation» und «die Situation ist sicher und die Gefahr für Fussgänger besteht nicht mehr». Vor diesem Hintergrund stattete das Entwicklungsteam den Opel Grandland mit einem Kamerasystem zur Objekt- und Gestenerkennung so-
aussehen könnte
Bilddaten von bordeigenen Kamerasensoren, um ein reibungsloses und sicheres Fahren in komplexen städtischen Umgebungen zu ermöglichen. Die KI von Wayve ist in der Lage, ihre Umgebung zu erfassen und vorauszusehen, was als Nächstes passieren wird und Bild: Opel
machen.
wie einem System zur Vorhersage möglicher Folgehandlungen mittels künstlicher Intelligenz aus. Im Anschluss wurden die Lichtsysteme auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse verfeinert.
Auf SAE-Level 3 oder einem höheren Modus leuchten die vorderen und hinteren Blinker des Grandland permanent cyanfarben – ein Signal für andere Verkehrsteilnehmer. Gleichzeitig bleibt die
übrige Signaturbeleuchtung im gewohnten Weiss. Wenn die Kamerasysteme einen Fussgänger auf dem Weg des Fahrzeugs erkennen, wechselt die Signaturbeleuchtung zu Magenta und das Display in der Wagenfront zeigt ein Warnsignal in dieser Farbe an, um den Fussgänger visuell auf das herannahende Auto aufmerksam zu machen. Gleichzeitig bremst das Fahrzeug. Sobald es zum Stillstand gekommen ist, wechselt die Signaturbeleuchtung zu Grün, und im Display zeigt eine grüne Fussgängerfigur, dass das Auto die Gefahr erkannt hat, zum Stillstand gekommen ist und der Fussgänger nun die Strasse überqueren kann. Falls der KI-Algorithmus die Situation nicht bewältigen kann, wird der Fahrer aufgefordert, wieder die Kontrolle über das Fahrzeug zu übernehmen. (pd/sag)
vollelektrischen Prototypen auf Basis des Nissan Ariya sind
OPEL
Das Display im Kühlergrill zeigt ein Warnsignal in der Farbe Magenta an, um den Fussgänger visuell auf das herannahende Auto aufmerksam zu
Abgasnormen
Abgase und Feinstaub werden gemessen
Die EU-Abgasgesetzgebung wird immer strenger. Eigentlich meint man, dass sie eines Tages nicht mehr zu erfüllen sei, aber die Automobilindustrie schafft es immer wieder – nicht zuletzt dank der Hilfe der Entwicklungszulieferer. Neu werden in der Euro-7-Norm auch die Brems- und Reifenemissionen reglementiert.
Text:
Am 27. August 1969 wurde in der Bau- und Ausrüstungsverordnung für Strassenfahrzeuge (BAV) schweizweit zum ersten Mal eine Begrenzung der Abgasemissionen eingeführt. Die Verordnung trat am 1. Januar 1971 in Kraft und legte für Fahrzeuge mit Fremdzündungsmotor die maximale Kohlenmonoxidkonzentration (CO) mit 4.5 % bei Leerlaufdrehzahl fest. Zudem müssen seit dieser Zeit die Kurbelgehäusedämpfe der Verbrennung zugeführt werden und dürfen nicht mehr einfach nach aussen geleitet werden.
Infolge parlamentarischer Vorstösse übernahm die Schweiz im Verlauf der 70er Jahre das ECE-Reglement Nr. 15 der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen und deren Nachträge. Ende der 70er Jahre
kündigte der Bundesrat das ECE-Reglement Nr. 15 jedoch wieder auf und die Schweiz begann, wieder eigene Abgasgrenzwerte für Strassenfahrzeuge auszuarbeiten. Um einen europäischen Alleingang zu verhindern, wurden die nach 1982 eingeführten Vorschriften zusammen mit Schweden erarbeitet. So wurde die AGV 82, später die AGV 86 (Abgasverordnung) in Kraft gesetzt. Die am 1. Oktober 1987 eingeführte FAV 1 (FahrzeugAbgas-Verordnung) schrieb für Motoren mit Fremdzündung zwingend den geregelten Dreiwegekatalysator vor. Auch für schwere Motorwagen, Motorräder und Motorfahrräder wurden neue Verordnungen in Kraft gesetzt. 1988 wurden erstmals maximale Partikelemissionen für schwere Motorwagen festgelegt, ab
1993 wurden die Grenzwerte mehr und mehr den europäischen angeglichen. 1995 wurde die schweizerische BAV abgesetzt und die europäische VTS (Verordnung über die technischen Anforderungen an Strassenfahrzeuge) eingeführt. 1997 wurde dann die Euro-2-Richtlinie für leichte Nutzfahrzeuge übernommen und im September 2000 die Euro 3 und 4 für leichte Motorwagen und die Normen Euro 3 bis 5 für schwere Motorwagen. Mit der Änderung der VTS im Jahr 2008 übernahm die Schweiz offiziell die europäische Abgasgesetzgebung Euro 5 und 6 für leichte Motorwagen.
Messmethoden
Am Anfang der Abgasmessungen konnte mit einfachen Mitteln der relative Kohlenmonoxidgehalt gemessen werden. Relativ bedeutet, dass der volumenmässige Gehalt in Prozenten gemessen wurde. Auf diese Weise wurden Fahrzeuge vor allem in den Werkstätten geprüft. Zwischen 1987 und 2013 galt in der Schweiz eine Pflicht zur regelmässigen Abgaswartung, sofern die Autos nicht über OBD (On-Board-Diagnose – OBD II wurde ab 2001 in Europa eingeführt) verfügten. Die Abgaswerte für CO wurden in Prozenten und für HC
Andreas Lerch | Bilder: FEV, Mann+Hummel, Mercedes-Benz, Michelin
Bild 2. Die Messung auf den Rollen ist absolut reproduzierbar mit Ablauf, Temperatur, Luftdruck usw.
Bild 1. Bei der RDE-Messung kann das Mess-Equipment entweder im Auto verbaut oder am Fahrzeugheck angeflanscht werden.
und NO x in ppm (Parts per Million) angegeben. Daher kommt die weit verbreitete Meinung, dass die Abgasgrenzwerte in Volumenanteilen (% oder ppm) angegeben würden. Bei der Typenprüfung werden jedoch immer Massemessungen durchgeführt, denn es handelt sich hier nicht mehr einfach um Leerlaufmessungen. Auf einem Rollenprüfstand muss ein spezielles Fahrprofil abgefahren und dabei der Abgasstrom analysiert (Bild 2) werden. Damit war die zurückgelegte Strecke bekannt, und die Emissionen konnten in g/km oder mg/km angegeben werden. So hatte der abgefahrene Zyklus einen wichtigen Einfluss auf die Realitätsnähe der Messung. Deshalb wurde der NEFZ (neuer europäischer Fahrzyklus) vor einigen Jahren (2018) vom WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure –weltweit einheitliches Testverfahren für leichte Motorwagen) abgelöst. Dieses bildet nun die Realität etwas besser ab, und so werden neben den Schadstoffemissionswerten auch die CO2-Emissionen und proportional dazu die Verbrauchszahlen mit diesem Zyklus ermittelt. In der letzten Entwicklungsstufe der Abgasgesetzgebung werden Abgasmessgeräte und Aufzeichnungsgeräte am Fahrzeug angebaut
und damit vorgeschriebene Fahrprofile auf der Strasse zurückgelegt (Bild 1). Diese Messresultate sind natürlich praxisgerechter, aber je nach Verkehrslage können dabei die Messvorgaben nicht erfüllt werden. Wenn der Tester beispielsweise auf der Überlandstrasse einen langsam fahrenden Lastwagen einholt und ihn nicht überholen kann, dann fällt er aus dem Geschwindigkeitsfenster. Überholt er und gibt einen Moment zu lang Vollgas, fällt er aus dem Test, weil die Emissionen zu hoch sind. So sind die Real Drive Emissions (RDE) zwar auf dem Papier fast optimal, bieten aber im Messprozedere durchaus auch ihre Tücken.
Entwicklung der Grenzwerte
Es wird immer wieder diskutiert, dass die Emissionsgrenzwerte mit jeder neuen Stufe kaum mehr erreichbar seien. Wird das Bild 3 studiert, ist auf den ersten Blick ersichtlich, dass die Grenzwerte stark gesunken sind, aber seit Euro 4 – also seit 2011 – sind sie fast gleich geblieben. Wo bleibt denn die Verschärfung?
Bis 2018 (Euro 6b) wurde nach dem NEFZ geprüft, und bei diesem Zyklus waren die hochlastigen Fahranteile gering. Das Errei-
chen der Grenzwerte wurde mit dem Wechsel auf WLTP ab Euro 6c anspruchsvoller. In dieser Zeit wurden bereits viele Ottomotoren mit Direkteinspritzung gebaut, und da kam die Partikelproblematik dazu. Gerade deshalb wurden plötzlich auch Grenzwerte für motorische Partikel bei Ottomotoren eingeführt. Die 4.5 mg/km waren für saugrohreinspritzende Motoren ein weniger grosses Problem, aber bei den direkteinspritzenden Motoren musste hingeschaut werden. Neben der Partikelmasse wurde auch die Partikelanzahl und deren Durchmesser definiert. Diese sind im Diagramm nicht angegeben. Als dann die RDE-Messung dazu kam, wurde alles noch einmal heikler, da im Strassenverkehr immer mit etwas Unvorhergesehenem gerechnet werden muss. Damit war klar, dass den Motoren mehr Sicherheitsreserve mitgegeben werden musste.
Bei Euro 7 bleibt die Partikelvorschrift fast gleich. Nur die gemessene Partikelgrösse wird von 23 auf 10 Nanometer verkleinert; also wird der Grenzwert eigentlich massiv verschärft.
Bei Kohlenmonoxid und den unverbrannten Kohlenwasserstoffen gibt es bei Euro 7 noch einen speziellen Grenzwert, welcher bei –7 °C gemessen wird. Also bei Kaltstart, wenn noch kein Abgasentgiftungssystem arbeitet und das Gemisch zur Brennbarkeit etwas angefettet wird. Für Kohlenmonoxid wird der Grenzwert auf 15’000 mg/km und bei HC auf 1800 mg/km festgelegt. Für Kohlenmonoxid ist dies der 15-fache Wert gegenüber der normalen Messung und bei HC der 18-fache Wert.
Bei Dieselmotoren sieht die Entwicklung ähnlich aus. Es ist zu beobachten, dass sich die Grenzwerte zwischen Benzin- und Dieselmotoren grundsätzlich immer mehr angleichen.
Neu für eine Euronorm ist allerdings, dass nicht nur die motorischen Partikel- oder Feinstaubemissionen reglementiert werden, sondern auch die Emissionen der Bremsen und der Reifen. Dadurch erweitert sich die Euro-7-Norm auf die ganze Flotte der E-Fahrzeuge, welche von diesen neuen Grenzwerten ebenfalls betroffen werden. Die Reifenemissionen werden die E-Fahrzeuge mehr treffen, weil diese über sehr hohe Anfahrdrehmomente verfügen. Da sie jedoch einen Teil der Bremsenergie durch Rekuperation in elektrische Energie umwandeln, werden die Bremspartikel, welche durch die Reibung
Bild 3. Die Entwicklung der Grenzwerte über der Zeit in den einzelnen EU-Stufen.
Bild 4. Der FEV-Versuchsträger auf dem Rollenprüfstand.
zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entstehen, nur in kleinerer Anzahl bzw. Masse auftreten.
«Zero Impact»
Die Entwicklungszulieferer sind der aktuellen Automobiltechnik immer ein paar Jahre voraus. Das müssen sie auch, denn wenn neue Gesetze eingeführt werden, müssen die Fahrzeuge bereit sein. Andererseits geben diese Forschungen und Entwicklungen auch an, in welche Richtung und wie weit gesetzliche Vorgaben überhaupt gehen können. Erstaunlicherweise liegt da immer noch viel drin, so dass heute von «Zero-Impact»-Entwicklungen gesprochen wird. Das bedeutet, dass der Umgebungsluft keine grösseren Emissionen beigemengt werden, als sie ohnehin enthält, dass also die Emissionen nicht höher sind als die Immissionen. Das scheint heute mit den gängigen Abgasreinigungsgeräten tatsächlich möglich zu sein. Möglich ist es unter motoroptimierten Bedingungen ohnehin, aber unter Normalbedingungen, wenn jemand im Winter bei –10 °C losfährt oder längere Zeit mit grossem Volllastanteil unterwegs ist, stellen diese Bedingungen grosse Herausforderungen an die Verbrennungsmotoren und deren Abgasanlagen. Durch die Einführung der RDE-Messungen wurde es möglich, dass während eines Testlaufs tatsächlich Volllastbetriebspunkte angefordert wurden, und somit durften die Motoren bei Volllast unter
keinen Umständen mehr anreichern, da bei angereichertem Gemisch der Dreiwegekatalysator nicht mehr optimal arbeitet, weil er in diesem Zustand keinen freien Sauerstoff mehr einlagern kann. Aber man hört auch heute noch, dass Entwickler voller Stolz darauf hinweisen, dass der ganze Betriebsbereich des Motors mit λ = 1 betrieben werde. Bei Volllast auf die Innenkühlung des Motors durch die Anreicherung zu verzichten, scheint auch heute noch eine Herausforderung darzustellen.
Kaltstart
Der deutsche Entwicklungsdienstleister FEV hat für das Erreichen des «Zero-Impact»-Ziels die folgenden fünf parallel zu erfüllenden Anforderungen definiert:
• Während des Katalysator-Heizens müssen die NO x -Rohemissionen optimiert werden.
• Die Abgasnachbehandlung muss unmittelbar nach dem Motorstart einsatzfähig sein.
• Die anfänglich emittierten HCEmissionen müssen von einem Speicher zwischengelagert werden.
• Die Katalysatoren müssen vergrössert werden.
• Der Partikelfilter für Benzinmotoren muss effizienter werden.
So scheint es ziemlich klar, dass sich die Bemühungen zuerst einmal auf den Kaltstart des Motors konzentrieren. Wenn die Abgasanlage die Betriebstemperatur erreicht hat und alle Katalysatoren und Filter optimal arbeiten, ist ihr Wirkungsgrad so gut, dass sie Abgasschadstoffe fast zu 100 % chemisch umwandeln.
In der Startphase ist es wichtig, dass der Motor rasch zu einem gleichmässigen Lauf kommt. Dazu muss eigentlich die Füllung etwas vergrössert werden. So ergibt sich eine bessere Strömung und nach dem Kompressionstakt ein homogeneres Gemisch. Wenn aber die Füllung erhöht wird, steigt auch der indizierte Druck und damit das abgegebene Drehmoment und die Drehzahl. Um das zu verhindern, wird die Zündung nach spät gestellt. Dabei ergeben sich allerdings erhöhte Spitzentemperaturen und grössere NOx-Emissionen. Wird während dieser Kat-Heizphase jedoch der Zündzeitpunkt nur leicht nach spät gestellt, nehmen die NOx-Emissionen ab, hingegen steigen die HC-Emissionen. Dafür wird ein Adsorbtionsbehälter vorgeschaltet, der die HC-Emissionen zurückhält, bis der Hauptkatalysator durch die beiden
Bild 5. Die Hauptkomponenten der Abgasentgiftung. Es sind nicht die Bauteile an sich, welche das Problem darstellen. Es geht um die Dimensionierung der Bauteile und vor allem um das Einhalten der Betriebsparameter.
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E-Katalysatoren die Funktionstemperatur erreicht hat (Bild 5).
Die E-Katalysatoren erreichen die Temperatur innerhalb weniger Sekunden. Wenn aber dann kaltes Abgas durchströmt, kalten sie wieder ab und auch die Katalysatortemperatur bleibt zu niedrig. Deshalb wird mit einem Sekundärluftgebläse während des Aufheizens Luft durch die Anlage gepumpt. So werden nicht nur die E-Katalysatoren, sondern auch der Hauptkatalysator heiss, und die wärmetransportierende Luft enthält keine Emissionen. Der Hauptkatalysator wird um ca. einen Drittel vergrössert. Durch diese Vergrösserung wird die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in den Kanälen verkleinert, und so kann der geforderte Wirkungsgrad auch bei hohen Lastpunkten garantiert werden. Im Bild 6 ist die Temperaturkurve des Katalysators über die 1800 s des WLTP-Zyklus aufgezeichnet. Nach dem Temperaturdiagramm zeigt das Bild die Kurven der drei Schadstoffe (CO, HC und NOx) und deren
Bild 7. Das Einpacken der Scheibenbremsen vermindert die Feinstaubpartikel, erschwert aber die Bremskühlung.
Konvertierungsgrade. In diesen drei Diagrammen sind auch die Euro-7- bzw. EU7-Limits eingetragen. Dass diese Limits so weit unterschritten werden, liegt daran, dass es sich bei dem Fahrzeug um einen Prototypen, also um ein in allen Bereichen optimiertes Fahrzeug handelt. In der Serienproduktion ergeben sich dann Streufelder, und heute müssen die Emissionen über einen gewissen Zeitraum und eine Kilometerzahl garantiert werden. Deshalb braucht es auch hier einen Sicherheitsabstand. Das folgende Diagramm weist auf die elektrische Heizleistung und Heizenergie der E-Katalysatoren hin. Darunter der Ladezustand der Batterie, welche am Anfang (Kat-Heizen) entladen, bei der Zyklusfahrt aber dann wieder geladen wird. Das unterste Diagramm zeigt den bekannten Geschwindigkeitsverlauf des WLTP-Zyklus. Die Partikelemissionen, welche auch noch eingehalten werden müssen, werden durch die zweite Generation der Partikelfilter ausreichend gesenkt.
Feinstaubemissionen vom Fahrwerk Um Bremsstaubemissionen zu vermindern, geht es sicher darum, die Reibpartner optimal aufeinander abzustimmen, aber Abrieb wird es bei Reibung immer geben. Deshalb kann eine Verschalung weiterhelfen. Zur Bremsscheibenkühlung muss aber die Belüftung trotzdem gewährleistet bleiben. Deshalb muss die Verschalung einen Filter integriert haben, welcher den Staub herausfiltert und die Kühlluft strömen lässt. Das bedeutet aber, dass die Bremse wieder gewartet werden muss. Gerade bei Hinterachsen können aber vermehrt auch wieder Trommelbremsen eingebaut werden. Diese sammeln den Staub direkt in der Trommel.
Bei den Reifenemissionen werden die Reifen universal geprüft. Dazu gibt es zwei
Bild 8. Die Reifenhersteller müssen den Abrieb und Verschleiss der Reifen auf allen Strassenbelägen im Griff behalten.
Methoden: die Konvoi- und die TrommelMethode. Bei der Konvoi-Methode werden bis zu vier Fahrzeuge eingesetzt. Ein Fahrzeug wird mit Referenzreifen ausgerüstet, die anderen mit Testreifen. Die Fahrzeuge legen gemeinsam eine Strecke von etwa 8000 km zurück, die aus einem oder mehreren Rundkursen besteht. Somit können die Emissionswerte in mg / t • km bestimmt werden. Nach Michelin bildet diese Methode heute eine solide Grundlage für die Euro-7-Norm. Die zweite Methode ist die Trommel-Methode, bei welcher ein Reifen auf einer Trommel im Labor abrollt. Gemäss einer Studie des deutschen ADAC ist aber diese Methode für eine sofortige Umsetzung noch nicht geeignet.
So wird die Euro-7-Norm nicht nur von der Automobilindustrie, sondern auch von den Prüfinstituten noch einiges an Entwicklungsarbeit abverlangen.
FRAGEN
1. Wann wird die Euro-7-Norm voraussichtlich für Neufahrzeuge (nicht neue Fahrzeugtypen) eingeführt?
2. Welche elektrische Leistung nimmt ein E-Katalysator im Beispiel maximal auf?
3. Welche vier Schadstoffe werden in Euro 7 hauptsächlich reglementiert?
LÖSUNG ZUR AUSGABE 10/2025
1. Ein Chiller ist ein Wärmetauscher, welcher einen Verdampfer der Klimaanlage beinhaltet und damit bei Bedarf den Niedertemperatur-Flüssigkeitskreislauf der HV-Batterie zusätzlich kühlt.
3. In den meisten Fällen durch einen PTC-Zuheizer.
Bild 6. Die Ergebnisse bei der FEV sehen durchaus positiv aus.
Stark im Verbund
Faserverstärkte Kunststoffe sollen umweltfreundlicher und nachhaltiger werden. So stehen etwa Naturfasern vor einem Serieneinsatz bei BMW, und anderorts wird an biobasierten Carbonfasern geforscht, während Mercedes-AMG in der Formel 1 einen mit biobasiertem Harz imprägnierten Kohlefaserverbundwerkstoff einsetzt. Mikrowellen und Plasmaerhitzung ermöglichen zudem eine energiesparende Herstellung von Carbonfasern. Text: Stefan
Die
Die BMW Group hat Naturfaserverbundwerkstoffe, die sie längst erfolgreich im Motorsport einsetzt, zur Serienreife gebracht. Dazu arbeiten die Münchner bereits seit mehreren Jahren gemeinsam mit dem Schweizer CleantechUnternehmen Bcomp – an dem der Fahrzeughersteller über die Corporate-Venture-CapitalTochter «BMW i Ventures» direkt beteiligt ist – an der Entwicklung der Leichtbaukomponenten. Durch die Verwendung von gewebten natürlichen Flachsfasern als Ersatz für herkömmliche Materialien auf Erdölbasis sind die Materialien von Bcomp nachhaltig und bieten gleichzeitig interessante Gestaltungsmöglichkeiten, die an die einzigartige Designsprache jeder Marke angepasst werden können. Die Materialien
sind so konzipiert, dass sie sich nahtlos in bereits bestehende Fertigungsprozesse integrieren lassen. So bietet die «ampliTex»-Reihe technischer Flachsgewebe eine nachhaltige Alternative für das Automobildesign. Wenn «ampliTex» mit Polypropylen vorimprägniert ist, können thermoplastische Naturfaserplatten für grossflächige Anwendungen im traditionellen Spritzgussverfahren verwendet und mit NFPP (Composites aus Naturfasern und Polypropylen) für das Formpressen kombiniert werden.
Neben der grossen Auswahl an neuartigen Designoptionen verfügt «ampliTex» über weitere Eigenschaften, die die Flachsbauteile perfekt für Aussenanwendungen machen: Die technischen Gewebe sind UV-beständig, dämp-
fen Vibrationen und weisen eine hohe Funkdurchlässigkeit auf – eine wesentliche Eigenschaft angesichts der zunehmenden Anzahl von Sensoren in den Autos verwendet werden. Aus Sicht der Nachhaltigkeit ermögliche die Verwendung von Flachsfasern eine Reduzierung des CO2-Ausstosses beim anfänglichen Energieverbrauch für die Herstellung des Materials um bis zu 85 % im Vergleich zu ähnlichen Carbonfaserteilen, erklärt Bcomp. Und BMW rechnet vor, dass beispielsweise durch den Einsatz von Naturfaserverbundwerkstoffen anstatt Kohlefaserverbund im Dach künftiger Modelle des BMW-Group-Portfolios eine CO2eReduktion in der Herstellung mit zusätzlicher End-of-Life-Betrachtung von rund 40 % erreicht werden könne.
Nachhaltige Carbonfasern der nächsten Generation
Klassische Carbonfasern werden meist aus dem erdölbasierten Polymer Polyacrylnitril (PAN) gewonnen. Dabei ist ihre Herstellung, bei der grosse Mengen toxischer Nebenprodukte anfallen, aufwendig sowie energie- und ressourcenintensiv. Eine weitere erdölbasierte Variante stellen pechbasierte Carbonfasern dar, die zwar mit sehr guten elektrischen und wärmeleitenden Eigenschaften punkten, aber eben auch technisch höchst anspruchsvoll und kostspielig in der Produktion sind. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP will diesen Herausforderungen mit einer neuen Generation leistungsfähiger biobasierter und nachhaltiger Carbonfasern begegnen. Dazu kommt Cellulose als nachwachsender Ausgangsstoff für
Hauchdünn und leistungsstark: Die biobasierten Carbonfasern des Fraunhofer IAP können Durchmesser von deutlich unter 4 µm erreichen.
Naturfaserverbundwerkstoffe von Bcomp und BMW erfüllen auch die hohen Anforderungen an Dachstrukturen für die Homologation des Gesamtfahrzeugs.
Bcomp setzt in seinen Leichtbaukomponenten für BMW Flachsfasern zur Verstärkung ein.
Frisch gesponnene Cellulosefaser mit gelapptem Querschnitt unter dem Rasterelektronenmikroskop. Die poröse Struktur verdichtet sich beim Trocknen der Faser, die Form bleibt bei der Carbonisierung erhalten.
Präkursoren – die Vorstufe der Carbonfasern – zum Einsatz. Präkursorfasern können sehr flexibel zu endlosen Fasern versponnen werden. Additive wie etwa Lignin, das wie Cellulose aus Holz gewonnen wird, lassen sich dabei direkt in die Spinnlösung einarbeiten und steigern so die Kohlenstoffausbeute bei der späteren Konvertierung zu Carbonfasern. Ein Vorteil der Cellulose ist, dass sich die Struktur der Präkursorfasern und damit die resultierende Carbonfaser gezielt über das gewählte Spinnverfahren
15 auf 45 Gewichtsprozent. Durch gezielte Optimierung der Prozessparameter wie etwa Temperatur, Verweilzeit oder mechanische Verstreckung während der Carbonisierung können Faserdurchmesser von deutlich unter 4 µm (marktübliche Fasern liegen im Bereich von 7 µm) erreicht werden. Dr. Jens Erdmann, Experte für biogene Carbonfasern am Fraunhofer IAP erklärt: «Die mechanischen Eigenschaften unserer Carbonfasern erreichen das Niveau erdölbasierter High-Modulus-Carbonfasern aus PAN – also das von Hochleistungscarbonfasern. Zudem zeigen sie eine elektrische und thermische Performance, wie man sie von pechbasierten Fasern kennt.»
Biobasiertes Harz in der Formel 1 Kohlefaserverbundwerkstoffe bestehen bekanntlich aus Fasern und einem Harzsystem, das die Fasern zusammenhält. Gewichtsbezogen bestehen etwa 60 % des Verbundwerkstoffs aus Fasern, während 40 % auf das Harzsystem entfallen. Und nicht auf die Fasern, sondern auf das Harz hat sich das Mercedes-AMG Petronas F1 Team bei seinen Bestrebungen um Nachhaltigkeit konzentriert: Beim Grossen Preis von Aserbaidschan im September setzte
und die Spinnprozessparameter steuern lässt. So entstehen unterschiedliche Porositäten, Orientierungs- und Kristallinitätsgrade sowie Querschnitte – beispielsweise rund, oval oder gelappt.
Die gesponnenen cellulosischen Endlosfasern durchlaufen anschliessend ein wässriges Bad mit funktionellen Zusätzen wie Katalysatoren und Additiven. Dieser Schritt dient der Aktivierung für die anschliessende thermische Umwandlung zu Carbonfasern. Dabei wird zum Vorteil, dass die Cellulosefaser wie ein Schwamm wirkt und die Zusätze aus dem Bad effizient aufsaugt. Ein am Fraunhofer IAP entwickeltes System aus Katalysatoren und Additiven senkt die Carbonisierungstemperatur um mehr als 1000 °C, beschleunigt den Prozess und steigert die Ausbeute an Kohlenstoff von
Die hinteren Bremsluftkanal-Radabdeckungen des Mercedes-AMG W16 wurden mithilfe eines zu 30 % aus biobasierten Materialien bestehenden Harzes entwickelt.
der Formel-1-Rennstall für die hinteren Bremsluftkanal-Radabdeckungen des W16 mit der Startnummer 63 ein biobasiertes Harz ein. Das Team betont, dass damit zum ersten Mal nachhaltige Kohlefaserverbundwerkstoffe in einem High-Performance-Bereich des Rennwagens zum Einsatz gekommen seien. Wie kritisch solch ein Einsatz in der Königsklasse des Motorsports sein kann, zeigt der Umstand, dass «lediglich» 30 % des traditionellen Harzmaterials durch Materialien aus erneuerbaren Quellen ersetzt wurden. Die Verwendung des Materials für die hinteren Bremsluftkanal-Radabdeckungen mit ihren komplexen aerodynamischen Oberflächen zeigt aber auch, dass die Technologie den extremen Bedingungen der Formel 1 standhält und Potenzial für eine breite Anwendung in diesem Sport besitzt, wie auch Alice Ashpitel,
Head of Sustainability, Mercedes-AMG Petronas F1 Team, betont: «Mit diesem gemeinsamen Projekt mit Syensqo unterstreichen wir unser Engagement, unsere Umweltbelastung zu reduzieren und gleichzeitig höchste PerformanceStandards aufrechtzuerhalten. Die Tatsache, dass diese Materialien aus Nebenprodukten der Biodieselherstellung gewonnen werden, ist ein zusätzlicher Vorteil und zeigt die Leistungsfähigkeit fortschrittlicher, nachhaltiger Kraftstoffe.»
Energieeffizienz in der Faserherstellung
So vorteilhaft Carbonfaserverbundwerkstoffe sind, so aufwendig und energieintensiv sind sie herzustellen: Die Stabilisierung und Carbonisierung der Fasern fordert eine langsame Prozessführung in Hochtemperaturöfen. Trotz des erheblichen Energieeinsatzes ist wegen der hohen Verweilzeit in den Öfen nur eine geringe Materialausbeute realisierbar. Ein völlig neues Verfahren nutzt nun Mikrowellen- und Plasmaerhitzung, um den etablierten Prozess durch eine energiesparende Technik zu ersetzen. Der Energieeintrag in die Fasern erfolgt dabei nur lokal und minimiert damit den Energieverlust. Das Verfahren soll dazu beitragen, die Produktionszeiten von Carbonfasern zu verkürzen. Unter dem Namen Carbowave hat sich ein europäisches Forschungskonsortium zusammengetan, das den Prozess optimieren und marktfähig machen will. Dabei sind die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) verantwortlich für die Umsetzung in kontinuierliche Produktionsprozesse und die Implementierung auf Pilotlinien. Die Stabilisierung der Präkursorfasern mit Plasmatechnologie ist zentrale Aufgabe der DITF im Verbundprojekt. Dabei wird eben auch die Kombination von Plasma- und Niederdrucktechnologie umgesetzt, deren Ziel es ist, den Energieverbrauch im Stabilisierungsprozess zu reduzieren. Das Carbowave-Projekt bezieht zudem das Rezyklieren von Carbonfasern mit ein, indem die neuen Verfahrenstechniken auch eine mikrowellenunterstützte Zersetzung von Carbonfaserverbundwerkstoffen erlauben sollen.
Energiereduzierter Niederdruckofen: Eine neue Technik nutzt Plasmaerhitzung für die energiesparende Herstellung von Carbonfasern.
Platz genommen
Beim Fahrzeugsitz der Zukunft geht es selbstverständlich wie bis anhin zuerst um Ergonomie, Komfort und Sicherheit; aber auch Flexibilität, Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz rücken vermehrt in den Fokus, was zu Zielkonflikten führen kann. Adient greift diese Herausforderungen in seiner Produktentwicklung auf und präsentiert entsprechende Sitzkonzepte. Text:
Adients kosteneffizientes Vordersitzkonzept Pure Ergonomics, das im Vergleich zu ähnlichen Segmenten in der zweiten Sitzreihe bis zu 60 mm mehr Platz im Fuss- und Kniebereich bietet, basiert auf dem Demonstrator Autonomous Elegance, der im Jahr 2023 für das Premiumfahrzeugsegment vorgestellt wurde. Neben der verbesserten Raumausnutzung wurde das neue patentierte Konzept weiterentwickelt, um den natürlichen menschlichen Bewegungsabläufen besser Rechnung zu tragen: Verstellt der Passagier den Sitz (über einen manuellen Verstellmechanismus, der speziell für das mittlere und untere Preissegment entwickelt wurde), unterstützt dieser in jeder Position eine anatomisch korrekte Neigebewegung. Die Kosteneffizienz von PureErgonomics resultiert unter anderem aus einem optimierten Materialeinsatz bei Metall, Schaumstoff und Verkleidung, so liess sich auch das Gesamtgewicht um 5 % bis 10 % reduzieren. Zusätzlich konnte durch die deutliche Verkleinerung der Sitzkissenhöhe zusätzlicher Platz im Fahrzeuginnenraum gewonnen werden – was Fahrzeugherstellern wiederum mehr Flexibilität für die Unterbringung des Antriebsstrangs oder der Batterie im Fahrzeugboden bietet. Wie eingangs erwähnt, ist das Pure-Ergonomics-Konzept eine Weiterentwicklung von Autonomous Elegance, das ebenfalls ein Update erfahren hat und nun unter anderem über eine neue Verstellfunktion für verbesserten Komfort und Ergonomie verfügt: Der Sitz passt sich der
gewünschten Position durch einen anatomisch gestalteten Neigungsmechanismus an, der die natürliche Hüftbewegung nachbildet und unterstützt. Dies wurde durch eine Neukonfiguration der Verstellmechanismen und eine Verfeinerung der Kinematik der Sitzstruktur erreicht.
Verbesserte Sicherheit in Relaxsitzen Für Fahrszenarien, in denen Passagiere auf den Vorder- oder Rücksitzen in einer entspannten «Zero-Gravity-Position» sitzen können, hat Adient das Z-Guard-Sitzkonzept entwickelt. Neben einer verbesserten Ergonomie wird hier durch den gezielten Einsatz von Gurtstraffern, zusätzlichen Airbags und inno-
vativen Rückhaltesystemen auch der Schutz der Insassen weiter verbessert. Dies auch durch die jüngste Zusammenarbeit mit Autoliv, einem Anbieter für automobile Sicherheitssysteme. Adient hat Autolivs Sicherheitslösung für Relaxsitze namens Omni Safety ins Z-Guard-Sitzkonzept integriert. Gemeinsam haben die Unternehmen einen Durchbruch im Insassenschutz in Schwerelosigkeitspositionen erzielt, der die potenziellen Auswirkungen eines Unfalls auf Nacken, Oberkörper, Kopf und Wirbelsäule erheblich reduzieren kann. Zusätzliche seitliche Airbags bieten ausserdem erhöhten Schutz bei einem Seitenaufprall. Und zur weiteren Erhöhung der Passagiersicherheit setzt Adient auf zukunftsweisende Technologien: Spezielle Sensoren erkennen drohende Kollisionen frühzeitig und bringen den Sitz automatisch in eine aufrechte Position.
Z-Guard ermöglicht das Sitzen in «Zero-GravityPosition» und bietet mit zusätzlichen seitlichen Airbags erhöhten Schutz bei einem Seitenaufprall.
Stefan Gfeller | Bilder: Adient
Adients schlanke Pure-Ergonomics-Vordersitze ermöglichen bis zu sechs Zentimeter mehr Platz im Fuss- und Kniebereich der zweiten Sitzreihe.
Enthüllt: die Pure-Ergonomics-Sitzstruktur.
& Wir tschaft
TITELTHEMA
Ersatzteile
AUTO&Wirtschaft bietet in der letzten Ausgabe des Jahres eine Übersicht der Ersatzteileanbieter, zeigt ihre Vertriebskonzepte und vergleicht die Logistik.
WIRTSCHAFT
Werkzeug
Vom einfachen Schraubenschlüssel bis zum Spezialwerkzeug: Wir präsentieren neue Produkte aus dem Tools-Bereich.
Auto Zürich & «transport.ch»
Alles zu den Highlights von der Auto Zürich Car Show und der «transport.ch» in unseren Reportagen von den beiden Mobilitätsmessen.
AUTO-EVENTS 2025/2026
&Technik
FACHWISSEN
Dedizierte Getriebe
Während die Schalt- und stufenautomatischen Getriebe in Verbindung mit Verbrennungsmotoren eine hohe Qualität in der Ausführung, aber auch in der Anpassung erreicht haben, gilt es, die Getriebe auch zu optimieren, wenn noch eine zusätzliche E-Maschine ihr Drehmoment und ihre Drehzahlen dazuliefert. Das dedizierte Getriebe ist ein Getriebe, welches auf diese spezielle Aufgabe exakt entwickelt worden ist und welches den hybriden Antriebsstrang dadurch fördert und optimiert. Während schon einige dedizierte Getriebe auf dem Markt sind, gibt es auch grundlegende Überlegungen zu diesen Getrieben, welchen sich das nächste «Fachwissen» widmen wird.
Termin Veranstaltung Ort Internet
30.10.25-02.11.25 Auto Zürich Zürich auto-zuerich.ch
Geschäftsführer Giuseppe Cucchiara gcu@awverlag.ch Verkaufsleiterin / Mitglied der Geschäftsleitung
Jasmin Eichner je@awverlag.ch
Chefredaktor Mario Borri (mb) mborri@awverlag.ch
SCHWERPUNKT
Felgenreparatur
Felgenschäden wie Kratzer, Schrammen oder abgeplatzter Lack lassen sich reparieren. Wir zeigen, wie defekte Felgen wieder auf Hochglanz gebracht werden.
Aus- und Weiterbildung
Gerade im Carrosseriebereich ist die regelmässige Weiterbildung der Mitarbeitenden sehr wichtig. Dafür bieten Lacklieferanten und Werkzeug-/Maschinenhersteller spezifische Schulungsprogramme an. Lesen Sie in der letzten AUTO&CarrosserieAusgabe des Jahres, wer welche Kurse anbietet, was sie dem Teilnehmer bringen und wie man sich anmeldet.
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Redaktion
Michael Lusk (ml)
Fabio Simeon (fs) Isabelle Riederer (ir) Felix Stockar (fst) Andreas Lerch (ale) Giuseppe Loffredo (glo)
Stefan Gfeller (sag) Leitender Redaktor AUTO&Technik
Anzeigenverkauf Juan Doval jd@awverlag.ch Mobile: 076 364 38 41
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