Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Motoren auf dem Prüfstand

04.06.2012
Auf dem Gelände des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik in Holzkirchen gibt es einige Gebäude, die nur ganz selten und nur nach vorheriger Absprache mit den zuständigen Abteilungen zu besichtigen sind.
Die Prüfeinrichtung zur Erfassung von Emissionen aus Verdunstungsprozessen und Optimierung des Emissionsverhaltens unter definierten Umweltbedingungen – oder einfacher gesagt: der Motorenprüfstand ist eines von ihnen. Hier lassen deutsche Automobilhersteller wie zum Beispiel BMW bei der Abteilung »Bauchemie, Baubiologie und Hygiene « ihre neuesten Fahrzeugbauteile und Motoren testen.

Dabei geht es insbesondere um Fahrzeuge, die für den Export, vor allem in den nordamerikanischen Markt, bestimmt sind. Der Konkurrenzdruck unter den Fahrzeugherstellern ist groß und daher agieren die Fraunhofer-Forscher in Holzkirchen stets vertraulich und hinter verschlossenen Türen.

In den USA – speziell in Kalifornien – herrschen deutlich strengere behördliche Richtlinien in Bezug auf Schadstoffemissionen bei Fahrzeugen als in Europa. Ziel der Regierung ist es, dadurch eine Verbesserung der Luftqualität sowie eine Minderung von gesundheitlichen Risiken in Ballungszentren zu erreichen. Viele Amerikaner haben ihr Auto quasi im Wohnzimmer stehen, da die Garage bei Einfamilienhäusern häufig nur durch eine Gipskartonwand vom eigentlichen Wohnbereich getrennt ist. Sind diese Wände erst einmal mit Schadstoffen gesättigt, lassen sie die gesundheitsschädlichen Ausdünstungen der Pkw nahezu 1:1 in die Wohnräume strömen.

Konditionierung eines Motorenaufbaus in einem volldynamischen Motorenprüfstand im Vorfeld einer Emissionsmessung. Foto: Fraunhofer IBP


Motorenaufbau in 7,5 m3 Prüfkammer für Emissionsmessung. Foto: Fraunhofer IBP

Deshalb werden im Bereich Automobilbau mitunter von der »U.S. Environmental Protection Agency (EPA)« und vom »California Air Resources Board (CARB)« Emissionsgrenzwerte für Einzelsubstanzen und Stoffgruppen wie Stickoxide, Kohlenmonoxide, Formaldehyd, Kohlenwasserstoffen und bei Dieselfahrzeugen zusätzlich für Feinstaub, festgesetzt. Die Neufahrzeuge werden dabei in Emissionsgruppen eingeteilt. Diese beginnen mit den so genannten Low-Emission Vehicles (LEV) und reichen bis zu den Zero-Emission Vehicles (ZEV). Eine erwartete Verschärfung der CARB-Grenzwerte 2017 wird den Druck auf die exportierenden Automobilhersteller zusätzlich erhöhen. Schon jetzt müssen sie über einen Nutzungszeitraum von 15 Jahren oder 150.000 Meilen die Einhaltung dieser gesetzlichen Vorgaben bei ihren Fahrzeugen gewährleisten. Um diese Vorgaben dauerhaft erfüllen zu können, ist bereits während der Fahrzeugentwicklung eine Optimierung und später eine Überwachung des Emissionsverhaltens notwendig.

Bei der Ermittlung und Optimierung von Verdunstungsemissionen unterscheidet die Branche zwischen zwei Kategorien: Fuel-Emissionen, die bei Auffüllen der Kraftstofftanks oder beim Betanken von Fahrzeugen an den Tankstellen austreten, sowie die Non-Fuel-Ausdünstungen, die aus Materialien, Fahrzeugbauteilen, Fahrzeugbaugruppen oder Antriebssystemen in die Umwelt gelangen. Im Normalfall wird die Untersuchung in Emissionsprüfkammern für das Gesamtfahrzeug durchgeführt – ein aufwendiger und kostenintensiver Vorgang, der erst zum Zeitpunkt der Fahrzeugproduktion stattfindet. Fehler- und Störquellen werden folglich sehr spät aufgedeckt und verursachen im schlimmsten Fall einen Produktionsstopp neuer Baureihen.

Ein großer Vorteil des Fraunhofer IBP besteht darin, dass die Wissenschaftler dort die Möglichkeit haben, einzelne Teile, wie den Motor oder Baugruppen separat in kleineren Prüfkammern mit einem Volumen von 100 Litern bis zu 7,5 m3, zu testen. Die gewonnenen Messdaten werden in einer Datenbank hinterlegt und stehen den Projektpartnern online jederzeit zur Verfügung. So kann bereits in einem frühen Stadium auf Auffälligkeiten reagiert und begleitend zur Entwicklung von neuen Fahrzeugtypen agiert werden. Ziel ist es, anhand der Messungen eine begleitende Optimierung von Bauteilen und Fahrzeugkomponenten während der Entwicklungsphase zu erreichen, damit bei Modelleinführung und Serienfertigung die gesetzlichen Auflagen erfüllt und dauerhaft für die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs eingehalten werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den Untersuchungen und Beurteilungen von Verdunstungsemissionen leicht flüchtiger organischer Verbindungen im Fuel- bzw. Non-Fuel-Bereich.

Die umfangreichen und langjährigen Messungen haben den Fraunhofer-Mitarbeitern zu einem enormen Erfahrungsschatz verholfen, der ihnen die tägliche Arbeit erleichtert. Seit der Messstand 2005 in Betrieb genommen wurde, haben sich die Prüfkapazitäten um 50 Prozent gesteigert. Breit gestreute Untersuchungen haben im Laufe der Zeit wesentliche Emissionsquellen im Bereich der Fuel-Emissionen aufgedeckt, wie beispielsweise Dichtungen oder ungeeignete Schlauchmaterialien. Zudem weiß man heute, dass bei neu entwickelten Motoren zu Beginn hohe Verdunstungsemissionswerte auftreten, die durch Wärmeeinfluss schneller reduziert werden können. »Oft kann man mit minimalen Maßnahmen eine große Wirkung erreichen und durch eine frühe Baugruppenoptimierung niedrigere Emissionen erzielen«, erklärt IBP-Wissenschaftler, Dr. Michael Rampfl, die Vorzüge seiner Prüfeinrichtung. Eine Maßnahme kann zum Beispiel das Einbauen von Aktivkohlefiltern sein, um den Absorptionsgrad von Schadstoffen an bestimmten Verbindungen zu erhöhen oder die Hersteller ersetzen eine Steckverbindung durch eine Verschraubung. »Bei der Behebung von Störquellen darf aber im Sinne des Kunden das Kosten-Nutzenverhältnis nicht aus den Augen verloren werden«, so Rampfl.

Untersuchungen an einer Motorneuentwicklung haben gezeigt, dass ein Motor ohne Optimierungsmaßnahmen den gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Verdunstungsemissionen von Kohlenwasserstoffen häufig nicht genügt. Doch schon mit wenigen emissionsverhindernden Maßnahmen konnten die Anforderungen erfüllt werden. Darüber hinaus gewannen die Forscher des Fraunhofer IBP die wichtige Erkenntnis, dass die Resultate der Optimierungsmaßnahmen aus der Entwicklung auch in der Serienfertigung Berücksichtigung finden.

Presse Institute | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ibp.fraunhofer.de/Presse_und_Medien/Forschung_im_Fokus/index.jsp
http://www.ibp.fraunhofer.de/Kompetenzen/Chemie-Biologie-Hygiene/pruefwesen/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Bildung Wissenschaft:

nachricht Wie ein Roboter Kita-Kindern Sprachen beibringt
14.07.2017 | Universität Bielefeld

nachricht MINT Nachwuchsbarometer 2017: Digitale Bildung in Deutschland braucht ein Update
22.06.2017 | acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Bildung Wissenschaft >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie