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 Neue Lernwelt durch VR-Technologie
16.04.2019 | Universität Witten/Herdecke

nachricht Studie zu Perspektiven der beruflichen Bildung 2040 – Flexibilität schaffen
15.04.2019 | Universität Duisburg-Essen

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: Geometrie eines Elektrons erstmals bestimmt

Physiker der Universität Basel können erstmals zeigen, wie ein einzelnes Elektron in einem künstlichen Atom aussieht. Mithilfe einer neu entwickelten Methode sind sie in der Lage, die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Raum darzustellen. Dadurch lässt sich die Kontrolle von Elektronenspins verbessern, die als kleinste Informationseinheit eines zukünftigen Quantencomputers dienen könnten. Die Experimente wurden in «Physical Review Letters» und die Theorie dazu in «Physical Review B» veröffentlicht.

Der Spin eines Elektrons ist ein vielversprechender Kandidat, um als kleinste Informationseinheit (Qubit) eines Quantencomputers genutzt zu werden. Diesen Spin...

Im Focus: The geometry of an electron determined for the first time

Physicists at the University of Basel are able to show for the first time how a single electron looks in an artificial atom. A newly developed method enables them to show the probability of an electron being present in a space. This allows improved control of electron spins, which could serve as the smallest information unit in a future quantum computer. The experiments were published in Physical Review Letters and the related theory in Physical Review B.

The spin of an electron is a promising candidate for use as the smallest information unit (qubit) of a quantum computer. Controlling and switching this spin or...

Im Focus: Optische Superlinsen aus Gold

Oldenburger Forscher entwickeln neues optisches Mikroskop mit extrem hoher Auflösung

Eine kegelförmige Spitze aus Gold bildet das Kernstück eines neuen, extrem leistungsfähigen optischen Mikroskops, das Oldenburger Wissenschaftler in der...

Im Focus: Impfen über die Haut – Gezielter Wirkstofftransport mit Hilfe von Nanopartikeln

Forschenden am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam ist es gelungen Nanopartikel so weiterzuentwickeln, dass sie von speziellen Zellen der menschlichen Haut aufgenommen werden können. Diese sogenannten Langerhans Zellen koordinieren die Immunantwort und alarmieren den Körper, wenn Erreger oder Tumore im Organismus auftreten. Mit dieser neuen Technologieplattform könnten nun gezielt Wirkstoffe, zum Beispiel Impfstoffe oder Medikamente, in Langerhans Zellen eingebracht werden, um eine kontrollierte Immunantwort zu erreichen.

Die Haut ist ein besonders attraktiver Ort für die Applikation vieler Medikamente, die das Immunsystem beeinflussen. Die geeigneten Zielzellen liegen in der...

Im Focus: Chaperone halten das Tumorsuppressor-Protein p53 in Schach: Komplexer Regelkreis schützt vor Krebs

Über Leben und Tod einer Zelle entscheidet das Anti-Tumor-Protein p53: Erkennt es Schäden im Erbgut, treibt es die Zelle in den Selbstmord. Eine neue Forschungsarbeit an der Technischen Universität München (TUM) zeigt, dass diese körpereigene Krebsabwehr nur funktioniert, wenn bestimmte Proteine, die Chaperone, dies zulassen.

Eine Krebstherapie ohne Nebenwirkungen, die gezielt nur Tumorzellen angreift – noch können Ärzte und Patienten davon nur träumen. Dabei hat die Natur ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Früherkennung 2.0: Mit Präzisionsmedizin Screeningverfahren weiterentwickeln

23.05.2019 | Veranstaltungen

Kindermediziner tagen in Leipzig

22.05.2019 | Veranstaltungen

Jubiläumskongress zur Radiologie der Zukunft

22.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Schub für ToCoTronics

23.05.2019 | Physik Astronomie

MiLiQuant: Quantentechnologie nutzbar machen

23.05.2019 | Physik Astronomie

Erfolgreiche Forschung zur Ausbreitung von Wellen

23.05.2019 | Interdisziplinäre Forschung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics