Forschung für das Auto von Morgen: Aus Tradition entsteht Zukunft

397 Pages·2008·93.551 MB·German

by  Immo Sievers (auth.), Volker Schindler (eds.)

VolkerSchindler·ImmoSievers
ForschungfürdasAutovonMorgen
Volker Schindler · Immo Sievers
Forschung für das Auto
von Morgen
Aus Tradition entsteht Zukunft
Mit315Abbildungenund6Tabellen
1 3
ProfessorDr.VolkerSchindler
TUBerlin
InstitutfürLand-undSeeverkehr
Gustav-Meyer-Allee25
13355Berlin
Germany
[email protected]
Dr.ImmoSievers
[email protected]
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Einführung
Kraftfahrzeuge prägen unser gesamtes Leben. Sie ermöglichen die Mo-
bilität von Personen, Gütern und Geräten in einem Maße, das vor ihrer
Erfindung völlig undenkbar war.Sie sind die Basis für eine weiträumige
Arbeitsteilung;dieeuropäischeIntegrationwäreohnesieschwervorstell-
bar.SieerlaubendiefeindifferenzierteDarstellungvonStatusansprüchen.
Sie dienen auch demVergnügen.Wir können uns kaum noch vorstellen,
ohnesieauszukommen.
Diese Entwicklung begann 1885–1887alsDaimlerund Benzdie ersten
Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor realisierten.Automobilewurden
inderFolgezunächstinFrankreich,dann biszum1.Weltkriegauchstär-
ker in England und schließlich nach 1918 in den USA zu serienmäßig
hergestellten Produkten entwickelt.Der endgültige Durchbruchzur heu-
tigen Bedeutung lässt sich mit dem Namen von Henry Ford verbinden.
UnterseinerLeitungwurdendieMöglichkeitenfürdieMassenproduktion
geschaffen.Das Auto wurde billig(er) beim Kauf und im Betrieb,vielsei-
tig(er)inderNutzungundlangsamabersicherunverzichtbar.Inzwischen
wirdesweltweit inMillionenstückzahlenundineinergroßenVielfaltvon
Variantengebaut.DieProzesse,indenenesentwickeltundzurProduktion
vorbereitet wird,sind heute in hohemMaße auf dieAnwendung wissen-
schaftlicherMethodenangewiesen.OhneeineausgefeilteVersuchstechnik,
ohnenumerischeBerechnungsverfahren,ohnedieSimulationvonProzes-
sen ist es nicht mehrmöglich,erfolgreichAutomobilefürdenWeltmarkt
zuentwickeln.
Diese„Verwissenschaftlichung“ der Kraftfahrzeugtechnik hat langsam
begonnen. Professor Franz Reuleaux von der Königlichen Technischen
Hochschule zu Berlin stand seinem Studienfreund Eugen Langen, dem
Partner von Nicolaus Otto, bei der Entwicklung der ersten kompakten,
grundsätzlich autotauglichen Ottomotoren mit Rat zur Seite; 1876 war
schließlichderViertakt-Ottomotorerfunden.Reuleauxwaraberoffenbar
dereinzigeHochschulforscher,deranderPionierphasederKraftfahrzeu-
gentwicklung unmittelbar beteiligt war. Das änderte sich in den folgen-
denJahren.Ab1899bautedieAllgemeineAutomobilgesellschaftinBerlin-
OberschöneweideKraftfahrzeugenachdenEntwürfenvonProfessorGeorg
Klingenberg.ProfessorAugustvonBorrieshieltab1902anderKöniglichen
VI Einführung
TechnischenHochschulezuBerlindie wahrscheinlichweltweit ersteSpe-
zialvorlesungzumAutomobilbau.1904wurdedorteineVersuchshallefür
Kraftfahrzeugtechnikgebaut.AbdemWintersemester1904/05wurdeder
StudiengangMaschinenbauaufgegliedertinMaschinenbau,Verkehrstech-
nikundElektrotechnik.1907wurdedas„LaboratoriumfürVerbrennungs-
kraftmaschinenundKraftwagen“offiziellgegründet.
Zunächst standen bei der wissenschaftlichen Beschäftigung mit dem
KraftfahrzeugversuchstechnischeUntersuchungenimVordergrund.Theo-
retischeBetrachtungen waren von begrenzter Relevanz.Das änderte sich
im Laufe der Zeit. Heute kann man feststellen, dass die Kraftfahrzeug-
technikErkenntnisseundMethodenauspraktischjederanderenAusprä-
gung der Ingenieurwissenschaften, aus vielen Naturwissenschaften, aus
der Mathematik und Informatikaus den Humanwissenschaften und aus
derBetriebswirtschaftnutzt.EinIngenieur,derdasKraftfahrzeugalsSys-
tem verstehen will, muss Kenntnisse aus allen diesen Disziplinen haben,
wenn erdie erforderlichenVereinfachungenzurLösungseines speziellen
Problem in angemessener Weise machen will. Angesichts der Breite der
Themenfelderkann ernurauf wenigen selberein Spezialistsein,ermuss
aberdieFähigkeitzurEinordnungundzumStellen„derrichtigenFragen“
an die jeweiligen Spezialisten haben.Er braucht auch die Fähigkeit,sich
dem geballten Spezialwissen nicht einfachzu beugen,sondern es zu hin-
terfragen,zuneuen Kombinationenzukommen.DieseSystemkompetenz
zu vermitteln ist ein wichtiges Ziel bei der Ausbildung von Ingenieuren
der Kraftfahrzeugtechnik.Die wissenschaftliche Beschäftigung mit dem
System Kraftfahrzeugführtaberauch zu Fragestellungen,die in anderen
Fachdisziplinenso nichtauftreten.SosindzumBeispieldieOptimierung
derpassivenSicherheit,alsodesVerhaltensdesFahrzeugsundseinerInsas-
senimVerlaufeinesUnfalls,oderdesFahrkomforts,derQuerdynamik,des
Kraftstoffverbrauchs,derEmissionen usw.Themen,dieeinen theoretisch
fundiertenEinblickindiewirksamenMechanismenundindieverfügba-
renGestaltungsspielräumeerfordern.
Kraftfahrzeuge werden heute in hochgradig arbeitsteiligen Prozessen
entwickelt.An einem neuen Modell arbeiten je nach Projektphase einige
dutzendbisweitübertausendFachleutezusammen.Diesgeschiehtinaller
RegelinMultiprojektsituationen,eswerdenalsomehrereProjektezeitlich
versetzt parallel bearbeitet.Viele der Beteiligten arbeiten gleichzeitig an
mehrerenVorhaben,sie haben mehreren Projektleitern zu berichtenund
sind Teil mehrerer Arbeitsteams.Autos werden mit dem Ziel entwickelt,
sie in Millionenstückzahlen zu bauen. Selbst von Fahrzeugen der Ober-
klassewerdentäglichbisüberdreihunderthergestellt.DieMöglichkeitzur
kostengünstigenFertigungdieserextremvariantenreichenProduktemuss
schon in den frühenPhasen der Entwicklung mit berücksichtigtwerden.
DieArbeitsteilunginderEntwicklungunddieMultiprojektsituationstellt
hoheAnforderungenan die soziale Kompetenz der Entwickler.Seit eini-
Einführung VII
genJahrenerfolgenFahrzeugentwicklungund-produktionzudeminglo-
balverteiltenStrukturen;eswerdenalsozusätzlichAnforderungenandie
FähigkeitsichaufEnglischverständigenundandasVerhaltenininterkul-
turellen Zusammenhängen gestellt. Man kann ohne Übertreibung sagen,
dassdieEntwicklungeinesKraftfahrzeugseinerseitseintechnisches,ganz
wesentlichaberaucheinsozialesEreignisist.
Die schiere Zahl der Kraftfahrzeuge hat natürlich auch erhebliche un-
erwünschte Nebenwirkungen in Form von Unfallopfern, Ressourcenver-
brauch,Lärmbelästigung,Abgasemissionen,Energieverbrauch zur Folge.
EindichtesNetzvonVorschriftenundNormenistzubeachten.DieFahr-
zeugsicherheit wurde durchumfassendeSchutzmechanismenauf ein Ni-
veaugebracht,dasnochvoreinigenJahrenalsundenkbargalt.NeueAnsät-
zevoralleminFormvonFahrerassistenzsystemenermöglichenindennä-
herenZukunftnochwesentlicheweitereFortschritte.DieAbgasemissionen
moderner Kraftfahrzeuge nach europäischen oder US-amerikanischem
Standard sind so gering,dass eine Gefährdung von Mensch und Umwelt
praktischausgeschlossenwerdenkann.
In Deutschland spielt das Kraftfahrzeug eine besonders große Rolle.
DieAutomobilindustriemitihren Zulieferern,Ingenieurfirmen,Anlagen-
bauern, Softwarehäusern, Vertriebsfirmen usw. ist die bei weitem größ-
te Branche.Deutsche Firmen haben sich zu weltumspannenden und die
Welt beliefernden Konzernen entwickelt. Sie stehen in einem intensiven
Wettbewerb untereinander und mit französischen,italienischen, japani-
schen, koreanischen und US-amerikanischen Firmen. Zugleich arbeiten
AutomobilfirmeninzahlreichenKooperationenzusammen;Beispielesind
gemeinsamevorwettbewerblicheForschung,dieNormierung,Entwicklung
undProduktionvonKomponenten.EsbestehtalsogleichzeitigWettbewerb
undKooperation–„coopetition“.WeiteregroßeAutomobilfirmenwachsen
voralleminChinaundIndienheran.UmimWettbewerbzubestehen,wird
weltweitintensivanneuenProduktengearbeitet.DiedeutschenAutomobil-
herstellergreifendabeiauf eindichtesNetz vonkompetentenZulieferern
und Ingenieurfirmen zurück.Es besteht in dieser Form nur an wenigen
Stellen auf der Welt und erklärt zum guten Teil die Dominanz Deutsch-
lands auf dem Gebiet der Premium-Kraftfahrzeuge.Es überrascht daher
nicht,dassvon den38Mrd.¤,diein DeutschlandjährlichfürForschung
undEntwicklungaufgewendet werden,ca.35%auf denFahrzeugbauent-
fallen.
Die vielfältig differenzierte Automobilbranche ist für ihren ständigen
Innovationsprozess auf hoch qualifizierte Ingenieure fast aller Fachrich-
tungen angewiesen.Die akademischeAusbildungvon Kraftfahrzeugtech-
nikernrichtetsichvorallemaufdieVermittlungderobenangesprochenen
Systemkompetenz in ihren vielen Facetten. Sie bekommt ihre besondere
Realitätsnähe durch die Teilnahme der Studierenden an aktuellen For-
schungsvorhaben, die häufig zusammen mit der Industrie in Projekten
VIII Einführung
mit internationaler Beteiligung erfolgt. Die Forschung greift dabei auch
Themen auf,die inderIndustrieselber nichtso großeBeachtung finden.
Sie kann unabhängiger von den Notwendigkeiten einer wirtschaftlichen
VerwertungarbeitenundtrugundträgtsozurSchaffungeinessinnvollen
regulatorischen Rahmens bei,dem die Produkte der Industrie im Allge-
meininteresse genügen müssen.InderSummekann manfeststellen,dass
dieakademischeBeschäftigungauf demGebietderKraftfahrzeugtechnik
in Deutschland im internationalen Vergleich ein sehr hohes Niveau hat.
DiesgiltseitJahrzehntenauchfürdasFachgebietKraftfahrzeugederTech-
nischenUniversitätBerlin.
Diese Geltung ist aus einer 100-jährigen Tradition gewachsen.Sie hat
mehrerepolitischbedingteBrücheüberstanden.Immerwiedergelanges,
die wissenschaftlichenVoraussetzungen zu schaffen,um aktuelle Fragen
mitKompetenzzubeantworten.DasistdieLeistungeinergroßenZahlvon
engagierten Personen, die sich als Studenten, als Mitarbeiter, als Profes-
soren für das Fachgebiet und für ihr Themenfeld eingesetzt haben.Eine
wichtigeRollespielenauchdiezahlreichenLehrbeauftragten,dieihrFach-
wissen aus der industriellen Praxis den Studenten zurVerfügung stellen.
IhnenallengebührtunserDank.DieheutigenMitarbeiterdesFachgebiets
verstehenihrVorbildalsVerpflichtung.SiekönnenmitRechtvonsichbe-
haupten, am Fahrzeug für morgen zu forschen und so weiter aus einer
großenTraditionZukunftentstehenzulassen.
Autorenliste
Prof.Dr.-Ing.BharatBalasubramanian
DaimlerAG
Kapitel10
Dr.rer.nat.LudgerDragon
DaimlerAG
Kapitel6
Prof.Dr.-Ing.HorstE.Friedrich
DLR-InstitutfürFahrzeugkonzepte
Kapitel9
Dr.-Ing.DietmarGo¨hlich,
DaimlerAG
Kapitel2
BenediktHeudorfer
Takata-PetriAG
Kapitel5
Dr.-Ing.HeikoJohannsen
FachbereichKraftfahrzeugeamInstitutfürLand-undSeeverkehr,
TechnischeUniversitätBerlin
Kapitel3
Dr.-Ing.habil.ThomasJürgensohn
Human-Factors-Consult
Kapitel8
Dipl.-Ing.HaraldKnäbel
DLR-InstitutfürFahrzeugkonzepte
Kapitel9
Dipl.-Ing.GundolfKopp
DLR-InstitutfürFahrzeugkonzepte
Kapitel9
Dipl.-Ing.KlausKompaß
BMWGroup
Kapitel7
X Autorenliste
DirkMeissner
Takata-PetriAG
Kapitel5
Prof.Dr.-Ing.HartmutRau
UnfallanalyseBerlin
Kapitel11
Prof.Dr.rer.nat.VolkerSchindler
FachbereichKraftfahrzeugeamInstitutfürLand-undSeeverkehr,Techni-
scheUniversitätBerlin
Kapitel3
Dr.phil.ImmoSievers
ArchivfürTechnikgeschichte
Kapitel1
Dr.-Ing.PeterTreffinger
DLR-InstitutfürFahrzeugkonzepte
Kapitel9
Dr.-Ing.MaikZiegler
DaimlerAG
Kapitel4
Inhaltsverzeichnis
Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
Autorenliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX
TeilI Geschichte 1
DasFachgebietKraftfahrzeugederTUBerlinimWandelderZeit
ImmoSievers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1 Vorreiterrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 DerLenoir-Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 DerOtto-Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4 GründungderKöniglichenTechnischenHochschule
zuBerlin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5 DieEntwicklungdesautomobilenMotors . . . . . . . . . . . . . . 16
6 DieerstenAutomobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
7 DieEntwicklungdesDiesel-Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
8 BeginnderKraftfahrzeugtechnikanderTHBerlin . . . . . . . . 26
9 DerWettstreitderAntriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
10 DieVorläuferderAutomobil-Laboratorien . . . . . . . . . . . . . 29
11 DieGründungdesInstitutesfürKraftfahrzeugwesen . . . . . . . 30
12 ImErstenWeltkrieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
13 KriegsfolgenundWirtschaftskrisen . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
14 MassenmotorisierungundFließfertigung . . . . . . . . . . . . . . 42
15 GenerationswechselimLaboratoriumfürKraftfahrzeuge . . . . 44
16 DeramerikanischeVorsprung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
17 DieamerikanischeKonkurrenzinDeutschland . . . . . . . . . . 49
18 DerAdler„Standard6“–einHochschulprojekt. . . . . . . . . . . 50
19 BeckersRücktritt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
20 ForschungenzualternativenTreibstoffenimLaboratorium . . . 53
21 AutobahnundStromlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
22 DieEntwicklungderStromlinien-Karosserie . . . . . . . . . . . . 56
23 Das„K-Heck“,mitentwickeltanderTHBerlin . . . . . . . . . . . 61