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Stresstest für Autos von morgen

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt prüft alternative Antriebstechnik
Stresstest für Autos von morgen

Stresstest für Autos von morgen
Auch das Elektro-Hybridfahrzeug Opel Ampera war schon mehrmals zu Gast auf dem Prüfstand des Instituts für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart Bild: DLR/Reinhard Steinheber
Auch wenn Lithium-Ionen-Akkus und Brennstoffzellen eine effizientere Fortbewegung versprechen, bleibt der Energieverbrauch eine entscheidende Größe in der Fahrzeugtechnik. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart werden die alternativen Antriebe deshalb auf Herz und Nieren geprüft.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) betreibt in einem eigenständigen Programmschwerpunkt Mobilitätsforschung, Verkehrsforschung und Forschung an neuen Fahrzeugkonzepten. Zur Validierung der Entwicklungsprojekte besitzt das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte in Stuttgart einen klimatisierbaren und wasserstofftauglichen Allradrollenprüfstand. Dieser Prüfstand bietet seit 2007 eine einzigartige Testumgebung, die sowohl von Industriekunden als auch vom DLR für eigene Forschungsarbeiten genutzt wird. Das Institut selbst befasst sich mit Entwicklungen zur Reduzierung des Fahrwiderstandes sowie der Effizienzsteigerung und bedient sich dabei auch der Technologien und Methoden aus der Luft- und Raumfahrt.

„Mit unserem klimatisierten Rollenprüfstand bieten wir sowohl Zulieferern als auch OEMs die Möglichkeit ihre Produkte unter extremen Bedingungen zu testen“, sagt Franz Philipps, Teamleiter für Prüfstände und Prototypenbau im DLR. Der Prüfstand ist außer für Tests an konventionellen und Elektrofahrzeugen besonders für Tests mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen geeignet. Die dafür notwendige Mess- und Sicherheitstechnik wurde bereits beim Bau des Prüfstands mit eingeplant. Mit vier unabhängig voneinander angetriebenen Rollen können Fahrzeuge mit bis zu einer Geschwindigkeit von 200 km/h und einer Leistung von 100 kW pro Achse getestet werden. Ein Fahrtwindgebläse ermöglicht realitätsnahe Bedingungen bis zu einer Geschwindigkeit von 120 km/h. Die gesamte Prüfstandkammer ist für Umgebungstemperaturen von –40 °C bis +60 °C und relative Luftfeuchten bis zu 80 % klimatisierbar. Fahrzeuge von 1,6 m bis 4 m Länge passen in die Kammer, somit können vom Kleinfahrzeug wie zum Beispiel einem Smart bis hin zu einem Transporter unterschiedliche Fahrzeugklassen getestet werden.
Durch die mit dem Rollenprüfstand gekoppelte Fahrprofilsoftware ist es möglich, sowohl kundenspezifische als auch alle Standardfahrzyklen zur Verbrauchsermittlung zu fahren. Zusätzlich sind auch Fahrprofile mit Steigungen und Gefällen realisierbar. Damit kann beispielsweise die Großglockner-Hochalpenstraße-Fahrt problemlos im Prüfstand gefahren werden.
Die Prüfstandsautomatisierung berechnet in Echtzeit aus den fahrzeugspezifischen Parametern und der Fahrgeschwindigkeit die für die jeweilige Geschwindigkeit die auf der Straße real auftretenden Fahrwiderstände, die dann über den Rollenantrieb als Belastung an das Fahrzeug weitergegeben werden. Der Wasserstoffverbrauch von Brennstoffzellenfahrzeugen kann durch zwei unterschiedliche Messsysteme erfasst werden. Die Flaschenwägung auf der Feinwaage bietet eine sehr hohe Genauigkeit im Gesamtverbrauch, während die Messungen mit dem Corriolis-Durchflussmesser den Momentanverbrauch erfassen. Mit diesen Messeinrichtungen ist das DLR imstande, TÜV-zertifizierte Wasserstoff-Verbrauchsmessungen durchzuführen. Auch der Verbrauch von mit flüssigen Kraftstoffen betriebenen Fahrzeugen kann durch eine Kraftstoffmesswaage mit integrierter Konditionierung erfasst werden. Zusätzlich ist die Testeinrichtung mit einer zeitaufgelösten Zweipunkt-FTIR-Abgasanalyse ausgestattet, die es erlaubt 20 verschiedene Schadstoffe gleichzeitig zu erfassen.
Die durchgeführten Tests im Prüfstand reichen von Kaltstarttests von Brennstoffzellenfahrzeugen bis hin zu Gesamtfahrzeugtests mit geänderten Fahrzeugkomponenten. In jüngster Vergangenheit wurde beispielsweise ein in einen 5er BMW integrierter thermoelektrischer Generator durch Messungen am Rollenprüfstand validiert. Der Test an einem Opel Ampera (siehe Bild) ist ebenso Bestandteil der täglichen Arbeit wie regelmäßige Beauftragungen durch die Industrie.
Das DLR wird seinen Rollenprüfstand in Zukunft verstärkt nutzen, um Firmen im Bereich der Elektromobilität bei ihren Tests zu unterstützen. Gleichzeitig werden aber auch Tests an verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen weiterhin durchgeführt.
Bastian Mayer und Mirko Klein Altstedde Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, Stuttgart
Weitere Informationen: www.dlr.de/fk

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Aus dem Weltraum auf die Straße – Der Thermoelektrische Generator

Bei ständig zunehmender Elektrifizierung der Fahrzeugantriebe ist zu erwarten, dass verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge beziehungsweise Hybridfahrzeuge noch über Jahrzehnte die Hauptlast im Personen- und Güterverkehr tragen werden. Vor dem Hintergrund steigender Primärenergiekosten und der Forderung nach Reduktion des CO2-Ausstoßes stehen Maßnahmen zur Steigerung der Effizienz im Vordergrund.
In herkömmlichen Verbrennungsmotoren werden rund zwei Drittel der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Form von Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt. Zur Lösung dieses Problems greift das DLR Institut für Fahrzeugkonzepte auf eine Weltraumtechnologie zurück, welche die direkte Wandlung von Abwärme in elektrische Energie ermöglicht – Der Thermoelektrische Generator (TEG).
Die Stuttgarter Forscher entwickeln einen Generator, basierend auf dem thermoelektrischen Effekt, der, integriert in den Abgasstrang eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs, die Lichtmaschine entlastet und somit Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission reduziert.
Eine große Herausforderung ist die Bewertung gesamtsystemischer Wechselwirkungen eines TEGs mit anderen Komponenten des Fahrzeugs. Vor diesem Hintergrund werden Projektfahrzeuge durch das TEG-Team auf dem Rollenprüfstand auf Herz und Nieren untersucht. Hierbei werden zum Beispiel Abgaszustände über entsprechende Fahrzyklen ermittelt und der Einfluss einer zusätzlichen Kühllast auf das Thermomanagement des Fahrzeugs untersucht.
Ê Kühlmittelstrom
Ë Elektrische Leistungseinspeisung in das Fahrzeugbordnetz
Ì Abgasmassenstrom
Í Thermoelektrischer Generator (TEG)
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