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Deutscher Zukunftspreis: Kristalle unter Hochspannung

Bosch und Siemens machen Automotoren leise, sparsam und umweltfreundlich - dank einer neuen Einspritztechnik, die auf Piezo-Kristalle setzt. Für ihre Erfindung haben die Forscher am Freitag den Deutschen Zukunftspreis erhalten.

Den diesjährigen Deutschen Zukunftspreis haben drei Forscher aus Süddeutschland für die Entwicklung sparsamer Automotoren erhalten. Die Ingenieure der Konkurrenten Robert Bosch in Stuttgart und Siemens VDO Automotive AG in Regensburg bekamen die Auszeichnung am Freitag in Berlin aus den Händen von Bundespräsident Horst Köhler. Sie hatten gemeinsam die so genannte Piezo-Einspritztechnik für Diesel- und Benzinmotoren entwickelt. Damit sparen Autos nach Angaben der Forscher zwei bis drei Prozent Kraftstoff und stoßen sogar um 20 Prozent weniger Abgase aus. Der Preis ist mit 250.000 Euro dotiert.

Die moderne Piezo-Technik der Firmen Robert Bosch und Siemens funktioniert mit unvorstellbar kurzen Schaltzeiten: Sie braucht nur 100 Millionstel Sekunden. Das ist nicht nur vier bis fünf Mal schneller als bei herkömmlichen Systemen, die Technik spart auch Sprit und vermeidet Abgase und macht Motoren leiser. Damit haben der Bosch-Forscher Friedrich Boecking (Stuttgart) und seine Siemens-Kollegen Klaus Egger (Regensburg) sowie Hans Meixner (München) deutschen Unternehmen einen weltweiten Technologievorsprung verschafft.

Starke mechanische Kräfte

Erstmals waren damit Entwickler aus zwei Unternehmen, die im knallharten Wettbewerb zueinander stehen, als Team für den Zukunftspreis nominiert worden. Gänzlich unabhängig voneinander haben die Forscher in Stuttgart und Regensburg mit ihren Teams die Piezo-Technik entwickelt und zur Großserienreife vorangetrieben. Beide Unternehmen haben dafür seit Mitte der 90er Jahre mehr als fünf Milliarden Euro investiert. Für 2006 rechnen beide Unternehmen mit der Produktion von 16 Millionen Einheiten von Piezo-Injektoren.

Bei der Erfindung handelt sich um eine völlig neue Einspritztechnik für sparsamere und umweltfreundlichere Motoren. Während die Steuerung der Einspritzsysteme herkömmlich auf Magnetbasis erfolgt, sind es bei der Neuentwicklung so genannte Piezo-Kristalle. Diese Kristalle bauen unter mechanischem Druck eine elektrische Spannung auf. Technisch angewendet wird das beispielsweise in Feuerzeugen, um mit Hochspannung den Zündfunken zu erzeugen. Das Prinzip funktioniert aber auch umgekehrt: Legt man an den Kristall eine Spannung an, verformt er sich. Dabei wirken sehr starke mechanische Kräfte.

Bald auch für Benzinmotoren

Bosch und Siemens nutzten diesen Effekt, um bei Direkteinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren den Öffnungs- und Schließmechanismus des Einspritzventils zu optimieren. Als Material für den "Piezo-Aktor" wählten Bosch und Siemens eine Keramikverbindung, die durch Beimischung von Blei und Zirkonoxiden auf die thermischen Bedingungen eines Dieselmotors abgestimmt ist. Doch die Forscher haben auch bereits eine Variante für Benzinmotoren im Auge. Schon im kommenden Jahr möchten sie den Piezo-Effekt auch beim Benziner einsetzen.

Ein Piezo-Keramikplättchen ändert durch Anlegen einer Spannung seine Dicke lediglich um ein zehntausendstel Millimeter. Die Forscher verbanden mehrere hundert Lagen solcher Piezo-Schichten zu einem Piezo-Aktor. Die Schaltkraft eines solchen Aktors beträgt sagenhafte 3000 Newton - mit dieser Kraft ließe sich ein 300 Kilogramm schwerer Körper binnen 100 Millionstel Sekunden hochheben. Genau mit diesem Druck wird der Kraftstoff in den Motor gepumpt. Der Kraftstoffverbrauch wird damit um immerhin drei Prozent gesenkt. Die Feistaubbelastung geht um 20 Prozent zurück, und der Motor wird auch leiser.

DPA / DPA