Piezo-Technik für Motoren

Der Deutsche Zukunftspreis 2005 würdigt die Entwicklung einer völlig neuen Einspritztechnik für Motoren.

Stuttgart/München (dpa) - Die Schaltzeiten der sparsamen Einspritztechnik für Automotoren sind unvorstellbar kurz: Nur 100 millionstel Sekunden braucht die moderne Piezo-Technik der Firmen Robert Bosch und Siemens. Das ist nicht nur vier bis fünf Mal schneller als bei herkömmlichen Systemen, die Technik spart auch Sprit, 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. Am Freitag erhielten sie für ihre Arbeit den mit 250 000 Euro dotierten Deutschen Zukunftspreis 2005 aus den Händen von Bundespräsident Horst Köhler.

Erstmals wurden damit Entwickler aus zwei Unternehmen, die im knallharten Wettbewerb zueinander stehen, als Team nominiert. 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.

Abb.: Das neue Piezo-Einspritzverfahren sorgt für sparsamere und umweltfreundlichere Motoren. (Quelle: Deutscher Zukunftspreis, Foto: Ansgar Pudenz)

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 3 Prozent gesenkt. Die Feistaubbelastung geht um 20 Prozent zurück, und der Motor wird auch leiser.

Werner Scheib, dpa

Weitere Infos:

• Deutscher Zukunftspreis 2005:
  http://www.deutscher-zukunftspreis.de/newsite/aktuelles/08.shtml