Ideen der Zukunft
PUBLIKATION ZU TECHNISCHEN NEUERUNGEN
Nr. 36 | Juni 2016
2
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
LIEBE LESERINNEN, LIEBE LESER,
„Ideen der Zukunft“ – die Erfindungsmeldungen,
von Bertrandt publiziert, verbindet technische
Weiterentwicklungen und Innovationen aus den
unterschiedlichsten Bereichen in diesem Buch. So haben
Sie mit einem Blick die Möglichkeit, die dokumentierten
Veröffentlichungen nachzuschlagen und sich inspirieren zu
lassen. Wir wünschen Ihnen viel Freude beim Lesen!
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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INHALT
3
VORWORT
8
Vorrichtung zur Regelung für eine Beduftung/Ionisierung des Fondraumes
in einem Fahrzeug
10
Waschstraßenassistent
12
PKW-Kauf mit Charakterauswahl
13
Vermeidung von Beschlagenen Außenspiegeln in Heißen Regionen/
ländern
14
Kombinierte EMV Schutzmaßnahme
19
Erkennung von Tieren im Fahrzeuginnenraum zur Regelung der
Olfaktorikanlage
20
Quer- und Torsionsversteifung eines Reifen durch zugsteife und druckweiche Querverstrebungen innerhalb des Reifens
22
Predictiv Forward Driving Assist
24
Weckfunktion für autonomes Fahren
26
Vorrichtung zur Anhaltewegverkürzung bei Kraftfahrzeugen
28
Multilayer-Karosserie
30
Lenkgetriebe mit variabler Übersetzung
32
Vermeidung einer hinterschnittigen Kontur am Träger Instrumententafel
bei angeschweißtem Airbag-Schusskanal
34
Vermeidung einer hinterschnittigen Kontur am Träger Instrumententafel bei angeformten/angespritzten Schusskanal, im Speziellem bei einem
Schusskanal mit Rampe. Durch ein montiertes Zusatzteil wird der Träger
Instrumententafel wieder geschlossen
36
Bertrandt – Unternehmensportrait
38
Aufbau mit aktiv schaltbarer Wärmeleitfähigkeit mittels elektrorheologischer Flüssigkeiten
41
Definierte Herstellung der Oberflächentopographie von Blechwerkstoffen
durch das Presswerkzeug und den Umformprozess
42
Strategie für Brennstoffzellen-Fahrzeuge zur Vermeidung von
Kontaminationen durch Waschanlagen
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
6
INHALT
44
Verfahren und System zur Visualisierung des Vorteils durch Fahren im
Windschatten
48
Detektion schwer erkennbarer Hindernisse
50
Hartstoffbeschichteter Stahl-Kupferverbund
52
Verfahren zur Stabilisierung der katalytischen Abgasnachbehandlung an
einem Blockheizkraftwerk
54
Integration eines Luftbefeuchters in den Luftfilterkasten eines
Brennstofzellenfahrzeuges
58
Lenkrad mit fugenlosen Zierelementen aus massivem Material am
Lenkradkranz
60
Doppelte Fußablage
63
Impressum
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
8
VORRICHTUNG ZUR REGELUNG FÜR EINE BEDUFTUNG/IONISIERUNG DES FONDRAUMES IN EINEM
FAHRZEUG
AUDI AG
Technische Neuerung
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ionisierte mit Duft angereicherte
Luft auf Bereiche im Auto zu konzentrieren, beispielsweise auf den Fondbereich. Dem
Verfahren liegt eine Sitzplatzerkennung zugrunde, welche prüft, welche Sitze frei sind
und nicht mit Frischluft versorgt werden müssen.
Ausgangssituation:
Bei einer Beduftungsanlage (Olfaktorik) werden Wirkstoffe verdampft und anschließend über die beiden vorderen seitlichen Mann-Anströmer in den Fahrzeuginnenraum geleitet. Dazu wird Luft aus der Klimaanlage über einen Ionisator geleitet,
bevor diese in die Fahrzeugkabine gelangt. Der Ionisator erzeugt durch Hochspannung Sauerstoffionen, welche Keime oder auch Gerüche reduzieren sollen. Ergebnis
soll ein besseres Wohlbefinden sein.
Lösung:
Die technische Neuerung besteht darin, dass die MAs im Fondbereich des Fahrzeuges automatisch geregelt werden. Dies geschieht in Abhängigkeit zur Einspeisung
des Wirkstoffes und der negativen Ionen durch die vorderen seitlichen MAs.
Dabei soll die zugeführte Luftmenge der hinteren MAs reduziert bzw. komplett eingestellt werden.
Die Regelung hängt mit der Sitzplatzerkennung der hinteren Reihe sowie des aktuellen Beduftungsintervalls zusammen. Bei geöffnetem Ventil (Beduftungszeit) werden
die Stellantriebe der hinteren MAs angesteuert und geschlossen, bei Bedarf mit
Zeitverzögerung.
Der Vorteil dieser Neuerung besteht darin, dass die Frischluftzufuhr für die hintere
Sitzreihe reduziert wird und so eine Konzentrationsminimierung des Wirkstoffes und
der negativen Ionen verhindert wird.
Somit kann das Duft- und Erfrischungserlebnis für die Fondpassagiere gesteigert und
an das der vorderen Sitzplätze angeglichen werden. Dadurch kann eine einheitliche
Konzentrationsverteilung im Fahrzeug erreicht werden.
Mögliche Anwendung:
<< In allen PKWs mit Klimaanalage
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
10
WASCHSTRASSENASSISTENT
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ein Assistenzsystem bereitzustellen, welches Fahrzeugen, insbesondere PKWs in einer Waschstraße assistiert, um die
optimalen Einstellungen für den Waschvorgang zu treffen.
Ausgangssituation:
Es gibt bei aktuellen Fahrzeugen viele Assistenzsysteme, die den Fahrer beim Fahren
entlasten und die Sicherheit erhöhen sollen.
Ferner gibt es mittlerweile viele Kommunikationsmöglichkeiten, die über das Infotainmentsystem abrufbar sind, ähnlich dem Handy.
Lösung:
Der Fahrzeugnutzer erhält über im Fahrzeug bereits verfügbare bzw. ggf. zusätzliche
Bedienelemente die Möglichkeit, ein Fahrerassistenzsystem in Form eines Waschstraßenassistenten entsprechend seiner Wünsche zu konfigurieren und diese Konfiguration dann personalisiert abzuspeichern.
Die Erkennung einer Waschstraße kann z.B. über fest hinterlegte Navigationsdaten
oder in einem Back-End hinterlegte Daten in Kombination mit der Fahrzeugposition (z.B. über GPS) erfolgen. Zudem ist eine visuelle Erkennung über Kameras möglich. Des Weiteren ist eine Erkennung über Kommunikation zwischen Fahrzeug und
Waschstraße über Internet oder Sensorik realisierbar.
Die Aktivierung des Waschstraßenassistenten kann basierend auf der Waschstraßenerkennung automatisch erfolgen (unter Berücksichtigung der Fahrzeugposition) oder
manuell durch den Fahrer über ein bestehendes oder ggf. zusätzliches Bedienelement erfolgen.
Der Fahrzeugnutzer kann über die Konfiguration festlegen, welche der Funktionalitäten zur Versetzung des Fahrzeuges in den optimalen Reinigungszustand er nutzen
möchte.
Dem Fahrzeugnutzer können während des Reinigungsvorgangs bzw. nach Aktivierung des Waschstraßenassistenten, abhängig von der fahrerspezifischen Konfiguration, verschiedene Funktionalitäten zur Verfügung gestellt werden:
- Bereitstellung von vom Fahrer konfigurierten Apps in bestehenden Displays sowie der Aktivierung der gewünschten Kommunikationsdienste (z.B. email, facebook,
twitter, etc.)
- Ermöglichung von Nutzung bestehender elektrischer Bauteile für die Stärkung der Körpermuskulatur z.B. Schieben gegen den elektrisch verstellbaren Sitz
- Aktualisierung bzw. Software-Download von neuen und bestehenden Apps
Nach dem Ablauf des Assistenten vor und während der Durchfahrt der Waschstraße,
wird das Fahrzeug in den Ursprungszustand versetzt.
Vorteile:
<< Optimale Nutzung von Kommunikationsmöglichkeiten während des Waschvorgangs in einer Waschstraße
<< Erhöhte Sicherheit und Minimierung von Schäden an der Waschanlage und am
Fahrzeug durch Versetzung des Fahrzeugs in den für die Waschstraße und das
Fahrzeug optimalen Zustand
<< Optimierte Pflege/Reinigungsstrategie der beweglichen Karosserieteile (Spiegel,
Spoiler, Anhängerkupplung,…)
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen
Nach Aktivierung des Waschstraßenassistenten werden Fenster/Schiebedach und
elektrisch ansteuerbare Karosserieteile (Spiegel, Spoiler, Anhängerkupplung, Türen,
Deckel, Klappen,…) automatisch in die für den Waschvorgang optimale Position
versetzt. Die optimale Position kann dabei – sofern aus Reinigungssicht oder Haltbarkeitssicht sinnvoll – von Waschvorgang zu Waschvorgang unterschiedlich sein (z.B.
jeder zweite Waschvorgang mit ausgefahrenem Spoiler etc.).
Zudem kann der Fahrer über bestehende oder ggf. zusätzliche Mensch-Fahrzeug-Schnittstellen (Abfrage im Display, Abfrage über Ansage, etc.) an die waschstraßenoptimale Positionierung nicht elektrisch angesteuerter Bauteile (Türen, Tankdeckel,…) erinnert werden.
Des Weiteren kann nach Aktivierung des Waschstraßenassistenten ein gezieltes
Funktionsdowngrading erfolgen (Funktionen abschalten, Funktionen einschränken,
Stromversorgung von Bauteilen ausschalten/reduzieren,…). Beispiele hierzu sind
Abschalten des Motors, Deaktivierung des Regensensors, Deaktivierung des automatischen Anziehens der Feststellbremse sowie Bereitstellung einer Plausibilitätsinformation zu den zwischen der rechten und linken Fahrzeugseite gelieferten Raddrehzahlsensordaten (Vermeidung fälschlicher Fehlermeldungen).
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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PKW-KAUF MIT CHARAKTERAUSWAHL
VERMEIDUNG VON BESCHLAGENEN AUSSENSPIEGELN IN HEISSEN REGIONEN/LÄNDERN
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, dem Kunden beim Kauf eines
PKWs die Entscheidung nach der Auswahl der Ausstattung zu erleichtern.
Ausgangssituation:
Wenn man heute ein Auto kaufen möchte, dann sucht man sich das gewünschte
Modell und die gewünschte Marke aus. Dann bestimmt man die Ausstattung und
das Zubehör bzw. die Ausstattungsvarianten, welche dem eigenen Geschmack am
nächsten kommen.
Aufgrund zahlreicher Konfigurationsmöglichkeiten, kann es vorkommen, dass man
als Käufer überfordert ist, das Optimale für sich auszuwählen.
Lösung:
Der Ansatz der technischen Neuerung besteht nun darin, beim Online-Kauf eines
Fahrzeuges eine Charakterauswahl des Käufers treffen zu können, welche dem
Käufer eine vorkonfigurierte Ausstattung bzw. Zubehör suggeriert, passend zu der
vorherigen Charakterauswahl.
Ferner wird dem Käufer durch die Charakterauswahl und den damit einhergehenden
Ausstattungsvorschlägen der Kaufprozess erleichtert.
Der Käufer bekommt das Gefühl ein auf ihn perfekt abgestimmtes Fahrzeug zu
erwerben.
Vorteile:
<< Personalisierte vorkonfigurierte Fahrzeuge für den Kunden
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ein System bereitzustellen,
welches ein Beschlagen der Außenspiegel auch in heißen Regionen bzw. Ländern
verhindern soll.
Ausgangssituation:
Der Außenspiegel wird aktuell über eine Pulsweitenmodulation (PWM) und dem
Antibeschlagfilter beheizt. Dieser Vorgang passiert automatisch, wenn es draußen
kalt ist, die Luftfeuchtigkeit hoch ist oder die Temperatur unter 0°C ist und der Spiegel zu beschlagen oder einzufrieren droht.
Es gibt jedoch auch in heißen Regionen die Situationen, dass die Außenspiegel beschlagen und eine manuell bedienbare Beheizbarkeit der Außenspiegel von Vorteil
wäre.
Lösung:
Die technische Neuerung sieht vor, dass die PWM die Spiegelgläser bei manueller
Auswahl der Spiegelheizung so heizt, dass die Temperatur der Spiegelgläser immer
10Kelvin über der aktuellen Außentemperatur liegt.
Der Unterschied zum Stand der Technik liegt also in der manuellen Betätigung der
Spiegelheizung bei Bedarf, wie es z.B. in heißen Regionen bzw. Ländern der Fall sein
kann.
Mit Hilfe einer Formel wird das Außenspiegelglas bei Temperaturen unter 20°C in
Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Außentemperatur immer auf
20°C gehalten.
Ab 20°C wird auf die neue Beschlagsoptimierung umgeschaltet.
D. h., dass der Außenspiegel bei 20°C Außentemperatur auf 30°C aufgeheizt wird.
Bei 30°C Außentemperatur auf 40°C usw.
Mögliche Anwendung:
<< Beim Kauf von Fahrzeugen im Online-Konfigurator
Um das Spiegelglas weiterhin zu schützen, wird die Spiegelglastemperatur auf
50°C begrenzt. D.h. ab Außentemperaturen von 40°C wird das Glas max. auf 50°C
geheizt.
Vorteile:
<< Ein drohendes Beschlagen der Außenspiegel wird verhindert
<< Die Außenspiegel werden nicht mehr als unbedingt nötig beheizt
<< Besonders die temperaturempfindlichen EC-Gläser werden geschont
<< Der Energieverbrauch wird optimiert
Mögliche Anwendung:
<< Bei Fahrzeugen mit Außenspiegelheizung
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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KOMBINIERTE EMV SCHUTZMASSNAHME
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, die Funktionalität elektromagnetischer Schutzmaßnahmen durch eine neue Formgebung und Anordnung spannungsführender Bauteile auf diese zu übertragen und somit zusätzliche Maßnahmen
für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) obsolet zu machen.
Technische Neuerung
duktive Sicherung
Ausgangssituation:
EMV Entstör- und Schutzmaßnahmen benötigen Bauraum, verursachen Kosten in
Herstellung und Montage und müssen über die Fahrzeuglebensdauer sicher kontaktiert werden.
Beispielsweise müssen Kapazitäten mit wenigen Nanofarad und Anschlussleitungen
mit Durchmessern unter einem Millimeter an Stromschienen für Maschinen mit Leistungen von 100KW oder mehr kontaktiert werden. Besondere Herausforderungen
sind hier die Umweltbedingungen, wie Schwingungen und hohe und tiefe Umgebungstemperaturen bzw. Schwankungen dazwischen.
►
Induktive Sicherung
►
Diskrete Induktivität über der Sicherung als Hülse etc. mit µ>1
►
Sicherungsdraht in Spulenform ausgeführt
►
Ersetzen des Materials in der Sicherung
►
Kombination der Maßnahmen
Diskrete Induktivität über der Sicherung als Hülse etc. mit µ>1
►
+ Ferritstab-/Kern in der Spule (µ>1)
Lösung:
Der technischen Neuerung liegt die Idee zugrunde, parasitäre Eigenschaften bezüglich elektromagnetischer Effekte in Leitungen dahingehend auszunutzen und zu verstärken, dass sie aufgrund der durch neue Formen und Anordnungen erzeugten elektromagnetischen Effekte im Resultat selbst eine EMV Schutzwirkung erzielen.
Dies kann durch das Kombinieren von Maßnahmen geschehen, beispielsweise durch
eine Sicherung in Kombination mit einer Induktivität. Somit deckt hier ein Bauteil in
einem Bauraum zwei Eigenschaften gleichzeitig ab.
Denkbar ist auch eine kombinierte Stromschiene mit einer erhöhten Kapazität.
In den Abbildungen sind mögliche Ausführungsformen dargestellt.
Sicherungsdraht in Spulenform ausgeführt
Ersetzen des Materials in der Sicherung
Kombination der Maßnahmen
Vorteile:
<< Einsparung von Bauraum, Gewicht, Montagezeit, Teilelogistik
<< Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit
Mögliche Anwendung:
<< Entstörung von HV-Komponenten
<< Induktive Sicherung in HV-Batterie oder Leistungselektronik
<< Kapazitätserhöhte Stromschienen (z.B. zur Entstörung von Hochfrequent-Empfangsbändern wie UKW, DAB, TV, GSM, LTE usw.)
<< Auch im Niedervoltbereich in der Unterhaltungselektronik (Vermeidung von
Empfangsstörungen, Nebengeräuschen...)
Sicherungsdraht in Spulenform ausgeführt
+ Ferritstab-/Kern in der Spule (µ>1)
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Sicherungsdraht in Spulenform ausgeführt
20163
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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Technische Neuerung
Querschnittsbilder
Kapazitätserhöhte Traktionsleitung
1. Vergrößerung gegenüberliegender Flächen
2. Einsatz eines Dielektrikums >1 (Optional)
3. Stromschiene wäre einfach ineinander steckbar
Übliche Ausführung
Ausführungsbeispiel 2
Vergrößerung der gemeinsamen Fläche
Ausführungsbeispiel 3
Zusätzliches U-Profil mit Masse-Potential
⇒ Ausbilden einer zusätzlichen Kapazität zwischen
Leitung und Erde
20163
20163
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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ERKENNUNG VON TIEREN IM FAHRZEUGINNENRAUM ZUR REGELUNG DER OLFAKTORIKANLAGE
AUDI AG
Technische Neuerung
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, den Fahrzeuginsassen durch die
Tiererkennung im Fahrzeuginnenraum während einer aktiv geschalteten Beduftungsanlage (Olfaktorik) in Erinnerung zu rufen, dass die Beduftungsanlage noch an ist,
obwohl ein Tier mit fährt, welches dies als unangenehm empfinden könnte.
Kapazitätserhöhte 3Phasen Leitung
►
Analog Traktionsleitung Kapazitätserhöhtes Dreiphase System
►
Verschiedenen Ausführungsbeispiel
►
Ausgangssituation:
Bei einer Beduftungsanlage (Olfaktorik) werden Wirkstoffe verdampft und anschließend über die beiden vorderen seitlichen Mann-Anströmer in den Fahrzeuginnenraum geleitet. Dazu wird Luft aus der Klimaanlage über einen Ionisator geleitet,
bevor diese in die Fahrzeugkabine gelangt. Der Ionisator erzeugt durch Hochspannung Sauerstoffionen, welche Keime oder auch Gerüche reduzieren sollen. Ergebnis
soll ein besseres Wohlbefinden sein.
Die für den Menschen angenehm empfundene unterschwellige Auslegung kann
für Tiere hingegen aufgrund ihres stark ausgeprägten Geruchssinns unangenehm
wirken.
Lösung:
Die Idee besteht darin, eine Tiererkennung einzubauen, die bei aktiv geschalteter Olfaktorikanlage Tiere im Fahrzeug bemerkt. Die Wahrnehmung kann mittels optischer,
akustischer und/oder olfaktorischer Sensoren (z.B. elektronische Nase) erfolgen. Anschließend wird die Erkennung von Tieren den Fahrzeuginsassen signalisiert und die
weitere Verwendung der Olfaktorikanlage abgefragt.
Symmetrische Kapazität realisierbar
Vorteile:
<< Vorbeugung von auffälligen Reaktionen der Tiere
Mögliche Anwendung:
<< Bei Fahrzeugen mit Klimatisierungsanlage und Olfaktorik
20163
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
20
QUER- UND TORSIONSVERSTEIFUNG EINES REIFEN
DURCH ZUGSTEIFE UND DRUCKWEICHE QUERVERSTREBUNGEN INNERHALB DES REIFENS
21
Stand der Technik
AUDI AG
Felgenblatt
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, die Reifen-Querversteifung dahingehend zu optimieren, dass die Reifen-Vertikalversteifung nicht parallel mit ansteigt,
wodurch eine höhere Fahrdynamik ohne Komforteinbußen erreicht werden soll.
Reifen
Aussteifung Reifen nur über
„Aufdicken“ der Seitenwand
> Vertikalsteifigkeit hoch >
Komfort niedrig
Ausgangssituation:
Reifen sind aktuell luftbefüllt. Ein Reifen besteht aus einer Karkasse mit einer Wulstverstärkung und einer Wulstgabel, einem Gürtel und der Lauffläche mit Profil.
Seitenkraft
große Querverschiebung des
Reifenlatsches
Die aktuelle Quersteifigkeit und Torsionssteifigkeit der Reifen ergeben sich aus der
Geometrie und der Steifigkeit der Seitenwand sowie dem Fülldruck der Reifen.
Entsprechend dem Aufbau heutiger Reifen ergibt sich mit steigender Versteifung der
Reifen in die Querrichtung auch eine Versteifung in die Vertikalrichtung.
Technische Neuerung
Lösung:
Die technische Neuerung besteht darin, eine Querversteifung des Reifens ohne Einfluss auf die Vertikalversteifung zu erzielen. Dafür wird im Reifeninneren eine diagonale Verstrebung vorgesehen, die zugsteif und druckweich ausgeführt wird. Diese
Versteifungen können wechselseitig ausgeführt werden, um eine Reifenversteifung in
beide Richtungen zu ermöglichen.
Zugseile zur Querabstützung im Reifen
Zugseil am Wulstkabel
Die Umsetzung zugsteifer und druckweicher Verstrebungen kann beispielsweise über
Zugseile erfolgen, welche vom Wulstkabel diagonal auf der in lateraler Richtung gegenüberliegenden Seite, am Stahlgürtel oder der Karkasse, befestigt werden.
Die Anordnung der Zugseile muss nicht in exakter lateraler Richtung erfolgen, sondern kann auch lateral mit einem in Reifenumlaufrichtung longitudinalen (in der
Längsrichtung verlaufend) Versatz ausgeführt werden. Die Anzahl der Verstrebungen
kann beliebig ausfallen, sollte aber symmetrisch über die Umlaufrichtung des Reifens
erfolgen, um Nachteile bezüglich des Rundlaufs zu verhindern.
Zugkraft > weniger
Querauslenkung
Seitenkraft
z.B.: Zugseil am
Stahlgürtel
Kräfte in Zugseil = 0 > kein
Einfluss auf
Vertikalsteifigkeit
Durch den über die Zugseile zusätzlich erzeugten Kraftpfad kann die Quersteifigkeit des Reifens signifikant gesteigert werden, da im Gegensatz zum konventionellen
Reifen die Querkraft nicht nur über die Verformung der Seitenwand abgestützt
werden muss.
Im Gegensatz zur Querauslenkung werden bei Vertikaleinfederungen die Verstrebungen im Bereich des Latsches aufgrund ihrer Anordnung und der druckweichen
Ausführung nicht gespannt, sondern entlastet. Dadurch haben die Verstrebungen
keinen Einfluss auf die Vertikalsteifigkeit der Reifen.
Einfederkraft
Vorteile:
<< Mehr Fahrdynamik ohne Komforteinbuße möglich
<< Steigerung der Quersteifigkeit des Reifens
20214
20214
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
22
PREDICTIV FORWARD DRIVING ASSIST
Technische Neuerung
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ein System bereit zu stellen,
welches es dem Fahrer ermöglicht, einen weiteren Fahrhilfeassistenten durch installierte Kameras in den Außenspiegeln in Anspruch zu nehmen.
Ausgangssituation:
Die Entwicklung der Autos geht dahin, dass diese immer breiter werden. Dadurch
lassen sich Fahrsituationen, z. B. das Fahren auf engen Straßen mit parkenden
Autos rechts und links oder Baustellendurchfahrten, im Alltag immer schwieriger
einschätzen.
Systeme, wie der „Lane Assist“, helfen dem Fahrer innerhalb der Fahrbahn die Spur
zu halten.
Rückfahrkameras sorgen für eine klare Sicht beim Rückwärtsfahren.
Lösung:
Die Außenspiegel werden mit Kameras ausgestattet, die nach vorne gerichtet sind.
So entsteht wenigstens ein Kamerabild, das ein sehr genaues Bild über die vorausliegende und teils seitliche Situation des Autos zeigt. Dieses Bild kann wahlweise im
Kombi-Instrument, im MMI-Display im HUD (Head Up Display) oder auf einem transparenten Display auf der Windschutzscheibe dargestellt werden. Ferner kann das Bild
um Kurven ergänzt werden. Diese zeigen dem Fahrer an, wohin er fahren wird, wenn
der Lenkradeinschlag unverändert bleibt.
Parallel wird die Ideallinie eingeblendet, damit der Fahrer weiß, wie er fahren muss,
damit er die Spur nicht verlässt.
Dadurch lassen sich Situationen wie Baustellen, Parken, Parkhäuser und enge Straßen
besser einschätzen.
Alternativ können die Kameras an den Außenspiegeln auch in andere Positionen gedreht werden, siehe Abb.
Vorteile:
<< Man kann beim Vorwärtsfahren einschätzen, ob man genügend Platz hat oder
droht, einen Seitenspiegel eines geparkten Autos kaputt zu fahren
<< Man fühlt sich wohler beim Fahren
<< Die Kameras können beim Parken und Rückwärtsfahren nach hinten gedreht
werden und Bilder aufnehmen
<< Die Kameras können zur Seite gedreht werden, wenn das Auto geparkt ist und
sind somit geschützt
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen
20112
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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WECKFUNKTION FÜR AUTONOMES FAHREN
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, eine intelligente Weckfunktion für
autonome Fahrzeuge bereit zu stellen.
Ausgangssituation:
Derzeit sind fahrzeugeigene Weckfunktionen nur zeitlich programmierbar, nehmen
also keine Rücksicht auf beispielsweise die tatsächliche zeitliche Entfernung zum Ziel
oder andere Ereignisse, die man als Insasse eines autonom fahrenden Fahrzeugs nicht
verpassen möchte oder darf.
Dadurch wird auch unter Umständen eine maximal mögliche Schlafdauer nicht vollends ausgenutzt, also „zu früh“ geweckt.
Außerhalb des Fahrzeugbereichs sind heute schon Weckfunktionen, die über eine
bloße zeitliche Programmierung hinausgehen, bekannt.
Vorteile:
<< Insassen können sich entspannter zur autonomen Fahrt begeben (sie „verpassen
nichts“)
<< Insassen kommen durch volle Ausnutzung der maximal möglichen Schlafdauer
erholter an
<< Insassen können die Fahrzeit sinnvoll und zeitlich optimiert für andere Tätigekeiten nutzen
<< Bei teilautonomen Fahrzeugen Steigerung der Sicherheit, da Insassen rechtzeitig
geweckt werden, um anstehende Fahraufgaben zu übernehmen
Mögliche Anwendung:
<< Für voll- und teilautonome Fahrzeuge
<< Für konventionelle Fahrzeuge, (den Fahrer hier natürlich ausgenommen!)
Lösung:
Die technische Neuerung sieht vor, in einem autonom fahrenden Fahrzeug weitere
Parameter zu erfassen, um einen optimalen Zeitpunkt für einen Weckvorgang seitens
des Fahrzeugs zu finden.
Ein Fahrzeuginsasse teilt dem Fahrzeug nicht nur das Reiseziel und Zwischenziele mit,
sondern auch weitere Termine oder gewünschte Tätigkeiten während oder nach der
Fahrt. Ebenso teilt er dem Fahrzeug seine Schlafgewohnheiten oder -präferenzen mit.
Dieser Mitteilungsvorgang kann nicht nur durch die fahrzeugeigenen Bedienoberflächen, sondern auch über externe Endgeräte (Smartphone, Tablet-PC...) erfolgen
bzw. auch durch Einblick des Systems im Fahrzeug in die Terminkalender auf den externen Endgeräten.
Das Fahrzeug selbst besitzt schon heute Sensorik, um beispielsweise Schlaf bei Insassen zu detektieren. Sie kann im Interesse der Präzision für die Weckfunktion noch ausgeweitet werden. Die Sensorik arbeitet optisch, akustisch (Kameras, Mikorophone),
haptisch (Sensoren in den Sitzen) oder auch durch Messungen von biologischen
Funktionen wie dem Puls.
Dem Fahrzeug liegen nun Daten über die Präferenzen sowie den Zustand des Insassen vor. Daraus errechnet es optimale Zeitpunkte zum Wecken, um dem Insassen
beispielsweise Ereignisse auf der Reise, wie Sehenswürdigkeiten an der Strecke, einen
gewünschten Radiobeitrag oder den notwendigen Start von Vorbereitungen zum
bevorstehenden Termin, nicht verpassen zu lassen oder ihn bei Ausbleiben der oben
genannten Ereignisse so lange wie möglich weiterschlafen zu lassen.
Dieser Vorgang kann auch auf Passagiere in nicht autonomen Fahrzeugen angewendet werden.
Der Weckvorgang selbst kann entweder durch ein akustisches, haptisches oder optisches Signal vom Fahrzeug ausgeführt werden. Alternativ kann ein Signal vom
Fahrzeug an ein Endgerät gesendet und von diesem ausgeführt oder auch umgekehrt vom Endgerät ans Fahrzeug gesendet und von diesem wiederum ausgeführt
werden.
20244
20244
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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VORRICHTUNG ZUR ANHALTEWEGVERKÜRZUNG BEI
KRAFTFAHRZEUGEN
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, durch Verwendung eines Annäherungssensors frühzeitig eine Bremsabsicht zweifelsfrei zu detektieren und im Interesse einer Verkürzung des Anhaltewegs die Bremsung vorzubereiten und einzuleiten.
Ausgangssituation:
Bei Bremsregelsystemen mit hydraulisch betätigten Pedalsimulatoren steht das
Bremsflüssigkeitsvolumen (eines oder beider Bremskreise), welches für die Simulation
eines Pedalgegendrucks hergenommen wird, um dem Fahrer eine plausible Verbindung zwischen Pedalkraft, Pedalweg und Fahrzeugverzögerung rückzumelden, nicht
für den Druckaufbau für die eigentliche Bremsung zur Verfügung. Der Druckaufbau
erfolgt erst nach Sensierung und anschließender Plausibilisierung des Pedalwegs,
interner Verrechnung und Priorisierung im Steuergerät, Bestromung des Motors
sowie Überkommen von Trägheiten und Leerwegen im Hydrauliksystem, wie beispielsweise Schnüffelbohrungen. Die Summe dieser zeitlichen Verluste, auch Latenzzeiten genannt, verzögern unnötig den tatsächlichen Anhalteweg.
Bekannt ist ein System, welches ein schnelles Lösen des Gaspedals erkennt und schon
vorab Bremsdruck aufbaut, der den bevorstehenden Leerweg minimiert, um die
erwartete Bremsung schneller wirksam werden zu lassen. Nachteilig ist hier, dass
durch ein ebenfalls stattfindendes Heranführen der Bremsbeläge an die Scheiben
bereits Belagverschleiß stattfindet sowie zusätzlich unnötig Fahrenergie verbraucht
wird, wenn nicht gebremst werden soll.
Bei Bremssystemen mit Pedalsimulator besteht noch das Problem der Nullpunkterkennung des Pedalsensors. Es ist nicht immer klar, ob der Fahrer auf dem Pedal
„steht“ oder nur ein Sensordrift vorliegt.
Die Latenzzeiten führen zu längeren Anhaltewegen und höheren Aufprallgeschwindigkeiten auf Hindernissen. Der Fahrer empfindet zudem eine spürbar verzögerte Reaktion seines Bremssystems.
Nicht zuletzt werden Verbrauchsmessungen durch das individuelle Pedalbedienungsverhalten unterschiedlicher Fahrer ungenauer, da die bloße Geschwindigkeit, mit der
das Gaspedal losgelassen wird, Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch bekommt.
Auch werden verbrauchsoptimierende Maßnahmen wie die Vergrößerungen des
Abstands zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe erschwert, da sie nur zusätzlichen
Reaktionsweg verursachen.
Die erfassten Daten werden ausgewertet und dem Bremssystem zur Verfügung gestellt. Das Bremssystem kann nun die Aufbauzeit des Bremsdrucks optimieren, weil
der Pedalwegsensor nicht mehr plausibilisiert werden muss, da das Signal vom Annäherungssensor der technischen Neuerung zusammen mit dem Rohsignal des Pedalwegsensors plausibel genug sind. Anstehende Rechenaufgaben des Systems werden
auf die anstehende Bremsung hin optimiert. Der ausführende Aktor wird schon bei
festgestellter Annäherung des Fahrerfußes bestromt. Nachlaufbohrungen ( Leerweg
in der Hydraulik) werden bei Annäherung des Fußes überfahren, so dass die folgende
Bewegung des Aktors zu sofortigem Druckaufbau führt.
Vorteile:
<< Reduzierung des Anhaltewegs
<< Reduzierung von Verbrauch und Schadstoffausstoß
<< Reduzierung von unnötigem Bremsbelagverschleiß
<< Keine Abhängigkeit vom Fahrer bei Verbrauchszyklusmessungen
<< Keine Limitierung des Abstands zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe
<< Unterstützung der Plausibilität der Pedalwegsignalerkennung
<< Bei autonom fahrbaren Fahrzeugen Erkennung der Anwesenheit bzw. Fahrbereitschaft des Fahrers aus Inaktivität heraus
Mögliche Anwendung:
<< Alle Fahrzeuge mit elektrohydraulischem Bremssystem,
<< Fahrzeuge mit automatisierten Fahrfunktionen
Lösung:
Die technische Neuerung betrifft einen Sensor, der die Annäherung des Fahrerfußes
ans Bremspedal zweifelsfrei erkennt und somit die vorbereitenden Maßnahmen für
eine Bremsung (Erhöhung des Drucks, Anlegen der Beläge etc.) einleitet.
Die Geschwindigkeit des Lösens des Gaspedals spielt hier keine Rolle mehr.
Die bremsvorbereitenden Maßnahmen werden nicht mehr unnötigerweise eingeleitet. Die technische Umsetzung erlaubt vielerlei Wege, beispielsweise die Verwendung von Ultraschall- oder Infrarot-Sensoren, Kameras, Laser- oder Radarsensoren
an verschiedensten Verbauorten (im Bereich der Pedalerie, des Sitzes, des Mitteltunnels, der Tür, des Fahrzeughimmels oder im Fahrerfußraum), die die Annäherung des
Fahrerfußes eindeutig sensieren können.
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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MULTILAYER-KAROSSERIE
Technische Neuerung
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt in der Bereitstellung des Batterie+ Potentials durch die Karosserie. Dadurch werden Leitungsstränge eingespart und es
ergibt sich ein Gewichtsvorteil.
Ausgangssituation:
Bisher wird die Batterie+Versorgung der 12V-Komponenten im Fahrzeug durch einzelne Leitungen im Bordnetz ausgeführt und die gesamte leitfähige Karosserie als
Rückleiter (Masse) genutzt.
Lösung:
Die neue Idee Multilayer-Karosserie umfasst die Integration der B+Versorgung in
die Karosserie. Dieser Ansatz ist angelehnt an den Entwurf von PCB (Printed Circuit Boards), wo es mehrere Layer (Signalverarbeitung und Spannungsversorgung,
Masse) gibt (siehe Abbildung 1).
Dies bietet den Vorteil eines robusten Layouts, sowie eines EMV-optimierten Designs.
Eine solche Struktur ist ebenfalls denkbar in der Karosserie des Fahrzeugs.
Beispielsweise könnte durch die Materialbeschaffenheit von Faserverbundmaterialien die B+Versorgung sowie der Rückleiter in unterschiedlichen Schichten integriert werden. Somit wären dann beide Potentiale direkt im Karosseriebauteil integriert. Weiterhin ist die Integration von Sicherungen oder Sensoren in die Karosserie
denkbar.
Quelle der Abb.: http://www.qualiecocircuits.co.nz/multilayer-fpc.htm
Die technische Umsetzung sollte in zwei Schritten erfolgen:
1. Integration in ein konventionelles Material (Alu, Stahl etc.)
2. Integration in ein Faserverbundmaterial (CFK, GFK)
Zu 1.
Im Fahrzeug wurden bereits isolierte Flachbandleiter (Fa. Auto-Kabel) eingesetzt, hier
sollte im ersten Schritt die Integration dieser in die Karosserie geprüft werden.
Zu 2.
Ein Faserverbundmaterial bietet auf Basis des Materialaufbaus die Möglichkeit die
leitfähigen Strukturen für die B+ sowie GND Schichten zu integrieren. Die beiden
Potentiale wären dann flächig im Bauteil ausgeführt. Durch die natürlich im Material
vorkommende nicht-leitfähige Matrix ist auch die Isolation der B+ und GND Schicht
gewährleistet.
Vorteile:
<< Durch den Entfall der B+Leitung und der Integration in die Karosserie entsteht ein
Gewichtsvorteil. Weiterhin ergeben sich neue Freiheitsgrade im Package von Fahrzeugkomponenten durch direkten Zugang zur Spannungsversorgung an der Karosserie. Auch aus Sicht der EMV ergeben sich durch die parallele Verlegung von
Hin- und Rückleiter positive Effekte
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen
19891
19891
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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LENKGETRIEBE MIT VARIABLER ÜBERSETZUNG
Technische Neuerung und weitere Ausführungsform
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ein Lenkgetriebe mit einer variablen Übersetzung bereitzustellen, welches weniger Teile umfasst, schneller und einfacher produzierbar ist und im allgemeinen ähnlich der Dynamiklenkung ist, jedoch
qualitativ hochwertiger.
Ausgangssituation:
Es werden viele unterschiedliche Varianten der mechanischen Lenkgetriebe
gefertigt, welche durch die verschiedenen Übersetzungen im Fahrzeug notwendig
sind.
Für jede Lenkung und/oder Modus muss eine eigene Übersetzung appliziert werden.
Durch die hohe Anzahl verschiedener Lenkvarianten entsteht so viel Aufwand.
Die Möglichkeit der Dynamiklenkung variiert die Lenkübersetzung um nahezu 100
Prozent, abhängig von der gefahrenen Geschwindigkeit und von der Einstellung des
Systems, in das sie eingebunden ist.
Die Möglichkeit der Nutzung der Dynamiklenkung zur Verstellung der Lenkgetriebübersetzung hat den Nachteil das Haptik, Akustik, Verschleiß und Leistungsaufnahme gewisse Nachteile mit sich bringen.
Lösung:
Die technische Neuerung basiert auf einem Lenkgetriebe mit einer variablen Übersetzung, das über einen schaltbaren Stufenplanetensatz, über in Reihe geschaltete
Planetengetriebe oder eine Art CVT-Getriebe ausgeführt werden kann. Die Bauart der
bisherigen Lenkgetriebe bleibt davon unangetastet, es wird lediglich ein Zusatzgetriebe zugeschaltet.
Schaltbarer Stufenplanetensatz oder Planetengetriebe in Reihe geschalten
Die Ausführung über ein CVT-Getriebe (Continuosly Variable Transmission, ein
Drehmoment übertragendes Getriebe, bei dem die Übersetzung stufenlos einstellbar
ist) bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Lenkgetriebeübersetzung während der Fahrt
dynamisch anzupassen (mit entsprechenden Aktuator).
Vorteile:
<< Lenkgetriebe bei Montage oder im Fahrbetrieb einstellbar
<< Reduzierung der Entwicklungskosten durch geringere Varianz
<< Weniger Teile in der Produktion
<< Großer Stellbereich in der Übersetzungsanpassung möglich
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen
Ausführung als CVT-Getriebe
20846
20846
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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VERMEIDUNG EINER HINTERSCHNITTIGEN
KONTUR AM TRÄGER INSTRUMENTENTAFEL BEI
ANGESCHWEI ßTEM AIRBAG-SCHUSSKANAL
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt in der Optimierung des Herstellungsprozesses der Instrumententafel bezüglich der Entformbarkeit und der Schweißrippen
im Airbag-Schusskanal.
Ausgangssituation:
Für das Anschweißen des Airbag-Schusskanales am Träger der Instrumententafel sind
Schweißrippen am Träger erforderlich. Diese Schweißrippen am Träger verhindern
momentan die Entformung des Trägers.
Technische Neuerung
Lösung:
Die Schweißrippen werden zum Anschweißen des Airbag-Schusskanales am Träger
der Instrumententafel auf ein Podest gestellt. Somit kann die Spitze des Trägers der
Instrumententafel entformt werden.
Vorteile:
<< Reduzierung von Arbeitsschritten
Mögliche Anwendung:
<< Alle Fahrzeuge mit Beifahrer-Airbag
Ausgangssituation
19470
19470
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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VERMEIDUNG EINER HINTERSCHNITTIGEN
KONTUR AM TRÄGER INSTRUMENTENTAFEL BEI
ANGEFORMTEN/ANGESPRITZTEN SCHUSSKANAL, IM SPEZIELLEM BEI EINEM SCHUSSKANAL
MIT RAMPE. DURCH EIN MONTIERTES ZUSATZTEIL WIRD DER TRÄGER INSTRUMENTENTAFEL
WIEDER GESCHLOSSEN
Ausgangssituation
AUDI AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt in der Optimierung des Herstellungsprozesses der Instrumententafel bezüglich der Entformbarkeit.
Ausgangssituation:
Der angeformte Schusskanal am Träger der Instrumententafel bildet einen nicht entformbaren Hinterschnitt. Die Entformung des Trägers Bereich ist durch eine Rampe
nicht möglich.
Lösung:
Der Träger der Instrumententafel wird einseitig geöffnet. Der angeformte Airbag-Schusskanal kann durch die Öffnung entformt werden. Durch ein montiertes
Zusatzteil wird die Öffnung danach wieder geschlossen. Eine Weiterverarbeitung des
Trägers, z.B. durch Schäumen oder Kaschieren ist somit möglich.
Technische Neuerung
Vorteile:
<< Reduzierung von Arbeitsschritten
<< Vereinfachung des Entformungsprozesses
Mögliche Anwendung:
<< Alle Fahrzeuge mit Beifahrer-Airbag
19471
19471
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BERTRANDT – UNTERNEHMENSPORTRAIT
BERTRANDT – GLOBALE
LEISTUNGEN
FÜR EINE MOBILE WELT
BERTRANDT – TAPPENBECKSTANDORTENTWICKLUNG UND
SCHWERPUNKTE
Der Bertrandt-Konzern entwickelt seit über 35
Jahren individuelle Lösungen für die internationale
Automobil- und Luftfahrtindustrie in Europa und
den USA. Mit seiner Tochtergesellschaft Bertrandt
Services bietet das Unternehmen in Branchen wie
Elektroindustrie, Energie, Maschinen-/Anlagenbau
und Medizintechnik deutschlandweit technische und
kaufmännische Dienstleistungen an. Insgesamt stehen
über 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an
40 Standorten für tiefes Know-how, zukunftsfähige
Projektlösungen und hohe Kundenorientierung.
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Entwicklungen zu machen.
Seit 1995 ist die Bertrandt-Niederlassung
in Tappenbeck beheimatet. Der Standort
bietet ideale Bedingungen für die ansässigen
Entwicklungsabteilungen. Zum Standort gehören
außerdem die Betriebsstätten Nordsteimke,
Sassenburg, Kassel und Stadthagen Meerbeck.
Die Schwerpunkte liegen in der Entwicklung
von Karosserie, Interieur, Elektronikentwicklung,
Aggregaten und Fahrwerk sowie den
Querschnittsfunktionen produktionsnahe
Dienstleistungen, Projekt- und Qualitätsmanagement.
Des Weiteren bilden die Versuchsabteilungen und der
Versuchsbau ein Kernstück.
Alle Bereiche des Leistungsspektrums werden in
enger Zusammenarbeit zwischen den zahlreichen
Niederlassungen des Konzerns bearbeitet und decken
die komplette Prozesskette der Fahrzeugentwicklung ab.
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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gewährleisten, dass die gesteckten Ziele fristgerecht
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Projekte für namhafte Firmen aus unterschiedlichen
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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AUFBAU MIT AKTIV SCHALTBARER WÄRMELEITFÄHIGKEIT MITTELS ELEKTRORHEOLOGISCHER
FLÜSSIGKEITEN
VOLKSWAGEN AG, HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS EUROPE GMBH
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, ein System bereit zu stellen,
welches die Schaltbarkeit der Wärmeleitfähigkeit von Materialsystemen und Bauteilen
mittels elektrorheologischer Flüssigkeiten zu Verfügung stellt.
Ausgangssituation:
Wärmeleitfähigkeiten von Materialien und Bauteilen sind nicht an unterschiedliche
Umgebungsbedingungen angepasst. Z. B. können extrem hohe Oberflächentemperaturen im Sommer und damit eine einhergehende zusätzliche Aufheizung des Innenraumes, bzw. geringe Oberflächentemperaturen im Winter, zu erhöhtem Klimatisierungsbedarf führen. Bei E-Fahrzeugen kann das zu geringerer Reichweite führen.
Ein innovatives Energie- und Thermomanagement stellt eine wichtige Voraussetzung
für die Zukunftsfähigkeit jedes Fahrzeugs bei der Produktion (z.B. Gießerei) und auf
der Straße dar. Insbesondere für Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeuge muss eine
sinnvolle Lösung gefunden werden. Dabei sind nicht nur die wirkungsgradoptimierte
aktive Wärme- und Kälteerzeugung, sondern auch das effektive Wärmemanagement
von entscheidender Bedeutung. Die Wärmezu- und -abfuhr kann bspw. über strömende Medien und entsprechende Wärmetauscher erfolgen. Neben der Notwendigkeit diverser zusätzlicher Aggregate stellt das daraus resultierende zusätzliche
Gewicht einen wesentlichen Nachteil im Sinne der notwendigen Leichtbauweise zukünftiger Fahrzeuge dar.
Um die Anzahl weiterer notwendiger Komponenten auf ein Minimum zu reduzieren,
müssen die bereits im Fahrzeugkonzept vorhandenen Baugruppen in das Thermomanagement mit einbezogen werden. Die gezielte Wärmeabgabe über Komponenten
des Fahrzeuginnenraums stellt dabei einen innovativen Ansatz dar. Der Wärmeaustausch soll über das vorherrschende Temperaturgefälle und möglichst große, thermisch wirksame Bauteiloberflächen, wie sie zum Beispiel im Bereich der Instrumententafel oder des textilen Interieurs vorliegen, realisiert werden.
Prinzipiell kann der Wärmeübergang durch die Variation bzw. den Einsatz eines thermischen Isolators beeinflusst werden. Durch die Variation einer isolierenden Luftschicht, durch die gezielte Anordnung thermisch leitfähiger Bereiche oder auch
durch Änderung der Fließspannung einer Flüssigkeit kann eine situative Einstellung
der thermischen Eigenschaften des Wärmeübergangs realisiert werden. Als konkreter
Ansatz der situativen Einstellung thermischer Eigenschaften soll der mechanische Wirkungsmechanismus betrachtet werden.
Lösung:
Die technische Neuerung besteht aus drei Lagen elektrisch leitenden Materials (1
und 2) mit elektrisch nichtleitenden Zwischenlagen (3), die ein Netz aus in Materialhauptrichtung gegeneinander abgeschlossenen Kammern bilden. In den Kammern
befinden sich ein elektrorheologisches Fluid und ein Wärmeisolator, vorzugsweise
ein Gas. Die Kammern sorgen dafür, dass das Fluid und das Gas in einem definierten
Verhältnis zueinander lokal begrenzt an jeder Stelle des Kompositmaterials vorhanden
sind. Wird an die mittlere, elektrisch leitende Materiallage eine Hochspannung angelegt, bildet das elektrorheologische Fluid zwischen der mittleren und den beiden äußeren Lagen Fluidbrücken aus, die aus dem thermisch schlecht leitenden Ausgangsmaterial ein thermisch gut leitendes Material machen. Der Wärmeübergang kann
somit durch Anlegen einer Hochspannung gesteuert werden. In dem hier beschriebenen einfachsten Aufbau ist das Material nur bei zumindest näherungsweise waagerechter Positionierung zu betreiben.
In einer weiteren Ausführung befindet sich eine wärmeisolierende Flüssigkeit in den
Kammern. Die Kammern sorgen dafür, dass die Flüssigkeit an jeder Stelle des Kompositmaterials als thermisches Trennmittel vorhanden ist. Bei einer Beaufschlagung
der mittleren elektrisch leitenden Materiallage mit Hochspannung kommt es zu einer
durch das elektrische Feld hervorgerufenen Strömung im Fluid, die über den Wechsel
von freier Konvektion auf erzwungene Konvektion aus dem thermisch schlecht leitenden Ausgangsmaterial ein thermisch gut leitendes Material macht und somit den
Wärmeübergang steuert. In dem hier beschriebenen Aufbau ist das Material lageunabhängig zu betreiben.
Die Fertigung erfolgt in beiden beschriebenen Fällen mit sehr dünnen elektrisch leitenden Schichten (ähnlich Aluminiumfolie). Auf eine dieser Folien (1) wird zunächst
beidseitig das beschriebene Netz (3) geschweißt. Die offenen Kammern werden
zunächst auf einer Seite zu einem gewissen Prozentsatz mit Fluid gefüllt und unter
Schutzatmosphäre (gewünschtes Füllgas, Vakuum o.ä.) mit der elektrisch leitenden
Masseschicht (2) verschweißt, dann wird der Verbund umgedreht, und die Kammern
auf der zweiten Seite werden mit Fluid gefüllt und auf gleiche Art und Weise mit der
Masseschicht (2) verschweißt.
Die Klimatisierung des automobilen Innenraums basiert im Regelfall auf dem Prinzip
des Wärmeaustauschs durch Luftumwälzung bzw. der gezielten Erzeugung einer Luftströmung. Dies kann durch entsprechende Belüftungsdüsen im Bereich der Instrumententafel, des Dachhimmels oder des Fußraums oder auch durch die Integration
von Luftkanälen in die textilen Strukturen, wie zum Beispiel den Sitz, erfolgen.
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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DEFINIERTE HERSTELLUNG DER OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE VON BLECHWERKSTOFFEN
DURCH DAS PRESSWERKZEUG UND DEN
UMFORMPROZESS
Technische Neuerung
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, den Umformprozess von Blechbauteilen hinsichtlich der Oberflächentopographie zu optimieren.
Ausgangssituation:
Bisher werden definierte Oberflächenbeschaffenheiten durch Walzen auf die unbearbeiteten Platinen aufgebracht, bevor diese in das Presswerkzeug gelangen.
Das Negativ der Texturierung ist nach dem Walzvorgang auf das Blech übertragen
worden. Der nun folgende Umformprozess kann die Texturierung beschädigen.
Lösung:
Die Idee der technischen Neuerung ist, dass die Texturierung der Platine nicht vor
dem Umformen geschieht, sondern während des Umformens. Dadurch sind mögliche Beschädigungen der Texturierung ausgeschlossen. Ferner würde ein Arbeitsschritt entfallen.
Vorteile:
<< Direktes Aufbringen der Oberflächentopographie auf das Presswerkzeug
<< Keine Beschädigung der Blechoberflächentypographie während der Umformung
<< Direkte Steuerung und Beherrschung der tribologischen Eigenschaften im Prozess
<< Einstellung diverser Designmerkmale
Mögliche Anwendung:
<< Bei allen Blechbauteilen
Vorteile:
<< Das Wärmemanagement im Fahrzeuginneren verbessert sich erheblich
<< Komfortsteigerung
Technische Neuerung
Mögliche Anwendung:
<< Bauteile mit Klimatisierungsbedarf
<< Industrieprozesse, z.B. Gießerei
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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STRATEGIE FÜR BRENNSTOFFZELLEN-FAHRZEUGE
ZUR VERMEIDUNG VON KONTAMINATIONEN
DURCH WASCHANLAGEN
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, Brennstoffzellensysteme in
BZ-Fahrzeugen beim Befahren von Waschanlagen vor Kontaminationen zu schützen.
Ausgangssituation:
Bei konventionellen Verbrennungsmotoren mit Start/Stop-Funktion und DSG-Getriebe müssen bei der Nutzung von Waschanlagen, in denen das Fahrzeug geschleppt wird, die Wählhebelstellung „N“ ausgewählt und die Start/Stop-Funktion
deaktiviert werden. Dann ist sichergestellt, dass der Motor läuft und somit die Servolenkung aktiv ist.
Bei Brennstoffzellenfahrzeugen verhält es sich anders, es sollte darauf geachtet
werden, dass keinesfalls Umgebungsluft innerhalb der Waschanlage in das Brennstoffzellensystem des Fahrzeuges gelangt, da diese u. a. Tenside, Lösungsmittel und
Wachse enthalten kann.
Hinsichtlich der Reaktionen eines Brennstoffzellensystems mit diesen Mitteln sind
aktuell zwar keinerlei Untersuchungen bekannt, es kann jedoch davon ausgegangen
werden, dass Tenside und Lösungsmittel ebenso wie andere bereits untersuchte Kohlenwasserstoffe aller Wahrscheinlichkeit nach zu einem Spannungsverlust der Brennstoffzelle führen können, da die aktiven Zentren des Katalysators von diesen Stoffen
belegt würden und damit die Sauerstoffanbindung unterbänden.
Ferner könnten Wachse aus der Umgebungsluft einen physikalischen, schädigenden
Einfluss auf mindestens den Befeuchter in der Kathodenzuluft sowie auf Komponenten der Brennstoffzelle haben, da es zu einer Verklebung kommen kann, wodurch
mindestens die Zufuhr des Kathodengases behindert wird.
Lösung:
Beim Befahren einer Waschanlage muss das BZ-System deaktiviert werden.
Da beim Schleppvorgang in automatischen Waschanlagen die Servolenkung
benötigt wird, muss das Fahrzeug entweder batterieelektrisch mit der Traktionsbatterie betrieben werden oder es muss mindestens die Pumpe der Servolenkung aktiv
bleiben, z. B. durch HV-Unterstützung eines 12V-DCDC-Wandlers.
Zu Punkt 1 gibt es zwei Möglichkeiten zur Feststellung der Notwendigkeit in den
Waschanlagen-Modus zu wechseln:
Möglichkeit 1:
Der Fahrer selbst versetzt das Fahrzeug in den richtigen Zustand, ähnlich wie beim
aktuellen Verbrennungsmotor mit Start/Stopp-Funktion und DSG. Hierfür gibt es eine
Verfahrensanweisung in der Waschanlage oder die Fahrzeug-Bedienungsanleitung, in
der entsprechende Hinweise stehen.
Die Ausführung kann z. B. durch Betätigen des E-Mode-Schalters (batterieelektrisches
Fahren ohne BZ), durch einen speziell dafür eingerichteten „Waschanlagen-Schalter“
oder durch Auswahl eines Waschanlagen-Betriebsmodus im Fahrerinformationssystem erfolgen.
Möglichkeit 2:
Mittels Car-2-Infrastruktur oder mittels Daten des Navigationssystems wird für die
Fahrzeugsteuerung ein entsprechendes Signal bereitgestellt, sodass der oben beschriebene Wechsel des Betriebsmodus automatisiert durchgeführt wird. Eine geeignete Anzeige im Kombiinstrument (z. B. Text „Waschanlagen-Modus aktiv“) sollte
dem Fahrer signalisieren, dass er die Waschanlage befahren kann. Bei Fehlfunktion
(z. B. der Infrastruktur-Signalübertragung an das Fahrzeug) kann der Fahrer selbst
das BZ-System durch Nichtbefahren der Waschanlage schützen, wenn die Meldung
ausbleibt.
Vorteile:
<< Durch Wechsel in den Waschanlagen-Betriebsmodus kann das BZ-System vor Verunreinigung der Umgebungsluft in einer Waschanlage geschützt werden
Mögliche Anwendung:
<< Anwendbar in allen Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantriebssystem
Sollte die Traktionsbatterie benötigt werden, um die Servofunktion aufrecht zu erhalten, so muss die Traktionsbatterie bei einem zu geringen Ladezustand vor dem Ausschalten des Systems mittels Brennstoffzelle geladen werden.
Ein Waschanlagen-Betriebsmodus-Wechsel kann also mindestens folgende Schritte
umfassen:
1) Feststellen der Notwendigkeit zum Wechsel in den Waschanlagen-Modus
2) Prüfen des Ladezustandes (State of Charge) der Traktionsbatterie
3) Ggf. Laden der Traktionsbatterie auf festgelegten Mindest-Ladezustand
4) Shutdown des BZ-Systems bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Servolenkungsfunktion
5) Erkennung des Wegfalls der Notwendigkeit des Waschanlagen-Modus
6) Startup des BZ-Systems
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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VERFAHREN UND SYSTEM ZUR VISUALISIERUNG DES VORTEILS DURCH FAHREN IM
WINDSCHATTEN
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, unter Nutzung der bereits vorhandenen Fahrzeugsensorik den Vorteil durch das Windschattenfahren zu quantifizieren und in eine für den Fahrer sichtbare Darstellung zu überführen.
Ausgangssituation:
Wenn es um das Einschätzen des Vorteils vom Fahren im Windschatten des vorausfahrenden Fahrzeuges geht, dann hat man aktuell theoretisch die Möglichkeit,
anhand der Daten der Momentanverbrauchsanzeige in der Multifunktionsanzeige
grob einzuschätzen, ob man den Kraftstoffverbrauch minimiert hat.
Praktisch gesehen hilft die Anzeige jedoch nur beschränkt, denn aufgrund der sich
ändernden Fahrbahnbeschaffenheiten sowie Steigungen und Gefälle keine Aussage
möglich ist, ob eine Veränderung des Momentanverbrauchs durch das Ein-/Ausscheren in den Windschatten eines Fahrzeugs oder durch die restlichen Einflussgrößen
erfolgt.
Lösung:
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Radarsensor vom ACC (Adaptive
Cruise Control) und/oder die Multifunktionskamera am Fuß des Rückspiegels an der
Windschutzscheibe verwendet.
Mit diesen soll einerseits der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, der Querversatz zu diesem, als auch dessen Stirnfläche möglichst genau ermittelt werden. Idealerweise wird dazu das ACC zur Abstandsmessung und die Kamera zur Bestimmung
der Stirnfläche genutzt, aber auch Annahmen zur Fahrzeuggröße aus den Radarsignalen sowie zum Abstand aus den Kamerabildern können zur Abschätzung genutzt
werden. Weitere Sensoren wie Stereokameras, Laserscanner, Ultraschallkommunikation, Car-to-X-Kommunikation können ebenfalls genutzt werden.
Die Funktionalität soll dabei auch zur Verfügung stehen, wenn die FAS wie ACC usw.
nicht aktiviert sind.
Zur Bestimmung der Energieeinsparung in Folge des Windschattenfahrens wird eine
Funktion benötigt, die aus den Parametern die geforderten Ausgabegrößen bestimmt. Diese Funktion kann auf einer physikalischen Modellbildung, einer Simulation, einer auf Statistik basierenden Regression oder maschineller Lernverfahren
basieren. Diese Funktion kann spezifisch für das eigene Fahrzeug oder fahrzeugunabhängig definiert werden. Wesentlich ist, dass die bestimmten Ausgabegrößen lediglich Abschätzungen darstellen, da sie nicht direkt gemessen werden können.
2016/0815
Als Ausgabegrößen können betrachtet werden:
- Eingesparter Energieverbrauch absolut (Liter/100 km, kWh/100 km, Liter,
kWh, etc.)
- Eingesparter Energieverbrauch relativ (z.B. 20% Reduktion)
- Eingesparter Energieverbrauch kategorisiert (z.B. „gering“, „mittel“, „hoch“)
- Eingesparte Emissionen (z.B. CO2-Ausstoß)
- Geschwindigkeitsäquivalent, d.h. wie schnell dürfte das Fahrzeug ohne
Windschatten bei sonst gleichen Umgebungsbedingungen fahren,
um denselben momentanen Energieverbrauch aufzuweisen.
Weiterhin sollte die Funktion es ermöglichen, unter Beachtung von z.B. Bedingungen, wie minimaler Sicherheitsabstand in Längs- und Querrichtung, die optimale
Ausrichtung des eigenen Fahrzeugs zu bestimmen. Die Ausgabe wäre somit der optimale Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug sowie der beste Querversatz innerhalb
der Spur.
Die Visualisierung der Energieeinsparung durch Windschattenfahren kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sollte die Anzeige in
der MFA oder im digitalen Kombiinstrument erfolgen, aber auch Darstellungen in anderen Displays (z.B. Infotainmentdisplay, Smartphones, Head-Up Displays), aber auch
in analogen Instrumenten, z.B. Rundinstrumenten, sind möglich.
Für den Fahrer soll im Display die Energieeinsparung bestimmt aus der Funktion angezeigt werden. Dazu können direkt die Ausgabegrößen rein als Text oder in grafisch
aufbereiteter Form (z.B. Darstellung des vorausfahrenden Fahrzeugs, Animationen
z.B. für den Wind, der abgeschirmt wird) dargestellt werden. Aber auch abgeleitete
Darstellungen, wie etwa ein Punkteschema, eingesparte Energiekosten oder Gamification-basierte Grafiken, wie aufblühende Pflanzen etc. sind möglich. Neben der Momentandarstellung soll eine Aggregation von ermittelten Energieeinsparungen ähnlich zu der des Durchschnittsverbrauchs (Ab Start, Langzeit, Ab Tanken) möglich sein.
Das unzulässige Über-/Unterschreiten von anderen Bedingungen, wie etwa dem minimalen Sicherheitsabstand, kann dagegen zu Punktabzügen führen bzw. zur Nichtbeachtung der Einsparung in der Aggregation.
Weiterhin soll die Visualisierung die weitere Verbesserung des Windschattenvorteils
verdeutlichen. So könnte über eine Text- oder Grafikdarstellung, z.B. via Animationen, verdeutlicht werden, wie der Fahrer seine Fahrweise anpassen sollte. Dabei
sollte auch das Potential, also die zu erwartende weitere Energieeinsparung dargestellt werden. So könnte dann der Hinweis gegeben werden, den Abstand zu verringern, das Fahrzeug in der Spur anders auszurichten oder auch etwas schneller oder
langsamer zu fahren, um im Windschatten zu bleiben.
Eine Alternative/Umgehungslösung kann darin bestehen, keine vorausschauende
Sensorik einzusetzen. Stattdessen ist die Überlegung aus Daten der vorhandenen
Fahrzeugsensorik einerseits Umgebungsgrößen (z.B. Straßenneigung, Luftdruck, Außentemperatur, Niederschlag, Rollwiderstandsabschätzung) und andererseits aktuelle
Fahrdaten (z.B. Geschwindigkeit, Motordrehzahl, Motortemperatur, Momentanverbrauch, Drehmoment) zu ermitteln.
2016/0815
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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Auf Basis dieser Daten könnte dann, über eine physikalische Funktion eine
Simulation oder ein anderes Modell, der erwartete Momentanverbrauch abgeschätzt
werden. Aus der Differenz des tatsächlichen Momentanverbrauchs und des erwarteten Momentanverbrauchs kann dann der Einfluss des Windschattens als nicht für
die Berechnung des erwarteten Momentanverbrauchs relevanten Eingangsgröße
bestimmt werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch sehr kompliziert in seiner
Berechnung, da es den Einfluss des Windschattens indirekt durch Eliminierung aller
anderen Komponenten vom Momentanverbrauch zu bestimmen versucht. Zudem
können keine Hinweise zur weiteren Verbesserung des Windschattenvorteils gegeben
werden.
Technische Neuerung
Eine weitere Alternative ist, über Car-to-X-Kommunikation auch Daten wie cW-Wert,
GPSPosition, etc. vom vorausschauenden Fahrzeug zu übertragen, wodurch das
Modell zur Bestimmung der Energieeinsparung verfeinert werden kann. Jedoch ist
nicht davon auszugehen, dass diese Daten in nächster Zeit verfügbar sind.
Vorteile:
<< Die technische Neuerung kann den Fahrer zum energieeffizienten, entspannterem
und konfortablerem Fahren im Windschatten eines anderen Fahrzeugs animieren
<< Da zusätzlich auch der Sicherheitsabstand betrachtet wird, kann unter Umständen
auch die Verkehrssicherheit verbessert werden, da der Fahrer so einen größeren
Sicherheitsabstand hält
Mögliche Anwendung:
<< Anwendbar in allen Fahrzeugen mit der nötigen Sensorik
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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DETEKTION SCHWER ERKENNBARER
HINDERNISSE
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, dem Fahrer bei der Erkennung
von Hindernissen im Straßenverkehr zu helfen, um möglichen Schäden vorzubeugen.
Ausgangssituation:
Im alltäglichen Verkehr treten häufig Situationen auf, in denen viele Fahrzeuge
Gefahr laufen, sich den Unterboden oder den Frontschweller durch Rampen, Bordsteine, Böschungen, o.ä. zu beschädigen. Eine zusätzliche Gefahr kann von herabhängenden Hindernissen ausgehen, die die Frontscheibe des Fahrzeugs oder das
Dach beschädigen können.
Dies ist häufig in Parkhäusern oder Tiefgaragenein- und ausfahrten der Fall.
Es existieren Lösungen, bei denen der Fahrer per Knopfdruck das Fahrwerk manipulieren kann, um das Fahrzeug höher oder tiefer zu legen zu können und somit auf
Hindernisse zu reagieren, die den Unterboden oder den Frontschweller beschädigen
können. Außerdem existiert das System „Park Distance Control“ (PDC) welches vor
Hindernissen während des Einparkvorgangs warnt.
Ein Fahrerassistenzsystem soll in Zukunft dazu beitragen, dass solche Situationen vermieden werden können.
Lösung:
Das Fahrzeug ist mit der Fahrerassistenzfunktion zur Erkennung der Hindernissituation ausgestattet. Zusätzlich kann eine Verbindung zu einem Backend-Server bestehen, welche die Übertragung entsprechender Hinderniskarten ermöglicht. In diesen
Karten sind Hindernisse wie Bordsteine, Rampen inklusive entsprechender Neigungswinkel u.ä. verzeichnet. Das Fahrerassistenzsystem stellt nun folgende Funktionen
bereit:
- Eine Hinderniskarte wird von dem Server auf das Fahrzeug übertragen.
Diese Übertragung erfolgt beispielsweise am Eingang eines Parkhauses
- Die Position und Orientierung des Fahrzeugs in der Karte wird durch einen
Lokalisierungsalgorithmus ermittelt.
- Eine vollständige Umfeldkarte (z.B. eines Parkhauses) ist nicht zwingend
erforderlich. Das System stellt zusätzlich eine Funktionalität bereit, um eine lokale Karte um das Fahrzeug herum zu generieren, welche (sofern vorhanden) die
Hindernisse enthält. Diese Hindernisse werden mit geeigneter Onboard-Sensorik
erkannt. Bordsteine können z.B. mittels Kameras oder Ultraschall erkannt werden.
- Während der Fahrt werden Hindernisse aus der Karte extrahiert, welche sich in
lokaler Fahrzeugumgebung befinden. Durch diese Funktion können auch Fahrzeuge den Fahrer vor den genannten Hindernissen warnen, die nicht über die geeignete Sensorik verfügen.
2016/0228
- Das System warnt den Fahrer jedes Mal, wenn sich ein potentiell gefährliches
Hindernis in Fahrtrichtung oder sehr dicht am Fahrzeug befindet. So wird
beispielsweise eine Warnung ausgelöst, wenn sich beim rückwärts einparken ein
herabhängender Klimaschacht hinter dem Fahrzeug befindet oder wenn sich
Fahrzeug auf eine Bodenwelle zubewegt welche den Unterboden beschädigen könnte. Die Warnung erfolgt in unterschiedlichen Ausprägungen abhängig
beispielsweise von der Distanz zum Hindernis und der erwarteten Kritikalität.
- Zusätzlich kann das System die Höhe des Fahrwerks selbständig regulieren, wenn ein potentiell gefährliches Hindernis erkannt wurde.
- Fahrzeuge, die mit geeigneter Sensorik ausgestattet sind um die Hindernisse der beschriebenen Art zu detektieren, können die Information aus der Hinderniskarte (sofern vorhanden) plausibilisieren (d.h. es erfolgt eine Priorisierung der Sensorik) bzw. aktualisieren und an den Server zurücksenden. Auf diese Weise können
sukzessive Karten erstellt und aktuell gehalten werden.
Das System ist in mehreren Ausführungsformen denkbar:
1) Das Fahrzeug hat keine Verbindung zu einem externen Server und generiert selbstständig eine lokale Hinderniskarte um das Fahrzeug herum, mit geeigneter
Sensorik, z.B. Kameras, Ultraschall, u.ä.
2) Das Fahrzeug hat eine Verbindung zu einem externen Server und bekommt von diesem eine Hinderniskarte. Das Fahrzeug extrahiert Hindernisse aus der Karte, welche sich in unmittelbarer Fahrzeugumgebung befinden und reagiert darauf wie beschrieben. Das Fahrzeug ist selbst nicht mit Sensorik
ausgestattet, um Hindernisse wie Bordsteine, Böschungen, herabhängende
Hindernisse oder starke Neigungswinkel von Rampen zu erkennen und ist somit auf die Karte angewiesen.
3) Das Fahrzeug hat eine Verbindung zu einem externen Server und bekommt von diesem eine Hinderniskarte. Das Fahrzeug extrahiert Hindernisse aus der Karte, welche sich in unmittelbarer Fahrzeugumgebung befinden und reagiert darauf wie beschrieben. Das Fahrzeug ist mit geeigneter Sensorik ausgestattet, um Hindernisse wie Bordsteine, Böschungen, herabhängende Hindernisse oder starke Neigungswinkel von Rampen zu erkennen und selbständig eine lokale
Umfeldkarte zu generieren. Das Fahrzeug ist dadurch ebenfalls in der Lage, die Daten der Karte zu plausibilisieren und zu aktualisieren.
4) Das Fahrzeug ist mit einer Konfiguration ausgestattet wie in 1.) -4.) beschrieben und hat zusätzlich die Möglichkeit, die Höhe des Fahrwerks automatisch an das Hindernis anzupassen.
Vorteile:
<< Sicherheit optimiert
<< Risiko des Schadenfalls durch Hindernisse minimiert
<< Komfortsteigerung für den Fahrer
Mögliche Anwendung:
<< Grundsätzlich in allen Fahrzeugen
2016/0228
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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HARTSTOFFBESCHICHTETER
STAHL-KUPFERVERBUND
VOLKSWAGEN AG
Technische Neuerung
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, den Einsatz von einem StahlKupferverbund und Hartstoffbeschichtungen zu kombinieren, um den Aluminium-Druckguss-Prozess zu optimieren.
Ausgangssituation:
Im Aluminium-Druckguss kann es vorkommen, dass die Bauteilqualität unter der
geringen Wärmeleitfähigkeit des Formstahls leidet. Der Formstahl kann durch den
Guss-Prozess Klebestellen, Schmelzekorrosion und/oder Abrasivverschleiß aufweisen.
Das Prinzip des Stahl-Kupferverbundes beruht auf der Nutzung der Festkörper-Wärmeleitung in einem räumlichen Werkstoffverbund von Stahl und Kupfer. Das Verfahren wird für bessere Kühlungseigenschaften bereits im Druckguss eingesetzt, kann
jedoch weiterhin Klebestellen und den Verschleiß der Form durch Schmelzkorrosion
und Abrasion nicht ausschließen.
Stahl-Kupferverbund
Beschichten ist das Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff auf
die Oberfläche eines Werkstücks. Hartstoffbeschichtungen werden bereits für das
Verringern von Abrasivverschleiß, Klebestellen und den Angriff durch Schmelzekorrosion eingesetzt – erzielen jedoch keine besseren Kühlungseigenschaften.
Lösung:
Die technische Neuerung besteht darin, die Kombination beider Vorteile durch den
Einsatz von hartstoffbeschichtetem Stahl-Kupferverbund zu nutzen.
Es handelt sich um einen durch Diffusion materialschlüssig hergestelltem Stahl-Kupferverbund mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Hartstoffbeschichtungen sind Beschichtungen aus Hartstoffen zur Verschleißminimierung. Zwischen dem Stahl-Kupferverbund und der Hartstoffbeschichtung ist eine Trägerschicht, Nitrierschicht,
vorhanden. Durch das Beschichten des Stahl-Kupferverbundes mit CrVN, werden die
singulären Vorteile kombiniert und die jeweiligen Nachteile beseitigt.
Vorteile:
<< Bessere Bauteilqualität durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine verringerte
Klebeneigung (keine Klebestellen)
<< Verlängerte Formstandzeit durch einen verringerten Abrasivverschleiß und einem
verringerten Angriff des Formwerkstoffes durch Aluminium-Schmelzkorrosion
Mögliche Anwendung:
<< Anwendbarkeit für jede Gussform, insbesondere Druckguss
2016/0401
2016/0401
Stahl-Kupferverbund
Stahl-Kupferverbund
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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VERFAHREN ZUR STABILISIERUNG DER KATALYTISCHEN ABGASNACHBEHANDLUNG AN EINEM
BLOCKHEIZKRAFTWERK
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, die Konvertierungsfähigkeit und
Bereitschaft von Abgaskatalysatoren unabhängiger vom Betriebszustand des Motors
zu machen.
Ausgangssituation:
Zur Minderung der gasförmigen Emissionen von Stickoxiden (NOx), Kohlenmonoxid
(CO) und Kohlenwasserstoffen (CnHm) bei Ottomotoren erfolgt deren katalytische
Nachverbrennung mittels Abgaskonvertern. Die Funktionsweise dieser Abgaskonverter beruht darauf, dass Stickoxide zu Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) reduziert werden. Als Katalysator kommt oft Rhodium zum Einsatz, als Reduktionsmittel
Cer(IV)-oxid (CeO2), welches mit Einlagerung von Sauerstoff zu CER(III)-oxid (Ce2O3)
reagiert. Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe im Rohabgas werden zu Kohlendioxid CO2 und Wasser H2O oxidiert, wobei als Katalysatoren im allgemeinen Platin
und Palladium verwendet werden. Der für die Oxidation erforderliche Sauerstoff wird
dem Cer(III)-oxid entnommen, welches mit der Reduktion zu Cer(IV)-oxid reagiert.
Die Neutralisierung des Rohabgases funktioniert unter anderem nur dann, wenn der
Ceroxid-Sauerstoffspeicher nicht in seinen Grenzbereichen betrieben wird und die
Katalysatoren reaktionsfähig bleiben. Hierfür sorgen die Modulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses („Lambda“, fortwährende Ein- und Ausspeicherung von Sauerstoff), die Lambdaregelung (Einhaltung eines mittleren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses)
und die gelegentliche Beaufschlagung mit Luft (Schubbetrieb).
Entsprechend wird mit dem Unterschreiten der Sondenspannung (uact) unter einer
festzulegenden Schwellenspannung (uth) die Abmagerung ab dem Zeitpunkt t2
wieder zurückgenommen, was am Verhalten der Sollspannung (usp) zu erkennen ist.
In einigem zeitlichen Abstand hierzu erreicht die Sondenspannung (uact) wieder die
Sollspannung (usp).
Vorteile:
<< Erlaubt dauerhaften Betrieb von „Dreiwege-Katalysatoren“ ohne Verlust der
Konvertierungsfähigkeit
<< Emissionssicherheit und Verfügbarkeit
Mögliche Anwendung:
<< Für alle Hersteller von Range-Extendern, Plug-Ins, Segel-Konzepten,
Blockheizkraftwerken
Technische Neuerung
Lösung:
Grundlegende Idee der technischen Neuerung ist es, den Katalysatoren des Abgaskonverters Sauerstoff zur Oxidation des Kohlenmonoxids anzubieten, ohne den Betrieb des Verbrennungsmotors hinsichtlich seiner Momentenabgabe zu beeinflussen.
Hierfür wird entweder in zeitlich konstanten Abständen oder bedarfsorientiert auf
Basis des Signals der Lambdasonde stromabwärts des Abgaskonverters das Luft-Kraftstoff-Gemisch soweit abgemagert, dass die Brenngrenzen nicht verletzt und das sich
einstellende Mindermoment nachgeregelt werden können.
In Abbildung 1 ist vor dem Zeitpunkt t1 zu erkennen, dass die Signalspannung (uact)
der Lambdasonde stromabwärts des Abgaskonverters auf die Sollspannung (usp)
eingeregelt wird. Ab dem Zeitpunkt t1 erfolgt die Abmagerung, erkennbar durch
die Absenkung der Sollspannung (usp), als Reaktion darauf erfolgt die Oxidation des
Kohlenmonoxids und im Anschluss daran die Befüllung der Ceroxid-Komponente
mit Sauerstoff. Mit Annäherung der Sauerstoffsättigung überströmt Sauerstoff den
Abgaskonverter, erreicht die Lambdasonde stromabwärts des Abgaskonverters und
bewirkt hierdurch eine Absenkung der Signalspannung (uact). Da der Magerbetrieb
im Allgemeinen eine deutliche Emission von Stickoxiden zur Folge hat, sollte dieser
möglichst kurz gehalten werden.
2015/1821
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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INTEGRATION EINES LUFTBEFEUCHTERS IN DEN LUFTFILTERKASTEN EINES
BRENNSTOFZELLENFAHRZEUGES
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, durch Neuanordnung der
Befeuchtereinheit eines Brennstoffzellensystems, dessen gesamte Effizienz zu steigern
sowie Bauraum im Fahrzeug zu sparen.
Ausgangssituation:
Ein Brennstoffzellenfahrzeug beschreibt ein Fahrzeug, welches durch ein Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie zum Antrieb versorgt wird.
Zurzeit werden PEM (Proton Exchange Membrane) Brennstoffzellen zum Antrieb von
Kraftfahrzeugen
eingesetzt. Diese benötigen aktuell befeuchtete Luft, um eine definierte minimale
Membranfeuchte im Inneren des Brennstoffzellenstapels aufrechtzuerhalten.
Die Befeuchtung der Luft wird mittels eines Befeuchters umgesetzt. Durch diesen
Luftbefeuchter werden zwei Luftströme geführt, welche durch einen wasserdurchlässigen Separator voneinander getrennt sind. Zum einen wird dem Befeuchter von
einem Verdichter trockenes Frischgas zugeführt und zum anderen wird ihm feuchtes
Abgas aus dem luftseitigen Abgas der Brennstoffzelle zugeführt. Aufgrund eines Konzentrations- bzw. Partialdruckunterschiedes strömt dabei Wasser durch den Separator vom feuchten zum trockenen Luftstrom des Befeuchters. Der trockene Luftstrom
wird somit befeuchtet und verlässt den Befeuchter mit einem höheren Wassergehalt.
Der Befeuchtungsvorgang findet derzeit auf einem Druckniveau oberhalb des Umgebungsdruckes statt.
Es ist bekannt, dass die relative Gasfeuchte direktproportional zum Gesamtdruck des
Gases ist. Soll nun ein Luftstrom, welcher auf einen Druck von 2 bar komprimiert
wird, anschließend auf 100% Luftfeuchte gebracht werden, würde hierfür ein Befeuchter mit einem bestimmten Volumen benötigt werden.
Lösung:
Das notwendige Volumen des Befeuchters könnte maßgeblich reduziert werden,
wenn der Befeuchtungsvorgang vor der Verdichtung stattfände. Würde der Luftstrom beispielsweise bei einem Umgebungsdruck von 1,013 bar vor der Komprimierung auf 50% Luftfeuchte gebracht und anschließend zusätzlich um 1 bar verdichtet
werden, entstünden nach der Verdichtung auf 2 bar 100% Luftfeuchte. Dies allerdings mit einem maßgeblich kleineren Befeuchtervolumen.
Ziel der technischen Neuerung ist es, sowohl den beschriebenen Ansatz zu verfolgen, als auch den damit kompakter werdenden Befeuchter gleichzeitig in den Luftfilterkasten eines Brennstoffzellenfahrzeugs zu integrieren. Mit diesem Ansatz können
signifikant Bauraum und Kosten eingespart werden.
2015/1996
Gegenstand dieser technischen Neuerung ist somit eine integrative Lösung der
Brennstoffzellenbefeuchtereinheit mit der Luftfiltereinheit, wodurch die kathodenseitige Luftbefeuchtung vor der eigentlichen Verdichtung durch einen Kompressor erfolgt. Ein Ansatz kann dabei die Implementierung der Befeuchtereinheit in das aktuell existierende Luftfiltergehäuse sein. Die Luftansaugung kann dabei so positioniert
werden, dass die Luft über einen existierenden Wärmetauscher des Kühlsystems (z.B.
den Fahrzeugkühler) vorgewärmt wird. Das Wärmemanagement des Fahrzeugs
hinsichtlich Kühler Package könnte mit diesem Ansatz ebenfalls verbessert werden.
Hinter dem Fahrzeugkühler muss ein definierter Raum zur Abströmung der Kühlungsluft vorgehalten werden. Die Abluft des Kühlers strömt derzeit, getrieben durch den
Staudruck des Fahrtwindes, durch den Kühler und muss hinter diesem abströmen.
Wie derzeit bei Verbrennungsmotoren üblich, kann ein Lüfter die Kühlung unterstützen. Würde nun die Luftansaugung des Kompressors hinter dem Kühler positioniert,
könnte dies zur Reduktion des vorgehaltenen Volumens hinter dem Kühler führen,
da die warme Abluft des Kühlers, die ja gleichzeitig Frischluft des Brennstoffzellensystems ist, aktiv abgesaugt werden würde. Das Risiko eines Wärmestaus könnte somit
ebenfalls reduziert werden.
Alternativ könnten auch weitere vorhandene oder zusätzliche Wärmetauscher für
die Vorwärmung der Frischluft für das Brennstoffzellensystem in Betracht gezogen
werden, um mit Hilfe der zusätzlichen Erwärmung der Luft vor der Verdichtung die
Wasseraufnahme zu erhöhen. Erste Ergebnisse bestätigen dabei die theoretischen Annahmen, dass durch die Kompression vorgewärmter, befeuchteter Luft mehr Wasser
pro Gas- und Befeuchtervolumen in den Brennstoffzellenstapel eingetragen werden
kann. Dadurch ergeben sich vielfältige Vorteile:
So kann ein kombinierter Ansatz aus Luftfilter und Befeuchter mittels Hohlfasern eine
definierte Verteilung auf die Membranbefeuchterfläche und auf die Luftfilteroberfläche ermöglichen.
Die Anströmung der Hohlfasern im Luftfilterkasten erfolgte dabei idealerweise nach
dem Cross-Flow-Prinzip, allerdings wäre auch das Counter Flow –Prinzip oder eine
Kombination aus Counter- und Cross-Flow Prinzip möglich.
Zusätzlich ergeben sich somit neue Systemkonzepte sowohl mit als auch ohne
Abgasturbolader.
Ein weiteres Konzept könnte sein, den Befeuchter innerhalb der Luftfiltereinheit mittels eines Bypasses zu
umströmen. Somit wäre eine Steuerung der Befeuchtungsregelung möglich.
Der Bypass könnte fix oder auch mit einem regelbarem Ventil ausgeführt werden.
2015/1996
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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Die Systemverschaltung kann ebenfalls derart ausgeführt sein, dass eine Kathodenrezirkulation möglich wäre. Das Abgas der Brennstoffzelle könnte dann direkt in die
Luftfilter-/Befeuchter-Einheit eingespeist werden. Durch den Druckgradienten zwischen Abgas und Zuluft wäre in diesem Fall keine weitere Förderungseinrichtung
notwendig. Dies kann vor oder nach dem Luftfilter bzw. vor oder nach dem Befeuchter geschehen. Somit bestünde die Möglichkeit, das Brennstoffzellensystem mit Sauerstoff unterstöchiometrisch zu betreiben, was den Aufheizvorgang beschleunigt.
Gleichzeitig würde noch ausreichend Volumenstrom durch den Brennstoffzellenstapel strömen um entstehendes flüssiges Wasser auszutragen. Ebenfalls kann eine unterstöchiometrische Betriebsweise dazu dienen, Degradationserscheinungen zu mildern, bzw. die Elektroden im Stapel von Plationoxid zu reinigen.
Zusätzlich wäre eine Rückführung und Einspritzung von im Kathoden- oder Anodenabgas entstehendem Wasser zusätzlich zum Befeuchter denk- und umsetzbar.
Auch hierbei wäre der sich im System automatisch einstellende Druckunterschied
vorteilhaft. Eine Einspritzung kann nahezu an jeder Stelle des Luftfilter/Ladeluftkühler/
Befeuchter- Moduls erfolgen.
Vorteile:
<< Geringerer Bauraumanspruch und Kostensenkung (bei Beschaffung und Montage)
durch Integration von Befeuchter und Luftfilter
<< Geringerer Bauraumanspruch durch Verringerung des notwendigen Volumens des
Befeuchters
<< Vermeidung von Wärmestaus hinter dem Fahrzeugkühler
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Technische Neuerung
Konzept: EF_BefeuchterIntegration_in_Luftfilter
Option 3)
Ausgangssituation:
Umgebungsluft
Option 4)
Abluft
Brennstoffzelle
Option 1)
Option 5)
Option 2)
Alternativ bei allen Varianten:
Integration des
Ventils/Klappe ins Modul
möglich
Mögliche Anwendung:
<< In Brennstoffzellenfahrzeugen
Weitere Varianten
Befeuchter
Luftverdichter
Luftfilter
Brennstoffzellenstapel
Optionen mit Ladeluftkühler (theoretisch kombinierbar mit den
vorher aufgeführten Varianten)
Befeuchter
Luftverdichter
Luftfilter
Brennstoffzellenstapel
Ladeluftkühler
2015/1996
2015/1996
IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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LENKRAD MIT FUGENLOSEN ZIERELEMENTEN AUS
MASSIVEM MATERIAL AM LENKRADKRANZ
Technische Neuerung
VOLKSWAGEN AG
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, die Optik und die Haptik eines
Lenkrades hochwertiger zu gestalten.
Ausgangssituation:
Bisher sind Zierelemente am Lenkrad bekannt, welche aus keinem massiven Material
gefertigt sind. Ein Beispiel dafür sind Metallfolien, die in den Lenkradkranz eingearbeitet werden.
Alternativ werden relativ massive Zierelemente mit einer Fuge benutzt, die an der
Fuge aufgeweitet und auf den umlaufenden Lenkradkranz aufgeclipst werden
können. Die Fuge wird dabei im vom Fahrer nicht einsehbaren Bereich – also aus
Sicht des Fahrers vom Lenkradkranz verdeckt – positioniert.
Der Lenkradkranz wird bisher im Allgemeinen als Ganzes umlaufend hergestellt.
Lösung:
Die technische Neuerung erfüllt die Design- und Qualitätsanforderungen nach fugenlosen Zierringen aus massivem Material am Lenkradkranz, indem der Lenkradkranz in Lenkradsegmente geteilt ist und die Lenkradsegmente – unter Zwischenfügung der massiven fugenlosen Zierringe - miteinander verschraubt werden.
Der geteilte Lenkradkranz muss dabei so ausgelegt sein, dass die Verschraubungen
zwischen Zierelementen und Lenkradkranzsegmenten nicht sichtbar sind. Die Verschraubung muss die Lenkradsegmente so stabil verbinden, dass das Lenkrad den
gesetzlichen Bestimmungen entspricht.
Leder
In verschiedenen Ausführungsformen können Metalle (z. B. Aluminium, Stahl, Magnesium, Edelmetalle) oder Kombinationen dieser Metalle untereinander oder mit
anderen Materialien für die Zierelemente Verwendung finden. Zwischen den Zierelementen kann das Kranzprofil in Leder, Holz, Kohlefasergewebe usw. ausgeführt
werden.
Vorteile:
<< Komfortsteigerung, da keine störende Fuge auf der Lenkradrückseite fühlbar ist
<< Hochwertigere Optik und Haptik
CFK
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen integrierbar
Korpus (2-teilig)
2016/0298
2016/0298
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
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DOPPELTE FUSSABLAGE
VOLKSWAGEN AG
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Stand der Technik
Technische Aufgabe:
Die Aufgabe der technischen Neuerung liegt darin, auf einfache und kostengünstige
Weise den Sitzkomfort des Fahrers eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Ausgangssituation:
Bisher besitzen Linkslenker-Kraftfahrzeuge eine Fußablage links neben der Kupplung (beziehungsweise bei Automatik-Fahrzeugen links neben der Bremse), um dem
Fahrer des Kraftfahrzeugs während der Fahrt die Möglichkeit der Ablage und Entspannung seines linken Fußes zu bieten.
bisher übliche Fußablage
Lösung:
Die Idee der technischen Neuerung ist, dass links von der Kupplung (beziehungsweise bei Automatik-Fahrzeugen links von der Bremse) des Kraftfahrzeugs eine zweite
Fußablage direkt neben der ersten Fußablage angeordnet wird, jedoch in einem anderen Anstellwinkel gegenüber dem Fahrzeugboden.
Der Fahrer soll dadurch die Möglichkeit erhalten, seine eher statische Sitzposition
durch die verschiedenen Fußablagen zu ändern bzw. abwechselnd zu gestalten. Außerdem können körperlich unterschiedlich proportionierte Fahrer ihre Sitzposition
besser an ihre Körperproportionen anpassen, indem sie unterschiedliche Fußablagen
benutzen können.
Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Anzahl der Fußablagen noch zu erhöhen,
bspw. auf drei oder vier. Allerdings dürfte in der Praxis die zur Verfügung stehende
Fahrer-Fußraumbreite die Anzahl der nebeneinander angeordneten Fußablagen in
den meisten Fällen auf zwei beschränken.
Technische Neuerung
Vorteile:
<< Komfortsteigerung für den Fahrer
Mögliche Anwendung:
<< In allen Fahrzeugen integrierbar
Doppelte Fußablage
(Neuerung)
2016/0269
2016/0269
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IDEEN DER ZUKUNFT | NR. 36 | JUNI 2016
63
IMPRESSUM
Herausgeber: Bertrandt Ingenieurbüro GmbH, Tappenbeck, Niedersachsen
Bertrandt Ingenieurbüro GmbH
Krümke 1
38479 Tappenbeck
Tel.: +49 5366 9611-0
www.bertrandt.com
Copyright Bertrandt Ingenieurbüro GmbH 2013.
Alle Rechte vorbehalten. Nicht zum Weiterverkauf bestimmt
ISSN Nr.: 2196-0569
Nicht zum Weiterverkauf bestimmt. Nachdruck oder die Aufnahme der Zeitschrift, einzelner
Artikel oder Auszüge, Abbildungen, Grafiken oder Tabellen in elektronische Datenbanken und
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Verantwortlicher Redakteur: Daniel Hoppe
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