Volker Schindler · Immo Sievers

Forschung für das Auto von Morgen

Volker Schindler · Immo Sievers

Forschung für das Autovon MorgenAus Tradition entsteht Zukunft

Mit 315 Abbildungen und 6 Tabellen

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Professor Dr. Volker SchindlerTU BerlinInstitut für Land- und SeeverkehrGustav-Meyer-Allee 2513355 BerlinGermanyvolker.schindler@tu-berlin.de

Dr. Immo Sieversarteg@arteg.de

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ISBN 978-3-540-74150-3 Springer Berlin Heidelberg New York

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Einführung

Kraftfahrzeuge prägen unser gesamtes Leben. Sie ermöglichen die Mo-bilität von Personen, Gütern und Geräten in einem Maße, das vor ihrerErfindung völlig undenkbar war. Sie sind die Basis für eine weiträumigeArbeitsteilung; die europäische Integration wäre ohne sie schwer vorstell-bar. Sie erlauben die fein differenzierte Darstellung von Statusansprüchen.Sie dienen auch dem Vergnügen. Wir können uns kaum noch vorstellen,ohne sie auszukommen.

Diese Entwicklung begann 1885–1887 als Daimler und Benz die erstenKraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor realisierten. Automobile wurdenin der Folge zunächst in Frankreich, dann bis zum 1. Weltkrieg auch stär-ker in England und schließlich nach 1918 in den USA zu serienmäßighergestellten Produkten entwickelt. Der endgültige Durchbruch zur heu-tigen Bedeutung lässt sich mit dem Namen von Henry Ford verbinden.Unter seiner Leitung wurden die Möglichkeiten für die Massenproduktiongeschaffen. Das Auto wurde billig(er) beim Kauf und im Betrieb, vielsei-tig(er) in der Nutzung und langsam aber sicher unverzichtbar. Inzwischenwird es weltweit in Millionenstückzahlen und in einer großen Vielfalt vonVarianten gebaut. Die Prozesse, in denen es entwickelt und zur Produktionvorbereitet wird, sind heute in hohem Maße auf die Anwendung wissen-schaftlicher Methoden angewiesen.Ohne eine ausgefeilte Versuchstechnik,ohne numerische Berechnungsverfahren, ohne die Simulation von Prozes-sen ist es nicht mehr möglich, erfolgreich Automobile für den Weltmarktzu entwickeln.

Diese „Verwissenschaftlichung“ der Kraftfahrzeugtechnik hat langsambegonnen. Professor Franz Reuleaux von der Königlichen TechnischenHochschule zu Berlin stand seinem Studienfreund Eugen Langen, demPartner von Nicolaus Otto, bei der Entwicklung der ersten kompakten,grundsätzlich autotauglichen Ottomotoren mit Rat zur Seite; 1876 warschließlich der Viertakt-Ottomotor erfunden. Reuleaux war aber offenbarder einzige Hochschulforscher, der an der Pionierphase der Kraftfahrzeu-gentwicklung unmittelbar beteiligt war. Das änderte sich in den folgen-den Jahren.Ab 1899 baute die Allgemeine Automobilgesellschaft in Berlin-Oberschöneweide Kraftfahrzeuge nach den Entwürfen von Professor GeorgKlingenberg.Professor August von Borries hielt ab 1902 an der Königlichen

VI Einführung

Technischen Hochschule zu Berlin die wahrscheinlich weltweit erste Spe-zialvorlesung zum Automobilbau. 1904 wurde dort eine Versuchshalle fürKraftfahrzeugtechnik gebaut. Ab dem Wintersemester 1904/05 wurde derStudiengang Maschinenbau aufgegliedert in Maschinenbau,Verkehrstech-nik und Elektrotechnik. 1907wurde das „Laboratoriumfür Verbrennungs-kraftmaschinen und Kraftwagen“ offiziell gegründet.

Zunächst standen bei der wissenschaftlichen Beschäftigung mit demKraftfahrzeug versuchstechnische Untersuchungen imVordergrund.Theo-retische Betrachtungen waren von begrenzter Relevanz. Das änderte sichim Laufe der Zeit. Heute kann man feststellen, dass die Kraftfahrzeug-technik Erkenntnisse und Methoden aus praktisch jeder anderen Ausprä-gung der Ingenieurwissenschaften, aus vielen Naturwissenschaften, ausder Mathematik und Informatik aus den Humanwissenschaften und ausder Betriebswirtschaft nutzt. Ein Ingenieur, der das Kraftfahrzeug als Sys-tem verstehen will, muss Kenntnisse aus allen diesen Disziplinen haben,wenn er die erforderlichen Vereinfachungen zur Lösung seines speziellenProblem in angemessener Weise machen will. Angesichts der Breite derThemenfelder kann er nur auf wenigen selber ein Spezialist sein, er mussaber die Fähigkeit zur Einordnung und zum Stellen „der richtigen Fragen“an die jeweiligen Spezialisten haben. Er braucht auch die Fähigkeit, sichdem geballten Spezialwissen nicht einfach zu beugen, sondern es zu hin-terfragen, zu neuen Kombinationen zu kommen. Diese Systemkompetenzzu vermitteln ist ein wichtiges Ziel bei der Ausbildung von Ingenieurender Kraftfahrzeugtechnik. Die wissenschaftliche Beschäftigung mit demSystem Kraftfahrzeug führt aber auch zu Fragestellungen, die in anderenFachdisziplinen so nicht auftreten. So sind zum Beispiel die Optimierungder passiven Sicherheit,also desVerhaltens des Fahrzeugs und seiner Insas-sen imVerlauf eines Unfalls, oder des Fahrkomforts, derQuerdynamik,desKraftstoffverbrauchs, der Emissionen usw. Themen, die einen theoretischfundierten Einblick in die wirksamen Mechanismen und in die verfügba-ren Gestaltungsspielräume erfordern.

Kraftfahrzeuge werden heute in hochgradig arbeitsteiligen Prozessenentwickelt. An einem neuen Modell arbeiten je nach Projektphase einigedutzend bis weit über tausend Fachleute zusammen.Dies geschieht in allerRegel in Multiprojektsituationen, es werden also mehrere Projekte zeitlichversetzt parallel bearbeitet. Viele der Beteiligten arbeiten gleichzeitig anmehreren Vorhaben, sie haben mehreren Projektleitern zu berichten undsind Teil mehrerer Arbeitsteams. Autos werden mit dem Ziel entwickelt,sie in Millionenstückzahlen zu bauen. Selbst von Fahrzeugen der Ober-klasse werden täglich bis über dreihundert hergestellt.Die Möglichkeit zurkostengünstigen Fertigung dieser extrem variantenreichen Produkte mussschon in den frühen Phasen der Entwicklung mit berücksichtigt werden.Die Arbeitsteilung in der Entwicklung und die Multiprojektsituation stellthohe Anforderungen an die soziale Kompetenz der Entwickler. Seit eini-

Einführung VII

gen Jahren erfolgen Fahrzeugentwicklung und -produktion zudem in glo-bal verteilten Strukturen; es werden also zusätzlich Anforderungen an dieFähigkeit sich auf Englisch verständigen und an das Verhalten in interkul-turellen Zusammenhängen gestellt. Man kann ohne Übertreibung sagen,dass die Entwicklung eines Kraftfahrzeugs einerseits ein technisches, ganzwesentlich aber auch ein soziales Ereignis ist.

Die schiere Zahl der Kraftfahrzeuge hat natürlich auch erhebliche un-erwünschte Nebenwirkungen in Form von Unfallopfern, Ressourcenver-brauch, Lärmbelästigung, Abgasemissionen, Energieverbrauch zur Folge.Ein dichtes Netz von Vorschriften und Normen ist zu beachten. Die Fahr-zeugsicherheit wurde durch umfassende Schutzmechanismen auf ein Ni-veau gebracht, das noch vor einigen Jahren als undenkbar galt.Neue Ansät-ze vor allem in Form von Fahrerassistenzsystemen ermöglichen in den nä-heren Zukunft noch wesentliche weitere Fortschritte.DieAbgasemissionenmoderner Kraftfahrzeuge nach europäischen oder US-amerikanischemStandard sind so gering, dass eine Gefährdung von Mensch und Umweltpraktisch ausgeschlossen werden kann.

In Deutschland spielt das Kraftfahrzeug eine besonders große Rolle.Die Automobilindustrie mit ihren Zulieferern, Ingenieurfirmen,Anlagen-bauern, Softwarehäusern, Vertriebsfirmen usw. ist die bei weitem größ-te Branche. Deutsche Firmen haben sich zu weltumspannenden und dieWelt beliefernden Konzernen entwickelt. Sie stehen in einem intensivenWettbewerb untereinander und mit französischen, italienischen, japani-schen, koreanischen und US-amerikanischen Firmen. Zugleich arbeitenAutomobilfirmen in zahlreichen Kooperationen zusammen; Beispiele sindgemeinsame vorwettbewerbliche Forschung,die Normierung,Entwicklungund Produktion von Komponenten.Es besteht also gleichzeitigWettbewerbund Kooperation –„coopetition“.Weitere großeAutomobilfirmenwachsenvor allem in China und Indien heran.Um im Wettbewerb zu bestehen,wirdweltweit intensiv anneuenProduktengearbeitet.DiedeutschenAutomobil-hersteller greifen dabei auf ein dichtes Netz von kompetenten Zulieferernund Ingenieurfirmen zurück. Es besteht in dieser Form nur an wenigenStellen auf der Welt und erklärt zum guten Teil die Dominanz Deutsch-lands auf dem Gebiet der Premium-Kraftfahrzeuge. Es überrascht dahernicht, dass von den 38 Mrd.¤, die in Deutschland jährlich für Forschungund Entwicklung aufgewendet werden, ca. 35% auf den Fahrzeugbau ent-fallen.

Die vielfältig differenzierte Automobilbranche ist für ihren ständigenInnovationsprozess auf hoch qualifizierte Ingenieure fast aller Fachrich-tungen angewiesen. Die akademische Ausbildung von Kraftfahrzeugtech-nikern richtet sich vor allem auf dieVermittlung der oben angesprochenenSystemkompetenz in ihren vielen Facetten. Sie bekommt ihre besondereRealitätsnähe durch die Teilnahme der Studierenden an aktuellen For-schungsvorhaben, die häufig zusammen mit der Industrie in Projekten

VIII Einführung

mit internationaler Beteiligung erfolgt. Die Forschung greift dabei auchThemen auf, die in der Industrie selber nicht so große Beachtung finden.Sie kann unabhängiger von den Notwendigkeiten einer wirtschaftlichenVerwertung arbeiten und trug und trägt so zur Schaffung eines sinnvollenregulatorischen Rahmens bei, dem die Produkte der Industrie im Allge-meininteresse genügen müssen. In der Summe kann man feststellen, dassdie akademische Beschäftigung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnikin Deutschland im internationalen Vergleich ein sehr hohes Niveau hat.Dies gilt seit Jahrzehnten auch für das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der Tech-nischen Universität Berlin.

Diese Geltung ist aus einer 100-jährigen Tradition gewachsen. Sie hatmehrere politisch bedingte Brüche überstanden. Immer wieder gelang es,die wissenschaftlichen Voraussetzungen zu schaffen, um aktuelle Fragenmit Kompetenz zu beantworten.Das ist die Leistung einer großen Zahl vonengagierten Personen, die sich als Studenten, als Mitarbeiter, als Profes-soren für das Fachgebiet und für ihr Themenfeld eingesetzt haben. Einewichtige Rolle spielen auch die zahlreichen Lehrbeauftragten,die ihr Fach-wissen aus der industriellen Praxis den Studenten zur Verfügung stellen.Ihnen allen gebührt unser Dank. Die heutigen Mitarbeiter des Fachgebietsverstehen ihr Vorbild als Verpflichtung. Sie können mit Recht von sich be-haupten, am Fahrzeug für morgen zu forschen und so weiter aus einergroßen Tradition Zukunft entstehen zu lassen.

Autorenliste

Prof. Dr.-Ing. Bharat BalasubramanianDaimler AGKapitel 10

Dr. rer. nat. Ludger DragonDaimler AGKapitel 6

Prof. Dr.-Ing. Horst E. FriedrichDLR-Institut für FahrzeugkonzepteKapitel 9

Dr.-Ing. Dietmar Gohlich,Daimler AGKapitel 2

Benedikt HeudorferTakata-Petri AGKapitel 5

Dr.-Ing. Heiko JohannsenFachbereich Kraftfahrzeuge am Institut für Land- und Seeverkehr,Technische Universität BerlinKapitel 3

Dr.-Ing. habil. Thomas JürgensohnHuman-Factors-ConsultKapitel 8

Dipl.-Ing. Harald KnäbelDLR-Institut für FahrzeugkonzepteKapitel 9

Dipl.-Ing. Gundolf KoppDLR-Institut für FahrzeugkonzepteKapitel 9

Dipl.-Ing. Klaus KompaßBMW GroupKapitel 7

X Autorenliste

Dirk MeissnerTakata-Petri AGKapitel 5

Prof. Dr.-Ing. Hartmut RauUnfallanalyse BerlinKapitel 11

Prof. Dr. rer. nat.Volker SchindlerFachbereich Kraftfahrzeuge am Institut für Land- und Seeverkehr, Techni-sche Universität BerlinKapitel 3

Dr. phil. Immo SieversArchiv für TechnikgeschichteKapitel 1

Dr.-Ing. Peter TreffingerDLR-Institut für FahrzeugkonzepteKapitel 9

Dr.-Ing. Maik ZieglerDaimler AGKapitel 4

Inhaltsverzeichnis

Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

Autorenliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Teil I Geschichte 1

Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der ZeitImmo Sievers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Vorreiterrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Der Lenoir-Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Der Otto-Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Gründung der Königlichen Technischen Hochschule

zu Berlin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Die Entwicklung des automobilen Motors . . . . . . . . . . . . . . 166 Die ersten Automobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Die Entwicklung des Diesel-Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Beginn der Kraftfahrzeugtechnik an der TH Berlin . . . . . . . . 269 Der Wettstreit der Antriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2710 Die Vorläufer der Automobil-Laboratorien . . . . . . . . . . . . . 2911 Die Gründung des Institutes für Kraftfahrzeugwesen . . . . . . . 3012 Im Ersten Weltkrieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3613 Kriegsfolgen und Wirtschaftskrisen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3914 Massenmotorisierung und Fließfertigung . . . . . . . . . . . . . . 4215 Generationswechsel im Laboratorium für Kraftfahrzeuge . . . . 4416 Der amerikanischeVorsprung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4817 Die amerikanische Konkurrenz in Deutschland . . . . . . . . . . 4918 Der Adler „Standard 6“ – ein Hochschulprojekt . . . . . . . . . . . 5019 Beckers Rücktritt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5220 Forschungen zu alternativen Treibstoffen im Laboratorium . . . 5321 Autobahn und Stromlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5522 Die Entwicklung der Stromlinien-Karosserie . . . . . . . . . . . . 5623 Das „K-Heck“, mitentwickelt an der TH Berlin . . . . . . . . . . . 61

XII Inhaltsverzeichnis

24 Zum zweiten Mal im Kriegseinsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6425 Der Neuanfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6726 Helfer beim Wiederaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6927 Das Ende der Haute Couture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7328 Wiederaufbau und Wirtschaftswunder . . . . . . . . . . . . . . . . 7529 Die Kleinwagen-Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7730 Die Entwicklung des Kleinwagens in der DDR . . . . . . . . . . . 8331 Die Entwicklung des Wankelmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . 8432 Die Sicherheitstechnik wird Forschungsschwerpunkt . . . . . . . 8833 Das reformierte Institut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9534 Anforderungen an Außenkanten von Lkw . . . . . . . . . . . . . . 9735 Rollstuhlfahrer und Telebusse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9836 Das Uni-Car-Projekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9937 Das Institut boxt sich durch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10338 Abgaszentrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10439 Unfallanalyse und Rekonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10740 Hydropulsanlage und Fahrsimulatoren . . . . . . . . . . . . . . . 10941 Die Aus-Gründung von Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . 11142 Der Umzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11443 Kinderrückhaltesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11744 Die Crashanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11745 Zukunftsforschung Mensch-Maschine-Systeme . . . . . . . . . . 119Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Teil II Gegenwart 127

Innovationender Fahrzeugtechnik am Beispielder Mercedes-Benz S-KlasseDietmar Göhlich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1291 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1292 Die Historie der S-Klasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

2.1 Die Baureihe 111/112 – Avantgarde der Technikund Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

2.2 Die Baureihe 108/109 – Schönheit und Leistung . . . . . . . . 1312.3 Die Baureihe 116 – die erste offizielle S-Klasse . . . . . . . . 1312.4 Die Baureihe 126 – zeitlose Eleganz . . . . . . . . . . . . . . . 1312.5 Die Baureihe 140 – Präsenz mit zwölf Zylindern . . . . . . . 1312.6 Die Baureihe W220 – Innovationen in schönster Form . . . . 132

3 Gesamtkonzept der neuen S-Klasse – Souverän in Designund Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

4 Innenraum und Ergonomie – Harmonie von Menschund Automobil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Inhaltsverzeichnis XIII

4.1 Maßkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1344.2 Sicht nach außen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1354.3 Bedien- und Anzeigekonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1364.4 First-Class-Komfort auf allen Sitzplätzen . . . . . . . . . . . 1384.5 Konditionssicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

5 Fahrwerksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.1 Lenkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.2 Luftfederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1415.3 Active Body Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6 Symbiose von Fahrerassistenz, aktiverund passiver Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1426.1 Nah- und Fernbereichsradar, die Augen der S-Klasse . . . . 1436.2 Abstandsregelung mit Distronic Plus . . . . . . . . . . . . . . 1446.3 PRO-SAFE – die Sicherheitsphilosophie

bei Mercedes-Benz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1446.4 BAS Plus und Pre-Safe-Bremse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1466.5 Nachtsicht-Assistent: Mit Infrarot-Scheinwerfern

mehr Sicherheit im Dunkeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1477 Der Antrieb – effiziente Dynamik bei höchstem Komfort . . . . . 1488 Zukunftsweisende Gesamtkonzepte: Umweltgerecht,

wirtschaftlich und dynamisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1508.1 Umweltgerechte Produktentwicklung . . . . . . . . . . . . . . 1508.2 DIRECT Hybrid – der Benziner wird noch sparsamer . . . . 1518.3 Diesel mit „BLUETEC“ und Hybrid vereint Fahrfreude,

Ökonomie und Ökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

CLEVER – Ein Kleinfahrzeug für den urbanen GebrauchVolker Schindler, Heiko Johannsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1551 Anforderungen an ein modernes Stadtfahrzeug . . . . . . . . . . 1552 CLEVER – Compact Low Emission VEhicle

for URban Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1573 Projektorganisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1584 Bedingungen für die Betrieb von CLEVER

im öffentlichen Straßenverkehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1614.1 Zulassung von L5-Fahrzeugen für den Straßenverkehr . . . 1624.2 Fahrerlaubnisrecht bezogen auf CLEVER . . . . . . . . . . . 1634.3 Helmtragepflicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644.4 Anrechnung auf die CO2-Selbstverpfichtung . . . . . . . . . 1644.5 Regeln für die Nutzung von CLEVER im Straßenverkehr . . 165

5 Fahrzeugkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1655.1 Package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.2 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1665.3 Aerodynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

XIV Inhaltsverzeichnis

6 Struktur und passive Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1706.1 Definition der Crashanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . 1716.2 Die Fahrzeugstruktur und ihre Auslegung . . . . . . . . . . . 1716.3 Rückhaltesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.4 Fußgängersicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.5 Ergebnisse der Crashtests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1736.6 Kompatibilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1756.7 Gesamtbewertung angelehnt an EuroNCAP . . . . . . . . . . 175

7 Fahrwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1768 Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

8.1 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1818.2 Tanksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1858.3 Kraftübertragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

9 Bau und Erprobung von Versuchsfahrzeugen . . . . . . . . . . . 18710 Zusammenfassung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Nutzfahrzeuge für den globalen EinsatzMaik Ziegler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1931 Markenvielfalt der Daimler Truck Group . . . . . . . . . . . . . . 193

1.1 Westeuropa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1941.2 Südamerika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1951.3 Nordamerika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1951.4 Asien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

2 Anspannungsgrad zwischen den globalen Kosteneffektenund den lokalen Marktanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . 1952.1 Globale Kosteneffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1962.2 Marktanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

3 Umsetzung der Marktanforderungenam Beispiel Fahrerhauskabine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2093.1 Beispiel 1: Europäische Fahrerhauskabine . . . . . . . . . . . 2093.2 Beispiel 2: Südamerikanische Fahrerhauskabine . . . . . . . 2093.3 Beispiel 3: Nordamerikanische Fahrerhauskabine . . . . . . 2103.4 Beispiel 4: Japanische Fahrerhauskabine . . . . . . . . . . . . 210

4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Teil III Zukunft 213

Aktiver Eingriff in passive Systeme: Von passiver Sicherheitzu sicherem FahrenBenedikt Heudorfer, Dirk Meißner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2151 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2152 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Inhaltsverzeichnis XV

3 Passive Sicherheit – gestern & heute . . . . . . . . . . . . . . . . . 2163.1 Sicherheitsgurte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2163.2 Lenkräder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2193.3 Frontairbagsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2223.4 Seitenairbagsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2283.5 Schutz bei Überschlägen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2293.6 Anforderungen und Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2303.7 Sensoren – von passiver zu aktiver Sicherheit . . . . . . . . . 2313.8 Aktive Sicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

4 Schlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Fahrzeugdynamik: Wohin fahren wir?Ludger Dragon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2391 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2392 Fahrzeugdynamik, was ist das? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2413 Wie alles begann? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2434 Was spielt sich beim Autofahren eigentlich ab? . . . . . . . . . . . 2455 Die Technik von heute und morgen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2476 Der klassische Maschinenbau des Automobils;

über 100 Jahre Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2497 Die neue Welt der Regelsysteme in den Fahrzeugen von heute

und morgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2518 Die historische Zukunft der Fahrdynamik am Beispiel

der Daimler-Forschungsfahrzeuge F300 und F400 . . . . . . . . . 2579 Die Zukunft der Fahrzeugdynamik: Tendenzen . . . . . . . . . . 258

Fahrerassistenzsysteme der Zukunft – auf dem Wegzum autonomen Pkw?Klaus Kompaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2611 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2612 Begriffsbeschreibung:Assistenzsysteme . . . . . . . . . . . . . . . 2613 Begriffsbeschreibung:Autonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2634 Triebfedern für autonom agierende Fahrerassistenzsysteme . . . 2645 Vergleich der Fähigkeiten von Menschen

und technischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2656 Unterstützung des Fahrers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2667 Übernahme unangenehmer (Teil-)Aufgaben . . . . . . . . . . . . 2668 Autonomie in Sondersituationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2699 Bewertung und Vergleich verschiedenen Autonomie-Level . . . . 27310 Rechtliche Rahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27511 Ironies of Automation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27712 Akzeptanz von Fahrerassistenzsystemen . . . . . . . . . . . . . . 278

XVI Inhaltsverzeichnis

13 Ausblick:Wie werden Fahrzeuge im Jahr 2023 fahren? . . . . . . 28114 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Mensch und Kraftfahrzeug: Methoden der Optimierungvon Bedienung und InteraktionThomas Jürgensohn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2871 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2872 Beanspruchung beim Fahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

2.1 Messung der Beanspruchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2913 Messung der Aufmerksamkeitshinwendung . . . . . . . . . . . . . 2934 Fahrermodelle als Hilfsmittel

des optimierten Bediendesigns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Werkstoffe und Bauweisen ermöglichen neue FahrzeugkonzepteHorst E. Friedrich, Peter Treffinger,Gundolf Kopp, Harald Knäbel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3011 Schlüsseltechnologie Werkstoffe und Bauweisen . . . . . . . . . . 301

1.1 Ein Blick zurück zeigt: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3022 Evolution und aktuelle Entwicklungen

der Fahrzeugstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3052.1 Aktuelle Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3062.2 Anforderungen an Fahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3072.3 Übersicht über die wichtigsten Bauweisen

von Fahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3082.4 Allgemeine Bauweisen für Systeme und Komponenten . . . 3152.5 Modulbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3152.6 Differentialbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3162.7 Integralbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3162.8 Verbundbauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3182.9 Hybridbauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

3 Anforderungen und Strategien für den Leichtbau . . . . . . . . . 3203.1 Massebedarfskennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3213.2 Allgemeine Auslegungsstrategie . . . . . . . . . . . . . . . . . 3223.3 Leichtbaustrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

4 Option Modularisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3255 Neue Fahrzeugkonzepte infolge alternativer Energiequellen . . . 333

5.1 Architekturen und innovative Energiewandlung . . . . . . . 3335.2 Spant- / Space-Frame-Konzepte für alternative Antriebe . . 3355.3 Sicherheits-Compartment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

6 Funktionale Werkstoffe und Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . 3386.1 Funktionale Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3396.2 Aktive Funktionswerkstoffe und Adaptronik . . . . . . . . . 339

Inhaltsverzeichnis XVII

7 Werkstoffsysteme der Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

Entwicklungsprozesse für Kraftfahrzeuge unter den Einflüssenvon Globalisierung und LokalisierungBharat Balasubramanian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3491 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3492 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3493 Der Entwicklungsprozess der Mercedes Car Group . . . . . . . . 351

3.1 Quality Gates für Transparenz und Konsequenzim Entwicklungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

3.2 Anwendung des Standardproduktentstehungsprozessesim Fahrzeugprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

4 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess . . . . . 3544.1 Herausforderung der Globalisierung . . . . . . . . . . . . . . 3554.2 Integration von Entwicklungsleistungen

in ein Gesamtfahrzeug am Beispiel der neuen C-Klasse . . . 3584.3 Bestätigung der Mercedes-Qualität

durch eine konsequente Hardwareerprobung . . . . . . . . . 3604.4 Produktqualität durch Premium-Prozesse

und hochqualifizierte Mitarbeiter . . . . . . . . . . . . . . . . 361Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Die Zukunft der UnfallrekonstruktionHartmut Rau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3631 Rückblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3632 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

2.1 Unfallaufnahme, Dokumentation von Schadenbildern . . . . 3652.2 Simulationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3712.3 Versuchstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

3 Ausblick auf weitere zukünftige Entwicklungen . . . . . . . . . . 386

Teil I

Geschichte

Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlinim Wandel der Zeit

Immo Sievers

1 Vorreiterrolle

Dass im modernenAutomobilbaudas gesamte Fahrzeug mit seinen Einzel-teilen bereits am Computer vorher berechnet und entworfen wird, ist füruns heute eine Selbstverständlichkeit. Genauso erwartungsgemäß gehenwir davon aus, dass die Fahrzeuge, bevor sie auf den Markt kommen,

Abb. 1 Laboratorium für Kraftfahrzeuge (Halle K) der Kgl. Technischen Hoch-schule zu Berlin, 1911

4 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

von der Industrie genauestens nach wissenschaftlichen Maßstäben geprüftworden sind. Ganz anders sah es aus, als der Automobilbau noch in denKinderschuhen steckte. Es war ein langwieriger Prozess, ehe die Fahrzeug-industrie den Nutzen aus den Erkenntnissen, die bei wissenschaftlichenPrüfungen gewonnen werden konnten, in die Produktion einfließen ließ.Vorreiter für diese wissenschaftliche Auswertung gab es einige, wobei inDeutschland insbesondere die „Königliche Technische Hochschule zu Ber-lin“ zu nennen ist.Als im Jahre 1907 das „Laboratorium für Verbrennungs-kraftmaschinen und Kraftwagen“ an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg eingerichtet wurde, war die Entwicklung des Automobilsnoch nicht abgeschlossen.Es ist besonders bemerkenswert, dass zu diesemfrühen Zeitpunkt sich die Wissenschaftdieser technischen Errungenschaftzuwandte.Hierin war sie dem gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Um-feld voraus,wobei gerade in Deutschland ein Interesse an dieser Innovationzu erwarten gewesen wäre.Zum einen kamen die wesentlichen Impulse zurEntwicklung des Automobils aus Deutschland, zum anderen verlief in kei-nem anderen Land die wirtschaftliche und technische Entwicklung umdie Jahrhundertwende so stürmisch wie im deutschen Kaiserreich. Jedochwurde das Automobil zuerst recht stiefmütterlich behandelt und erst alses in Frankreich Erfolge feierte, nahm auch das Interesse in Deutschlandzu. Um dieses zeitige Bemühen würdigen zu können, muss man sowohldie wissenschaftlichen Voraussetzungen und die akademische Landschaftin Deutschland betrachten, als auch den technischen Fortschritt, die denForschungsgegenstand Automobil überhaupt erst ermöglichten.

2 Der Lenoir-Motor

In Frankreich und Deutschland wurden auch die grundlegenden Voraus-setzungen für das Automobil geschaffen, und zwar die Entwicklung desExplosionsmotors zur Serienreife und seine Ortsunabhängigkeit. Es gibtnur wenige Innovationen, die einen so tiefgreifenden Einfluss auf die tech-nische und auch gesellschaftliche Entwicklung gehabt haben wie der Otto-Motor.Zwar spielte die Dampfmaschine im 19. Jahrhundert bei der Indus-trialisierung noch die dominierende Rolle, doch war ihr Einsatz mit erheb-lichen Nachteilen verbunden, so war ihr Wirkungsgrad abhängig von derMaschinengröße.Als wirtschaftliche Alternative bot sich Leuchtgas an,daspreiswert aus Steinkohle gewonnen werden konnte. Alleine in den Jahren1838 bis 1854 gab es neun internationale Patentinhaber für Gasmaschinen.Den ersten wirtschaftlich nutzbaren Erfolg auf diesem Forschungsgebieterzielte Jean Joseph Lenoir, der 1860 einen unverdichteten Gasmotor mitsechs Liter Hubraum und ca. 1 PS Leistung zum Patent anmeldete. Die Ma-schine arbeitete als doppeltwirkender Zweitakter,bei dem das unverdichte-te Gas-Luft-Gemisch abwechselnd auf beiden Seiten des Scheibenkolbens

Immo Sievers 5

elektrisch gezündet wurde. Obwohl der Motor wegen des hohen Gas- undSchmierölverbrauchs dem wirtschaftlichen Vergleich mit einer Dampfma-schine nicht standhielt, wurden erstmals in der Motorengeschichte aufindustrieller Basis mehrere hundert Motoren von Maschinenbaufirmenhergestellt. Die hohe mechanische Belastung des Motors ließ nur geringeLeistungsgrößen zu. Für kleinere Betriebe, die sich von der wachsendenIndustrie bedroht sahen, bedeutete der Motor noch keine wirkliche, finan-zierbareAntriebsalternative,als die er gedacht war.Durch zahlreicheVeröf-fentlichungen über den Lenoir-Motor, indenen über seine Funktionsweise,seine Einsatzmöglichkeiten und seine Verbreitung berichtet wurde, hatteauch der Kaufmann Nicolaus August Otto von dem Gas-Motor erfahren.

3 Der Otto-Motor

Otto, 1832 als Sohn eines Gastwirtes geboren, absolvierte eine kaufmän-nische Lehre und wurde schließlich Handelsvertreter für eine Kölner Fir-ma. Zusammen mit seinem Bruder Wilhelm begann Nicolaus Otto mitden ersten Experimenten zur Verbesserung des Lenoirschen Motors. Siereichten 1861 ihren ersten Patentantrag beim Preußischen Patentamt aufeinen Spiritus-Verdampfer ein. Dieser Antrag wurde abgelehnt und Ottoließ weitere Versuche mit flüssigem Kraftstoff fallen. Er wandte sich demschon von der Dampfmaschine her bekannten Funktionsprinzip des at-mosphärischen Motors zu, das er als Viertakt-Gasmotor realisieren wollte.Anstelle des Explosionsstoßes sollte der atmosphärische Druck die Arbeitverrichten und gleichzeitig die mechanische Belastung des Motors verrin-gern. Doch Ottos erster Viertaktmotor, den er bereits 1862 fertiggestellthatte, zerbrach nach einiger Zeit, da die Explosionsstöße noch zu hart wa-ren. Aber der Autodidakt hatte durch zahlreiche Versuche den richtigenWeg gefunden, sein Motor arbeitete in den vier Takten „ansaugen – ver-dichten – verbrennen – ausschieben“.Wobei allerdings die Druckproblemedes direktwirkenden Viertaktmotors noch nicht gelöst waren.

Deshalb konstruierte Otto 1863 einen Gasmotor,bei dem der Atmosphä-rendruck im Zylinder stoßdämpfend wirkte und den Lauf der Maschineberuhigte. Auf diese Erfindung wurde Otto in verschiedenen deutschenStaaten sowie in Belgien, Frankreich und England Patentschutz gewährt.1864 kam Karl Eugen Langen als Partner für die neu gegründete Firma„N.A. Otto & Cie“ hinzu. Langen brachte nicht nur Kapital in die Firma,sondern verfügte auch über eine technische Ausbildungund berufliche Er-fahrungen im Maschinenbau. Unterstützt von Langen konnte Otto seinenMotor technisch vervollkommnen. Internationale Anerkennung erreichteer für seinen Gasmotor auf der Pariser Weltausstellung 1867. Obwohl derMotor noch unruhig und vor allem laut lief, lag sein Gasverbrauch bei nureinem Drittel des Lenoir-Motors.

6 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

Abb. 2 Otto-Motor 1867 Abb. 3 Otto-Motor 1874

Mit der Goldmedaille in Paris begann für das Unternehmen der wirt-schaftliche Aufschwung und der internationale Absatz. Zwar eignete sichder Motor noch nicht für eine allgemeine Nutzung in der Industrie oderim Handel, aber es gab durchaus Marktnischen, wie Buchdruckereien, woder Otto-Motor seine Vorteile ausspielen konnte und bis 1876 wurden in-klusive der Lizenzfertigungen ca. 5.000 Gasmotoren gebaut. Bereits 1869wurde eine neue Fabrik in Deutz errichtet und 1872 wurde die Aktien-gesellschaft Gasmotoren-Fabrik Deutz gegründet. Im gleichen Jahr tratenGottlieb Daimler als technischer Direktor und Wilhelm Maybach als Leiterdes Zeichnungsbüros in die Firma ein. Zu Maybachs Aufgaben gehörte esauch, den Gasmotor zu verbessern. Um den Patentschutz auf den Motorzu erhalten, bemühte man sich durch neue Konstruktionsmerkmale denAnspruchauszudehnen. Dies und eine Leistungssteigerung auf 3 PS wurdedurch eine neue Steuerung erreicht. Trotzdem begann Mitte der siebzigerJahre die Nachfrage zu sinken.Neben der Rezession durchdie Gründerkrisewirkte sich auch die Konkurrenz durch Heißluftmotoren erschwerend aus.

Um konkurrenzfähig bleiben zu können, musste eine neue Maschinemit größerer Leistungsfähigkeit entwickelt werden. Vor allem musste sieuniversell einzusetzen sein, um möglichst eine breite industrielle Verwen-dung finden zu können. Den konstruktiven Grundgedanken für den di-rekt und mit höherem Druck arbeitenden „Hochdruckmotor“ hatte Ottobereits 1862 entworfen, die technische Umsetzung allerdings scheiterte an

Immo Sievers 7

Abb. 4 Eugen Langen, 1890 Abb. 5 Nicolaus Otto, 1890

dem Problem der Luft-Gas-Gemischbildung,die einerseits leicht zu zündensein musste und andererseits nicht zu heftige Explosionsstöße verursachendurfte.

Ein Problem, das Otto lange Zeit beschäftigte, ohne dass er eine befrie-digende Lösung finden konnte. 1875 wurden die Forschungsarbeiten inDeutz forciert, für Otto wurde ein eigenes Versuchslabor eingerichtet undals sein persönlicher Mitarbeiter der Ingenieur Franz Rings eingestellt.Noch im Laufe des Jahres 1875 konnte Otto das Problem der Gemischbil-dung durch Kompression lösen, wobei kleine Mengen zündfähigen Gemi-sches in der Luftladung schweben sollten, ohne sich mit ihr zu vermischen.Dieser als Schichtenbildung im Patent DRP 532 beschriebene Vorgang re-duzierte nicht nur die mechanische Belastung, sondern erhöhte auch denWirkungsgrad des Motors. Schon in dieser Frühphase war die TechnischeHochschule Berlin durch Prof. Dr. Franz Reuleaux an der Entwicklung be-teiligt.1 Reuleaux, der ein Studienfreund von Eugen Langen, dem Partnervon Otto in der Gasmotoren-Fabrik Deutz, war, hatte den Anstoß zur Kon-struktion einer „Hochdruckmaschine“, also eines Gasmotors mit Verdich-tung, 1875 gegeben.2 In seinem Brief vom 12. Juli 1875 an Eugen Langenschrieb er:

1 Franz Reuleaux, geb. am 30.09.1829 in Eschweiler, gest. am 20.08.1905 in Berlin. 1856-63 Professor am Polytechnikum in Zürich, ab 1864 Professur für Maschinenlehre amGewerbeinstitut in Berlin, von 1868 bis 1879 Direktor der Gewerbeakademie, die in derTechnischen Hochschule Berlin aufging. Ab 1879 Prorektor und 1890/91 Rektor der THBerlin.

2 Braun, Hans Joachim / Weber, Wolfhard: Ingenieurwissenschaft und Gesellschaftspoli-tik – Das Wirken von Franz Reuleaux. In: Wissenschaft und Gesellschaft Beiträge zurGeschichte der Technischen Universität Berlin 1879–1979, Berlin, 1979, S. 285–290

8 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

„Was also zu geschehenhat, ist, dass sofort in Eurer Fabrik die Hochdruck-maschine hervorgesucht und in eine praktische Form gebracht wird. DieDaimleriaden sind mit einem Ruck zu den Akten zu legen . . . Herr Ottomuss auf die Hinterbeine, Herr Daimler auf die vorderen meinetwegen,aber es darf keine Zeit mehr versäumt werden“.3

Mit„Daimleriaden“ meinte ReuleauxVorschläge von Gottlieb Daimler, denbisherigen atmosphärischen Otto-Motor, der ohne Verdichtung mit einemFlugkolben, Freilauf und Zahnstangen-Schwungradantrieb arbeitete, aufVerdichtung und Kurbelbetrieb umzubauen.Die in Reuleaux’salopper For-mulierung erkennbare Gereiztheit Daimler gegenüber beruhte auf den zu-nehmenden Spannungen zwischen Otto, dem Initiator und Mitbegründerder Fabrik, und dem 1872 hinzugekommenen Daimler. Otto, der sich trotzseiner Funktion als kaufmännischer Direktor als erfinderischen Kopf desUnternehmens betrachtete, und der im Maschinenbau kompetente Inge-nieur Daimler waren im Direktoriumgleichberechtigt.1875wollte Otto zu-nächst einen Heißluftmotor entwickeln,der„gleichsam mit comprimierterLuft angefüllt“ werden und mit immer „demselben Quantum Luft“ arbei-ten sollte, „welche abwechselnd erhitzt und gekühlt wird“. Reuleaux wiesdieses Projekt mit den Worten: „Man kultiviere die Gasmaschine. Die Ideemit der langsamen Verbrennung in hohem Luftdruck ist gewiss ausbild-bar. Darauf soll Otto sich legen, da steckt etwas drinn“4 zurück. Mit der„Hochdruckmaschine“, meinte er Ottos erste mit Verdichtung arbeitendeVersuchsmaschine, einen 1861 von dem Kölner Mechanikermeister Micha-el Joseph Zons gebauten Motor mit vier paarweise gegenüberliegendenZylindern, deren Arbeitskolben auf je einen Kurbelzapfen wirkten.

Noch nicht geklärt hatte Otto das Problem der Zündung,bei dessen Lö-sung man schon eindeutig den Informationsflussund Technologietransferim globalen Maschinenbau nachvollziehen kann. So beschrieb WilhelmMaybach 1921 in einem selbstverfassten Lebenslauf die verschiedenenTestreihen, für die u.a. Langen extra zwei Motoren des amerikanischenIngenieurs George Brayton angekauft hatte. In Deutz war man bei For-schungsarbeiten ausgesprochen innovativ. Schon um den Gasmotor zuverbessern, hatte man Maybach in der einschlägigen Fachliteratur undin- und ausländischen Patentschriften gezielt recherchieren lassen.An derProblemlösung der Zündung des Hochdruckmotorswar er allerdings nichtbeteiligt.

Otto entwickelte eine vom atmosphärischen Motor übernommene Zün-dungsmethode weiter, bei der ein Steuerschieber mit einer Flamme dasGemisch durch einen „Schusskanal“ entzündete. Otto und Rings konstru-ierten eine Versuchsmaschine, die im Frühjahr 1876 betriebsbereit war.

3 Sass, Friedrich: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaues von 1860 bis 1918,Berlin, 1962, S. 40

4 Brief Reuleaux an Langen vom 19. Juli 1875

Immo Sievers 9

Abb. 6 Die Geburtsurkunde des modernen Verbrennungsmotors, 1876

Und am 9. Mai 1876 war es soweit, das erste Diagramm des neuen Mo-tors mit einem einwandfreien Verlauf konnte aufgezeichnet werden. Heutewird dieses Diagramm, das Wilhelm Maybach aufgehoben hatte, als Ge-burtsurkunde des modernenVerbrennungsmotors angesehen,denn es ent-hält alle seine charakteristischen Merkmale. Otto war es gelungen, durchdas Viertaktprinzip die mechanische Belastung des Motors zu reduzierenund durch die Kompression des Gemisches den Wirkungsgrad und dieWirtschaftlichkeit des Motors zu erhöhen. Der Motor hatte einen geringenVerbrauch, lief gleichmäßig und leise, seine Bauweise war nach der Über-arbeitung durch Maybach kompakt und er war einfach zu bedienen. DerMotor hatte 6.100 cm3 und leistete bei 180 U/min 3 PS.

Da man sich in Deutz des Wertes dieser Innovation voll bewusst war, be-antragte die Firma bereits vier Wochen später ein Patent in Elsaß-Lothrin-gen.Dort waren dieVorprüfungsverfahren nicht ganz so strikt wie in Preu-ßen,zu dem Deutz ja eigentlich gehörte.Erst mit dem einheitlichen Reichs-patentgesetz von 1877 wurde ihr das DRP. 532 am 4.August 1877 verliehen.Dieses aus fünf Ansprüchen bestehende Patent verhinderte eine Zeitlangdie schnelle Verbreitung des Otto-Motors in Europa und Amerika. Es gibtwohl auch heute noch kaum ein Patent, über das so viel geschrieben undprozessiert wurde. Nach zahlreichen Verhandlungen wurden die Ansprü-che auf Gemischbildung,Verbrennung und vor allem auf das Viertaktver-fahren am 30. Januar 1886 durch das Reichsgericht aufgehoben. Nun warder Weg frei für viele Konstrukteure, unter ihnen Karl Benz und GottliebDaimler, selbst Viertaktmotoren zu bauen. Nachdem der Otto-Motor, derzunächst mit Leuchtgas betrieben wurde, auch für flüssige Brennstoffe mo-difiziert worden war, konnte er universell eingesetzt werden und erlangteinnerhalb weniger Jahre weltweiteVerbreitung.Er wurde unter dem Namen

10 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

Abb. 7 Notizen von Benz über Versuche mit einer elektrischen Zündung amZweitakt-Motor, 1882

seines Konstrukteurs der erste massenhaft hergestellte Verbrennungsmo-tor, dessen Bedeutung durch den Einsatz als Automobilantrieb bis heuteungebrochen ist.

Zu den zahlreichen Konstrukteuren,die nun begannenViertaktmotorenzu bauen, gehörte auch Karl Benz. Er hatte aber noch mit dem „Problemder Probleme“ im frühen Verbrennungsmotorenbau zu kämpfen, der Zün-dung.Auf Grund der Feuergefährlichkeit des neuen Antriebsstoffes wurdevon allen an der Entwicklung beteiligten Ingenieuren nach Alternativengesucht. So hatte Joseph Lenoir für seinen Gasmotor 1860 eine elektrischeZündung konstruiert und Zündkerzen dafür entwickelt. 1877 wurden inDeutz Versuche mit einem Wechselstrominduktor von Siemens vorgenom-men. Ab 1878 experimentierte Otto mit einer elektrischen Zündung, beider die Funken zur Gemischzündung durch die „Ankermethode“ erzeugtwerden sollten. Schließlich gelang es ihm 1884 eine elektromagnetischeNiederspannungszündung zu konstruieren,die für orts- und drehzahlfesteMotoren einen wesentlichen Fortschritt bedeutete. Allerdings hat man inDeutz diese Entwicklung nicht weiterverfolgt und auch nicht patentierenlassen, so dass Robert Bosch später diese Methode vervollkommnen undvermarkten konnte.

4 Gründung der Königlichen Technischen Hochschulezu Berlin

Voraussetzung für die technischen Umwälzungen in Preußen waren diebeiden traditionellen Triebfederndes Maschinenbaus,zum einen der Berg-bau und zum anderen die Textilindustrie. Die Industrielle Revolution in

Immo Sievers 11

England hatte gerade in diesen beiden Industriezweigen die Grundlagengeschaffen,die den Maschinenbau in Europa, insbesondere den Dampfma-schinenbau,wesentlich befruchtet haben.Gegen Ende des 19. Jahrhundertskam noch der Elektromaschinenbau hinzu,während derVerbrennungsmo-tor noch eine relativ geringe Rolle spielte.Der von Joseph Lenoir entwickelteGasmotor wurde zwar in größeren Stückzahlen hergestellt, war aber nochunwirtschaftlich. Und auch der von Nicolaus Otto entwickelte Viertakt-Motor war leistungsmäßig keine Konkurrenz zur Dampfmaschine oder zuElektromotoren.5

Abb. 8 Die Königlich Technische Hochschule zu Berlin im Bau nach Plänen vonRichard Lucae, 1880

In Preußen war dieser Fortschritt in den letzten Jahrzehnten des 19. Jahr-hunderts besonders stürmisch verlaufen. Zusammen mit anderen deut-schen Ländern versuchte man den deutlichen industriellenVorsprung Eng-lands und anderer Staaten aufzuholen. So wurde in Preußen bereits 1811die Gewerbefreiheit eingeführt, vor Westfalen (1812) und mehr als 50 Jahrefrüher als in Sachsen und Baden (1861), Württemberg (1864) und Bayern(1868).Eine ähnliche Entwicklung gab es im Bildungssystem, insbesonderebei der Ausbildung von Ingenieuren. In allen Industriestaaten zeigte sichdie Notwendigkeit, eine technische Ausbildung und berufliche Organisati-on auf nationaler Ebene für Ingenieure zu schaffen, um die wirtschaftlich-technische Expansion voran zu treiben. Der bis dahin praktizierte Techno-logietransfer durch das Anwerben englischer Mechaniker hatte in keinemLand Erfolg. In Frankreich führte diese Erkenntnis schon in der erstenHälfte des 19. Jahrhunderts zur Gründung von „écoles polytechniques“

5 Sievers, Immo: 140 Jahre Motoren aus Deutz in MTZ, 6/2004, 65. Jg., S. 462–465

12 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

und der “societé des ingénieurs civils“. In allen deutschen Staaten wurdenzeitgleich Gewerbeschulen und Institute gründet, die anfangs keine for-male Qualifikation als Ausbildungsvoraussetzung verlangten. Dies ändertesich nach der Gründung des Vereins Deutscher Ingenieure 1856 und derReichseinigung 1871. Das Ausbildungssystem der Ingenieure wurde nachakademischen Vorstellungen organisiert und mündete in die Gründungvon Technischen Hochschulen. Beispiele dafür sind die Königlich Preußi-sche Technische Hochschule in Berlin, die 1879 entstand, oder die Königli-che Sächsische Technische Hochschule in Dresden,die, 1828 als TechnischeBildungsanstalt gegründet, 1851 in Königlich Sächsische PolytechnischeSchule umbenannt und 1890 zur Hochschule ernannt wurde.6

Während diese Institute eine wissenschaftliche Ausrichtung der Ausbil-dung anstrebten, waren es die Fachschulen in Deutschland, die einen pra-xisbezogenen Unterricht anboten.Neben staatlichen Einrichtungen, gab esauch private Technika,wie das 1867 gegründete Technikum Mittweida.Ausder Erkenntnis heraus, dass ein großer Bedarf an Ingenieuren vorhandenwar, die Maschinen konstruieren und diese auch in der Fabrikation einset-zen konnten, wurden diese Schulen oft von Privatpersonen oder örtlichenVereinen gegründet.Die Ausbildung war an den praxisnahen Bedürfnisseneiner immer schneller wachsenden Industrialisierung ausgerichtet, die dietraditionelle Handwerker-Ausbildung überforderte, aber keine theoretischwissenschaftliche Forschung voraussetzte. Diese Schulen nahmen Schülermit praktischen Vorkenntnissen auch ohne Abschlüsse wie das Abitur aufund bildeten sie zu Ingenieuren aus. Erst später wandelten auch sie ihreStrukturen und versuchten den anerkannten Status von Fachhochschulenzu erreichen.

Gerade im pragmatischen und strikt auf den staatlichen Nutzen ausge-richteten Preußen wurde die Ausbildung der „Techniker“ schon seit dem18. Jahrhundert gefördert. Ausdruck hierfür sind die durch Friedrich denGroßen eingeführten Reformen und die 1770 durch Anton von Heinitz ge-gründete Bergakademie. Letztere wurde die älteste Vorgängereinrichtungder Königlichen Technischen Hochschule Berlin. Mit der Gründung derBauakademie unter David Gilly 1799, der landwirtschaftlichen Akademieunter Albrecht Thaer 1806 und des Gewerbeinstituts unter Christian PeterWilhelm Beuth 1821 sind die wichtigsten Vorläufereinrichtungen genannt,die am 17.März 1879 durch Ministerialerlass zur„Königlichen TechnischenHochschule zu Berlin“ zusammengefasst wurden. Die Hochschule glieder-te sich in fünf Abteilungen: Architektur, Bauingenieurwesen, Chemie undHüttenkunde, allgemeine Wissenschaften und Maschinen-Ingenieurweseneinschließlich Schiffsbau. Die Hochschule errang bald nach ihrer Grün-dung Weltruf. Begründet wurde dieser Ruf durch namhafte Forscher, diehier lehrten.Auf dem Gebiet des Maschinenbaus waren es zwei bedeutende

6 Weber,Wolfgang: Ingenieure und Technik in Staat und Wirtschaft. In: Hrsg. König,Wolf-gang: Propyläen Technikgeschichte, Berlin, 1997, Bd. 4, S. 111 ff.

Immo Sievers 13

Abb. 9 Hauptportal der TH Berlin 1906 fertiggestellt von Friedrich Hitzig undJulius Raschdorff

Gelehrte,die um dieVormachtstellung von Theorie und Praxis stritten.DerTheoretiker Franz Reuleaux (1829–1905) begründete die Kinematik neu.Hatte man die Getriebe bis dahin nach Zweck und Gestaltung definiert, sobegriff Reuleaux sie als Verbindung elementarer Körper, deren Bewegungeinander bewirken. Alle Bewegungen reduzierte er auf Elementenpaare(Schraube / Schraubenmutter), die in kinematischen Ketten Impulse über-tragen. Reuleaux gab Anstöße zur Entwicklung des Otto-Motors und dernahtlosen Röhren. Er initiierte das deutsche Patentgesetz und führte zahl-reiche neue Fachwörter (Regler, Werkstück) in die deutsche Sprache ein.Sein Gegner wurdeAlois Riedler7,der Reuleaux insAbseits drängte.Riedlerforderte den Primat der Anwendung und Wirtschaftlichkeit in den Überle-

7 Alois Riedler, geb. am 15. Mai 1850 in Graz, gest. am 25. Oktober 1936 in Wien. Berufung1880 an die Technischen Hochschule München, danach bekleidete er eine Professur ander Technischen Hochschule Aachen. Berufung 1888 an die TH Berlin, Professur fürMaschineningenieurwesen. 1899 Rektor der TH Berlin, 1920 emeritiert.Hunecke,Volker: Der Kampf ums Dasein und die Reform der technischen Erziehung imDenken Alois Riedlers. In: Wissenschaft und Gesellschaft Beiträge zur Geschichte derTechnischen Universität Berlin 1879–1979, Berlin, 1979, S. 301–313

14 Das Fachgebiet Kraftfahrzeuge der TU Berlin im Wandel der Zeit

gungen der Techniker und nannte Reuleaux„Kreidemaschinenbauer“.1888wurde er auf die Professur für Dampfmaschinen und Maschinenanlagen ander Technischen Hochschule Berlin berufen. Bei seiner Berufung handelteer aus, dass er an der Hochschule ein privates Konstruktionsbüro einrich-ten könne.8 Dort entwickelte er schnelllaufende Pumpen für den Einsatzin Wasserwerken und zur Wasserhaltung in Bergwerken. Diese Express-pumpen waren allerdings nach wenigen Jahren durch den Fortschritt aufdiesem Gebiet überholt, was blieb war der Grundgedanke, durch größereArbeitsgeschwindigkeit mehr Leistung zu erreichen.Eine wegweisende Er-kenntnis im Maschinenbau, nach der Riedler das Maschinenbauwesen inLehre und Forschung neuorientierte.9

Abb. 10 Prof. A. Riedler, 1910 Abb. 11 Prof. F. Reuleaux, 1890

Auch wenn Reuleaux und Riedler verschiedene Ansichten vertraten,wa-ren sie sich in einem Punkt einig: der deutsche Maschinenbau musste sichgrundlegend verbessern, um an den Weltstandard Anschluss zu finden.1876 hatte Reuleaux die Weltausstellung in Philadelphia / USA besucht undin seinen berühmt gewordenen „Briefen aus Philadelphia“ ein vernichten-des Urteil über die deutschen Produkte (billig und schlecht) gefällt. 1893besuchte Riedler die Weltausstellung in Chicago, im Anschluss an dieseReise verfasste er eine Denkschrift, die die Errichtung von Maschinenlabo-ratorien an den deutschen Technischen Hochschulen forderte. Angelehntan die amerikanischen Ausbildungsmethoden entwickelte Riedler darinMethoden für eine bessere Ausbildung der Studenten im praktischen Um-

8 Manegold,Karl-Heinz:Alois Riedler, in:Berlinische Lebensbilder – techniker,Hrsg.Treue,Wilhelm/König,Wolfgang, Berlin, 1990, S. 292–307

9 Manegold, S. 303

Immo Sievers 15

gang mit den Maschinen. Als Folge dieser Erkenntnisse wurden 1895 vomVerein Deutscher Ingenieure (VDI) die sogenannten„Aachener Beschlüsse“gefasst, in denen die Reformierung des Unterrichts an Technischen Hoch-schulen und die Einrichtung von Ingenieurlaboratorien gefordert wurden.Bereits ein Jahr später wurden an der Technischen Hochschule Berlin einFestigkeits- und ein Maschinenlaboratoriumeingerichtet. Letzteres entwi-ckelte sich durch Riedlers Engagement und Spenden aus der Wirtschaftrasch zum größten seiner Art in Deutschland.Aus Protest gegen die Anlagedieses Laboratoriums, für das Riedler auch die Unterstützung der preußi-schen Regierung erhielt, verließ Reuleaux 1896 die Hochschule.Vier Jahrespäter folgte die Einrichtung einer Versuchsanstalt für Wassermotoren und1902 nach amerikanischem Vorbild eine Prüfanlage für Lokomotiven. 1903wurde das Laboratorium für Verbrennungskraftmaschinen unter Leitungvon Riedler gegründet und ein elektrotechnischesVersuchsfeld eingerich-tet, das u.a. von Prof. Dr. Georg Klingenberg betreut wurde. 1906 folgtendas Versuchsfeld für Maschinenelemente und das Laboratorium für Werk-zeugmaschinen, letzteres unter der Leitung von Prof.Dr.Georg Schlesinger,der seit 1904 den neu gegründeten Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen undFabrikbetrieb inne hatte.10

Riedlers Bestrebungen die Technikerausbildung in Deutschland zu re-formieren und ihr nicht nur neue Inhalte und Ziele zu geben, sondern ihrauch in der Gesellschaft ein gleichberechtigtes Ansehen mit geisteswis-senschaftlichen Fächern zu verschaffen, gipfelten in der Erklärung, dassdas Promotionsrecht der Technischen Hochschulen eine Lebensfrage dergesamten deutschen Technik sei. In dieser Forderung nach akademischerGleichberechtigung wurde er von Prof. Dr.Adolf Slaby unterstützt.11 Slabyhatte direkten Zugang zu Kaiser Wilhelm II.,der sich gelegentlichVorlesun-gen von Slaby anhörte und von diesem in technischen Fragen beraten wur-de.Riedler und Slaby nutzten das Interesse des Kaisers, so dass dieser trotzerheblicher Widerständeder Universitäten anlässlich der Hundertjahrfeierder TH Berlin 1899 allen Technischen Hochschulen in Preußen das Promo-tionsrecht verlieh. Mit diesem „Ritterschlag für die Technik“ hatte Riedlernicht nur den Zenit seiner akademischen Karriere erreicht, sondern aucheine wahre Technikbegeisterung unter den Studenten ausgelöst. Beleg fürdiese Begeisterung ist der Ehrenschild, den die Studentenschaft 1899 an-lässlich der Hundertjahrfeier Prof. Riedler gewidmet hat und der heute imEingangsbereich des Institutes hängt.

10 Georg Schlesinger, geb. am 17. Januar 1874 in Berlin, gest. am 6. Oktober 1949 in London.Berufung an die TH Berlin 1904, 1933 entlassen. 1934 Professur in Zürich, 1934–1938Professur in Brüssel,ab 1939 in London.Wegbereiter der Rationalisierung in Deutschland

11 Adolf Slaby, geb. 18.April 1849 in Berlin, gest. am 6.April 1913 ebenda. Slaby habilitiertesich 1876 an der Gewerbeakademie für das Fach Theoretische Maschinenlehre. 1882wurde Slaby zum Professor für„Theoretische Maschinenlehre und Elektrotechnik“ an derTH Berlin berufen. 1894 Berufung zum Professor für Elektrotechnik, 1903 Mitbegründerder AEG.