Wenn Hans Meixner auf die Strasse schaut, kann er unter den Motorhauben der vorbei fahrenden Autos häufig seine eigene Entwicklung erahnen. Inzwischen ist die Zeit reif für seine so genannte Piezoeinspritzdüse, sagt der "Abteilungsbevollmächtigte für Sensor- und Aktuatortechnik" bei Siemens, denn sie schont Umwelt und Geldbeutel.
"Piezo kommt aus dem Griechischen und heißt "ich drücke", und wenn Sie auf solchen Piezomaterialien mit dem Finger oder mit einem Gewicht draufdrücken, dann wird in diesem Material Spannung und Ladung generiert. Elektrische Spannung und elektrische Ladung."
Das ist seit rund 100 Jahren zum Beispiel für Quarz bekannt. Die Entwickler bei Siemens nutzen den umgekehrten Effekt aus. Wenn sie eine elektrische Spannung an einen Zylinder aus Piezokristall anlegen, dann wird er länger. Das ganze geht sehr, sehr schnell, in etwa 60 Millionstel Sekunden. Meixner:
"Und auf der anderen Seite sind diese piezoelektrischen Materialien so wahnsinnig kräftig, sie können einen Elefant in dieser kurzen Zeit hochheben."
In der Einspritzdüse muss das Piezomaterial zwar keine Tiere stemmen, aber trotzdem Höchstleistungen vollbringen. Sie regelt, wann wie viel Kraftstoff in die Zylinder eines Motors gespritzt wird. Je schneller und um so höhere Drücke sie schalten kann, um so genauer lässt sich die Verbrennung im Zylinder steuern. Das Zauberwort ist "taylor made", also maßgeschneiderte Verbrennung. Meixner:
"Taylor made meint, dass man damit die Verbrennung so gestalten kann, dass die Abgasemissionen auf ein Minimum zusammenfallen, und insbesondere bei den Dieselfahrzeugen die Rußpartikel, die kann ich reduzieren. Wenn die Verbrennung stattgefunden hat, kann ich noch einmal in das heiße Abgas, kann ich dort noch mal nacheinspritzen mit dem Kraftstoff, und die Partikel werden bei den hohen Abgastemperaturen noch mal verbrannt."
Und damit wird der berüchtigte Rußausstoß der Dieselfahrzeuge weiter reduziert. Die Einspritzdüse erinnert dabei an einen etwas zu dick geratenen Kugelschreiber. Im Innern sitzt ein vier Zentimeter langer Zylinder aus dem Piezomaterial, das sich mit elektrischer Spannung um ein Zwanzigstel Millimeter verlängern oder verkürzen lässt. Das reicht nicht aus, deshalb wird mit einer Hydraulik die Weglänge vergrößert. Am Ende angebracht bewegt sich eine Nadel wie die Mine in der Kugelschreiberspitze. Sie öffnet und verschließt damit die Düse. Das Prinzip ist simpel, doch der Teufel steckte im Detail. Der Piezo muss die schnellen Schaltvorgänge und die hohen Temperaturen aushalten und er muss in der Massenfertigung billig sein. Doch nicht nur deshalb dauerte es 20 Jahre vom Start der Entwicklung bis die Düse auf den Markt kam. Das war im Jahr 2000. Meixner:
"Als Forscher glaubt man ja immer, das was man so entwickelt und auf Papier gebracht hat, dass das morgen schon umgesetzt wird. Es muss die Zeit dafür reif sein. Und damals war die Zeit noch nicht reif gewesen, A von den Kraftstoffpreisen, und auch von der Ideologie, der richtigen Ideologie, möglichst ressourcenschonendes Fahren zu installieren."
Trotzdem waren die Voraussetzungen bei Siemens für so eine Innovation damals sehr gut. Hans Meixner konnte alle relevanten Techniken im Unternehmen selber finden. Das wäre heute nicht mehr so, denn viele Bereiche, auch die, zu denen die Produktion von Piezomaterialien gehörte, wurden ausgelagert. Seit 2003 können deshalb auch Konkurrenten Piezomaterialien aus der ehemaligen Siemensfabrik kaufen. Zum Beispiel die Firma Bosch, erklärt Hans Meixner, die auch schon seit langem an der Entwicklung von Piezoeinspritzdüsen gearbeitet hat und nun einen Mitarbeiter im Gewinnerteam stellt. Siemens und Bosch schätzen, dass allein sie durch diese Entwicklung etwa 6000 Menschen in Deutschland in Lohn und Brot halten. Und es geht weiter. Meixner:
"Und mit dieser gleichen Technik gehen wir jetzt auch in die Ottofahrzeuge, und kommen dann auch bei den Ottofahrzeugen in diese Größenordnung 20 Prozent Kraftstoffreduktion."
Dann wird wohl auch Hans Meixner in den Genuss seiner eigenen Entwicklung kommen. Denn er fährt einen Benziner, einen BMW mit Ottomotor.
"Piezo kommt aus dem Griechischen und heißt "ich drücke", und wenn Sie auf solchen Piezomaterialien mit dem Finger oder mit einem Gewicht draufdrücken, dann wird in diesem Material Spannung und Ladung generiert. Elektrische Spannung und elektrische Ladung."
Das ist seit rund 100 Jahren zum Beispiel für Quarz bekannt. Die Entwickler bei Siemens nutzen den umgekehrten Effekt aus. Wenn sie eine elektrische Spannung an einen Zylinder aus Piezokristall anlegen, dann wird er länger. Das ganze geht sehr, sehr schnell, in etwa 60 Millionstel Sekunden. Meixner:
"Und auf der anderen Seite sind diese piezoelektrischen Materialien so wahnsinnig kräftig, sie können einen Elefant in dieser kurzen Zeit hochheben."
In der Einspritzdüse muss das Piezomaterial zwar keine Tiere stemmen, aber trotzdem Höchstleistungen vollbringen. Sie regelt, wann wie viel Kraftstoff in die Zylinder eines Motors gespritzt wird. Je schneller und um so höhere Drücke sie schalten kann, um so genauer lässt sich die Verbrennung im Zylinder steuern. Das Zauberwort ist "taylor made", also maßgeschneiderte Verbrennung. Meixner:
"Taylor made meint, dass man damit die Verbrennung so gestalten kann, dass die Abgasemissionen auf ein Minimum zusammenfallen, und insbesondere bei den Dieselfahrzeugen die Rußpartikel, die kann ich reduzieren. Wenn die Verbrennung stattgefunden hat, kann ich noch einmal in das heiße Abgas, kann ich dort noch mal nacheinspritzen mit dem Kraftstoff, und die Partikel werden bei den hohen Abgastemperaturen noch mal verbrannt."
Und damit wird der berüchtigte Rußausstoß der Dieselfahrzeuge weiter reduziert. Die Einspritzdüse erinnert dabei an einen etwas zu dick geratenen Kugelschreiber. Im Innern sitzt ein vier Zentimeter langer Zylinder aus dem Piezomaterial, das sich mit elektrischer Spannung um ein Zwanzigstel Millimeter verlängern oder verkürzen lässt. Das reicht nicht aus, deshalb wird mit einer Hydraulik die Weglänge vergrößert. Am Ende angebracht bewegt sich eine Nadel wie die Mine in der Kugelschreiberspitze. Sie öffnet und verschließt damit die Düse. Das Prinzip ist simpel, doch der Teufel steckte im Detail. Der Piezo muss die schnellen Schaltvorgänge und die hohen Temperaturen aushalten und er muss in der Massenfertigung billig sein. Doch nicht nur deshalb dauerte es 20 Jahre vom Start der Entwicklung bis die Düse auf den Markt kam. Das war im Jahr 2000. Meixner:
"Als Forscher glaubt man ja immer, das was man so entwickelt und auf Papier gebracht hat, dass das morgen schon umgesetzt wird. Es muss die Zeit dafür reif sein. Und damals war die Zeit noch nicht reif gewesen, A von den Kraftstoffpreisen, und auch von der Ideologie, der richtigen Ideologie, möglichst ressourcenschonendes Fahren zu installieren."
Trotzdem waren die Voraussetzungen bei Siemens für so eine Innovation damals sehr gut. Hans Meixner konnte alle relevanten Techniken im Unternehmen selber finden. Das wäre heute nicht mehr so, denn viele Bereiche, auch die, zu denen die Produktion von Piezomaterialien gehörte, wurden ausgelagert. Seit 2003 können deshalb auch Konkurrenten Piezomaterialien aus der ehemaligen Siemensfabrik kaufen. Zum Beispiel die Firma Bosch, erklärt Hans Meixner, die auch schon seit langem an der Entwicklung von Piezoeinspritzdüsen gearbeitet hat und nun einen Mitarbeiter im Gewinnerteam stellt. Siemens und Bosch schätzen, dass allein sie durch diese Entwicklung etwa 6000 Menschen in Deutschland in Lohn und Brot halten. Und es geht weiter. Meixner:
"Und mit dieser gleichen Technik gehen wir jetzt auch in die Ottofahrzeuge, und kommen dann auch bei den Ottofahrzeugen in diese Größenordnung 20 Prozent Kraftstoffreduktion."
Dann wird wohl auch Hans Meixner in den Genuss seiner eigenen Entwicklung kommen. Denn er fährt einen Benziner, einen BMW mit Ottomotor.
