DIM31: Auf dem Prüfstand

Prüfstandmeister Philipp Band fährt den Wagen vor. Langsam rollen die Räder auf die metallischen Walzen des Allradprüfstands. Ein letztes Nachjustieren, dann steht der Wagen perfekt zentral vor dem enormen Fahrtwindgebläse. Ein konstantes Rauschen der Belüftungsanlage erfüllt die Halle. Mit schweren stählernen Bolzen werden Front und Heck gesichert, dann der Abgasschlauch am Auspuff angebracht. Hinter Fensterscheiben, im Leitstand nebenan, die Blicke konzentriert auf die Bildschirme gerichtet, sitzen der wissenschaftliche Mitarbeiter Daniel Busse und der Leiter des Allradprüfstands Prof. Dr. Thomas Esch. Per Handfunkgerät gehen sie mit dem Kollegen die nächsten Schritte durch. Die letzten Vorbereitungen werden getroffen, dann fängt der Wagen an zu beschleunigen. Der Fahrzyklus beginnt.

Ein Meilenstein für zukunfts- und praxisorientierte Lehre

In unmittelbarer Nähe zum Kompetenzzentrum Mobilität (KMAC) und zu den Gebäuden der Fachbereiche Luft- und Raumfahrttechnik sowie Maschinenbau und Mechatronik befindet sich das neue Prüfstandgebäude der FH Aachen. 2022 wurde es durch den Bau- und Liegenschaftsbetrieb (BLB) NRW Aachen an die Hochschule übergeben. Das nach außen hin unscheinbar wirkende, graue Gebäude birgt einen Meilenstein für eine zukunfts- und praxisorientierte Lehre an der FH. Ausgestattet mit einem Allradprüfstand, der neben der Prüfung von Verbrennungsmotoren auch für Hybrid- sowie batterieelektrische Antriebe eingesetzt werden kann, wartet das PSG auch mit einer Absorberkammer für Messungen elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) auf.

"Das kann man draußen auf der Teststrecke so nicht."

Daniel Busse

"Die Studierenden können direkt nachverfolgen, wo was im Fahrzeug passiert"

Die Straßenlastsimulation, die Band und Busse zusammen mit Prof. Dr. Esch vorbereiten, ist eine von vielen Möglichkeiten, wie Studierende der Fahrzeug- und Antriebstechnik am Prüf- und Leitstand Studieninhalte praxisnah lernen und anwenden können. Während der laufenden Messung können die ermittelten Daten des Fahrzeugs in Echtzeit auf die Monitore des Leitstands übertragen werden und somit zu einem erweiterten Verständnis für Energieumsetzung und Fahrzeugentwicklung beitragen. „Die Studierenden können direkt nachverfolgen, wo was in dem Fahrzeug passiert“, erklärt Prof. Dr. Esch, der in den Gebieten der Thermodynamik und Verbrennungstechnik forscht und lehrt.

Bis zu 250 Kilometer pro Stunde sind möglich

Auf bis zu 250 Kilometer pro Stunde können die Fahrzeuge auf den 1,20 Meter großen Prüfstandrollen beschleunigt werden. Die Technik dafür befindet sich in einer 3 Meter tiefen Grube unterhalb der Fahrzeuge. Durch die teerähnliche Beschichtung der Rollen sowie die Erzeugung unterschiedlicher Windgeschwindigkeiten wird das Fahrzeug in der sogenannten Längsdynamiksimulation nahezu identischen Bedingungen wie auf der Straße ausgesetzt. Sowohl die Temperatur als auch die Luftfeuchtigkeit in der Halle lassen sich auf verschiedene Messungen und Fahrzyklen einstellen und sorgen für gleichbleibende Testergebnisse.

Ein Praktikum könnte demnach wie folgt ablaufen: In der ersten Phase führen die Studierenden einen Ausrollversuch durch, bei dem ein Fahrzeug auf der Teststrecke auf 130 Kilometer pro Stunde beschleunigt wird. Sobald es diese Geschwindigkeit erreicht hat, lässt man es ohne Einwirkung der Bremsen ausrollen. Die Zeit, die bis zum vollständigen Stehenbleiben der Räder vergeht, wird gemessen. In der zweiten Phase wird nun auf dem Prüfstand versucht, das Auto in der gleichen Zeit ausrollen zu lassen, indem unterschiedliche Parameter zum Rollen- und Luftwiderstand ausgetestet werden. Sobald diese Daten ermittelt sind, können die Studierenden in der dritten Phase eine Prüfstandmessung mit ähnlichen Bedingungen wie auf der Teststrecke durchführen. Im angrenzenden Labor werden die Bestandteile und Konzentrationen der erzeugten Emissionen per Beutelmessung analysiert und bis zu 10 Nanometer kleine Rußteilchen im Partikelzähler gezählt. Bis zu vier Phasen im Fahrzyklus können so getestet werden. Auf ähnliche Art und Weise lassen sich in Zukunft sowohl weitere Praktika als auch Abschlussarbeiten der Studierenden durchführen.

Eine Besonderheit, die der Hochschule in der Lehre zur Verfügung steht

„Durch den Prüfstand haben wir die Möglichkeit, zusätzliche Messtechnik an das Fahrzeug anzubringen. Diese können wir im Fall von Verbrennern an mehrere Stellen im Abgasstrang setzen. Dadurch ist es uns möglich, auch Rohabgase zu messen, was einen zusätzlichen Mehreffekt für die Lehre bereithält. Das kann man draußen auf der Teststrecke so nicht“, erklärt Busse. „Die Studierenden können genau nachvollziehen, an welchen Stellen ein Auto ‚dreckig‘ ist, wie warm ein Katalysator wird oder bei welchen Funktionen in einem elektrischen Auto am meisten Strom verbraucht wird. Und das Ganze in verschiedenen Betriebsmodi oder mit unterschiedlichen Schaltstrategien“, führt der wissenschaftliche Mitarbeiter weiter aus. Neben der Durchführung von gesetzeskonformen Abgasprüfungen gängiger Treibstoffe nach Euro-6-Norm können auch Sonderkraftstoffe wie etwa die synthetischen E-Fuels oder Biokraftstoffe auf dem Prüfstand unter die Lupe genommen werden. Messungen nach Euro-7-Norm seien ebenfalls in der Vorbereitung. Durch die individuelle Ansteuerung der vier elektrischen Motoren der Allradrolle lassen sich sowohl heck- als auch frontangetriebene Fahrzeuge oder Motorräder testen. „Das ist schon etwas Besonderes, auf jeden Fall“, bekundet Prüfstandmeister Band mit Blick auf das breite Spektrum an Messmöglichkeiten sowie die moderne und erweiterbare Ausstattung des Prüfstands, die der Hochschule für die Lehre zur Verfügung stehen.

"Realistischer kann man nicht ausbilden"

Ein intensiver, praktischer Fokus lässt sich ebenfalls in der auf den Lehrbetrieb ausgerichteten EMV-Halle der FH wiederfinden, die sich unter demselben Dach wie der Allradprüfstand befindet. Sicherheitssysteme, Steuerelemente und Multimediaanwendungen – mit den steigenden Anforderungen an moderne Mobilität wächst auch der Anteil elektronischer Komponenten in Fahrzeugen. Damit sich diese nicht untereinander durch die Aussendung elektromagnetischer Wellen beeinflussen und es im schlimmsten Fall durch Versagen eines Steuerelements zu einem Unfall kommt, werden alle verbauten Teile zuvor auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) überprüft. Bei der EMV-Überprüfung von elektrischen Komponenten wird sowohl die Störaussendung als auch die Störfestigkeit elektromagnetischer Phänomene bestimmt. Solche Messungen werden in speziellen Laboren durchgeführt, die durch einen großen metallischen Korpus von äußeren Einflüssen und elektronischen Geräten abgeschirmt sind. Im Inneren der Halle sieht es aus wie in einem Tonstudio: Die Wände sind mit Absorbern ausgestattet, die die Reflexion nicht etwa von Schallwellen, sondern von elektromagnetischen Wellen an den Wänden verhindern. Die EMV-Halle der FH Aachen zeichnet sich durch ihre Befahrbarkeit aus, die es erlaubt, ganze Fahrzeuge in Bewegung auf dem passiven Rollenprüfstand zu überprüfen. Dadurch werden Versuche möglich, die zeigen, ob und welche elektronischen Teile innerhalb eines Autos interferieren. Im Kontext der Nutzung im Lehrbetrieb einer Hochschule stellt dies eine Seltenheit dar.

2 Mitarbeitende arbeiten am Prüfstand vor Auto

IM EMV-Labor wird die Theorie in die Praxis umgesetzt

In Kooperation mit Partnern aus der Industrie können Studierende der Elektrotechnik in Praktika die elektromagnetische Verträglichkeit von Produkten und Bauteilen überprüfen. Von der Normrecherche über den Versuchsaufbau bis zur Präsentation der Ergebnisse vor den Firmen sind die Studierenden in einen Prozess nach Industriestandard involviert. „Realistischer kann man nicht ausbilden, denn das ist die Realität“, erklärt Prof. Dr. Michael Hillgärtner, der am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik zu Fahrzeugelektronik und EMV lehrt. „Die Studierenden lernen hier das Arbeiten in einem Hochtechnologielabor sowie die Recherche und Organisation eines Prüfplans, was zu einem umfassenden Verständnis für Ingenieurarbeit beiträgt. Zu Beginn ihres Studiums fragen sich die Studierenden oftmals, wofür sie die vielen theoretischen Grundlagen in den ersten Semestern lernen; hier im EMV-Labor fügen sich die Puzzleteile schließlich zusammen.“

Auf dem Prüfstand Zukunfts- und praxisorientierte Lehre im Prüfstandsgebäude der FH Aachen