Stell dir vor, du bist mit deinen Eltern im Auto auf einer rutschigen Straße unterwegs und ihr möchtet rechts abbiegen. Ihr habt es eilig und deine Mutter fährt etwas zu schnell in die Kurve. Sie muss stark abbremsen und fährt dann wieder normal weiter. So etwas passiert oft in Sekundenschnelle, ohne dass man es richtig wahrnimmt. Früher wäre ein schlimmer Unfall passiert, doch zum Glück geht es heutzutage meistens gut aus. Das liegt an ABS und ESP: Genius erklärt dir, wie diese Assistenzsysteme vor Unfällen schützen können.

Meilenstein in der Automobilgeschichte

Das Anti-Blockier-System (ABS) gibt es schon seit mehr als 70 Jahren. Zu diesem Zeitpunkt arbeitete unter anderem die Firma Bosch daran und brachte die zweite verbesserte Version des Systems 1978 in Serie auf den Markt. Bereits in diesem Jahr baute die Daimler AG das System in die ersten Autos ein. Die Erfindung des ABS war ein wichtiger Schritt für die Autobauer. Das System ermöglichte erstmals das Bremsen in einer Kurve und verhinderte, dass die Räder der Fahrzeuge beim starken Bremsen blockieren und das Auto ins Rutschen kommt.

Was sind ABS und ESP?
Das Umfahren von Hindernissen während des Bremsens auf einer Teststrecke – mit und ohne ABS

Wie funktioniert das ABS?

Bei einer Vollbremsung aus hoher Geschwindigkeit kommen die Räder eines Autos oft ins Rutschen – sie blockieren. Die Folge ist, dass der Fahrer das Auto nicht mehr unter Kontrolle hat. Außerdem kommt das Auto schlechter zum Stehen, da die Bremsen nur bei Haftreibung richtig bremsen können. Wenn die Räder allerdings rutschen, entsteht Gleitreibung. Wie der Name schon sagt: Das Auto gleitet dann auf der Straße und wird schlechter abgebremst.

Das Blockieren der Räder könnte der Fahrer in der Extremsituation verhindern, indem er den Druck auf die Bremse zu den richtigen Zeitpunkten immer wieder anhebt und absenkt. Doch das ist alles andere als einfach und für einen Fahrer in einer Situation, in der er zum Beispiel auf ein Hindernis zufährt, unmöglich. Deshalb greift das ABS für ihn ein und übernimmt die sogenannte Druckmodulation. „Raddrehzahlsensoren“ messen die aktuelle Raddrehzahl und melden sie an ein Steuergerät. Das Steuergerät wertet diese Informationen dann aus. Wenn es feststellt, dass ein Reifen zu blockieren droht, dann kann es den Bremsdruck nur auf diesem einzelnen Reifen reduzieren. Wenn der Reifen wieder läuft, wird der Bremsdruck vom System wieder erhöht, um das Auto so schnell wie möglich abzubremsen. Dadurch, dass die Reifen nicht blockieren und das Lenken weiter funktioniert, kann der Fahrer beim Bremsen sogar ein Hindernis umfahren.

Was sind ABS und ESP?
Hier siehst du wie das ESP reagiert wenn ein Auto übersteuert

Übersteuern und untersteuern

Um dem Fahrer noch mehr Hilfestellung zu geben, wurde das Anti-Blockier-System nach und nach weiterentwickelt. Seit 1995 gibt es das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), das vor Schleudern in Kurven schützt und meist reagiert, bevor der Fahrer überhaupt reagieren kann. Auf nasser oder rutschiger Fahrbahn oder in einer Kurve kann ein Auto auf zwei verschiedene Arten ins Schleudern kommen.

Wenn der Fahrer zu schnell in eine Rechtskurve fährt, kann das Auto übersteuern. Das bedeutet, dass die Hinterräder keinen Kontakt mehr mit der Fahrbahn haben. Dann dreht sich das Auto in die Kurve hinein. Um einen Unfall zu verhindern, bremst das ESP das linke Vorderrad ab und erzeugt damit eine Gegenkraft.

Beim Untersteuern in der Rechtskurve verlieren die Vorderräder den Kontakt mit der Fahrbahn und das Auto droht, nach außen aus der Kurve zu schlittern. In einem solchen Fall bremst das ESP das rechte Hinterrad ab.

Was sind ABS und ESP?
Hier gleicht das ESP ein Untersteuern aus

Wie funktioniert das ESP?

Ähnlich wie beim ABS misst der Raddrehzahlsensor die Raddrehzahl des Autos. Ein Lenkwinkelsensor umfasst den Winkel, in dem das Lenkrad eingeschlagen ist. Beide Sensoren erkennen so, wie der Fahrer das Auto fahren möchte.

Der sogenannte Drehratensensor merkt, wenn das Auto beginnt, sich um die eigene Hochachse zu drehen. Der Beschleunigungssensor vergleicht das tatsächliche Verhalten des Autos mit den einprogrammierten Soll-Werten. Diese beiden Sensoren stellen so, im Gegensatz zu den anderen beiden, fest wie sich das Auto tatsächlich verhält.

Was sind ABS und ESP?
Oft merkt der Fahrer es nur am Kontrolllämpchen, dass das ESP gerade eingreift

Die Sensoren prüfen so insgesamt circa 25 Mal pro Sekunde, ob das Auto in die Richtung fährt, in die der Fahrer auch lenkt. Sie senden alle Informationen an den Systemrechner, der schließlich die Eingriffe an den Bremsen der einzelnen Räder steuert. Und das oft ohne, dass man es überhaupt merkt. Trotzdem sollte man als Autofahrer besonders auf rutschigen Fahrbahnen vorsichtig sein und auf keinen Fall zu schnell fahren. Auch Fahrerassistenzsysteme haben ihre Grenzen und können nicht in allen Situationen schützen.

Fotos: Daimler AG

Ein Naturphänomen

Gewitter kommen vor allem im Sommer sehr oft vor. Es muss dafür heiß und schwül sein, die Luft muss also eine hohe Feuchtigkeit haben. Dann heizt die Sonne nicht nur bei dir ein, sondern auch der Erdboden heizt so stark auf, dass Wasser verdunstet. Das bedeutet, dass eine große Menge Wasser aus dem Boden sich in gasförmiges Wasser verwandelt. Durch diese feuchtwarme Luft heizt sich die Luftschicht über dem Boden auf. Weil die warme Luft immer leichter ist als kalte Luft, steigt die warme Luft auf. Je höher sie dabei kommt, desto mehr kühlt sie wieder ab. Dadurch entsteht eine sogenannte Kumuluswolke: Durch die Abkühlung wird aus dem gasförmigen Wasser wieder flüssiges Wasser. Es regnet aber noch nicht. Die kleinen Wassertröpfchen sind noch so leicht, dass sie schweben können.

Gewitter
Wenn im Sommer ein Gewitter droht, türmen sich dunkle Wolken am Himmel auf

Blitze erzeugen Strom wie 250.000 Fernseher

Je nachdem, wie feucht die Luft ist und wie warm es ist, steigt das kondensierte Wasser noch weiter auf bis es so stark abkühlt, dass die Tröpfchen gefrieren. In einer Höhe von circa zwölf bis 18 Kilometern entsteht eine dachförmige Wolke, die aus winzigen Eiskristallen besteht. Die Wolke türmt sich auf. Dabei reiben die Wasserteilchen aneinander und laden sich elektrisch auf. Die Wolke ist nun oben kälter als unten. Die Eiskristalle sammeln sich deshalb im oberen Teil der Wolke als positive Ladung, und die Tropfen sammeln sich im unteren Teil als negative Ladung.

Zwischen positiv und negativ entsteht eine elektrische Spannung, die sich in Form von Blitzen entweder innerhalb der Wolke oder am Boden entlädt. Dabei fließt elektrischer Strom und der leuchtet, weil er mehrere tausend Grad heiß ist. Der Strom ist außerdem extrem stark, denn er  kann bis zu 100.000 Ampére erreichen. Das ist so stark wie der Strom von rund 250.000 Fernsehern.

Lichtgeschwindigkeit und höllische Hitze

Doch warum donnert es jetzt auch noch? Da die Luft um den Blitz etwa 30.000 Grad heiß ist, dehnt sie sich aus. Das löst eine Druckwelle aus, die sich mit einer Schallgeschwindigkeit von circa 343,2 Metern pro Sekunde fortbewegt. Diese gewaltige Kraft nehmen wir am Erdboden als Donnergeräusch wahr. Diese Schallgeschwindigkeit ist zwar sehr schnell, aber die Lichtgeschwindigkeit ist noch viel schneller. Der Donner kommt daher grundsätzlich immer erst nach dem Blitz – die Schallgeschwindigkeit hat keine Chance.

Du kannst ausrechnen wie weit ein Gewitter entfernt ist: Zähle die Sekunden zwischen Blitz und Donner, teile sie durch drei und heraus kommt die Kilometerzahl, die dir sagt, wie weit das Gewitter entfernt ist.

Gewitter
1, 2, 3 … du kannst zählen, wie weit das Gewitter entfernt ist

Aber Vorsicht!

Dieses Naturspektakel ist unglaublich spannend zu beobachten. Doch Blitze sind auch sehr gefährlich: Wenn ein Blitz einen Menschen trifft, kann das durch die elektrische Ladung nicht nur sehr schwer verletzen, sondern auch tödlich sein. Du musst vor Gewittern deshalb aber keine Panik haben. Du solltest nur wissen, wie und wo du bei einem Gewitter vor Blitzen geschützt bist.

Grundsätzlich gilt bei einem Gewitter: Blitze suchen sich immer den kürzesten und den am besten leitenden Weg zum Boden. Das heißt, du solltest dich beispielsweise von Bäumen und von leitenden Materialien fernhalten. Wenn du im Freibad bist und die Wolken werden ganz dunkel, dann solltest du das Freibad bald verlassen. Wasser leitet den Strom der Blitze. Wenn du dich in der Nähe eines offenen Gewässers befindest, ist das gefährlich. Auch solltest du dich von Gegenständen aus Metall fernhalten, denn das zieht Blitze an. Auch freie Felder können gefährlich sein.

Gewitter
Ein Blitzableiter zieht den Blitz an und leitet die elektrische Ladung in den Boden; Bild: www.shutterstock.com / borzywoj

Das Auto als Blitzableiter

Am allersichersten bist du aber in Gebäuden. Damit der Blitz nicht einschlagen kann, haben die allermeisten Häuser heute einen Blitzableiter. Er zieht die Blitze zunächst an, um sie dann in den Boden abzuleiten. Deshalb ist er auf den Dächern der Häuser angebracht und hat eine Spitze aus einem Metalldraht. Dieses Metall muss so stark sein, dass es von einem Blitz nicht beschädigt werden kann. Über die sogenannte Fangleitung führt die elektrische Ladung in den Boden und trifft dort auf eine Erdleitung aus Platten und Kupfernetz.

Gewitter
Beim Auto verteilen sich die elektrischen Ladungen des Blitzes auf der Oberfläche des Metallkäfigs

Ähnlich kann auch ein Auto als Blitzableiter fungieren und ist bei Gewittern  deshalb sehr sicher.  Autos wie die der Daimler AG sind von Metall umrahmt, das den Blitz ableitet. Der englische Physiker Michael Faraday fand einmal heraus, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des „Metallkäfigs“ verteilen, ohne in den Innenraum durchzudringen. Man nennt diese Metallumrahmung deshalb auch „Faradayschen Käfig“. Wenn man vom Blitz getroffen wird, fließt der Strom über diesen Käfig in die Erde ab. Trotz dieser Sicherheit sollte man sich bei einem Gewitter nur im stehenden Auto aufhalten, da die Gefahr besteht, dass die Reifen platzen.

Hier ist (fast) alles geheim

Leoni ist 27 Jahre alt. Sie arbeitet bei Daimler in der „Verfahrensentwicklung Brennstoffzelle“ und ist eine absolute Expertin auf diesem Gebiet. Ihre Aufgabe: die Entwicklung von Fertigungsverfahren für die Brennstoffzellenherstellung aus ganz empfindlichen Einzelfolien, die so dünn wie die Hälfte eines menschlichen Haares sind.

Wir treffen uns in Nabern in der Nähe von Stuttgart – hier forscht Daimler rund um die Brennstoffzelle. Vieles ist ganz geheim – wir müssen sogar die Kameras unserer Handys zukleben. Denn hier wird geforscht, getüftelt und gebaut. Aufregend!

Brennstoffzelle
Vollbeladen: Das erste Brennstoffzellenauto von Daimler.

In einem Ausstellungsraum zeigt mir Leoni gemeinsam mit dem Kollegen Klaus Dobler, der hier für das Testen der Systeme zuständig ist, das erste Brennstoffzellenauto von Daimler – ein kleiner Lieferwagen mit rund 800 Kilo schwerem Gepäck hinter dem Fahrersitz. Das ist der Brennstoffzellenantrieb samt Tank. Fast der ganze Innenraum des Autos ist beladen. Der Wagen konnte immerhin 110 Stundenkilometer fahren und hat damals gezeigt, dass die Technik ein Fahrzeug antreiben kann. Das Auto ist aus dem Jahr 1994 und seitdem hat sich einiges geändert. Mittlerweile kann die ganze Technik komplett im Motorraum verstaut werden und wiegt zusammen mit den Tanks auch nur noch rund ein Viertel von damals.

Brennstoffzelle
So geht das also – Leoni erklärt mir das Prinzip der Brennstoffzelle.

Brennstoffzelle = Wasserstoff + Sauerstoff

Aber was ist eigentlich eine Brennstoffzelle? Und warum ist sie so interessant für die Autobauer? „Das Brennstoffzellenauto fährt nur mit Wasserstoff. Den Sauerstoff holt es sich aus der Luft. Hinten, aus dem Auspuff, kommt ganz sauberes Wasser heraus, das du sogar trinken könntest“, erzählt mir Leoni begeistert. Ein Auto, das mit Wasserstoff angetrieben wird? Schwer vorstellbar, oder?

Leoni ist begeistert von der Idee: „Das Tolle an dieser Technologie ist, dass sie die Umwelt komplett schont, denn Wasserstoff kann man aus Wind- und Sonnenenergie herstellen. Wenn wir es schaffen, diese Autos auf die Straße zu bringen, dann haben wir das Problem gelöst. Dann haben wir ganz saubere Autos, die keine Schadstoffe in die Luft pusten.“

Brennstoffzelle
Der Zeitstrahl zeigt, wie sich die Brennstoffzellenautos entwickelt haben.

Die Idee ist längst Wirklichkeit: Schon einige Busse und einzelne Autos fahren mit Wasserstoff durch die Stadt. Im Herbst 2017 wird Daimler das erste Serien-Brennstoffzellenauto für die Straße vorstellen.

Wie funktioniert die Brennstoffzelle?

Aber wie funktioniert das System der Brennstoffzelle?

Eigentlich ist es nur eine chemische Reaktion, die elektrische Energie erzeugt. Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Platten, die durch eine Membran, also eine Art Haut, getrennt sind. Der Sauerstoff, der aus der Luft kommt, wird auf der einen Seite zugeleitet, auf der anderen Seite kommt Wasserstoff dazu. Die positiven Teilchen der minikleinen Wasserstoffatome können die Seite dieser ganz dünnen Haut durchdringen, die negativ geladenen Teilchen schaffen das nicht und bleiben auf ihrer Seite. Atome wollen aber, dass die Ladung (negativ und positiv) ausgeglichen ist. Deshalb müssen sie einen Umweg über einen elektrischen Leiter, also so etwas wie einen Draht, nehmen, um auf die andere Seite zu gelangen. Durch diese chemische Reaktion entsteht Energie, also Strom für den Antrieb und Wasser. In einem Brennstoffzellenantrieb müssen rund 400 kleine Brennstoffzellen in Stapeln hintereinandergeschaltet werden, damit dem Auto genügend Leistung zur Verfügung steht.

Brennstoffzelle
Und so sehen die Tanks aus – ganz leicht und stabil aus Karbonfaser.

Rund 20 Wasserstofftankstellen in Deutschland

Und wie werden die Autos betankt? „Das ist gerade noch das Problem. Momentan gibt es nur 20 öffentlich zugängliche Tankstellen für Wasserstoff in Deutschland. Aber da wird sich noch einiges tun. Sobald die Autos da sind, kommen auch die Tankstellen“, ist Leoni überzeugt.

Brennstoffzelle
Leoni erzählt mir von ihrer Schulzeit und ihren Hobbies.

Und wie ist Leoni eigentlich dazu gekommen, Ingenieurin zu werden? „Ich habe mich in der Schule sehr für Technik interessiert – vor allem Physik. Wie funktionieren die Dinge, wie kann man das berechnen? Das fand ich immer cool. Aber auch das Kreative wie Kunst habe ich gerne gemacht.“ Für ihren Job benötigt sie beides: technisches Verständnis und Kreativität. „Wir müssen immer Probleme lösen. Das macht meinen Job so spannend“, erzählt sie mir. Nach ihrem dualen Maschinenbaustudium bei Daimler hat sie ihren heutigen Traumjob gefunden und hat nebenher noch weiter studiert.

Und bei der ganzen Arbeit: Bleibt da noch Zeit für Hobbies? „Ich mache Poweryoga und spiele manchmal Tennis. Und ich gehe sehr gerne ins Kino oder treffe mich mit meinen Freundinnen“, erzählt Leoni. Da haben Leoni und ich doch einiges gemeinsam.

Brennstoffzelle
Und tschüss – was für ein cooler Tag!

Mir hat es total Spaß gemacht, und ich habe eine Menge gelernt. Und wer weiß, vielleicht ist mein erstes Auto ja tatsächlich ein Brennstoffzellenauto. Dann werde ich mich bestimmt an diesen Tag heute erinnern.

Deine Emma

 

Brennstoffzelle_Kinderreporterin-Emma_Genius_YAEZ_20170407
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet
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Genius-Kinderreporterin Emma unterwegs: Sie trifft Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel, die an der Brennstoffzelle arbeitet

 

Fotos: Daimler AG

Willst du beim Sport auch besser sein als deine Klassenkameraden? Klar, oder? Ein gesunder Ehrgeiz kann nicht schaden und bringt dich voran. So geht es auch den Autoherstellern. Mit intelligenter Technik wollen sie die Autos noch effizienter und umweltschonender bauen. Bereits 1899 wurde das erste Automobil La Cuadra mit Hybridantrieb in Barcelona gebaut. Eine alt bekannte Technik, die bis heute stetig weiterentwickelt wurde.

Verbrennungsmotor trifft Elektromotor

Das ist eine ganz schön ausgeklügelte Idee: In das Auto wird nämlich sowohl ein Verbrennungs- als auch ein Elektromotor eingebaut. Von einem Verbrennungsmotor spricht man, wenn man das Auto an der Tankstelle mit Benzin tankt. Elektroautos werden mit Strom aufgeladen, um fahren zu können. Hybridmotoren bestehen aus beiden Arten. Und das ist ganz schön intelligent und vor allem umweltfreundlich!

Stärken und Schwächen

Hybrid
So sieht ein Hybridauto von innen aus – vorne siehst du das Getriebe aus Verbrennungs- und Elektromotor

Der Verbrennungsmotor ist der kräftigere von beiden: Seine Stärken zeigt er immer dann, wenn der Fahrer besonders schnell oder weite Strecken fahren möchte. Aber er hat auch seine Schwächen: Autos, die mit Verbrennungsmotor fahren, sind lauter als reine Elektroautos. Das merkst du, wenn du in der Nähe einer Autobahn wohnst. Außerdem belasten sie durch die Abgabe von Kohlenstoffdioxd (CO2) unsere Umwelt. Hier greifen die Vorteile des Elektromotors. Er ist der smartere von beiden. Autos mit Elektromotor fahren leise und ohne Abgase. Dieser Motor hat aber auch Nachteile: Elektroautos können bislang nur kurze Strecken fahren, weil die Batterie schneller leer ist und dann wieder aufgeladen werden muss.

Ein perfektes Team

Damit beide Antriebe ihre Vorteile optimal ausspielen können, werden sie im Hybridmotor einfach zusammengefasst. Sie können dort entweder abwechselnd oder gemeinsam genutzt werden. Diese intelligente Kombination kommt in immer mehr Automodellen vor. Das Auto hat damit einen sehr geringen Verbrauch: Die elektrische Maschine im Auto versorgt sich laufend selbst mit Energie, indem sie die Energie, die beim Bremsen entsteht, sammelt und umwandelt. Daher kann der Verbrennungsmotor auch mal ausgeschaltet werden. Dann kommt der Elektromotor zum Zuge – denn er ist ja jetzt wieder aufgeladen. Sinkt die Energie des E-Motors, wird der Verbrennungsmotor wieder zugeschaltet. Ein perfektes Team: Der Wechsel von einem Antrieb zum anderen geschieht dabei komplett automatisch.

Hybrid
Elektroautos werden mit Strom aufgeladen und sind umweltfreundlich

Plug-in ist in

Auch Daimler treibt die Hybridisierung voran: 2017 sollen insgesamt zehn Plug-in-hybridbetriebene Autos auf dem Markt sein. Plug-ins haben eine viel größere Batterieleistung als ein reiner Elektromotor. Damit können sie viel länger elektronisch betrieben fahren. Und weißt du, was das Besondere daran ist? Das Auto kann an jeder Steckdose einfach aufgeladen werden! Damit sind Plug-in-Hybride heute ein perfekter Kompromiss zwischen Elektro- und Verbrennungsmotor.

Hybrid
Der Citaro G BlueTec Hybrid im Einsatz

Mit voller Hybridkraft voraus

Daimler setzt aber auch im öffentlichen Nahverkehr schon lange auf Hybride auf der Straße: Mit dem Citaro G BlueTec Hybrid, einem Bus, der bis zu zehn Kilometer rein elektrisch fährt, wird auch der Nahverkehr immer umweltfreundlicher und damit auch zukunftsfähig.

Fotos: Daimler AG

Das Internet heißt nicht umsonst auch „World Wide Web“. Du musst es dir vorstellen, wie ein großes Netz, das sich über die ganze Erde spannt. Seine Aufgabe ist es, Daten von einem Ort zum anderen zu transportieren. Was das für Daten sind, fragst du dich jetzt? Ganz einfach. Das sind zum Beispiel die Inhalte einer Webseite wie Genius. Du kannst diese Daten auf unterschiedlichen Geräten ansehen, zum Beispiel auf einem Computer, einem Tablet oder einem Smartphone.

Internet Service Provider und Router

Möglicherweise habt ihr Zuhause nicht nur eins dieser Geräte, sondern mehrere. Der Computer deines Vaters, das Tablet deiner Mutter und all eure Handys sind höchstwahrscheinlich alle mit einem sogenannten Router verbunden. Den Router benötigt ihr, um mit eurem Gerät ins Internet zu gehen. Der Router ist bei einem Internet Service Provider registriert – da gibt es viele Anbieter auf dem Markt. Euer Router bildet mit allen den Endgeräten, die mit ihm verbunden sind, ein sogenanntes lokales Netzwerk.

Wie funktioniert das Internet?
Der Router bildet mit allen seinen verbundenen Geräten ein lokales Netzwerk

Ein Netz aus Glasfaserkabeln und Routern

Stell dir vor: Nicht nur euer Haushalt hat ein lokales Netzwerk. Auch die Menschen in deiner Nachbarschaft nutzen das Internet und bilden mit ihren Routern lokale Netzwerke. Alle diese Netzwerke sind zu einem großen Netzwerk zusammengeschlossen und mit Glasfaserkabeln und Routern verbunden. Um die ganze Welt möglichst gut zu vernetzen, wurden überall Land- und auch Seekabel verlegt. Das riesige Netz, das dadurch entstanden ist, läuft an sogenannten Internet-Knoten zusammen. An diesen Knoten kommen auch die Daten zusammen. Auf der Welt gibt es mehr als 300 solcher Knoten. Das Netz bietet außerdem viele Wege zum Ziel. Falls ein Weg mal ausfällt, gibt es immer eine andere Möglichkeit, um die Daten von Sender zu Empfänger zu bringen.

Von IP-Adresse zu IP-Adresse

Und wie werden die Daten nun übertragen? Du kannst dir den Prozess so vorstellen, wie wenn du ein Geburtstagsgeschenk für einen Freund bestellst. Nur läuft das Ganze sehr viel schneller ab.

Wenn man ein Paket verschicken will, braucht man eine Adresse. Mithilfe dieser Adresse weiß der Postbote, wohin er das Paket liefern soll. Genauso ist das im Internet auch. Die Adresse besteht hier aus einer langen Ziffernkombination, der sogenannten IP-Adresse. Damit lässt sich ein Gerät, also zum Beispiel dein Computer, identifizieren.  Der Router weist jedem Gerät innerhalb des lokalen Netzwerks eine IP-Adresse zu.  Jeder Gegenstand im Internet oder jede Webseite hat ebenfalls eine IP-Adresse.

Wie funktioniert das Internet?
Die genaue IP-Adresse stellt sicher, dass die Daten auf deinem Endgerät ankommen

Der Postbote liefert die Datenpakete

Wenn du jetzt eine bestimmte Webseite im Internet aufrufen möchtest, musst du erst einmal die IP-Adresse der Webseite ermitteln. Genauso musst du auch die Adresse des Ladens kennen, bei dem du das Geschenk bestellen möchtest. In diesem Fall macht das der Router für dich. Er sendet dem Internet Service Provider Absenderadresse und Empfängernamen. In diesem Fall ist das der Name der Webseite, die du aufrufen möchtest – wie zum Beispiel www.genius-community.com. Der Provider schaut dann wiederum  beim „Domain Name System“ nach. Das ist ein Server, auf dem alle Domain-Namen von Webseiten gespeichert und mit IP-Adressen hinterlegt sind.

Wenn der Service Provider die IP-Adresse der Webseite herausgefunden hat, fragt er dort die Daten an – also die Inhalte der Seite, die du ansehen willst. Jetzt kommt der Postbote, der deine Bestellung überbringt, zum Einsatz: Das ist wiederum der Router. Er erkundigt sich nach der genauen IP-Adresse des Empfänger-Gerätes (deiner Adresse) und weiß nun, welchen Weg die Datenpakete nehmen müssen, um bei dir anzukommen. Es kann ja sein, dass mit dem Router bei dir Zuhause mehrere Geräte verbunden sind. Die genaue IP-Adresse stellt aber sicher, dass die Daten nicht auf dem Tablet deiner Mutter, sondern auf deinem Computer erscheinen.

Soweit verstanden? Nun ist noch eine Frage zu klären: Wie unterhalten sich Router und Internet Service Provider eigentlich? Diese Sprache heißt Internet-Protokoll. Das Internetprotokoll verschickt die Daten – und zwar in kleinen Datenpaketen. Ein Paket enthält dabei immer einerseits die Daten von Absender und Empfänger und andererseits die Daten, die übersendet werden sollen.

Wie funktioniert das Internet?
Mit dem Internet können Autos vernetzt werden und sich gegenseitig Warnmeldungen senden / Foto: Daimler AG

Internet heißt Vernetzung

Ganz schön genial, wie das Internet funktioniert. Das weiß auch der Autobauer Daimler und versucht deshalb, sich das Internet für seine Fahrzeuge zu nutzen. Nicht mehr nur Handy, Tablet und Computer sollen mit dem Internet verbunden sein, sondern auch Autos, Ampeln und andere Gegenstände im Straßenverkehr. So soll der Straßenverkehr in Zukunft viel sicherer und das Autofahren komfortabler und umweltschonender werden. Und wie geht das genau?  Daimler will mithilfe des Internets auch Autos und Straßenverkehr untereinander vernetzen. So sollen sich Autos in Zukunft austauschen können und sich gegenseitig Bescheid geben, wo noch freie Parkplätze sind. Über das Internet können Autos und Fahrer bald Verkehrsinformationen in Echtzeit erhalten und somit durch andere Autos vor Gefahren auf der Straße gewarnt werden.

 

Wenn du deine Hand erst senkrecht und dann waagrecht unter einen Wasserstrahl hältst, verstehst du, was Aerodynamik ist. Das Wasser fließt um deine Hand jedes Mal auf eine andere Art und Weise. Und jetzt stell dir vor, das Wasser wäre Luft. Das „Umfließen“ deiner Hand wird als Aerodynamik bezeichnet. In der Aerodynamik geht es nämlich hauptsächlich um das Umströmen von Körpern durch Luft. Je nachdem, wie groß der Körper ist, welche Form er hat oder wie die Oberfläche beschaffen ist, kann die Aerodynamik anders sein. Das zu untersuchen, kann hilfreich sein, wenn es um Schnelligkeit bei der Fortbewegung eines Körpers geht.

Aerodynamik ist spritsparend

Um spritsparende Autos zu bauen, ist die Aerodynamik für Automobilhersteller sehr wichtig. Im besten Fall haben Fahrzeuge eine liegende Regentropfenform. Kannst du dir das vorstellen? So könnten die Autos nämlich am effizientesten genutzt werden und würden am wenigsten CO2 ausstoßen. Dass so ein Auto nicht gerade praktisch wäre, kannst du dir vielleicht denken. Der Kofferraum wäre nämlich ganz spitz.

Die Aufgabe der Konstrukteure bei Daimler ist es, einen Kompromiss zwischen der Effektivität, dem Design und der Nutzbarkeit der Autos zu finden. Dafür ist eine Menge Forschung notwendig.

Hier geht’s stürmisch zu

Daimler testet die Aerodynamik seiner Autos in sogenannten Windkanälen. Dort kann der Luftwiderstand und der Strömungsverlauf optimal dargestellt werden. Zwischen einer leichten Brise und einem richtigen Orkan liegen im Daimler Windkanal nur wenige Augenblicke und Knopfdrücke. Cool, oder?

Das hat seine Vorteile: Ingenieure können neue Fahrzeuge mithilfe des Windkanals bereits in der Entwicklungsphase testen und optimieren. Hier wird schon früh geprüft, welche Kräfte auf den umströmten Körper wirken. Außerdem wird getestet, wie man die Kräfte durch kleine Änderungen an der Oberfläche der Autos optimieren kann.

Klassiker auf dem Prüfstand

Daimler testet in seinem Windkanal vor allem Autos, die noch entwickelt werden. Das macht auch Sinn, denn so kann auf die Entwicklung noch Einfluss genommen werden.

Messung im Windkanal.
Windkanalmessungen von Mercedes-Benz Klassikern

Historische Automobile sind eher seltene Gäste in Daimlers Klima-Windkanal, denn ihre Entwicklung ist schon lange abgeschlossen. Daimler hat interessehalber dennoch zwei alte Modelle im werkseigenen Kanal in Stuttgart Untertürkheim testen lassen. Die Aerodynamik von zwei Sportwagen aus dem Jahr 1952 und 1954 wurde verglichen mit der des sportlich-luxuriösen Reisewagen 300 S aus dem Jahr 1951. Die Testergebnisse zeigen, dass sich Ingenieure bereits vor über 70 Jahren Gedanken um Aerodynamik gemacht haben. Schon damals bemühten sie sich die sportlichen Autos möglichst windschnittig zu konstruieren.

Windschnittig ist cool

Viele Ingenieure haben sich in den vergangenen Jahren den Kopf darüber zerbrochen, wie Autos möglichst spritsparend gebaut werden können. Dabei gilt es stets drei wesentliche Punkte zu optimieren: Das Gewicht – denn je leichter das Fahrzeug, desto energiesparender und emissionsfreier fährt es. Der Rollwiderstand. Und der Luftwiderstand. Nachdem sich die Autobauer vor allem auf die ersten beiden Aspekte konzentriert haben, rückt nun die Aerodynamik wieder mehr in den Vordergrund.

Der Mercedes-Benz C250 AMG.
Ein besonders windschnittiges Auto von Daimler: Der C250 AMG

Gut für die Umwelt

Dass man sich überhaupt immer wieder bemüht den Luftwiderstand am Fahrzeug zu verringern, hat seine Gründe: Je windschnittiger das Auto, desto weniger Kraft muss der Motor zum Fahren aufbringen und desto geringer ist der Verbrauch und die CO2-Emission des Autos. Die Umwelt bedankt sich!

Bilder: Daimler AG

Gemeinsam mit den Schulleitungen aus ganz Deutschland diskutieren auf dem Kongress rund 120 Top-Referenten aus Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und dem Bildungssektor über die Zukunft der Schule. Der Deutsche Schulleiterkongress ist die größte Veranstaltung für schulische Führungskräfte in Deutschland. Das Motto des Kongresses lautet: „Schulen gehen in Führung“. Es geht um den Austausch von Ideen, wie die Schule von morgen gestaltet werden kann.

Deutscher Schulleiterkongress: Größte Veranstaltung für schulische Führungskräfte in Deutschland

Mit dabei: Bergsteiger und ehemaliger Lehrer Reinhold Messner, der Bundesvorsitzende von Bündnis 90/Die Grünen Cem Özdemir, TV-Moderatorin Petra Gerster und der erfolgreiche Zirkusdirektor André Sarrasani. Über 100 spannende Vorträge und Workshops sind zum Thema modernes Schulmanagement geplant. Weitere Themen des Kongresses: Führungskultur, Lernen und Unterricht, Magnet Schule, Steuerung von Schule und mit Blick auf die Integration von Flüchtlingskindern „Lebensort Schule“. Es werden rund 2.500 Teilnehmer erwartet. Alle weiteren Infos zu Programm, Referenten und Veranstaltungsablauf finden Sie hier.

Genius bietet Arbeitshefte zum Thema Antriebstechnik, Sicherheitstechnik, Design, Aerodynamik, Produktionstechniken und vernetzte Welt an, mit denen Sie spannende Unterrichtsstunden zum Thema Automobiltechnik gestalten können. Auch die MINT-Module von Genius – mit Arbeitsblättern, vertiefenden Texten und hilfreichen Links, helfen Ihnen dabei, Inhalte und Entwicklungen aktueller Fahrzeugtechnologien flexibel in den Schulalltag einzubinden. Alle Materialien stellt Ihnen Genius kostenlos zum Download zur Verfügung.

© Deutscher Schulleiterkongress | Wolters Kluwer Deutschland GmbH

Das Internet der Dinge oder Internet of Things, kurz IoT, ist der Begriff für die Entwicklung von intelligenten Gegenständen. Unsere Alltagsgegenstände, wie der Kühlschrank, das Auto oder das Haus sind miteinander vernetzt und können somit untereinander kommunizieren. Kannst du dir das vorstellen? Du schaltest euren Kühlschrank Zuhause auf dem Rückweg vom Sommerurlaub per Smartphone wieder an? Oder: Dein Toaster verweigert dir das Brot zu toasten, weil ein Chip an deinen Sportschuhen ihm signalisiert, dass du heute noch keinen Sport gemacht hast. Verrückt, oder? Aber so sieht die Welt des IoT aus.

Smartwatch
Die Smartwatch: eine Uhr, die mit dem Internet verbunden ist

Notebook, Smartphone, Smartwatch und Siri: Sie alle nutzen wir schon heute ganz selbstverständlich. Diese Geräte gelten als intelligente Gegenstände, auch sie können untereinander kommunizieren. Das Handy übermittelt unseren Standort über das Internet zum Beispiel an Google. Google weiß, wohin du jeden Morgen gehst und denkt sich, dass das dein Schulweg sein könnte. Diese Information gibt Google an dein Handy zurück. Morgens zeigt dein Handy dann an, wie lange dein heutiger Schulweg dauern wird.

Keine Zukunftsmusik

Ihr seht schon, das Internet der Dinge ist schon längst Bestandteil unseres Lebens. Und künftig wird es weiter wachsen: IT-Experten gehen davon aus, dass sich die Zahl der internetfähigen Endgeräte dieses Jahr um rund 31 Prozent auf 8,3 Milliarden erhöhen wird. Bis zum Jahr 2020 sollen geschätzt 13 Milliarden Dinge mit dem Internet verbunden sein. Das sind beinahe doppelt so viele Geräte, wie Menschen auf der Erde wohnen!

Datenspeicher als Gehirn

Chips, Sensoren, Datenspeicher und Softwaresysteme geben Gegenständen im IoT eine eigene Identität – ein Gedächtnis. Sie sorgen dafür, dass Gegenstände Entscheidungen treffen und Informationen austauschen können. Dadurch lernen Dinge und werden immer smarter, also intelligenter.

Realität trifft Virtualität

Ziel des Internet der Dinge ist es, die reale Welt mit der virtuellen Welt zu vereinen. Dadurch soll unsere Welt sicherer, einfacher und wirtschaftlicher werden. Gegenstände werden sich fortan laufend selbst Daten aus ihrer Umwelt beschaffen, um intelligent handeln zu können. Hört sich gut an?

IoT der gläserne Mensch
Der Mensch gibt durch das IoT sehr viele Daten von sich preis

Kritiker bemängeln die Datensicherheit des IoT, denn damit Gegenstände intelligent handeln können, müssen sie enorm viel über uns wissen. Hacker könnten dann ein leichtes Spiel haben, sollten unsere Daten nicht angemessen gesichert sein. Das IoT sicher zu gestalten und vor Hackerangriffen zu schützen, ist die größte Anforderung von uns Menschen an die Entwickler des IoT.

Daimler Trucks

Das IoT beeinflusst nicht nur unseren Alltag sondern auch unsere Arbeitswelt. Eine Vision ist es zum Beispiel, dass intelligente Pakete ihren Weg zum Ziel ganz von selbst finden. Auch Daimler bringt seinen LKW ins Internet. Mithilfe von 400 Sensoren, die Daten aus allen Bereichen des Fahrzeugs sammeln und verwerten, wird aus dem LKW ein smarter Gegenstand.

Benz Trucks
Die drei LKW von Mercedes-Benz sind über das Internet miteinander verbunden / Bild: Daimler AG

Damit soll der Transport radikal verändert werden: Mithilfe der Sensoren können die LKW viel enger beieinander fahren. Dadurch wird Sprit gespart und der Güterverkehr effizienter und leistungsfähiger. Seit 2013 ist diese so genannte Konnektivität fester Bestandteil der Unternehmensstrategie. Weltweit sind über 400.000 Nutzfahrzeuge von Daimler über die Systeme FleetBoard und Detroit Connect vernetzt.

Internet of Everything

Das IoT wird viele Industrien und Branchen nachhaltig beeinflussen. Wissenschaftler sprechen davon, dass die nächste Stufe des IoT das Internet of Everything (IoE) sein wird. Dort werden nicht nur gewisse Gegenstände miteinander verknüpft sein, sondern alle Prozesse, Menschen und Daten zu einem großen Gesamtnetzwerk verschmelzen. Ihr dürft gespannt sein!

 

Drei Milliarden Menschen  nutzen das Netz

Natürlich kann eine einzige Suchanfrage nicht Mengen an Energie verbrauchen. Wenn du zum Beispiel nach der Übersetzung einer Vokabel suchst, ist das zunächst kein riesiger Aufwand für das Rechenzentrum. Aber kannst du dir vorstellen, wie schnell sich der Bedarf an Strom summiert, wenn viele Suchanfragen gleichzeitig ankommen? Und das ist in der Tat der Fall: Mittlerweile nutzen drei Milliarden Menschen das Internet täglich. Das sind mehr als dreißig Mal so viele Menschen in ganz Deutschland.

Stromverbrauch Internet
Beim Surfen im Internet nutzt du dein Handy und riesige Rechenzentren

Energie von Berlin bis Vietnam

Um dir zu erklären, wie viel Strom genau verbraucht wird, fangen wir mit einer Suchanfrage an: Wenn du ihren Strombedarf mit der Zahl 1.000 multiplizierst, könnte ein Auto damit einen Kilometer fahren. Oder andersrum gesagt: 1.000 Suchanfragen benötigen die gleiche Energie, wie ein Auto für einen Kilometer. Bis hierhin verstanden?

Alle Suchmaschinen-Anfragen weltweit müssen pro Stunde also mit der Energie einer 2.000 Kilometer langen Autofahrt versorgt werden. Das ist ungefähr die Strecke von Berlin bis Vietnam. So müssten allein für das Internet 25 Atomkraftwerke laufen. Aber man nutzt heute natürlich auch viele andere Stromquellen, die umweltfreundlicher sind: zum Beispiel Heizkraftwerke. So wie der Autobauer Daimler, der für die Autoproduktion in Sindelfingen ein eigenes Heizkraftwerk gebaut hat.

Wellenreiten im Auto

Stromverbrauch Internet
Mit dem Comand-System hast du auch im Auto Zugang zum Internet

Doch nicht nur am Computer oder Smartphone kannst du das Internet nutzen. Dank Systemen wie „Comand“ von Daimler lässt sich auch im Auto surfen. Dafür nutzt es ein internetfähiges Handy und baut darüber eine Netzverbindung auf. So lässt sich zum Beispiel ein Video viel komfortabler während der Fahrt anschauen. Natürlich gilt dieser Service nicht dem Fahrer, der blickt stets nur auf die Straße. Noch spannender wird es allerdings, wenn nicht Menschen, sondern Fahrzeuge das Internet nutzen.

Genau das passiert beispielsweise beim Truck Platooning. Viele LKW fahren in einer Kolonne ganz eng hintereinander her. Somit können sie Energie sparen – in diesem Fall Benzin. Das ist aber nur möglich, wenn sie untereinander vernetzt sind, damit der LKW hinten weiß, wann der Laster vor ihm bremst. Die Vernetzung ist über das Internet möglich.

Du siehst: Das Internet und Vernetzung spielen in unserem Leben eine zunehmend größere Rolle. Gleichzeitig benötigen wir immer mehr Strom. Deshalb soll es künftig immer mehr Strom aus erneuerbaren Energien geben. Wie das funktioniert, kannst du hier nachlesen.

Kleiner Tipp: Einfach ab und zu mal das Handy oder den Computer ausschalten. Das spart Strom und macht den Kopf frei.

Beitragsbild: www.shutterstock.com / Ekaphon maneechot

Bilder: Daimler AG

Kein Oben und Unten

Doch erst einmal schauen wir uns an, was Schwerelosigkeit überhaupt ist. Wenn man den Begriff liest oder hört, denkt man sofort an das Weltall. Gegenstände fliegen dort herum, es gibt kein Oben und Unten mehr. Alles was man nicht festhält oder was nicht gesichert ist, fliegt weg. Astronauten spüren nichts, was sie nach unten zieht. Sie sind dort schwerelos. Das bedeutet, sie spüren keine Schwerkraft mehr. Was aber interessant ist: Die Schwerkraft ist trotzdem da! Klingt widersprüchlich? Ist es aber nicht. Schwerelosigkeit ist nicht nur das Gegenteil von Schwerkraft, sondern beide Phänomene sind direkt miteinander verbunden. Ohne das eine, gäbe es das andere gar nicht.

Gravitationsgesetz

Schwerelosigkeit
Die Schwerkraft der Erde existiert auch im All – trotzdem sind Astronauten schwerelos

Wie bereits der Physiker Isaac Newton im siebzehnten Jahrhundert in seinem Gravitationsgesetz feststellte, hat jeder Körper eine Anziehungskraft. Je schwerer der Körper ist, desto größer ist diese Kraft. Die Erde ist viel größer als der Mond und hat eine viel größere Anziehungskraft. Warum wir dann von der Erde angezogen werden, kannst du dir denken. Doch warum ist das beim Mond nicht dasselbe? Genau das ist der Grund, warum auch Astronauten in ihren Raumkapseln im Weltall schwerelos sind.

Der Mond kreist auf seiner Umlaufbahn um die Erde. Aufgrund seiner schnellen Geschwindigkeit passiert hier das Gleiche, wie wenn du mit einem schnellen Auto um die Kurve fährst: Es zieht dich nach außen. Die unsichtbare Kraft, die du dann spürst, heißt Fliehkraft. Die Fliehkraft, die der Mond auf seiner Umlaufbahn entwickelt, ist so stark, dass sie der Schwerkraft entgegen wirken kann und sie ausgleicht. Genau das passiert, wenn Astronauten mit einem schnellen Satelliten um die Erde kreisen. Die Schlussfolgerung lautet also folgendermaßen: Die Anziehungskraft der Erde ist im Weltall immer noch da. Allerdings wirken ihr andere starke Kräfte entgegen, sodass man sie nicht mehr spürt. Von Schwerelosigkeit spricht man, wenn man der Schwerkraft ausgesetzt ist, sie aber aufgrund der starken Fliehkräfte nicht mehr spürt.

Fallschirmspringer sind schwerelos, bevor sie den Fallschirm aufspannen

Freier Fall

Schwerelosigkeit lässt sich für wenige Sekunden auch auf der Erde beobachten – und zwar im freien Fall. Ein Fallschirmspringer fällt für eine kurze Zeit  lang frei nach unten, bevor er seinen Fallschirm aufspannt. Während dieser kurzen Zeit ist er, wie man in der Physik sagt, gewichtslos. Das bedeutet, dass er in der Luft nicht schwerer wäre, als ein anderer Gegenstand, der mit ihm fallen würde. Du kannst das ausprobieren, indem du ein Buch in die Hand nimmst und damit nach oben springst. Solang du zum Boden zurückfällst, wiegt das Buch in deiner Hand gefühlt nichts mehr. Der Mond, der um die Erde kreist, ist praktisch ununterbrochen im freien Fall, da er ja von der Kraft der Erde angezogen wird. Durch die starke Fliehkraft fällt er aber nicht auf die Erde, sondern um die Erde herum.

Parabelflüge

Du fragst dich jetzt sicherlich, warum du das Schwerelos-Sein noch nicht bemerkt hast. Das liegt daran, dass diese Momente auf der Erde meist nur so kurz sind, dass man sie gar nicht so schnell spüren kann. Forscher nutzen die Schwerelosigkeit, um angehende Astronauten auf den Weltraum vorzubereiten und für Untersuchungen. Deshalb haben sie Falltürme errichtet, um einige Sekunden Schwerelosigkeit zu beobachten. Oft werden aber auch Parabelflüge durchgeführt. Flugzeuge fliegen mit hoher Geschwindigkeit steil nach oben, um dann einige Kilometer frei zu fallen. Die Forscher an Bord erleben dann 25 bis 30 Sekunden lang den Zustand der Schwerelosigkeit. Für sehr viel Geld kann man solche Flüge mittlerweile sogar als Privatperson buchen.

Navigationsgeräte empfangen die Daten von GPS-Satelliten aus dem Weltall / Foto: Daimler AG

Forschung macht’s möglich

Dass die Wissenschaft diese Möglichkeiten hat, im Weltall zu forschen, ist sehr wichtig für uns. Viele Lösungen und Innovationen aus der heutigen Zeit haben ihren Ursprung in der Weltraumforschung. Beispielsweise das aerodynamische Design der LKW von Daimler basiert auf einer NASA-Technologie. Es bewirkt, dass die LKW beim Fahren weniger Luftwiderstand haben.

Es gibt aber noch eine andere ganz wichtige Sache, die es ohne unsere Satelliten, die im Weltall schwerelos um die Erde kreisen, nicht gäbe: Navigationssysteme. Mittlerweile können wir mit den GPS-Signalen aus dem All Daten auf den Zentimeter genau berechnen. Diese genauen Daten ermöglichen es dem Autobauer, das autonome Fahren weiterzuentwickeln. Denn die GPS-Technologie hilft den Autos, ohne Fahrer sicher auf den Straßen zu verkehren.

Bild: Daimler AG