Technisches rund um Batterien und Akkus

Wie sind Batterien aufgebaut?

Bestimmt hast du schon mal das Plus und das Minus gesehen, die an den Enden einer Batterie aufgedruckt sind. Das Plus steht für einen Pluspol und das Minus für einen Minuspol in der Batterie. Der Minuspol besteht aus reinem Metall und der Pluspol aus Metalloxid. Das ist Metall, welches mit Sauerstoff verbunden ist. Beide Pole bestehen aus Elektronen, also winzig kleinen elektronisch geladenen Teilchen. Zwischen den beiden Polen, in der Mitte der Batterie, befindet sich eine Säure, das Elektrolyt. Die beiden Pole sind außerdem durch einen Separator, ein stromundurchlässiges Material, getrennt. Das kann zum Beispiel Kunststoff sein. In der Batterie befinden sich also die beiden Pole, das Elektrolyt und der Separator.

Wie genau funktionieren Batterien?

Wenn eine Batterie genutzt wird, dann findet in ihr ein chemischer Prozess statt, die so genannte Elektrolyse. Hierbei geraten die Elektronen der Pole in Bewegung und fließen vom Plus- zum Minuspol. Eine Batterie wandelt also chemische in elektrische Energie um und produziert auf diese Art Strom. Wenn alle Elektronen vom Plus- zum Minuspol gewandert sind, dann ist die Batterie leer und kann nicht mehr verwendet werden.

Was ist der Unterschied zwischen Batterien und Akkus?

Den größten Unterschied zwischen Batterien und Akkus kennst du bestimmt: Akkus sind im Gegensatz zu Batterien aufladbar und wiederverwendbar. Ein Akku funktioniert fast genau gleich wie eine Batterie und ist sehr ähnlich aufgebaut. Beim Akku jedoch erzeugt das Aufladen eine Spannung, die einen erneuten Elektronenüberschuss am Pluspol anregt. So gibt es dann wieder neue Elektronen, die vom Plus- zum Minuspol wandern können

Was haben Autos mit Akkus und Batterien zu tun?

Plug-in-Hybride

Im letzten Beitrag haben wir ja ausführlich vorgestellt, was ein Plug-in-Hybrid ist. Zusammengefasst kann man sagen: Bei Plug-in-Hybriden handelt es sich um Autos, die sowohl einen Verbrennungs- als auch einen elektrischen Motor haben. Das Besondere an Plug-in-Hybriden ist, dass sie zusätzlich einen Akku besitzen, also mit Strom aufgeladen werden können. Das geht entweder an einer Ladesäule oder auch an einer geeigneten Steckdose zuhause.
Akkus und Batterien kommen also nicht nur in Laptops und Fernbedienungen vor, sondern auch zum Beispiel in Autos.

Mann betankt einen Mercedes-Benz-S-Klasse Plugin-Hybrid an einer Ladestation – Genius erklärt Fragen und Antworten rund um die Batterie
So sieht das aus, wenn man einen Plug-in-Hybrid an einer Ladesäule auflädt // Foto: Daimler AG

Batterien und Akkus im Alltag

Meine Akkus gehen immer schnell kaputt – was kann ich dagegen tun?

Es gibt einige Tipps, die dafür sorgen, dass deine Akkus weniger schnell kaputtgehen. Zum Beispiel ist es empfehlenswert, den Akku deines Geräts immer zwischen 20-80 % zu halten, dein Gerät also weder komplett zu laden noch komplett zu entladen. Außerdem solltest du darauf achten, dein Gerät nach der Ladung auszustecken. Bleibt ein Gerät weiter an der Steckdose angesteckt, auch wenn es bereits voll geladen ist, kann das dem Akku schaden. Wenn du also zum Beispiel dein Handy gerne über Nacht laden lässt, solltest du dir lieber eine Alternative überlegen.

Mit den richtigen Tipps erfreut sich dein Akku einer langen Lebensdauer // Foto: Adobe Stock Jo Panuwat D

Wie entsorge ich Akkus und Batterien richtig?

Aber egal, wie gut du auf deine Akkus und Batterien auch Acht gibst, irgendwann kommt immer der Punkt, an dem sie kaputtgehen. Und was dann?
Auf keinen Fall darfst du deine defekten Akkus und Batterien im normalen Hausmüll entsorgen. Das ist in Deutschland verboten, weil die Chemikalien gefährlich sind.
Stattdessen kannst du Akkus oder Batterien oft bei Supermärkten oder anderen größeren Läden zurückgeben. Dort stehen im Kassenbereich so genannte Auffangboxen, in die du deine Akkus und Batterien werfen kannst. Dann werden sie fachgerecht entsorgt.
Achte außerdem darauf, defekte Akkus und Batterien möglichst nicht mit bloßen Händen anzufassen, falls giftige Chemikalien austreten.

Werden Batterien und Akkus recycelt?

Batterien und Akkus können tatsächlich recycelt werden! Das spart Produktionskosten und ist außerdem sehr umweltfreundlich. Aus defekten Batterien können nach ihrer Entsorgung wertvolle Elemente wie Blei, Kadmium oder Zink gewonnen werden.
Ältere und ausgemusterte Akkus, die noch funktionieren, aber weniger leistungsstark sind als neue Akkus, können sogar noch ein zweites Leben führen. Das ist das so genannte Second Life Konzept. Hierbei werden diese Akkus in stationären Anlagen gesammelt, wo sie dazu genutzt werden, elektrische Energie zu speichern.

Second Life: Batterien und Akkus können recycelt werden! // Foto: Adobe Stock Chepko Danil

Warum darf man normale Batterien nicht im Akkuladegerät laden?

Bei Batterien kann die chemische Reaktion nicht umkehrbar gemacht werden, die zur Elektrolyse und Entstehung von Strom führt. Bei Akkus hingegen wird diese Reaktion durch das Anlegen elektrischen Stroms, also das Einstecken in die Steckdose, umkehrbar gemacht und kann wiederholt werden. Das ist möglich, weil Akkus minimal andere Chemikalien beinhalten als Batterien. Versuchst du dennoch, Batterien aufzuladen, können diese kaputtgehen. Dann platzen sie auf und giftige Chemikalien treten aus.

Wo in unserem Alltag brauchen wir Akkus und Batterien?

Weißt du, wo überall Akkus und Batterien vorkommen? Nicht nur in deinem Handy oder deinem Laptop, sondern zum Beispiel auch in etlichen Küchengeräten, wie beispielsweise einem Handmixgerät. Andere Haushaltsgeräte wie Saugroboter funktionieren ebenfalls nur durch Akkus.
Doch nicht nur im Haushalt findest du Akkus und Batterien. Selbst riesige Maschinen wie Flugzeuge und Schiffe haben oftmals eingebaute Akkus, die dem Motor die nötige Startenergie liefern können.

Du siehst also, Akkus und Batterien sind ganz schön vielfältig!

Beitragsfoto: Adobe Stock // Kenishirotie

Das funktioniert so, dass durch das Bremsen Energie freigesetzt wird. Diese Energie sammelt und nutzt der Elektromotor. Ist sie aufgebraucht, schaltet sich der Verbrennungsmotor ein, bis sich wieder genug Bremsenergie für den Elektromotor gesammelt hat. Ausführlicher haben wir es dir ja bereits in einem anderen Blogbeitrag erklärt.

Doch es gibt auch andere Hybridautos, so genannte Plug-in-Hybride. Die Besonderheit dieser Hybridautos ist, dass sie zusätzlich eine große Antriebsbatterie besitzen, die leistungsstärker ist als der reine Elektromotor. Diese Antriebsbatterie kann extern aufgeladen werden. Das funktioniert entweder an einer öffentlichen Ladesäule oder auch zuhause an einer geeigneten Steckdose.

Zeichnung einer schematischen Darstellung eines Plug-in-Hybrids, Aufbau des Motors

Formel 1 Technik für die Straße: der AMG Plug-in-Hybrid

Die Entwicklung der Plug-in-Hybriden schreitet sogar so weit voran, dass inzwischen Technik der Formel 1 genutzt wird, also von Rennautos. AMG, die Tochtergesellschaft der Daimler AG, macht Autos für Menschen, die gerne richtig schnell fahren. Im neuen AMG Plug-in-Hybrid befindet sich eine Hochleistungsbatterie, die vom offiziellen Formel-1-Team mitentwickelt wurde. Sagt dir der Name Hamilton etwas? Die neue Hochleistungsbatterie ist fast so stark wie die im Fahrzeug des weltberühmten Rennfahrers! 

Nur durch eine erstmals eingebaute Direktkühlung kann die Batterie eine solch hohe Leistung erbringen. Die Direktkühlung sorgt nämlich dafür, dass die Batterie immer eine optimale Arbeitstemperatur von ca. 45 Grad Celsius hat und somit ihr Potential voll ausschöpfen kann.

Außerdem liegt der Elektromotor des AMG Plug-in-Hybrid jetzt erstmals bei der Hinterachse, was für ein besseres Gleichgewicht zwischen Vorder- und Hinterachse sorgt. Das hilft dem Fahrer vor allem in den Kurven, das Auto kann die Kraft schneller auf den Boden bringen und ist agiler – und entsprechend stabiler in der Kurve.

Nahaufnahme der Ladebuchse eines Mercedes-Benz S-Klasse Plug-in-Hybrids in der Farbe Onyxschwarz,

Plug-in-Hybride und Nachhaltigkeit

Natürlich ist auch bei den Plug-in-Hybriden Nachhaltigkeit eine wichtiger Faktor.  Obwohl diese Fahrzeuge auch einen Verbrennungsmotor besitzen, stoßen sie durch die Nutzung des Elektromotors weitaus weniger umweltschädliches CO2 aus als Autos mit nur einem Verbrennungsmotor. Durch die Batterie haben sie außerdem einen stärkeren Elektromotor als normale Hybridautos, können den Elektromotor also länger nutzen und CO2-Ausstoß einsparen.

Die Entwicklung dieser Technik ist noch lange nicht abgeschlossen. Die Ingenieurinnen und Ingenieure bei Daimler entwickeln, verbessern und verfeinern Plug-in-Hybride immer weiter, damit diese so umweltschonend und effektiv wie möglich fahren.

Bild in der Totalen: Eine Mercedes-Benz S-Klasse Plug-in-Hybrid in der Farbe Onyxschwarz steht an einer Ladesäule zum Aufladen

Alle Bilder: Daimler AG

Der Begriff Touchscreen stammt aus dem Englischen. Ins Deutsche übersetzt ist „Touch” = Berührung und „Screen” = Bildschirm. Touchscreens sind also Bildschirme, die über Berührungen steuerbar sind. In deinem Alltag begegnen sie dir sicher regelmäßig. Neben Smartphones, Tablets und Laptops findest du Touchscreens zum Beispiel im Supermarkt. Dort sind alle Kassen mit einem Touchscreen ausgestattet. Auch wenn du am Bahnhof ein Zugticket kaufen willst, bedienst du am Ticketautomaten einen Touchscreen. 

Du siehst also, Touchscreens sind überall. Doch wie funktionieren sie eigentlich? 

Foto: Adobe Stock // georgerudy

So funktioniert die Technik

Die Technik dahinter ist ein bisschen kompliziert. Alle Touchscreens besitzen eine berührungsempfindliche Oberfläche, einen Kontroller und ein Betriebssystem. Wenn du die berührungsempfindliche Oberfläche berührst, misst der Kontroller deine Signale auf der Oberfläche und leitet diese an das Betriebssystem weiter. Das Betriebssystem arbeitet als Übersetzer, es verwandelt deine Fingerbewegungen in die Bewegungen einer Computermaus, welche es auf den Bildschirm überträgt. Das Tippen auf den Bildschirm entspricht also einem Mausklick. 

Auf diese Art  funktionieren alle Touchscreens, doch sie folgen dabei unterschiedlichen physikalischen Prinzipien. Eines dieser Prinzipien ist das kapazitive Prinzip, nach ihm funktionieren beispielsweise Handys und Tablets. 

Metallrohre und Elektronen

Das kapazitive Prinzip besteht aus einem Netz aus dünnen Metallrohren, welche sich horizontal und vertikal durch die Glasscheibe des Bildschirms ziehen. Diese Metallrohre leiten Strom und sind so dünn und fein, dass du sie mit bloßem Auge gar nicht erkennen kannst. Durch sie werden elektrisch geladene Teilchen geleitet. Diese Teilchen sind entweder positiv oder negativ geladen, wobei positive und negative Teilchen sich gegenseitig anziehen. 

Wie funktionieren die elektrisch geladenen Teilchen?

Die positiv geladenen Teilchen werden durch die horizontalen Rohre geleitet und verteilen sich dort. Anschließend werden die negativ geladenen Teilchen durch die vertikalen Rohre geleitet. Dadurch, dass sich negative und positive Teilchen anziehen, sammeln sich die negativ geladenen Teilchen dort, wo sich vertikale und horizontale Rohre schneiden und die Teilchen am nahesten beieinander sein können. Das ist der Zustand des Touchscreens, ehe du ihn berührst. 

Der Finger auf dem Touchscreen 

Wusstest du, dass auch du selbst lauter kleine Teilchen in dir hast? Berührst du nun den Touchscreen, werden deine negativ geladenen Teilchen vom Touchscreen angezogen und sammeln sich in deinen Fingerspitzen. Gleichzeitig werden die positiven Teilchen des Touchscreens von deinen negativen Teilchen angezogen, sie ziehen also zu deinen Fingerspitzen hin und können somit die negativen Teilchen innerhalb des Touchscreens nicht mehr anziehen. Also erkennt die Hardware des Touchscreens, dass an derjenigen Stelle dein Finger auf dem Bildschirm aufliegen muss, wo die negativen Teilchen ungehindert durch die dünnen Metallrohre fließen können und die positiven Teilchen sie nicht anziehen. 

Experiment: Wie funktioniert ein Touchscreen unter verschiedenen Bedingungen?

Von der grauen Theorie direkt in die Praxis! Egal ob mit deinem Handy oder dem Tablet deiner Eltern: Nimm dir mal ein paar Minuten, um herauszufinden, wie ein Touchscreen unter verschiedenen Bedingungen funktioniert – oder ob überhaupt.

1. Touchscreen mit Handschuh bedienen

Was passiert, wenn du einen Touchscreen mit dicken Wollhandschuhen bedienst? Was passiert mit dünnen Einmalhandschuhen?

Kannst du dir vorstellen, warum es spezielle Handschuhe für die Bedienung von Smartphone & Co. gibt?

Foto: Adobe Stock // romaset

2. Touchscreen mit mehr als einem Finger berühren 

Bei diesem Versuch wirst du feststellen, dass manche Touchscreens bzw. die Anwendungen darauf genau dafür da sind – so kannst du zum Beispiel auf einer Landkarte oder einem Bild heranzoomen, indem du zwei Finger benutzt. Andere Geräte, zum Beispiel Fahrkartenautomaten, sind nur für die Bedienung mit einem einzelnen Finger ausgelegt.

3. Etwas anderes als die Finger verwenden

Bei diesem Experiment wirst du staunen: Versuche einmal, deinen Touchscreen mit einer Banane, einer Gurke oder einem Würstchen zu bedienen (bitte die verwendeten Lebensmittel hinterher nicht mehr essen, da sich auf Touchscreens viele Keime sammeln!). Hättest du das gedacht?

Dass das funktioniert, liegt daran, dass sich die geladenen Teilchen in diesen Lebensmitteln ganz ähnlich verhalten wie in deiner eigenen Hand.

Foto: Adobe Stock // progressman

→ Probiere es selbst aus und sei gespannt, was du alles herausfindest!

Touchscreens im Bereich Automobil

Auch in der Automobil-Branche finden Touchscreens immer mehr Verwendung. Sicher hast du bereits festgestellt, dass beispielsweise Navigationsgeräte oft mithilfe eines Touchscreens funktionieren. Doch auch in die Autos selbst werden immer häufiger Touchscreens eingebaut. Durch den Touchscreen können deine Eltern bequem sämtliche Funktionen des Autos wie zum Beispiel das Radio einstellen.

Fest steht also, dass Touchscreens schon jetzt eine große Bereicherung für die Automobil-Branche darstellen. Doch wir stehen noch lange nicht am Ende und unsere Technik wird stetig weiterentwickelt. 

Foto: Daimler AG

 

Beitragsfoto: Adobe Stock // Mihai Simonia

Damit hast du jetzt bestimmt nicht gerechnet: Das Wort „Nachhaltigkeit” stammt ursprünglich aus der Forstwirtschaft des 17. Jahrhunderts. Damals ging es um den Gedanken, dass nicht mehr Bäume gefällt werden sollten, als nachwachsen können. Wenn man alles auf einmal abholzt, gibt es gar keinen Wald mehr – wenn man jedoch immer nur eine bestimmte Menge der Bäume fällt, bleibt der Wald als solches erhalten. So haben auch folgende Generationen noch Holz für ihren Verbrauch zur Verfügung. 

Klingt einleuchtend, oder? Wenn man genauer darüber nachdenkt, trifft das nicht nur auf Holz zu, sondern auf andere Ressourcen genauso. Nachhaltigkeit bedeutet also im weitesten Sinne, die Zukunft der Erde im Blick zu haben und dafür zu sorgen, dass man nicht alle Ressourcen bereits in der Gegenwart aufbraucht.

Alltag & Co.: Nachhaltigkeit im Kleinen

Der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen kann gut auf weitere Bereiche des täglichen Lebens übertragen werden. Ein anderer Aspekt ist die Art, wie wir Menschen generell leben. Wie viel Müll hinterlassen wir? Werfen wir einen Gebrauchsgegenstand sofort weg und kaufen etwas Neues – oder verwenden wir ihn möglichst lange?

Auch in deinem persönlichen Alltag lohnt es sich, darüber nachzudenken, wie du nachhaltig leben kannst. Das betrifft nicht nur Gegenstände. Kein Wasser zu verschwenden, ist eine Art, in deinem Alltag auf Nachhaltigkeit zu achten – also zum Beispiel beim Zähneputzen das Wasser nicht die ganze Zeit laufen zu lassen, sondern erst dann aufzudrehen, wenn du es brauchst. Wenn du dein Taschengeld sofort ausgibst, nachdem du es bekommen hast, ist es weg. Wenn du etwas davon zur Seite legst, hast du auch im kommenden Monat noch etwas davon – du bist also nachhaltig mit deinem Taschengeld umgegangen.

Politik & Co.: Nachhaltigkeit im Großen

Wenn du selbst nachhaltig mit deinem Taschengeld umgehst oder deine Klamotten nicht bereits nach dem zweiten Tragen wegwirfst, ist das zwar nachhaltig, aber nur für dich im Privaten. Damit beim Verbrauch von Ressourcen wirklich Rücksicht auf nachfolgende Generationen genommen werden kann, müssen große Entscheidungen getroffen werden. 

So beratschlagen sich zum Beispiel Politikerinnen und Politiker aus der ganzen Welt regelmäßig darüber, wie man Nachhaltigkeit gestalten und zum Beispiel die Umwelt besser schützen kann. Es gibt gemeinnützige Organisationen, die in einem bestimmten Bereich für mehr Nachhaltigkeit arbeiten, zum Beispiel Landwirtschaft. Und auch große Firmen und Unternehmen achten darauf, wie sie Produktion nachhaltig umsetzen und ihrer Verantwortung für die Gesellschaft gerecht werden.

Hybrid, Brennstoffzelle und mehr: Nachhaltigkeit im Bereich Automobil

Eine dieser großen Firmen ist Daimler, wozu Genius ja ebenfalls gehört. Auch beim Bau von Autos wird auf Nachhaltigkeit geachtet. So entwickelt Daimler Lösungen für alternative Antriebe regelmäßig weiter – wie zum Beispiel Hybrid-Fahrzeuge oder Forschung an der Brennstoffzelle. Hierzu war Kinderreporterin Emma sogar schon von Daimler-Ingenieurin Leoni Pretzel in die „Verfahrensentwicklung”  eingeladen worden. Dort hat ihr Leoni gezeigt, wie so eine Brennstoffzelle funktioniert und warum das für mehr Nachhaltigkeit sorgt.

Aber auch Themen wie Klimaschutz und Luftreinhaltung, wie unsere Städte lebenswert gestaltet werden können, sodass sich alle wohlfühlen, und wie der Verkehr noch sicherer werden kann, gehören für Daimler dazu. Themen, von denen langfristig alle etwas haben, auch deine Familie und du.

Beitragsfoto: Daimler AG

Warum ist Licht so wichtig? 

Auch wenn das Auto die Scheinwerfer zum Fahren selbst nicht braucht, sind sie trotzdem essentiell fürs Autofahren. Eine gute Beleuchtung senkt das Unfallrisiko bei Nacht enorm. Andreas Hauser, im Mercedes-Benz Technology Center in Sindelfingen, kurz MTC genannt, an der Scheinwerfererprobung arbeitet, erklärt, warum das so ist: „Generell ist es schwieriger, bei Nacht Auto zu fahren, einfach weil man weniger sieht.”

Das bedeutet, dass Straßenschilder und mögliche Gefahrenquellen genauso von der Dunkelheit verschluckt werden wie Fußgänger oder Tiere auf der Straße. Das wäre gefährlich, die nicht rechtzeitig zu sehen. Eine gute Beleuchtung wirkt hier entgegen und macht das Fahren nicht nur für Menschen hinterm Steuer, sondern auch für alle anderen Verkehrsteilnehmenden viel sicherer. Zudem geht es nicht nur darum, selbst beim Autofahren in der Dunkelheit gut zu sehen – sondern auch von anderen gut gesehen zu werden, und das rechtzeitig.

Aber wie wird eine optimale Beleuchtung eigentlich erreicht? Ganz einfach: durch Tests, Tests und noch mehr Tests. Auf dem Testgelände in Sindelfingen wurden früher sämtliche Scheinwerfer in Autos auf Teststrecken ausprobiert und weiterentwickelt, ehe sie in die Produktion gingen. Heute geht das Ganze auch, ohne direkt auf die Straße zu müssen. Und zwar dank dem Nachtfahrsimulator, mit dem Andreas Hauser und seine Kolleginnen und Kollegen regelmäßig arbeiten.

Was ist der Nachtfahrsimulator genau?

Der Nachtfahrsimulator besteht aus mehreren Teilen. In einem komplett abgedunkelten Raum steht die vordere Hälfte eines Autos als Testfahrzeug. Dieses Auto enthält all die Technik, die man für ein realistisches Fahrgefühl benötigt. „Auf dem Fahrersitz ist es wie im echten Auto”, sagt Andreas Hauser. „Es gibt ein Lenkrad, Gas und Bremse und sogar den Gangwahlhebel, man kann also wie im echten Auto auch vorwärts oder rückwärts fahren.” Außerdem befinden sich im abgedunkelten Raum vier Beamer an der Decke. Vor dem Auto ist eine halbrunde Leinwand aufgespannt, auf die man vom Fahrersitz aus schaut.

Diese Zusammenstellung aus Testfahrzeug, Leinwand, Beamern und abgedunkeltem Raum ist der Nachtfahrsimulator. Gesteuert wird alles über ein Tablet. Man „fährt” also nicht wirklich in diesem speziellen Auto – was man darin sieht, ist eine Simulation, ähnlich wie in einem Computerspiel Andreas Hauser gibt zu, dieses Fahren, ohne wirklich zu fahren, „fühlt sich im ersten Moment schon komisch an” – und manche könnten dabei sogar seekrank werden. Das sei allerdings eine Frage der Gewöhnung und der Tagesform, ergänzt er.

Wie funktioniert der Simulator?

Wenn die Andreas Hauser und seine Kolleginnen und Kollegen den Nachtfahrsimulator nutzen wollen, gewöhnen sie zuerst einmal ihre Augen an die Dunkelheit im Raum. Das ist wichtig, weil unsere Augen mindestens eine Minute Zeit brauchen, um in der Dunkelheit sehen zu können. Dann steigt Andreas Hauser ins Auto, schaltet die Technik ein und die vier Beamer projizieren eine Straße auf die Leinwand. Kleine Monitore in den Rückspiegeln simulieren den Verkehr hinter dem Testfahrzeug. So wird eine authentische Fahrsituation erzeugt. Jetzt kann in dieser Situation das Licht unterschiedlicher Scheinwerfer eingespielt und somit ausprobiert und untersucht werden.

Das bedeutet, dass die Ingenieurinnen und Ingenieure jetzt nicht mehr bis in die Nacht hinein auf natürliche Dunkelheit warten müssen, um Scheinwerfer auszuprobieren. „Wir testen die Scheinwerfer tatsächlich auch noch auf der Straße”, betont Andreas Hauser, „aber mit dem Simulator haben wir die Möglichkeit, schon viel früher Tests durchzuführen.” 

So kann man die Software, also das Computerprogramm, eines Beleuchtungssystems testen, ehe die Hardware, also der tatsächliche Scheinwerfer, entwickelt wurde. Das hat Vorteile, man kann viel mehr ausprobieren und auch vergleichen. Andreas Hauser findet das praktisch: „Ich kann zwischen unterschiedlichen Entwicklungsständen hin- und herschalten, wo ich am realen Fahrzeug erst noch Scheinwerfer ein- und ausbauen müsste. In der Simulation kann ich das einfach mit einem Klick ändern.”

Die Erkenntnisse über die Software fließen dann direkt in die Entwicklung der Hardware mit ein – „bevor die Teile überhaupt produziert sind”, so Andreas Hauser.

Intelligente Lichtsysteme

Seit drei Jahren wird der Nachtfahrsimulator stetig weiterentwickelt und es ist noch lange kein Ende in Sicht. Der nächste Schritt ist es, die Blendsituation des Gegenverkehrs präzise nachzustellen. So kann der Nachtfahrsimulator feststellen, ob das Beleuchtungssystem andere Verkehrsteilnehmer blendet und gefährdet. Bereits jetzt gibt es intelligente Lichtsysteme, die erkennen, ob man gerade durch eine gut ausgeleuchtete Stadt oder einen dunklen Wald fährt – und die Lichtstärke und Reichweite der Scheinwerfer dann genau auf die Umgebung anpassen. 

Andreas Hauser jedenfalls macht sein Job in der Scheinwerfererprobung des Mercedes-Benz Technology Center in Sindelfingen großen Spaß. Auf die Frage, welche Schulfächer für einen solchen Beruf besonders wichtig sind, sagt er: „Es gibt viele Wege, um zu uns zu kommen. Interesse an Naturwissenschaften und Mathematik ist zwar wichtig – aber noch wichtiger ist es, Spaß an dem zu haben, was man gerne macht.” Die Daimler-Welt jedenfalls bietet viele spannende Berufe rund um Technik und Autos – ein paar davon haben auch die Genius Kinderreporter bereits entdeckt.

Beitragsfoto: Daimler AG

Das Wort Aquaplaning setzt sich aus “Aqua” (lateinisch für Wasser) und “planing” (englisch für Gleiten) zusammen und bedeutet übersetzt tatsächlich das Gleiten übers Wasser. Aquaplaning findet meist an den Stellen statt, wo sich das Wasser bei Regen auf der Straße sammelt – besonders in den Spurrillen der Fahrspur oder in Pfützen. Wenn dieses Wasser in die Rillen des Reifens gelangt, kann es passieren, dass die Reifen während der Fahrt den Kontakt mit dem Asphalt verlieren – fast so, als würden sie darauf schwimmen. So kommt es zum Aquaplaning.

Achtung, Rutschgefahr!

Haben die Reifen während der Fahrt keine Haftung mehr mit der Straße, dann fängt das Auto an zu rutschen – ein bisschen so, als wäre es auf Glatteis. Wenn das passiert, kann der Fahrer weder bremsen noch lenken. Er rutscht dann so lange auf der Wasserfläche, bis die Reifen wieder Kontakt mit der Straße bekommen. Dabei kann es leicht zu einem Unfall kommen, da die Wasseroberfläche Lenk- und Ausweichmanöver besonders schwierig macht.

Wie verhalte ich mich beim Aquaplaning?

Kommt es zum Aquaplaning, ist es wichtig Ruhe zu bewahren. Der Fahrer sollte jetzt dafür sorgen, dass sein Fahrzeug an Geschwindigkeit verliert – bedeutet also: Runter vom Gas und langsam die Bremse betätigen. Das Lenken sollte während des Gleitens generell vermieden werden, bis die Reifen wieder Kontakt zur Straße haben.

Besonders bei starkem Regen ist Vorsicht geboten! // Foto: Adobe Stock — maho

So geht es sicher durch den Regen

Aquaplaning kann gefährlich sein, aber es gibt auch Möglichkeiten, dass es nicht so weit kommt. Wenn der Mensch hinterm Steuer Folgendes beachtet, kann er sich vor einem möglichen Unfall schützen:

  • Geschwindigkeit: Je schneller ein Auto fährt, desto schneller können die Reifen auf der Wasserfläche durchdrehen. Es ist deshalb sinnvoll, bei Regen immer etwas langsamer unterwegs zu sein.
  • Abstand: Bei Regen ist es besonders wichtig einen Sicherheitsabstand zu den anderen Fahrzeugen einzuhalten, denn: Fängt das Auto an zu schlittern, hat der Fahrer mehr Zeit die Kontrolle über das Auto zurück zu erhalten.
  • Untergrund: Ein paar Tropfen auf der Straße bedeuten noch nicht gleich Aquaplaning – aber sobald es regnet und sich das Wasser in Spurrillen oder Pfützen sammelt, müssen Fahrer besonders aufpassen.
  • Reifen: Ein Auslöser für Aquaplaning können nicht ausreichend kontrollierte Reifen sein. Es ist deshalb wichtig, dass die Reifen vor der Fahrt immer auf ausreichend Profil und genügend Druck geprüft werden.

Heute sind Milena und ich im Prüf- und Technologiezentrum in Immendingen, wo die neue S-Klasse von Mercedes-Benz vorgestellt wird. Das Gelände ist riesengroß und es gibt verschiedene kilometerlange Straßen – und sogar Steilhänge und eine Fläche, auf der autonom fahrende Autos getestet werden, die Bertha-Fläche.

Vorstandsmitglied Markus Schäfer und die wichtigsten Erfindungen

Eingeladen wurden wir von Markus Schäfer. Er ist Mitglied im Vorstand bei Daimler und Mercedes Benz und wir sind gespannt, was er uns alles erzählen wird. Natürlich fragen wir uns, in welchen Fächern man in der Schule besonders aufpassen muss, um so einen Beruf machen zu können. Markus Schäfer sagt, dass eigentlich alle Fächer wichtig sind – besonders aber Mathe und Physik. Zum Glück mögen wir diese Fächer beide.

Vorstandsmitglied Markus Schäfer trifft die Genius Kinderreporter Alex und Milena in Immendingen
Vorstandsmitglied Markus Schäfer trifft Alex und Milena in Immendingen

Neben uns steht ein großes Modell eines Fahrzeugs, aber es ist kein normales Auto. Eigentlich ist es nur die Karosserie, aber darin ist das komplette Innenleben sichtbar. Wie das Skelett des Autos, so sieht das aus. Als Milena nach der wichtigsten Erfindung fragt, die es bei Daimler gegeben hat, können wir einen genaueren Blick auf diese sogenannte „Schnittkarosse” werfen. Der Sicherheitsgurt in Verbindung mit dem Airbag, sagt Markus Schäfer, ist eine der wichtigsten Erfindungen. Beide haben schon unglaublich viele Menschen bei Unfällen vor Schlimmerem gerettet. Das Modell, das wir sehen, hat sogar ganze 18 Airbags. Markus Schäfer zeigt und erklärt uns ganz genau, wie das funktioniert und wo sie überall im Auto verbaut sind. 

Außerdem zeigt er uns an der Schnittkarosse, wo überall Sensoren und Kameras sind. Die sind wichtig, damit die Fahrerassistenzsysteme dabei unterstützen können, Unfälle zu vermeiden. Und damit diese Systeme im Straßenverkehr richtig funktionieren, wird genau das hier in Immendingen mit echten, fahrenden Autos getestet.

Ein Kind rennt auf die Straße? Kein Problem, dank Fahrerassistenzsystemen

Das wollen wir natürlich sehen! Markus Schäfer stellt uns Katharina Kupferschmid vor, die an der Entwicklung der Fahrerassistenzsysteme arbeitet. Sie nimmt uns mit nach draußen, wo wir tatsächlich bei verschiedenen Versuchen zuschauen können.

So können wir sehen, wie die neue S-Klasse rechtzeitig bremst, wenn zum Beispiel ein Fahrradfahrer oder ein Kind mit einem Ball unerwartet auf die Fahrbahn kommt. Da legt das Auto eine richtige Vollbremsung hin. Milena und ich staunen nicht schlecht. Und das Allerbeste ist: Weder der Fahrradfahrer noch das Kind werden vom Auto erwischt. Natürlich sind es keine echten „Versuchspersonen”, sondern computergesteuerte Attrappen aus Schaumstoff. Wie man die mit wenigen Mausklicks bewegt, schauen Milena und ich uns in der Schaltzentrale natürlich auch direkt an.

Und wie funktionieren die Fahrerassistenzsysteme nun genau? Katharina Kupferschmid erklärt uns, dass Kameras und Sensoren mit Radar am Auto verbaut sind und ständig im Einsatz sind. Und die können erkennen, ob ein Fahrrad oder Mensch im Weg ist. Wenn die Kameras und Sensoren beide dasselbe erkennen, reagieren sie blitzschnell, aktivieren den Bremsassistenten und das Auto kommt zum Stehen. Ganz schön clever, so eine Technik!

Vollbremsung selbst erleben: Milena und ich auf dem Track

Wie sich so eine Vollbremsung anfühlt, können Milena und ich jetzt am eigenen Leib erfahren, denn die Mitarbeiter von Daimler laden uns ein, bei einer Testfahrt mit der neuen S-Klasse mal dabei zu sein. Das lassen wir uns nicht zweimal sagen. Wir steigen – selbstverständlich hinten – ein und dürfen jeden der Versuche einmal live miterleben. Auch den, bei dem das Auto von 120 Stundenkilometern vor einem Schaumstofffahrzeug abbremst. Da werden wir ganz schön durchgeschüttelt – aber zum Glück gibt es Sicherheitsgurte!

Das war ein toller Abschluss dieses wirklich spannenden Tages auf der Teststrecke im Prüf- und Technologiezentrum in Immendingen! Wir sind gespannt, wo es für uns als Genius Kinderreporter als Nächstes hingeht.  

Bis dahin schaut euch doch unser Video aus Immendingen an:

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Alle Bilder: Daimler AG

Akku oder Batterie? 

Batterie bedeutet so viel wie Energiespeicher. Wenn dieser wieder aufgeladen werden kann, sobald er leer ist, spricht man von einem Akku. Ist dies nicht möglich, handelt es sich um eine Batterie. Die beiden Begriffe werden aber im üblichen Sprachgebrauch häufig synonym verwendet. 

Bei einem Auto mit Verbrennungsmotor entsteht die nötige Energie, um das Fahrzeug zu bewegen, indem Benzin oder Diesel verbrannt wird. Ein Elektroauto besitzt stattdessen einen Akku, durch den das Auto permanent mit Energie „gefüttert“ wird. Dafür muss man es nur an die Steckdose anschließen und aufladen – ähnlich wie bei einem Handy. Da während des Fahrens keine giftigen Stoffe freigesetzt werden, sind E-Autos wesentlich klimafreundlicher.

Wie weit kann ich damit fahren?

Der Akku ist der teuerste Bestandteil des Elektroautos, denn ohne ihn wäre das Auto nicht fahrtüchtig. Je mehr Energie er speichern kann, desto weitere Strecken kann man zurücklegen. Wie lange man mit einem vollen Akku fahren kann, ist aber sehr unterschiedlich. Die maximale Reichweite liegt aktuell bei 605 Kilometer. Das ist ungefähr so weit wie von Stuttgart nach Berlin. Akkus werden allerdings immer weiter von Forschern optimiert, um sie noch leichter, kleiner und leistungsfähiger zu machen. 

Auch wenn Elektroautos aufgrund ihrer Klimafreundlichkeit gerade im Trend sind, lässt sich am Akku also noch einiges verbessern. Darum setzen viele weiterhin alternativ auf Hybrid-Autos. Diese besitzen sozusagen eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor. Wie genau das funktioniert, kannst du hier nachlesen.

Was passiert da jetzt genau?

Für den Energiespeicher in E-Autos werden meist Lithium-Ionen-Akkus eingebaut, die auch für Laptops und Digitalkameras verwendet werden.  Der Akku besteht aus zwei Teilen, die man Elektroden nennt. Die Kathode ist sozusagen der Pluspol des Akkus und die Anode der Minuspol. Davon hast du bestimmt schon mal in Verbindung mit einem Magneten gehört. Beim Aufladen wandern die positiv geladenen Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode, verbinden sich dort mit den negativ geladenen Teilchen und werden gespeichert. Beim Entladen des Autos während der Fahrt, passiert Folgendes: Die Lithium-Ionen wandern zurück in die Kathode und setzen dort die gespeicherte Energie wieder frei. 

Sicher hast du schon gehört, dass Akkus nicht ewig halten. Durchschnittlich haben sie eine Lebensdauer von acht bis zehn Jahren, bis sie ausgetauscht werden sollten. Danach muss man sie aber auf keinen Fall einfach wegwerfen. Bei nachlassender Leistung kann man die Akkus immer noch als Stromspeicher zum Beispiel in Windenergieanlagen verwenden. Wenn diese Zweitnutzung nicht mehr möglich ist, kann man die einzelnen enthaltenen Rohstoffe auch zurückgewinnen. Der Akku ist nämlich eine echte Schatzgrube: Mehrere Kilogramm Mangan, Kobalt, Nickel und Lithium lassen sich daraus recyceln und wiederverwenden.

 

Produktion von Batterien für Elektroautos
So sieht übrigens eine Akkuproduktion bei Daimler aus. (Foto: Daimler AG)

 

Beitragsfoto: Patrick P. Palej // Adobe Stock

Die Genius Box beinhaltet spannende und anregende Ideenkarten für die Klassenstufen 1-6. Nutzen Sie unsere Genius Box als ergänzendes Home-Learning Unterrichtsmaterial oder zur Auflockerung bestehender Unterrichtseinheiten.

Lassen Sie sich inspirieren: Mitmachexperimente und andere kreative Aufgabenarten aus den Themenfeldern Naturphänomene, Mobilität der Zukunft, Digitalisierung und dem Lebensraum der Kinder wollen entdeckt und spielerisch ausprobiert werden. Die Genius Box enthält auch pfiffige Methodenspiele – alles übersichtlich, klar, kompakt für Sie aufbereitet.

Hier geht es zu allen Inhalten der Genius Box.

Die im Folgenden vorgestellten Inhalte für jede Klassenstufe lassen sich unkompliziert mit i.d.R. haushaltüblichen Materialien daheim durchführen.

Klasse 1+2

Wer hat den Hubschrauber erfunden?

Was steckt drinnen? Geringer Material-Einsatz, toller Effekt, vermittelt technisches und historisches Hintergrundwissen, gebauter Hubschrauber kann überall zuhause fliegen/über Tage Spaß bereiten

Mit einem Klick auf das Bild gelangen Sie direkt zu den dazugehörigen Ideenkarten und Zusatzdokumenten der Genius Box.

Genius Box: Wer hat den Hubschrauber erfunden? Deutsch, Sachunterricht, Klassenstufen 1-2

Brauchen Pflanzen Erde, um zu wachsen?

Was steckt drinnen? Geringer Material-Einsatz, super für die Zeit zuhause. Einer Pflanze tagtäglich beim Wachsen zusehen, wissenschaftliches Arbeiten anhand von Dokumentationen und Reflexionen kennenlernen

Mit einem Klick auf das Bild gelangen Sie direkt zu den dazugehörigen Ideenkarten und Zusatzdokumenten der Genius Box.

Genius Box: Brauchen Pflanzen Erde, um zu wachsen? Sachunterricht, Biologie, Klassenstufen 1-2

Kann ein Blatt ein volles Glas tragen?

Was steckt drinnen? Geringer Material-Einsatz, anstatt Murmeln sind diverse andere Gegenstände einsetzbar, ggf. z. B. in Kombi mit Spielzeug-Bausteinen, wissenschaftliches Arbeiten anhand von Dokumentationen und Reflexionen kennenlernen

Mit einem Klick auf das Bild gelangen Sie direkt zu den dazugehörigen Ideenkarten und Zusatzdokumenten der Genius Box.

Genius Box: Kann ein Blatt Papier ein volles Glas tragen? Sachunterricht, Klassenstufen 1-2

Klasse 3+4

Wie funktioniert 3D-Druck?

Was steckt drinnen? Geringer Material-Einsatz, gute Kombination aus Zubereitung/Backen/Verzehr in Verbindung mit einer ersten Heranführung an 3D-Druck

Mit einem Klick auf das Bild gelangen Sie direkt zu den dazugehörigen Ideenkarten und Zusatzdokumenten der Genius Box.

Genius Box: Wie funktioniert 3D-Druck? Sachunterricht, Kunst, Klassenstufen 3-4

Klasse 5+6

Wobei kann mir mein Smartphone helfen?

Was steckt drinnen? Kinder und Jugendliche lernen ihr Smartphone auf eine andere Art und Weise kennen, sie nutzen das Gerät zur Recherche, Forschung und als Grundlage für Experimente

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Genius Box: Wobei kann mir mein Smartphone helfen? Sachunterricht, Technik, Klassenstufen 5-6

Die Genius Box – der Ideenkasten für die Grundschule wurde gemeinsam mit Klett-MINT, Daimler AG Ingenieurinnen und Ingenieuren sowie einem Team aus erfahrenen Schulbuchautoren entwickelt.

Unter einer Lichtmaschine stellst du dir wahrscheinlich eine Maschine vor, die Licht macht. Das ist naheliegend und sogar fast richtig. Die Lichtmaschine sorgt im Auto tatsächlich dafür, dass die Scheinwerfer des Fahrzeugs hell leuchten. Das Licht macht die Maschine aber nicht selbst – sie produziert die Energie dafür. Genius erklärt dir, was die Lichtmaschine noch alles kann und wie sie funktioniert.

Lichtmaschine – was genau ist das?

Die Lichtmaschine ist das eigene kleine Kraftwerk des Autos. Sie versorgt die Scheinwerfer und andere elektrischen Geräte an Bord des Fahrzeugs mit Strom. So kannst du während der Autofahrt Radio hören und die Fenster elektrisch öffnen. Aber auch die Lüftung, Heckscheibenheizung und der Anlasser des Autos benötigen Strom.
Du fragst dich vielleicht, wie die Lichtmaschine den Anlasser mit Strom versorgen kann, wenn das Auto noch gar nicht an ist? Ganz einfach: Während der Fahrt lädt die Lichtmaschine die Autobatterie auf. Die Batterie speichert den Strom und versorgt den Anlasser, selbst wenn das Auto noch aus ist. Deshalb ist es wichtig, die Scheinwerfer auszuschalten, wenn der Motor nicht läuft. Ansonsten entleert sich die Batterie und der Motor startet nicht – und die Lichtmaschine auch nicht.

Wie funktioniert eine Lichtmaschine?

Die Lichtmaschine ist dir vielleicht auch unter der Bezeichnung Generator bekannt. Generatoren sind wie echte Zauberer: Sie verwandeln Bewegungsenergie in elektrische Energie. Das bedeutet, dass die Lichtmaschine Strom produziert, indem sie Bewegungsenergie umwandelt. Und das funktioniert so: Bewegt sich ein elektrischer Leiter durch ein magnetisches Feld, wird in dem Leiter eine elektrische Spannung erzeugt. In der Lichtmaschine befindet sich ein beweglicher Rotor mit Magneten. Der Motor des Autos treibt den Rotor über einen Riemen an. In Folge drehen sich Rotor und Magnete zwischen elektrisch leitenden Spulen im Inneren der Lichtmaschine und eine elektrische Spannung entsteht. Das Prinzip nennt sich elektromagnetische Induktion.

Fahrradlichtmaschine: der Dynamo

Eine ähnliche Funktionsweise kennst du von deinem Fahrrad: Der Dynamo ist ebenfalls ein Generator und wird auch Fahrradlichtmaschine genannt. Er erzeugt das Licht für den Scheinwerfer und die Rückleuchte. Meistens befindet er sich am hinteren Fahrradreifen. Angetrieben von der Drehbewegung des Reifens produziert der Dynamo während der Fahrt elektrische Energie. Einen Motor braucht das Fahrrad nicht. Die notwendige Bewegungsenergie erzeugt der Fahrradfahrer selbst, indem er fleißig in die Pedale tritt.

Lichtmaschine eines Fahrzeugs
Der Keilriemen treibt die Lichtmaschine an. Gut sichtbar in Orange: die Spulen.

Beitragsfoto: Daimler AG