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Um ein solches Chaos auf den Straßen zu vermeiden und den Verkehr besser zu regeln, gibt es Verkehrszeichen. Sie bestimmen, wer Vorfahrt hat oder welche Geschwindigkeit wo erlaubt ist. Sie warnen aber auch vor möglichen Gefahren wie steilen Straßen oder Bahnübergängen. Alle Verkehrszeichen und ihre Bedeutung sind in der Straßenverkehrsordnung (StVo) festgelegt. Wer sie nicht beachtet, wird bestraft.

Von der Warntafel zum Verkehrsschild

Heutzutage sind Verkehrszeichen zum Beispiel Ampeln oder Markierungen auf der Fahrbahn. Und was noch? Genau, Verkehrsschilder! Und die gibt es übrigens schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts. Die allerersten Schilder sollten die Menschen vor Bahnübergängen warnen. Anfang des 20. Jahrhunderts führte der „Kaiserliche Automobil-Club“ unter Kaiser Wilhelm II. die ersten Warntafeln ein. Noch waren diese Tafeln nur mit Text beschriftet. Nach und nach wurden aber immer mehr Zeichen und Farben dafür verwendet. Seit 1923 sind nun nicht mehr die Automobilclubs für das Aufstellen von Verkehrszeichen zuständig, sondern der Staat.

Was gibt es für Verkehrszeichen?

Heute gibt es ganz viele verschiedene Verkehrszeichen. Ein/e Autofahrer/in lernt die Bedeutung, während der Fahrstunden für den Führerschein. Und nicht nur die Autofahrenden: Auch Fußgänger/innen und Radfahrer/innen müssen über die Bedeutung der Verkehrszeichen Bescheid wissen, um sicher im Straßenverkehr unterwegs sein zu können. Sicher hast du auch schon einige Zeichen in der Schule gelernt.

Es gibt fünf verschiedene Arten von Verkehrszeichen: Gefahrenzeichen, wie beispielweise Warnungen vor Bahnübergängen, Baustellen oder Stau. Außerdem gibt es noch Richtzeichen. Das sind Vorfahrts- und Parkzeichen. Viele Richtzeichen sind rechteckig und blau – wie an Autobahnausfahrten, einige auch gelb. Die dritte Art der Verkehrszeichen sind die Vorschriftzeichen. Sie sind meistens rund und rot oder haben einen roten Rand. Sie geben zum Beispiel die Geschwindigkeitsbegrenzung, ein Halteverbot oder ein Überholverbot vor.

Auch Zusatzzeichen sind wichtig. Sie stehen nicht allein, sondern immer in Kombination mit einem anderen Verkehrszeichen, beispielsweise einem Richt- oder Vorschriftzeichen. Sie sind rechteckig und weiß und können andere Vorschriften zeitlich begrenzen. Oft gilt dann eine bestimmte Geschwindigkeitsbegrenzung – zum Beispiel nur von 9 bis 18 Uhr an einem Tag. Die letzte Art von Verkehrszeichen sind Verkehrseinrichtungen. Damit sind Absperrschranken bei Unfällen gemeint. Sie haben immer Vorrang. Sie setzen andere, vielleicht widersprüchliche Verkehrszeichen, außer Kraft.

Viele Sinneseindrücke im Straßenverkehr

Wie du dir denken kannst, sind aber alle Verkehrszeichen unnütz, wenn die Autofahrenden sie nicht wahrnehmen. Autofahrende haben im Straßenverkehr allgemein sehr viele Sinneseindrücke zu verarbeiten. Die Geschwindigkeit, in der das Gehirn diese Eindrücke verarbeitet, ist aber begrenzt. Je schneller ein/e Autofahrer/in fährt, desto mehr Sinneseindrücke prasseln auf ihn ein. Das Gehirn beginnt bei hohen Geschwindigkeiten dann oft, die Wahrnehmung auf einen kleineren Bereich zu reduzieren. Ein Tunnelblick ist die gefährliche Folge. Deshalb sind Verkehrszeichen auf der Autobahn immer viel größer, als zum Beispiel in der Tempo-30-Zone.

Das Auto unterstützt die Fahrenden

Trotzdem kann es beim Autofahren in einem unaufmerksamen Moment mal passieren, dass die Fahrenden ein Verkehrszeichen übersehen. Das kann schlimme Unfälle zur Folge haben. Um die Sicherheit zu verbessern, bieten Autobauer wie Mercedes-Benz Fahrerassistenzsysteme an, die Verkehrszeichen erkennen und die Fahrenden darauf aufmerksam machen können.

Wie das funktioniert? Eine Kamera an der Innenseite der Frontscheibe filmt den Bereich vor dem Fahrzeug. Sie kann die runde Form der Schilder erkennen und aus dem Umfeld herausfiltern. Anschließend gleicht das Auto die Informationen mit den GPS-Daten des Navigationssystems ab. Das Auto weiß nun, wo es sich genau befindet und wie schnell es sich fortbewegt. So kann es erkennen, dass die aktuelle Geschwindigkeit nicht den Vorgaben auf dem Schild entspricht. Wenn nun der/ die Fahrer/in am Schild vorbeifährt, warnt das System, indem ein Signal ertönt und eine Meldung auf dem Display erscheint. Genial oder? Das Assistenzsystem kann vor allem Geschwindigkeitsbegrenzungen, Überholverbote und Fahrtrichtungen erkennen und berichtigen.

Auflösung des Bilderrätsels (links nach rechts): 1. Stop-Schild: Anhalten und Vorfahrt gewähren, 2. Durchfahrt verboten, 3. Gefahrstelle: vorsichtig und aufmerksam fahren, 4. Vorfahrtstraße

Hinweis: Die in diesem Text enthaltenen Informationen und Aussagen werden von unserem Team sorgfältig recherchiert und geprüft. Es ist jedoch wichtig zu betonen, dass dieser Text keinen wissenschaftlichen Anspruch erhebt. Die primäre Zielsetzung unserer Blogartikel besteht darin, junge Leserinnen und Leser für MINT-Themen zu begeistern und komplexe Inhalte in einer verständlichen Form zu vermitteln.

Stand: Mai 2017

Beitragsbild: www.shutterstock.com / Carsten Reisinger

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 (jetzt Mercedes-Benz Group 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 die Fahrenden das Auto nicht mehr unter Kontrolle haben. 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 könnten die Fahrenden in der Extremsituation verhindern, indem sie den Druck auf die Bremse zu den richtigen Zeitpunkten immer wieder anheben und absenken. Doch das ist alles andere als einfach und für die Fahrenden in einer Situation, in der sie zum Beispiel auf ein Hindernis zufahren, 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, können die Fahrenden beim Bremsen sogar ein Hindernis umfahren.

Übersteuern und untersteuern

Um den Fahrenden 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 die Fahrenden überhaupt reagieren können. Auf nasser oder rutschiger Fahrbahn oder in einer Kurve kann ein Auto auf zwei verschiedene Arten ins Schleudern kommen.

Wenn die Fahrenden zu schnell in eine Rechtskurve fahren, 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.

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 die Fahrenden das Auto fahren möchten.

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.

Die Sensoren prüfen so insgesamt circa 25 Mal pro Sekunde, ob das Auto in die Richtung fährt, in die die Fahrenden auch lenken. 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 sollten Autofahrende 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.

Stand: Mai 2017

Fotos: Mercedes-Benz Group 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.

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.

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.

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.

Ähnlich kann auch ein Auto als Blitzableiter fungieren und ist bei Gewittern deshalb sehr sicher. Autos wie die der Mercedes-Benz Group 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.

Stand: April 2017

Hier ist (fast) alles geheim

Leoni ist 27 Jahre alt. Sie arbeitet bei Mercedes-Benz (ehemals 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!

In einem Ausstellungsraum zeigt mir Leoni gemeinsam mit ihrem Kollegen Klaus Dobler, der hier für das Testen der Systeme zuständig ist, das erste Brennstoffzellenauto von Mercedes-Benz (ehemals 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 = 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.“

Die Idee ist längst Wirklichkeit: Schon einige Busse und einzelne Autos fahren mit Wasserstoff durch die Stadt. Im Herbst 2017 wird Mercedes-Benz (ehemals 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.

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.

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 Mercedes-Benz 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.

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