Die Idee ist schon älter – aber die erste elektrische Ampel, die auch wirklich funktionierte, wurde im Jahr 1914 in den USA aufgestellt. Die Ampel ist also schon über hundert Jahre alt! Ampeln sorgen für einen sicheren Verkehrsfluss und vermeiden Unfälle. An großen, unübersichtlichen Kreuzungen würde ohne die Lichtsignalgeber – das ist einer der Fachausdrücke für Ampeln – ein großes Chaos ausbrechen, erst recht, wenn jede Fahrtrichtung mehrere Spuren hat und es auch noch Abbiegespuren gibt. Deswegen sind alle Ampeln so programmiert, dass nichts passiert – wenn alle Verkehrsteilnehmer gut aufpassen!

Ampeln sorgen für einen reibungslosen Verkehrsfluss. — Bild: Pixabay

Den Takt festlegen

An einer Kreuzung sind alle Ampeln miteinander verbunden, sodass sie aufeinander abgestimmt umschalten. Die Ampeln funktionieren computergesteuert durch einen Algorithmus – und zwar über einen Schaltkasten, zu dem alle Ampeln einer Kreuzung durch unterirdische Kabel miteinander verbunden sind.

Den Takt für die Ampelschaltung geben Fußgänger vor: Die Zeit, wie lange ein Fußgänger braucht, um an einer Fußgängerampel die Straße zu überqueren, ist dabei maßgeblich. Die Menschen sollen natürlich auch dann sicher die Straße überqueren können, wenn sie erst in letzter Sekunde loslaufen – also wenn die Ampel noch grün ist, aber auf Rot umspringt, während sie noch mitten auf der Straße sind. In dieser Zeit darf die Ampel für die Autofahrer auf keinen Fall schon auf Grün umspringen. Sonst passieren Unfälle! Deswegen gibt es Pufferzeiten, in denen alle Ampeln einer Kreuzung auf Rot stehen.

Ein sogenannter Signalzeitenplan legt die Länge der einzelnen Phasen fest. Die Grünzeiten können aber auch verlängert werden, wenn gerade viele Autofahrer unterwegs sind. Eine Möglichkeit dafür sind Sensoren und sogenannte Induktionsschleifen. In großen Städten gibt es jedoch auch eine zentrale Verkehrsüberwachung, die gefährliche Kreuzungen per Videoüberwachung im Auge behält. Dann können die Mitarbeiter auf Knopfdruck einstellen, dass eine Grünphase verlängert wird.

Auch wenn viele Menschen unterwegs sind, müssen alle sicher ans Ziel kommen. — Bild: Pixabay

Grüne Welle und verkehrsgesteuerte Ampeln

Auf einer Strecke wird manchmal die Steuerung mehrerer Ampelanlagen verknüpft, damit der Autofahrer an allen Ampeln auf der Strecke automatisch grün hat und somit nicht anhalten muss. “Grüne Welle” nennt man diese Besonderheit.

Manche Ampeln sind sogenannte verkehrsgesteuerte Ampeln. Sie schalten wirklich nur dann um, wenn auch Autos an der Ampel warten. Doch wie funktioniert das? In den Asphalt vor der weißen Haltelinie wird zunächst eine tiefe Rille gefräst – und zwar im Quadrat. Darin wird nun ein Draht gelegt, und zwar in mehreren Runden übereinander. Ein Kabel versorgt den Draht mit Strom und verbindet ihn mit einem Steuergerät. Wenn Strom durch die Drahtschleife fließt, baut sich ein Magnetfeld auf. Wenn ein Auto an der Stelle über der Drahtschleife steht, fließt mehr Strom, da das Auto aus Metall ist. Das Steuergerät registriert den erhöhten Stomfluss und schaltet die Ampel auf Grün. So kann sichergegangen werden, dass diese Ampeln nur dann umschalten, wenn auch wirklich Verkehr auf der Kreuzung ist. Der Fachausdruck für dieses System lautet Induktionsschleifen.

Solche Ampeln gibt es vor allem in ruhigen Gegenden, zum Beispiel auf dem Land. — Bild: Pixabay

Solche Sensoren können auch an Kreuzungen zum Einsatz kommen, die sehr viel befahren werden. Dort zählen sie, wie viele Autos gerade unterwegs sind, damit sie die Ampelschaltung anpassen. So soll Stau vermieden werden – zum Beispiel morgens, wenn viele Menschen gleichzeitig zur Arbeit wollen.

Und wenn die Ampel mal ausfällt?

Übrigens stehen an Kreuzungen mit Ampeln trotzdem Verkehrsschilder, die die Vorfahrtsregeln anzeigen. Warum eigentlich, wenn man doch nach der Ampelschaltung fährt? Diese Schilder sind jedoch wichtig, falls mal ein technischer Fehler passiert und die Ampel ausfällt. Dann gilt automatisch: Die Autofahrer müssen die Schilder beachten. An sehr unübersichtlichen Kreuzungen wird der Verkehr dann jedoch durch einen Polizisten geregelt.

Beitragsfoto: Daimler AG

Wie es sich anhört, wenn die Reifen über den Asphalt rollen, wenn ihr schnell über die Autobahn fahrt oder wenn du dich nicht angeschnallt hast – all das, was du während der Autofahrt hörst, gehört zur sogenannten Fahrzeugakustik. Doch was bedeutet das Wort „Akustik“ eigentlich?

Die Lehre vom Schall

Was ist Fahrzeugakustik?
Du kannst hören, weil Schallwellen dein Trommelfell zum Schwingen bringen; Bild: www.shutterstock.com / F8 studio

Die Akustik untersucht, wie Schall entsteht und sich ausbreitet, wie er beeinflusst wird und wie er erzeugt werden kann. Schall wird durch ein Geräusch oder einen Ton ausgelöst und besteht aus sogenannten akustischen Wellen oder Schwingungen. Sie heißen so, weil sie den Druck der Luft verringern und wieder erhöhen, sodass unsichtbare Wellen entstehen, die durch die Luft „schwingen“. Mit circa 340 Meter pro Sekunde können sich die Schallwellen durch die Luft ausbreiten und bis an dein Ohr gelangen, wo sie dein Trommelfell ebenfalls in Schwingungen versetzen. So kannst du ein Geräusch oder einen Ton hören. Die Schallwellen können außerdem unterschiedlich schnell schwingen: je schneller die Schwingung, desto höher nimmst du einen Ton war. Je stärker der Druck schwankt, desto lauter ist ein Geräusch. Die Lautstärke von Geräuschen wird mit der Einheit „Dezibel“ gemessen. Wenn du zum Beispiel flüsterst, sind das circa 30 Dezibel, wenn du normal sprichst, sind es ungefähr 55 Dezibel.

Ein Auto macht nicht nur „Brumm“

Was ist Fahrzeugakustik?
Eine Schwingung oder Vibration der Karosserie während der Autofahrt kann laut sein; Bild: Daimler AG

Im Gegensatz zur Akustik beschäftigt sich die Fahrzeugakustik nicht nur mit dem generellen Thema „Schall“. Sie analysiert, prüft und verbessert die Geräusche von Fahrzeugen. Im Stadtverkehr bei niedrigen Geschwindigkeiten ist zum Beispiel der Motor meist sehr laut, wenn man anfährt und beschleunigt. Auch das Abrollen der Reifen auf der Fahrbahn, die sogenannten „Reifen-Fahrbahn-Geräusche“, kann man hören. Auf der Autobahn bei sehr hohen Geschwindigkeiten ist die Luftumströmung, also die Aerodynamik, besonders laut. Theoretisch kann aber jedes Einzelteil am Auto Geräusche erzeugen. Besonders, wenn es sich während der Fahrt bewegt, schwingt oder vibriert. Du kannst dir das vorstellen wie nach einem Einkauf: Wie Glasflaschen oder Dosen in der Einkaufstasche, so können auch im Kofferraum Bauteile klappern, knarzen oder quietschen. Die Karosserie, der Fahrzeugrahmen des Autos, kann außerdem Antriebs-, Roll- und Windgeräusche weiterleiten und sie damit noch lauter und störender machen.

Lärm, Lärm und nochmal Lärm

So extrem wie hier dargestellt, hast du das aber bei der Autofahrt nicht wahrgenommen, oder? Das liegt daran, dass sich bereits beim Bau eures Autos Fahrzeugakustiker um diese sogenannten Störgeräusche kümmern und sie entfernen. Bei großen Autobauern wie der Daimler AG testen die Ingenieure die Einzelteile des Autos schon auf ihre Akustik, bevor sie zusammengebaut werden und das Auto fertig ist. Sie passen die Lautstärke des Antriebs und der Reifen den gesetzlichen Vorgaben an. Besonders an großen Straßen, wo viele Autos fahren, ist es manchmal sehr laut. Um Anwohner vor der Lautstärke zu schützen, sind von der Europäischen Union Grenzwerte für die Lautstärke von Autos in Dezibel festlegt. An diese Grenzwerte müssen sich alle Autobauer halten.

Was ist Fahrzeugakustik?
Viele Autos in Großstädten können eine Lärmbelastung sein

Geräusche für die Sicherheit

Doch nicht nur laute Geräusche müssen entfernt werden. Versuch mal Zuhause mit verschiedenen Gegenständen leise Geräusche zu machen. Du wirst merken: Auch hier kann manches sehr unangenehm und störend sein. Wenn Fahrzeugakustiker aber auch leise Geräusche entfernen – warum hört man dann bei der Autofahrt überhaupt noch etwas? Darauf gibt es eine ganz einfache Antwort: Weil es für Autofahrer und Fußgänger sicherer ist. Wenn du die Straße überqueren willst, achtest du meist nicht nur mit den Augen, sondern auch mit den Ohren darauf, ob ein Auto kommt. Müssten sich alle nur noch auf ihre Augen verlassen, gäbe es vermutlich viel mehr Unfälle. Doch auch für den Autofahrer sind akustische Signale wichtig. Einige werden deshalb von den Akustikern künstlich hergestellt oder verstärkt. Wenn der Autofahrer zum Beispiel das Gaspedal drückt, ist das Gasgeräusch für ihn die akustische Rückmeldung, dass das Pedal funktioniert und das Auto nun beschleunigt. Hat er vergessen, sich anzuschnallen, ist es wichtig, dass das Auto sich mit einem Geräusch meldet. Drückt der Autofahrer auf den Knopf auf seinem Schlüssel, sagt ihm ein schnappendes Geräusch, dass das Auto nun abgeschlossen ist.

Was ist Fahrzeugakustik?
Akustikingenieure testen die Geräusche der Fahrzeuge und können Bauteile so verbessern, Bild: Daimler AG

Testcenter mit drei Prüfständen

Die Akustikingenieure der Daimler AG testen die Fahrzeugakustik im Technologiezentrum für Akustik und Schwingungen in Sindelfingen. Erst vor kurzem wurde dieses Zentrum eröffnet. An drei Prüfständen mit Mikrofonen können Geräusche in verschiedenen Verkehrssituationen getestet werden.

Mit dem sogenannten Allrad-Außengeräusch-Prüfstand können die Akustikingenieure Außen- und Innengeräusche unabhängig vom Wetter prüfen. Der „Regengeräusch-Prüfstand“ testet, welche Geräusche zum Beispiel Dach und Scheiben bei unterschiedlich starkem Regen machen. Der „Akustik- und Schwingungskomfort-Prüfstand“ testet die Abrollgeräusche der Reifen und wie sich Straßenunebenheiten anhören. Sogar unterschiedliche Straßentypen können die Fahrzeugakustiker zum Test nachahmen: Kopfsteinpflaster in kleinen Städten hört sich zum Beispiel anders an, als der Asphalt auf großen Autobahnen.

Die Tests helfen letztlich bei der Entwicklung von Bauteilen: Zum Beispiel können die Autobauer Rückspiegel so gestalten, dass schnell vorbeiströmender Wind keine unangenehmen Geräusche macht.

Elektro-Lkw sind eigentlich ein alter Schuh

Die Idee von strombetriebenen Lastfahrzeugen ist nicht neu. Bereits vor über 100 Jahren – noch vor dem ersten Weltkrieg – wurden Lastwagen, Busse und Postautos elektronisch betrieben. Ab den sechziger Jahren überholten jedoch die Benzin- und Dieselkraftwagen die Elektro-Fahrzeuge in Leistungsstärke, Geschwindigkeit und Kraftstoffkosten, sodass die elektronisch betriebenen Fahrzeuge „in Vergessenheit“ gerieten. Erst durch die vermehrte Umweltverschmutzung und die Debatte um Ressourcenknappheit, rückten auch Elektro-Lkw wieder vermehrt in den Fokus.

Elektromotor
Schon vor einem Jahrhundert wurden Fahrzeuge mit Elektromotoren angetrieben

Auf leisen Rädern durch die Stadt

Bisher sind Elektro-Lkw noch eher selten auf unseren Straßen anzutreffen – das wird sich aber bald ändern. Viele Hersteller forschen momentan an Lastwagen mit Elektroantrieb, einige davon sind auch schon im Einsatz. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite von 200 bis 300 Kilometern sind sie hauptsächlich im städtischen Lieferverkehr unterwegs – wie bei der Müllabfuhr oder der Post. Hierfür sind die Elektro-Lkw sehr gut geeignet, da durch das viele Bremsen im Stadtverkehr so viel Energie wiedergewonnen werden kann, dass der Stromverbrauch nur sehr gering ist. Nur auf längeren Autobahnstrecken steigt der Stromverbrauch natürlich an. Werden die Akkus der Elektromotoren mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen „betankt“, sind sie zudem absolut umweltschonend und emissionsfrei. Im Vergleich zu einem Lastwagen mit Dieselmotor kann ein 40-Tonner innerhalb eines Jahres fast zwölf Tonnen Kohlenstoffdioxid einsparen.

Aber nicht nur die Umwelt; auch unsere Ohren werden geschont. Elektromotoren sind deutlich leiser als normale Verbrennungsmotoren. Mit nur etwa 45 Dezibel hört man das leise Surren des Motors nicht einmal zwischen den üblichen Fahrgeräuschen heraus.

Elektro Lkw
Elektro-Lkw eignen sich heutzutage eher für kürzere Strecken

Daimler geht in die Serienfertigung

Anfang des kommenden Jahrzehnts will auch Daimler mit leichten Lastwagen mit Elektroantrieb in die Serienfertigung gehen. Geplant sind Lkw mit bis zu 26 Tonnen und 200 Kilometern Reichweite. Diese sollen dann im Stadtverkehr eingesetzt werden. Ob Elektro-Lkw irgendwann auch einmal für lange Strecken eingesetzt werden können, ist noch fraglich. Lastwagen sind sehr schwer und brauchen daher viel Energie für die Beschleunigung. Da Diesel im Vergleich zu Batterien jedoch etwa 50 Mal mehr Energie speichern kann, müsste eine Batterie, die genauso viel Energie aufbringen kann, ungefähr so groß sein, wie der Lastwagen selbst. So erklärt das Dr. Wolfgang Bernhard, Daimler-Vorstand für Lkw und Busse den beiden Genius-Kinderreportern Emma und Nick im Interview. Er hält es aber für möglich, zumindest die zehn Prozent der Lkw, die derzeit für den städtischen Verteilerverkehr fahren, in Zukunft elektrisch anzutreiben.

Wie funktioniert eigentlich ein Elektro-Lkw?

Bei den elektrisch betriebenen Lkw fallen Teile wie die Abgasanlage oder der Tank natürlich weg. Dafür gibt es einen großen Batteriepack, in dem der Strom für den Antrieb des Elektromotors gespeichert wird. Um diesen aufzuladen, benötigt man – je nach Größe der Batterie – etwa sechs Stunden Zeit. In der Vorderachse des Lkw befindet sich der Elektromotor, zudem gibt es die sogenannte Elektronik, die den Strom von der Batterie in den Elektromotor leitet – dieser treibt dann über die Achse die Räder an.

 

Bilder: Daimler AG