Wie kann man Dieselmotoren besser machen? Wie lassen sich Kraftstoffverbrauch und Emissionen sinnvoll reduzieren? Hans Meixner und seinen Siemens-Kollegen Randolf Mock trieben diese Fragen in den 80er Jahren um. Siemens hatte sich zu diesem Zeitpunkt schon seit Langem mit dem sogenannten Piezoeffekt befasst. Er besteht darin, dass Druck in verschiedenen Kristallen elektrische Ladung erzeugt.
Für die Wissenschaftler war es an der Zeit, diesen Effekt und die damit verbundene Technologie auch auf Dieselmotoren anzuwenden. Der Clou: Die Zeit, in der der aus einem keramischen Material bestehende Piezoschalter auf eine elektrische Ladung reagiert, ist mit weniger als einer Zehntausendstelsekunde äußerst kurz. Dadurch kann der Zufluss im Motor genauer kalibriert werden und der Kraftstoff kann vollständig verbrennen. 1996 hatten die Forscher den ersten Injektor fertiggestellt.
Sparsamere Motoren: die Piezo-Einspritztechnik
Parallel zu Siemens hatte sich auch die Firma Bosch seit Mitte der 90er Jahre mit der Weiterentwicklung der Piezo-Technik und ihrem Einsatz in Dieselmotoren beschäftigt. Beide Unternehmen wählten schließlich als Material für den sogenannten „Piezo-Aktor“ eine Keramikverbindung, die durch Beimischung von Blei und Zirkonoxiden auf die thermischen Bedingungen eines Dieselmotors abgestimmt war. Sie schafften es, die Schaltkraft eines solchen Aktors auf 3.000 Newton zu steigern. Mit dem dadurch entstehenden Druck lässt sich der Kraftstoff in den Motor pumpen – und der Kraftstoffverbrauch um immerhin drei Prozent senken. Weitere erfreuliche Ergebnisse: eine um 20 Prozent geringere Feinstaubbelastung und ein leiserer Motor. Für ihre Arbeiten wurden die Forscher beider Unternehmen 2005 mit dem Deutschen Zukunftspreis geehrt.
(Bilder: Ansgar Pudenz, Deutscher Zukunftspreis)