Die Technik dahinter
Die Technik für den intelligenten Scheinwerfer liefert die Mikromechatronik. Sie verknüpft Mechanik, Elektronik und Daten verarbeitende Systeme zu einer winzigen, wenige Mikrometer großen Einheit. Ziel ist, die Sensorik und Aktorik (Teilgebiet der Regelungs- und Automatisierungstechnik) im Auto zu verbessern. Sensoren messen physikalische Parameter wie Temperatur, Luftfeuchte oder Licht. Diese Informationen melden sie einem System, das die Daten verarbeitet. Wenn nötig, signalisiert es den Aktoren eine Bewegung auszuführen.

Nach diesem Prinzip funktioniert auch der Prototyp eines »intelligenten« Scheinwerfers, den die Forscher des MMZ, einer Dependance des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin, gemeinsam mit der BMW Group entwickelt haben. Die Mikromechatronik stößt bei den Beleuchtungsherstellern auf großes Interesse. Hinter dem Scheinwerfer steckt eine Technik, die bei Beamern seit einiger Zeit eingesetzt wird: Reflexion von Licht über ein Mikrospiegelsystem, das Digital Mirror Device (DMD). Die knapp 800 000 Spiegel, deren Kantenlänge etwa ein Zehntel des menschlichen Haars beträgt, müssen hohen Temperaturen und Erschütterungen standhalten. Jeder Spiegel lässt sich einzeln ansteuern und in verschiedenen Kippwinkeln einstellen. Je nach Neigung reflektiert er Licht oder nicht.

Für den Bau des Prototypen nutzten die Forscher ein Standardverfahren, das speziell für die effiziente Planung komplexer mechatronischer Systeme entwickelt wurde. Mit CAD-Programmen (Computer Aided Design) berechneten sie, wie mechanische Bauteile wie Mikrospiegel und Lampe optimal im Motorraum zu platzieren sind. Anschließend stimmten sie die Steuerung auf diese Anordnung ab, prüften in Simulationen die Praxistauglichkeit und erstellten ein dreidimensionales Kunststoffmodell, die Vorlage für das Original.

BMW hat den Scheinwerfer bereits vor zwei Jahren in einen BMW X5 eingebaut und prüft zurzeit Art und Umfang der Anwendungs-szenarien. Mechanische Bauelemente und Motoren sind zu teuer und anfällig, so dass hier mit einem baldigen Durchbruch gerechnet werden kann. Hochwertige Schnittstellen zu der bereits integrierten Software, etwa wie sich der Scheinwerfer mit ihrem NavigationsSystem kombinieren lässt, sind ebenfalls in den Planungen der Forscher enthalten. Funktioniert alles wie geplant, könnte 2010 der erste Wagen mit Mikrospiegelscheinwerfern vom Band laufen. Doch auch für andere Bereiche könnte die Technik interessant sein. Lichtempfindliche Sensoren, die den Außenbereich abscannen, könnten den Fahrer etwa vor Hindernissen warnen, der intelligente Reflektor sorgt für genaue Ausleuchtung der Szenerie.

Intelligente Wälzlager
Das neueste Projekt der Oberpfaffenhofener Forscher ist ein »intelligentes« Wälzlager. Das mikromechatronische Bauteil ermöglicht kontinuierliche Dehnungsmessungen per Sensor und überträgt diese via Datenbusleitung nach außen. Diese Technologie wurde zusammen mit den Firmen FAG Kugelfischer, STW und KMW entwickelt und erlaubt es, den Zustand von Maschinen zu erfassen, auszuwerten, Schädigungen frühzeitig zu bemerken und so kostspielige Stillstandzeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Am Mikro-Mechatronik Zentrum wurde darüber hinaus eine völlig neuartige 3-D-Messmethode auf Basis von Glasfaser-Sensoren (fiber-Bragg-gratings) entwickelt. »Hierbei werden Temperatur und Dehnung des Wälzlagerrings erfasst und völlig störungsfrei nach außen übertragen«, erläutert Ansorge. »So können wir entlang der Linie in der Glasfaser über viele Messepunkte hinweg ein Dehnungs- und Temperaturprofil erstellen.« Die Glasfasern trotzen mechanischen und chemischen Beanspruchungen bei exakten Messergebnissen. Daraufhin haben die MMZ-Wissenschaftler gemeinsam mit Bayer Technology Services diese 3-D-Temperaturmessung in verfahrenstechnischen Apparaten in der chemisch-pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Die Glasfaser wirkt nun als extrem schnelles, hochauflösendes Multipunkt-Thermometer und ersetzt viele einzelne Thermoelemente. Das Multipunkt-Thermometer wurde auf der Hannover Messe 2005 für den mit 100 000 Euro dotierten Hermes Award nominiert.

Die Nutzung von Linienflugzeugen für die Klimaforschung hat in Jülich eine lange Tradition. Zusammen mit Forschern vom Laboratoire d´Aerologie in Toulouse, Meteo France und dem größten europäischen Flugzeughersteller Airbus wurde vor mehr als zehn Jahren das Klimaforschungsprojekt \"MOZAIC“ (Measurement of ozone and water vapour by Airbus in-service aircraft) ins Leben gerufen. Fünf Langstreckenjets vom Typ Airbus A340 im Dienste von Lufthansa, Austrian Airlines und Air France liefern seither den Forschern Informationen aus einer Region der Atmosphäre, die vorher weitgehend unerforscht war. Nur wenige Forschungsflugzeuge können in diese Region vordringen, und Erdbeobachtungssatelliten erreichen dort noch nicht die notwendige Auflösung.

Zunächst konzentrierten sich die Forscher in MOZAIC auf die wichtigen Treibhausgase Wasserdampf und Ozon. Diese entfalten ihre Klimawirkung besonders im Bereich der Tropopause. So bezeichnet der Meteorologe die Grenze zwischen der gut durchmischten Troposphäre und der stabil geschichteten Stratosphäre. In unseren Breiten liegt die Tropopause ziemlich genau in der Reiseflughöhe der Langstreckenjets.Mittlerweile haben die Messgeräte eine Flugstrecke von mehr als 100 Millionen Kilometer zurückgelegt. Klima- und Atmosphärenforscher aus aller Welt greifen auf die MOZAIC-Daten zu zum Beispiel, um ihre Computermodelle mit der Realität zu vergleichen und zu verbessern. Vor vier Jahren wurden neue Instrumente zur Messung von Stickoxiden und Kohlenmonoxid hinzugefügt.
Beide Schadstoffe spielen eine entscheidende Rolle im Sommersmog und für die Selbstreinigungskraft der Atmosphäre. Die Stickoxid- und Kohlenmonoxidprofile sind im Umfang weltweit einzigartig und liefern wichtige Ergebnisse über den Einfluss von Ballungsgebieten auf die globale Luftverschmutzung.Mit IAGOS soll die in MOZAIC erprobte Forschungsplattform erheblich erweitert und fester Bestandteil eines globalen Beobachtungssystems werden, das die komplementären Informationen von Forschungssatelliten, Bodenstationen und Langstreckenjets in Computermodellen der nächsten Generation vereint. Die Forscher erwarten sich dadurch erhebliche Verbesserungen in der Genauigkeit von Klimaprognosen und neue Erkenntnisse über die fortschreitende Globalisierung der Luftverschmutzung.