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Wissen & Umwelt

Carbonfaser-verstärkter Beton gewinnt den Deutschen Zukunftspreis

Drei Erfindungen waren im Rennen um den Zukunftspreis. Durchgesetzt hat sich ein starker Konkurrent für den Stahlbeton - eine Armierung aus Carbonfasern. Wir stellen auch die anderen Nominierten vor.

Drei Teams waren für den Deutschen Zukunftspreis 2016 nominiert. Das Kuratorium hatte die Kandidaten am schon am 21. September 2016 in München vorgestellt. Sie kommen aus Bayern, Baden-Würtemberg und Sachsen.

Bei der heutigen Verleihung hat sich ein Team durchgesetzt, das die Architektur filigraner und leichter macht. Bundespräsident Joachim Gauck überreichte den mit 250.000 Euro dotierten Preis.

Die Gewinner sind Team 1: Erfinder schöner und stabiler Bauwerke

Stahlbeton ist toll zum Bauen: Er gewährleistet Brandschutz, Belastbarkeit und Sicherheit. Aber er hat auch Schwächen: Das Eisengeflecht in seinem Inneren kann rosten. Viele Brücken aus den 1960er und 70er Jahren sind inzwischen in die Jahre gekommen und müssen erneuert werden. Wetter und immer schwererer Lastverkehr haben ihnen zugesetzt.

Die Professoren und Ingenieure Peter Offermann, Manfred Curbach und Chokri Cherif (Foto: Ansgar Pudenz)

Peter Offermann, Manfred Curbach und Chokri Cherif haben den Beton neu erfunden - hier in Form einer eleganten Sitzbank

Drei Professoren von der Technischen Universität Dresden haben den Carbonbeton als Konkurrenz zum Stahlbeton erfunden. Der Beton enthält Carbonfasern statt Eisen im Inneren. Die Fasern sind nach Angaben der Forscher noch fester als Stahl und korrodieren nicht. Bauwerke ließen sich damit viel schlanker und eleganter bauen; die Bauwerke hielten auch viel länger.

Video ansehen 05:12

Bauen mit Carbonbeton

Die Erfinder haben sich aus zwei recht verschiedenen Forschungsrichtungen zusammengetan: Manfred Curbach leitet das Institut für Massivbau, Chokri Cherif das für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik. Dessen Kollege Peter Offermann ist ungeachtet seines Ruhestands noch immer in Forschung und Lehre aktiv. 

Und hier sind die beiden unterlegenen Teams, auch mit tollen Erfindungen: 

Team 2: Zylinderkolben ohne Reibungsverluste

In jedem Verbrennungsmotor gibt es Reibungsverluste, und zwar immer da, wo Metall auf Metall reibt: an der Kurbelwelle und dort, wo der Zylinderkolben rauf- und runtergeht.

Die Reibungen versucht man bisher, durch Motorenöl möglichst gering zu halten. Das soll auch die Lebensdauer des Motors erhöhen. Neuere Methoden, den Widerstand zu senken, sind Aluminium-Silizium-Legierungen als Laufbahn für die Zylinder. Auch baut man eigene Kurbelgehäuse aus Aluminium ein, die mit einer schwere Buchse aus Grauguss versehen sind.

Die Ingenieure Manuel Michel, Patrick Izquierdo und Bernd Zapf (Foto: Ansgar Pudenz)

Manuel Michel, Patrick Izquierdo und Bernd Zapf machen Motoren leichtgängiger mit einer Nanobeschichtung

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Aber es geht noch besser, sagen Ingenieure von Daimler in Ulm, Patrick Izquierdo und Manuel Michel, sowie Bernd Zapf von der Gebrüder Heller Maschinenfabrik in Nürtingen. Sie haben eine Beschichtung namens Nanoslide erfunden. Das ist eine zehntelmillimeterdünne spiegelglatte Gleitschicht, die an der Innenwand der Motorenzylinder angebracht wird und eine zusätzliche Buchse überflüssig macht.

Es gelang so, die Reibungsverluste auf die Hälfte zu reduzieren. Praktisch verringert sich der Sprit-Verbrauch eines Autos mit dieser Technik um etwa drei Prozent. Ein weiterer Vorteil: Die Motoren können kleiner und leichter werden - eine wichtige Voraussetzung für Automobil-Leichtbau, etwa in Hybridfahrzeugen.

Team 3: Laserlicht im Auto - gebündelter Blick auf die Straße

Um Unfälle zu vermeiden, müssen Autofahrer nachts besonders gut sehen können, dachten sich die Erfinder Carsten Setzer vom Bereich Autolampen des Herstellers Osram und Christian Amann aus der Abteilung Lichtsysteme bei BMW in München.

Sie tüftelten an einem stark gebündelten Laserlicht, das den entscheidenden Bereich der Straße so hell ausleuchtet wie Tageslicht, aber auch niemanden blendet - scheinbar ein Widerspruch. Denn Laserlicht ist ein auf einen Punkt fokussiertes Licht in nur einer Wellenlänge. Tageslicht hingegen ist ein breit gestreutes Licht mit einem sehr breiten Wellenspektrum.

Der Physiker Carsten Setzer und Ingenieur Christian Amann (Foto: Ansgar Pudenz)

Carsten Setzer und Christian Amann sorgen dafür, dass wir nachts besser sehen können

Setzers und Amanns Lösung: Sie richteten eine Laserquelle mit blauem Licht auf eine Keramik aus, die einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht umwandelt. Durch das Mischen des gelben und blauen Lichtanteils gelang es ihnen, einen weißen Lichtpunkt zu erzeugen, der fast genauso gut gebündelt war wie ein Laserstrahl.

Das Laser-Fernlicht, welches bereits heute in einigen Fahrzeugserien eingebaut wird, strahlt gut 600 Meter weit. Es ergänzt ein konventionelles LED-Abblendlicht mit einer Reichweite von 300 Metern. Ein speziell entwickelter Fernlichtassistent sorgt dafür, dass entgegenkommende oder vorausfahrende Fahrzeuge aus dem Lichtkegel ausgeblendet und damit nicht geblendet werden.

 

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