So sorgt Mercedes-Benz für störungsfreien Empfang und geringe Belastung

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Wellenreiter

Der technologische Fortschritt hat die Art, wie wir Auto fahren, enorm verändert: Die Elektronik und Elektrik an Bord eines Mercedes-Benz sorgen für mehr Sicherheit und mehr Komfort als jemals zuvor. Natürlich müssen die neuen Technologien aber irgendwie ins Auto kommen – und so stecken in einem modernen Fahrzeug zahlreiche Hightech-Komponenten. Jürgen Schwarz und sein Team kümmern sich darum, dass all die Technik auch im Falle von elektromagnetischen Störungen einwandfrei funktioniert. Und darum, dass sie verträglich für die Menschen im Innenraum ist.

Was waren das in meiner Jugend für abenteuerliche Reisen. Mein Vater saß am Steuer seines heißgeliebten Mercedes-Benz 190D, meine Mutter kämpfte auf dem Beifahrersitz mit der Landkarte – und zwischen den beiden: Der Zwist, ob nun links herum oder rechts herum besser wäre. Ich erinnere mich noch sehr bildhaft an eine Szene, in der die beiden so erfolglos den Festsaal einer Hochzeit suchten, dass wir beinahe frustriert die Kehrtwende gemacht hätten und die 200 Kilometer wieder zurückgefahren wären. Ohne das Brautpaar gesehen zu haben, versteht sich. Apropos 190D: Genauso bildhaft erinnere ich mich an eine zweistündige Autofahrt in besagtem Gefährt, die ich fast vollständig damit verbracht habe, die im Wind tanzende Radioantenne zu beobachten – ständig begleitet von der kindlichen Sorge, sie könnte abknicken und wegfliegen.

Sie flog nicht weg. Sie blieb stehen, bis der alte Mercedes 2009 der Abwrackprämie zum Opfer fiel. Sein Nachfolger hatte dann natürlich ein Navigationssystem an Bord. Damit gehörte die Orientierungslosigkeit erst mal der Vergangenheit an – zumindest solange der Satz „Ich kenne eine Abkürzung“ nicht vom Fahrersitz zu vernehmen war. Nochmal zehn Jahre später sagt mir das Navi in meinem Auto dank Live Traffic Information sogar ziemlich präzise voraus, wo auf meiner Route Stop-and-Go-Verkehr droht – und ob es sich denn lohnt, die vermeintliche Abkürzung zu nehmen. Auch die ausfahrbare Teleskopantenne gehört längst der Vergangenheit an: Ein moderner Mercedes-Benz Pkw kommt ohne sichtbare Antenne aus, schließlich soll nichts die klare Linienführung des Designs stören.

„Die Leute wissen oft nicht, wie viele Antennen sie in ihren Fahrzeugen durch die Gegend fahren.“

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Jürgen Schwarz Leiter des Prüfzentrums für Elektromagnetische Verträglichkeit und Hochfrequenz-Antennensysteme

Eine vernünftige Infrastruktur braucht es natürlich trotzdem, damit die digitalen Systeme und Services im Auto funktionieren. Damit das Navi weiß, wo ich gerade herumirre – und im Idealfall auch noch vorhersehen kann, wo die Staus sind, um die es mich herumführen muss. „Die Kunden wollen heute selbstverständlich Mobilfunk, Bluetooth oder WLAN im Innenraum. Dafür brauchen wir viele verschiedene Sendefrequenzen, auf denen sich die einzelnen Funksignale nicht in die Quere kommen. Und die Leute wissen oft nicht, wie viele Antennen sie in ihren Fahrzeugen durch die Gegend fahren“, sagt Jürgen Schwarz.

Der 55 Jahre alte Elektrotechnik-Ingenieur kennt die Antwort natürlich: „In einem modernen Mercedes können um die 20 Antennen verbaut sein. Man sieht sie nicht, aber sie sind da: In der Heckscheibe stecken zum Beispiel die Antennen für Radio mit AM (Mittelwelle) und FM (Ultrakurzwelle), sowie DAB (Digitalradio) und TV. Im Innenraum sind verschiedene WLAN-/Bluetooth-Antennen verbaut. Weitere Antennen für GPS oder Mobilfunk können in Außenspiegeln oder zukünftig in einem Dachmodul eingebaut sein. Antennen werden auch für die Entriegelung oder Parkfunktionen benötigt, aber auch das ist noch längst nicht alles.“

Elektromagnetische Wellen sind physikalische Basis für das moderne Auto

Dass Jürgen Schwarz genau weiß, wo welche Antenne steckt, hat seinen Grund. Denn er ist so etwas wie Daimlers Mann der (elektromagnetischen) Wellen. Er leitet das Prüfgebäude für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Hochfrequenz-Antennensysteme (HF) bei Mercedes-Benz in Sindelfingen. Sein Team testet genau die Infrastruktur, die die schöne neue Autofahrwelt erst möglich macht. Und sorgt so dafür, dass diese schöne neue Welt auch sicher ist.

Die Technologie in den EMV-Hallen ermöglicht es den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, gleichzeitig an allen Fahrzeugantennen zu messen.
Die Technologie in den EMV-Hallen ermöglicht es den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, gleichzeitig an allen Fahrzeugantennen zu messen.
Zwei dieser EMV-Hallen gibt es im 2019 eröffneten Prüfzentrum.
Zwei dieser EMV-Hallen gibt es im 2019 eröffneten Prüfzentrum.
Für die Herausforderungen von morgen gewappnet: In der Antennenmesshalle steht exemplarisch das Forschungsfahrzeug Mercedes-Benz F015.
Für die Herausforderungen von morgen gewappnet: In der Antennenmesshalle steht exemplarisch das Forschungsfahrzeug Mercedes-Benz F015.
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Es liegt beinah in der Natur der Sache, dass die Zahl der Bauteile, die Jürgen Schwarz und sein Team testen, in den vergangenen Jahren eher zu- als abgenommen hat. Denn alle großen Zukunftsthemen der Automobilindustrie hängen ziemlich unmittelbar mit der Übertragung von Daten zusammen: Hoch- und vollautomatisiertes Fahren werden nur möglich sein, wenn Fahrzeuge untereinander und mit der Infrastruktur vernetzt sind. Digitale Services funktionieren nur, wenn das Auto und der Serviceanbieter Daten austauschen. Und die physikalische Basis für diesen Datentransfer sind nun einmal elektromagnetische Wellen.

„Unterm Strich kommt eine neue S-Klasse auf rund 260 elektrische oder elektronische Komponenten. Das ist natürlich ein Spitzenwert“, erklärt der Leiter des Prüfzentrums. „Jedes dieser Bauteile kann ein potenzieller Störer sein. Je nachdem wie die Verkabelung aussieht, kann durch die Antennenwirkung selbst ein kleines Signal riesigen Einfluss haben. Darum prüfen wir wirklich jede Elektrik- oder Elektronik-Komponente, die irgendwo in einem Mercedes-Benz Pkw eingebaut wird – auch wenn wir natürlich nicht alle theoretisch möglichen Ausstattungs- oder Motorisierungsvarianten testen können. Da lägen wir bei einer Zahl im 24-stelligen Bereich.“

Performance und Verträglichkeit müssen Hand in Hand gehen

Das Augenmerk seines Teams liegt dabei vor allem auf vier Aspekten. Erstens: Die elektrischen oder elektronischen (E/E) Komponenten im Auto verursachen elektromagnetische Felder – die Kolleginnen und Kollegen stellen durch ihre Tests sicher, dass dadurch keine anderen Systeme gestört werden, weder innerhalb noch außerhalb des Fahrzeugs. Zweitens geht es darum, die Belastung der Passagiere durch Magnetfelder oder Funkwellen im Fahrzeuginnenraum möglichst gering zu halten. Drittens sollen die Tests garantieren, dass die Fahrzeugfunktionen so abgesichert sind, dass sie nicht von externen Magnetfeldern oder Strahlen beeinflusst werden. Und viertens geht es darum, die Empfangsqualität und die Performance der im Fahrzeug verbauten Antennen zu optimieren.

Daimlers Mann der Wellen: Jürgen Schwarz leitet das EMV-/HF-Prüfzentrum.
Daimlers Mann der Wellen: Jürgen Schwarz leitet das EMV-/HF-Prüfzentrum.

Die Arbeit mit Wellen und Frequenzen beschäftigt Jürgen Schwarz schon sein ganzes Berufsleben: „Ich habe über Hochfrequenz-Anwendungen promoviert, dabei Antennen entwickelt, die drei Meter hoch waren und so einen dicken Durchmesser hatten“, sagt er und formt seine Hände zu einem großen Ring. Seine aktuelle Aufgabe im EMV/HF-Zentrum führt Jürgen Schwarz also, wenn man so möchte, zurück zu seinen Wurzeln – nach einem jahrzehntelangen Ausflug in die Welt der Funktionssicherheit. Mit der Absicherung von komplexen Funktionen – unter anderem bei einem Forschungsfahrzeug auf SL-Basis, das nicht mit Lenkrad und Pedalen, sondern mit einem Joystick gesteuert wurde – hatte Daimler den jungen Ingenieur 1995 in die Entwicklungsabteilung gelotst. 2008 wurde er Abteilungsleiter für Funktionssicherheit und E/E-Prozesse.

Die Wellen aus dem Prüfzentrum dringen nicht nach außen

Seit 2017 leitet er nun das EMV/HF-Prüfzentrum. Wobei er sich in den ersten beiden Jahren weniger mit Antennen, Fahrzeugen und Funkwellen beschäftigte, sondern eher mit Baustatik und Architektur. Denn erst im Herbst 2016 war die Entscheidung gefallen, den Entwicklungsstandort Sindelfingen um ein solches Zentrum zu erweitern. So war der Elektrotechnik-Ingenieur mit seinem Amtsantritt auch irgendwie zum Bauherr geworden – und zum regelmäßigen Träger eines Baustellenhelms.

Etwas mehr als zwei Jahre später sitzt er, ohne Helm und Warnweste, im Verwaltungstrakt des neuen Gebäudes mit der Hausnummer 20/4. Es ist fast unübersehbar, wenn man auf der Calwer Straße am Werk vorbeifährt. Unsichtbar ist freilich, was sich in seinem Inneren befindet: drei Hallen für EMV-Prüfungen sowie eine besonders große Halle, in der die Hochfrequenz-Antennenmessungen durchgeführt werden. Für Außenstehende wäre im Übrigen auch nicht messbar, was sich im Inneren des Gebäudes so abspielt: Denn die Hallen sind vollständig metallisch abgeschirmt. So dringt kein Signal nach draußen. Und so können auch keine Signale von außen die Messungen stören.

Das Gebäude des EMV-/HF-Prüfzentrums ist kaum zu übersehen. Es ist gegen Störungen von außen vollständig metallisch abgeschirmt.
Das Gebäude des EMV-/HF-Prüfzentrums ist kaum zu übersehen. Es ist gegen Störungen von außen vollständig metallisch abgeschirmt.

„Wir haben während der Bauphase dann auch die eine oder andere Herausforderung erlebt, die gar nichts mit unserem Kerngeschäft zu tun hatte“, erinnert sich Jürgen Schwarz: „Ein Beispiel: Wir haben uns entschlossen, die Antennenhalle für die Hochfrequenz-Messungen auf die EMV-Hallen zu bauen. Also haben wir Prüfstände im vierten Obergeschoss gebraucht. Jetzt muss man wissen: Normalerweise errichtet man Prüfstände im Erdgeschoss, dann kann man einfach eine Grube errichten für alle Teile, die unter der Oberfläche sein müssen.“ Er lacht: „Das war für uns also etwas komplizierter.“

Ach ja: Natürlich liefen die regulären Messungen weiter, während der Neubau entstand – an zwei bereits existierenden Prüfständen am Standort Sindelfingen sowie in angemieteten EMV-Hallen außerhalb des Werkgeländes. „Das war eine Spitzenleistung des gesamten Teams“, lobt Jürgen Schwarz.

Einzigartig in dieser Größe: Die Modenverwirbelungskammer

In Betrieb sind die Hallen des neuen Prüfzentrums seit Juli 2019. Und wer zum ersten Mal durchläuft, kann erahnen, warum sich all der Aufwand gelohnt hat. Warum das Team mit gutem Gefühl viele Stunden und viel Herzblut in seine neue Heimat investiert hat. Besonders stolz sind die Kolleginnen und Kollegen auf eine Halle, für die die deutsche Sprache strenggenommen nur einen sehr sperrigen Fachbegriff kennt: Modenverwirbelungskammer. Um das Wortungetüm möglichst zu umschiffen, hat sich bei Eingeweihten der Name Reverb-Halle etabliert – abgeleitet vom englischen Terminus reverberation chamber. Wer in dieser Halle steht, kommt sich vor wie im Inneren einer überdimensionierten Küchenrührmaschine. Von der Decke hängt eine spiralförmige Metallscheibe mit einem Durchmesser von zehn Metern, die sich um die eigene Achse dreht. Sie heißt, und das passt, Stirrer – englisch für Rührer.

Die Einrichtungen im Prüfzentrum sind nach berühmten Physikern benannt: Die Reverb-Halle ist zum Beispiel Christiaan Huygens gewidmet. Der Niederländer gilt als Begründer der Wellentheorie des Lichts.
Die Einrichtungen im Prüfzentrum sind nach berühmten Physikern benannt: Die Reverb-Halle ist zum Beispiel Christiaan Huygens gewidmet. Der Niederländer gilt als Begründer der Wellentheorie des Lichts.
Es ist ein beinahe unwirkliches Bild, wenn sich der Stirrer in der Modenverwirbelungskammer zu drehen beginnt. Sie ermöglicht eine wirklich umfassende Störfestigkeitsmessung.
Es ist ein beinahe unwirkliches Bild, wenn sich der Stirrer in der Modenverwirbelungskammer zu drehen beginnt. Sie ermöglicht eine wirklich umfassende Störfestigkeitsmessung.
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Die beständige Umdrehung verschiebt die elektromagnetischen Wellen im Raum. „Damit haben wir die Störfestigkeitsmessung auf eine neue Stufe gebracht. Bislang haben wir bei solchen Tests Antennen aus unterschiedlichen Perspektiven und aus unterschiedlicher Entfernung auf das Auto gerichtet“, erklärt Jürgen Schwarz.

Der Kopf hinter der Reverb-Halle ist Martin Aidam, der im Team des Prüfzentrums für neue EMV-Technologien zuständig ist. Als er noch in der Forschung und Vorentwicklung arbeitete, baute er im Rahmen seiner Forschungsarbeit einen kleineren Reverb-Prüfstand auf. Für den Neubau hat Martin Aidam seine Erfahrung und sein Wissen dann eine Nummer größer gedacht. Nicht nur die Konstruktion hat das Team in Eigenregie entworfen: „Wir entwickeln auch selbst die Software, die in der Reverb-Halle zum Einsatz kommt.“

Die Wellen-Experten arbeiten schon in der digitalen Phase mit

So tüftelt und testet das Team im EMV/HF-Prüfzentrum weiter. Und beschäftigt sich längst nicht mehr erst mit der Elektrik und Elektronik, wenn das Fahrzeug so gut wie serienreif ist. Im Gegenteil: Die Expertise der Wellenreiter ist gefragter denn je. Denn je mehr Technik im Auto steckt, umso intelligenter müssen die einzelnen Komponenten angeordnet werden, um die Belastung durch elektromagnetische Felder im Innenraum gering zu halten.

Während die Messungen an den Prüfständen laufen, sitzen die Entwickler im Operatorraum. Von dort steuern und beobachten sie.
Während die Messungen an den Prüfständen laufen, sitzen die Entwickler im Operatorraum. Von dort steuern und beobachten sie.

„An sich ist das ja kein Problem“, sagt Jürgen Schwarz: „Das Magnetfeld eines geraden Leiters ist Stromstärke durch zwei Pi mal Radius. Wir können also schon sehr viel bewirken, wenn wir den Abstand der Komponente vom Innenraum vergrößern – mit jedem Zentimeter mehr nimmt die Feldstärke deutlich ab.“ Sollte das nicht praktikabel sein, kennt der erfahrene Elektrotechniker natürlich noch eine zweite Möglichkeit: „Alternativ können wir natürlich auch mit der Stromrichtung arbeiten: Wir führen die Ströme im Fahrzeug so, dass sich die entstehenden Magnetfelder neutralisieren.“

Welche der beiden Varianten am Ende auch Mittel der Wahl ist – feststeht: Die entstehenden elektromagnetischen Felder müssen frühzeitig mitgedacht werden. Zu einem Zeitpunkt, zu dem das Auto noch nicht aus Stahl und Gummi besteht – sondern nur aus Konstruktionsdaten. „Unser Team ist inzwischen von Anfang an in den Fahrzeugentwicklungs-Prozess eingebunden. Wir haben also schon in der digitalen Phase ein Auge darauf, dass das neue Modell so konstruiert wird, dass Magnetfelder im Innenraum durch eine entsprechende Leitungsführung möglichst geringgehalten werden. Diese Bewertung ist inzwischen Teil der Qualitäts-Meilensteine auf dem Weg zum Serienprodukt“, sagt Jürgen Schwarz.

Neue Herausforderungen durch Elektromobilität

Aber nicht nur deshalb kann er gewiss sein, dass sein Team auch in Zukunft eine entscheidende Rolle in der Produktentstehung spielen wird. Dafür gibt es nämlich noch einen weiteren, triftigen Grund. Dessen Name: Elektromobilität. Jürgen Schwarz denkt nach. Dann sagt er: „Die Aufgaben, die da auf uns zukommen, sind natürlich enorm – schon alleine, weil wir im Vergleich zum klassischen Verbrennungsmotor sehr leistungsstarke Elektro-Komponenten im Antriebsstrang haben.“

Das neue EMV-/HF-Prüfzentrum ist bereit dafür. Genauso wie die Experten, die dort arbeiten. Denn sie arbeiten im Auftrag der Sicherheit. Und sie wissen: Wenn Autofahren heute mehr ist als am Lenkrad kurbeln und den Beifahrer die Landkarte lesen zu lassen – dann muss Sicherheit in dieser schönen neuen Autowelt so viel mehr sein als Dreipunktgurt und Airbag.

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Sven Sattler

denkt auch jenseits seines Jobs manchmal darüber nach, wie neue Technologien unser Verhalten und unsere Gesellschaft verändern. Er findet den Gedanken beruhigend, dass bei Mercedes sehr verantwortungsvoll mit neuen Technologien umgegangen wird.

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