Oft gab – und gibt es teilweise Probleme bei Fahrzeugauslieferungen aufgrund fehlender Zertifizierung – und das genau hier Aufklärungsbedarf besteht, hat Mercedes-Benz verstanden und hat uns eingeladen, das Emissionslabor im Werk Untertürkheim persönlich unter die Lupe zu nehmen. Unsere Chance, kurz einen Einblick über den notwendigen Aufwand für Zertifizierungstests zu erlangen, wo vor Ort rund um die Uhr – an sieben Tagen der Woche – gearbeitet wird.
Im Dreischicht-Betrieb rund um die Uhr
Im Emissionslabor in Stuttgart-Untertürkheim laufen – dann unter Anwesenheit eines technischen Dienstes – die offiziellen Prüfstandtests sowie für die WLTP-Zertifizierung als auch für die Zertifizierung nahezu aller weiteren Ländervarianten von Mercedes-Benz Vans und Cars. Aktuell nutzt Mercedes-Benz Cars dazu mehr als drei Dutzend Rollenprüfstände – verteilt auf drei Kontinenten in Deutschland, USA sowie in China.
Neben den Rollenprüfständen gibt es in den Laboren von Mercedes-Benz aber auch die sogenannten SHED-Kammern (Sealed Housing for Evaporative Determation), in dessen die Messungen von Verdunstungsemissionen erfolgt, die aktuell u.a. für die neuen WLTP-EVAP Vorschriften genützt werden.
Temperierte Fahrzeugabstellfäche für mehr als hundert Fahrzeuge
Um den Schichtbetrieb im Emissionslabor in Untertürkheim sicherzustellen, nutzt Mercedes-Benz dazu innerhalb des Labors eine eine (auf 23 Grad) temperierte Fahrzeugabstellfläche für mehr als hundert Fahrzeuge – verteilt auf mehrere Stockwerke mit einem automatisierten Einlagerungssystem. Hier werden die Fahrzeuge – die bereits nach der Einfahrschleuse im Labor nur noch mittels einer Art Hubwagen bewegt werden, in der vorgeschriebenen Prüftemperatur vorkonditioniert. Mittels eines Aufzugs können die Fahrzeuge dazu bequem – nach Bedarf – aus- oder eingelagert werden. . Die zu prüfenden Fahrzeuge – einschließlich aller Betriebsmittel (Kühlmittel, Öle) – werden danach auf den jeweiligen Soak-Flächen auf die durch die Zertifizierungsvorschriften definierten Prüftemperaturen vorkonditioniert (-7 °C bis 23 °C).
Ein Großteil der durchgeführten Emissionstests wird dann im Anschluss bei einer Prüfstandstemperatur von 23 °C durchgeführt. Darüber hinaus gibt es einige Klimatests, u.a. bei -7 °C, um dem veränderten Fahrzeugverhalten bei niedrigen Temperaturen Rechnung zu tragen. Zusätzlich sind innerhalb der Zertifizierung – für die Märkte USA und Südkorea – die Klimatests bei einer Prüfstandtemperatur von 35 °C bis 40 °C und zusätzlich mit einer Strahlungsintensität von 850 Watt pro Quadratmeter zur Simulation der Sonneneinstrahlung durchzuführen, um die Einflüsse der Klimaanlage auf die Emissionen darzustellen.
Mehr Zeit auf der Rolle: Der WLTC-Test dauert länger
Der Aufwand für die Zertifizierung von Fahrzeugen ist – im Vergleich zu den vergangenen Jahren – jedoch stark gestiegen. So hat sich die dafür gesamt notwendige Rollenprüfstandszeit von 2016 bis 2018 sogar nahezu verdreifacht. Von einem weiteren Zuwachs in den Folgejahren geht Mercedes-Benz jedoch aktuell aus. Hintergrund ist unter anderem die notwendige Neuzertifizierung vieler Fahrzeuge nach den Vorschriften des WLTC (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle – Testzyklus der neuen Norm WLTP) sowie weitere Veränderungen in der internationalen Emissionszertifizierung. Der WLTC-Test ist dazu realitätsnäher, dauert länger und stellt bei den Randbedingungen besondere Anforderungen.
Pro Fahrzeug-Familie mindestens 2 Fahrzeugvarianten im Test
Pro Fahrzeug-Familie werden mindestens zwei Fahrzeugvarianten getestet: Die Konfiguration mit den geringsten CO2-Emissionen (VL: „Vehicle Low“) und jene mit den höchsten (VH: „Vehicle High“). Zwar dauert eine WLTC-Emissionsmessung auf dem Rollenprüfstand inklusive Auf- und Abbau nur gut eine Stunde. Doch mit einem einzelnen Zyklus ist es nicht getan: Die WLTP-Zertifizierung umfasst von der Testvorbereitung über den Check der Fahrzeuge durch den Technischen Dienst bis zum Abschluss aller geforderten Messungen inklusive zusätzlicher RDE-Messungen auf der Straße ein mehrwöchiges Testprogramm.
Hinzu kommt: Neben dem WLTC müssen in der Übergangszeit bis 2020 für alle Fahrzeuge auch weiterhin Werte nach NEFZ ermittelt werden. Der Hintergrund dazu: Für die CO2-Flottenzielberechnung werden weiterhin NEFZ-Werte benötigt. Um diese rechnerisch zu ermitteln, muss für alle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor das Simulationstool CO2MPAS verwendet werden. Bestätigt dieser errechnete Wert nicht den herstellerseitig angemeldeten Wert, kann zur Validierung ein Doppeltest nach NEFZ verwendet werden. Zudem werden alle Hybrid- und rein batterieelektrischen Fahrzeuge immer doppelt getestet. Gegenüber der Vorgehensweise bei einer NEFZ-Zertifizierung ist damit der Aufwand für eine Neuzertifizierung nach WLTP in Europa insgesamt erheblich angestiegen. So kann je nach Fahrzeugtyp und Fahrzeug-Familie die Zertifizierung eines Fahrzeugmodells auf den Emissionsrollen bis zu zwei Monate dauern. Nachgelagert sind dann noch Prozesse der Zulassung und der Dokumentation.
Fahren bis zum Stillstand: Reichweitenmessung bei Elektrofahrzeugen
Besonders lange dauern die Zertifizierungstests von Plug-in-Hybriden und Elektrofahrzeugen: Gegenüber einem konventionell angetriebenen Fahrzeug erhöht sich bei einem Elektroauto, wie beispielsweise dem Mercedes-Benz EQC (Stromverbrauch kombiniert: 22,2 kWh/100 km; CO2 Emissionen kombiniert: 0 g/km, vorläufige Angaben) [7] , die reine Rollenprüfstandzeit um ein Vielfaches. Hinzu kommen dann noch die Ladevorgänge der Fahrzeug-Batterie, welche in derselben Größenordnung wie die reine Testzeit liegen und außerhalb des Rollenprüfstandes stattfinden.
Plug-In Hybride und Elektrofahrzeuge ebenso im Test
Höchst zeitaufwendig ist dabei die Ermittlung der elektrischen Reichweite von Plug-in-Hybriden und Elektrofahrzeugen, welche auf den gleichen Prüfständen wie die konventionellen Fahrzeuge getestet werden. Ein Teil der Zertifizierung sieht vor, dass der Testzyklus so oft gefahren werden muss, bis der Verbrennungsmotor anspringt, weil die Batterie leer ist (Plug-in-Hybride) bzw. bis die Leistungsabgabe der Batterie nicht mehr ausreicht, um den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsvorgaben des Zyklus zu folgen (Elektrofahrzeuge). Je nach Leistung des Fahrzeuges und der Batteriekapazität kann dies dauern: Der EQC war beispielsweise mehr als 15 Stunden durchgängig auf dem Emissionsrollenprüfstand, bis seine Batterie mit einer Kapazität von 80 kWh leer war und brachte als Ergebnis eine Norm-Reichweite (nach NEFZ) von über 450 Kilometern.
Das stellt eine hohe Belastung auch für die Experten hinterm Steuer dar: Aus arbeitsrechtlichen Gründen muss spätestens alle zwei Stunden ein Fahrerwechsel stattfinden. So kommen im Falle eines langen Testablaufes, wie am Beispiel des Mercedes-Benz EQC, über die drei Schichten im Emissionslabor Stuttgart mehrere Mitarbeiter zum Einsatz. Zum Vergleich: Üblicherweise kann der für ein konventionelles Fahrzeug notwendige Test von einem Prüfstandfahrer durchgefahren werden, da dieser selten länger als zwei Stunden dauert. Bei reinen Entwicklungstests ist dagegen die Testdurchführung vollautomatisiert bzw. mit Fahrrobotern möglich.
Das Leerfahren der Batterie dient neben der Bestimmung der elektrischen Reichweite auch der Ermittlung des repräsentativen Stromverbrauchs (benötigte Ladeenergie in Wattstunden bis zur Vollladung der Batterie bezogen auf die während der Prüfung zurückgelegte Strecke in Kilometer).
Hoher Nutzungsgrad: Nur am Sonntag stehen die Rollen still – aber auch nicht wirklich
Gefahren wird auf den Rollenprüfständen fast rund um die Uhr. Von Sonntagabend bis Freitagabend läuft ein regulärer Dreischichtbetrieb auf allen Rollen des Emissionslabors, daran schließen sich weitere Schichten bis Samstagabend an. Nur am Sonntagmorgen und -nachmittag stehen die Rollen bezüglich Testbetrieb still, jedoch nicht das Emissionslabor: Mit speziellen Messgeräten wird die Genauigkeit der Prüfeinrichtungen gegengeprüft und eine automatisierte Wartung übergreifend auf allen Rollen durchgeführt. Dies ist notwendig, um eine wöchentliche Überprüfung der Messeinrichtungen inkl. der erforderlichen Dokumentation vorweisen zu können, welche für den Zertifizierungsbetrieb essentiell ist.
Zehn Schritte: Europa-Zertifizierung eines konventionellen Fahrzeugs
Welcher Aufwand hinter der Zertifizierung eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor steckt, macht eine kurze Zusammenfassung deutlich. Mit zunehmender Elektrifizierung des Antriebsstrangs wird die Komplexität dieses Ablaufs weiter steigen. Wenn sich die Vorgabe der Temperatur ändert, liegt zwischen den einzelnen Tests eine längere Soak-Periode.
Im Folgenden ist der Ablauf einer reinen Emissionszertifizierung auf Rollenprüfständen in Hauptschritten aufgeführt (ohne RDE-Straßenmessung und ohne EVAP-Messungen):
- Eingang des Zertifizierungsauftrags und des Fahrzeugs
- Teile- und Fahrzeugcheck sowie Dokumentation des Datenstands zusammen mit einem Technischen Dienst, der die Zertifizierung begleitet
- Weitere Vorbereitungsschritte, wie z.B. das Betanken mit genormtem Zertifizierungskraftstoff
- ATCT-Test (Ambient Temperature Correction Test): Referenztest zur Normierung der CO2-Messungen an die europäische Durchschnittstemperatur von 14 °C mittels eines „ Familien-Korrekturfaktors“ (FCF)
- NEFZ-Messung: mit unterschiedlichen Lastparametern („Vehicle Low“ und „Vehicle High“)
- WLTP-Messung: Ebenfalls mit Low- und High-Lastparametern, optional noch eine zusätzliche Stützstelle VM („Vehicle Middle“ )
- Typ 2/3-Messungen (Leerlauf-CO- und Kurbelgehäuseemissionen) direkt im Anschluss an einen WLTP-VL-Test
- Aufzeichnung des Fahrzeug-Abkühlverhaltens im Anschluss an einen WLTP-VH-Test
- Typ 6-Messung: Kaltstartemissionen bei -7 °C
- Ermittlung des Leerlaufverbrauchs.
Welcher Aufwand bei den notwendigen Zertifizierungsarbeit notwendig ist, lässt sich als Besucher im Labor in Untertürkheim nur ansatzweise erahnen, wirkte aber durchaus erdrückend. Während das Fahrzeuglager beim Besuch voll ist, herrscht rund um die Prüfstände rege Arbeitstätigkeit, zumal jede Motorisierung und Typ – auch von kommenden Baureihen – bearbeitet werden muss. Viel zusätzliche Kapazität hat man wohl nicht – so wirkt es zumindest.
Aufklärungsarbeit für mehr Verständnis
Was man bei Mercedes-Benz auf alle Fälle verstanden hat, ist der Umstand, hier klare Aufklärungsarbeit rund um die notwendigen Arbeiten in Sindelfingen zu betreiben, wobei der Zeitdruck teils durchaus hoch ist. Sind die notwendigen Arbeiten von Mercedes-Benz sowie von der Prüforganisation durchgeführt, ist man zusätzlich noch am Kraftfahrbundesamt abhängig.
Nach Aussagen von Mercedes-Benz konnte man im Januar 2019 dazu 190 Zertifizierungen nach Euro 6d-temp sowie Euro 6d erhalten. Gegenüber der Konkurrenz aus München und Ingolstadt, wie auch der aus Wolfsburg, war man hier jedoch führend. BMW erreichte im Betrachtungszeitraum Januar 2019 in der Summe 144 Zertifikate, VW 106 sowie Audi lediglich 79. Im Vergleich zu den Monaten Juni und November 2018 war der Abstand dagegen ähnlich, klarer Spitzenreiter gegenüber allen anderen Marken war jedoch deutlich Mercedes-Benz.
[7] Angaben zum Stromverbrauch und den CO2-Emissionen sind vorläufig und wurden vom Technischen Dienst ermittelt. Die Angaben zur Reichweite sind ebenfalls vorläufig. Eine EG-Typgenehmigung und Konformitätsbescheinigung mit amtlichen Werten liegen noch nicht vor. Abweichungen zwischen den Angaben und den amtlichen Werten sind möglich.
[8] vorläufige Angabe
Bilder: Daimler AG