Automobil

Arktische Kälte, Gewitterstürme und übelster Dreck: Damit die Scheibenwischer dagegen ankommen, müssen sie immer härtere Tests über sich ergehen lassen. Was die Experten sonst noch alles für saubere Scheiben tun, erfuhr P.M.-Redakteur Wolfgang Stegers in den Forschungslabors der Konzerne.

»Mistwetter!«, flucht Jörg Beyer, Versuchsingenieur bei Mercedes. Er sitzt hinter dem Steuer eines neuen Mercedes-Coupés, das in einem Jahr als CLS Luxuscoupé vom Band rollen soll. Beyer starrt durch die Scheibe, draußen tobt ein Schneesturm der Windstärke elf. Horizontal rasen Schneeflocken auf ihn zu, eine dichte Wand aus Milliarden Kristallen, angestrahlt vom gleißenden Licht der Xenon-Scheinwerfer.

Den feinen, pappigen Schnee, der mit Tempo 110 bei minus fünf Grad Celsius gegen die Scheibe geblasen wird, hat sich Beyer ausdrücklich gewünscht. Das kann er, denn Beyer steht mit seinem Mercedes im Windkanal des Wiener »Arsenals«, eines gigantischen Wetterlabors. Hier lassen sich in wenigen Minuten alle Temperaturen einstellen – von arktischen minus 50 Grad bis glühend heißen 60 Grad. Nebel, Regen, Hagel und zehn verschiedene Sorten Schnee – alles kein Problem. Wenn die mehr als sechs Meter hohen Propeller Luft durch die insgesamt zwei Windkanäle pusten und die Klimakompressoren und Wärmetauscher dabei auf Hochtouren arbeiten, saugt die Anlage rund 15 Megawatt aus dem Stromnetz – der Bedarf einer Kleinstadt mit 3000 Einwohnern.

Dieser gewaltige Apparat wird »nur« dafür angeworfen, um einen Pfennigartikel wie Scheibenwischer zu testen, dessen Kosten am Gesamtwert eines Autos im Promillebereich liegen.

Erfunden hat den Scheibenwischer 1908 der preußische Prinz Heinrich, Bruder von Kaiser Wilhelm II. Unter der Patentnummer DRP 204.343 wurde der Scheibenwischer damals als »handbetätigtes Abstreiflineal« angemeldet. 18 Jahre später montierte Robert Bosch die ersten elektrischen Wischer an die Fahrzeuge, und 1930 spritzte zum ersten Mal zusätzlich Wasser aus Sprühdüsen auf die Scheibe – für einen noch besseren Durchblick.

Heute legt ein Scheibenwischerblatt während seiner durchschnittlichen Lebensdauer von knapp zwei Jahren rund 800 Kilometer zurück und reinigt dabei eine Fläche von 78 Fußballfeldern.

Glasklar, sauber und vor allem schlierenfrei soll er putzen und dabei nicht mit störenden Geräuschen nerven – das sind die Hauptanforderungen an einen Scheibenwischer. Mercedes-Ingenieur Beyer weiß, dass die besten Wisch-Ergebnisse immer dann erzielt werden, wenn der Gummi mit viel Schwung und einer leichten Wellenbewegung über das Glas gezogen wird, ähnlich, wie man es bei Fensterputzern an Hochhäusern beobachten kann. Noch bessere Resultate werden mit dem so genannten Hubwischer erzielt, der sich während seiner Drehbewegung zusätzlich zwei bis drei Zentimeter automatisch anhebt.

Wichtig ist, dass der Wischer gezogen und nicht geschoben wird, denn beim Drücken würde nicht nur die Wischkante laut über die Scheibe rubbeln, sondern auch der Gummi verletzt werden. Die zerstörerische Belastung ist vor allem dann besonders hoch, wenn Scheibenwischer eine trockene Scheibe von Insektenpanzern und Taubendreck reinigen – der Super-GAU für jeden Wischer.

Im Idealfall läuft die Gummikante, gezogen vom Wischarm, im 45-Grad-Winkel über das Glas, mit einer Auflagefläche von lediglich zehn bis fünfzehn tausendstel Millimetern. Dabei schiebt die Mikrokante jedes Mal 20 Milliliter Wasser vor sich her – ein Schnapsglas voll. Während dieser Bewegung muss ein gleichmäßiger Druck auf der Kante liegen, nur dann erzielt der Wischer ein optimales Ergebnis. Das wird umso schwieriger, je schneller das Auto fährt.

Winddruck und Turbulenzen sowie aerodynamische Unterdruckeffekte verändern laufend den Luftwiderstand und die Kräfte, gegen die der Scheibenwischer ankämpfen muss. Bei stehendem Auto im Regen betragen sie 0,2 Newton, bei schneller Fahrt mit 180 km/h 2,3. Das ist mehr als das Zehnfache.

Damit der Wischer vor allem auf der Fahrerseite bei hohem Tempo ab 120 km/h nicht durch Luftverwirbelungen abhebt, wurden früher Spoiler auf den Wischerarm gesteckt. Heute ist der Wischer selbst der Spoiler. Bei dem im Wiener Klimakanal erprobten System für den Mercedes CLS ist der Bügel vollkommen von einem schwarzen Gummimantel umhüllt und so geformt, dass er als Spoilerlippe wirkt. Das gewährleistet einen gleichmäßigen Anpressdruck von rund 15 bis 18 Newton pro Meter auf der ganzen Länge. Eine federnde Edelstahlschiene im Gummimantel passt sich optimal der Scheibenform an. Diese Schiene aus hochelastischem SD47-Edelstahl ist das biegsame Rückgrat des Wischergummis.

Neben dem Anpressdruck ist auch die Reibung auf der Scheibe für die Forscher ein wichtiges Kriterium. Ist der Reibwert zu hoch, quietscht der Wischer. Ein Effekt, der sonst nur bei trockener Scheibe auftritt. Der Gummi muss gleiten, deshalb ist immer eine leichte Nässe auf der Scheibe notwendig.

Wenn der Gummi des Wischerblatts die Scheibe abzieht, kann an der Kante jenes Problem entstehen, das auch Reifen bei Regen zu schaffen macht: Aquaplaning. Dieser Effekt, bei dem nicht alles Wasser restlos vor der Wischkante hergeschoben wird, sondern diese unterwandert, ist beim Scheibenwischer zwar nicht gefährlich, aber deutlich zu sehen: Hinter dem Wischer bildet sich für kurze Zeit ein leichter Nebelschleier auf der Scheibe. Dieser hauchdünne Nässefilm von 20 bis 200 Nanometer Stärke – und damit hundertmal so dünn wie ein Haar – besteht aus Abertausenden winzigsten Tröpfchen, in denen sich das Licht bricht. Daher der milchige Ton. Je nach Witterungsbedingungen und Fahrweise verdunstet dieser Schleier unterschiedlich schnell.

Warum es überhaupt zu diesem so genannten Fogging kommt, hat mit der wasserabweisenden Oberfläche der Windschutzscheibe zu tun. Sie ist hydrophob, das bedeutet, die Oberflächenspannung ist so hoch, dass sich Flüssigkeiten zusammenziehen und Tropfen bilden. Diese Tropfen perlen an der Scheibe leicht wieder ab, sodass die Entwickler von Scheibenwischern diesen Effekt noch stärker als bisher nutzen wollen – zum Beispiel in Form einer selbstreinigenden Windschutzscheibe. Das könnte so aussehen, dass bei ausreichendem Fahrtwind (ab 60 km/h) das Wasser beiseite gepustet wird, ähnlich wie man es beim Start eines Flugzeugs am Fenster beobachten kann.

Doch alle Versuche in dieser Richtung waren bislang eher ernüchternd. Die Scheibe stand nie steil genug, um auch bei geringem Tempo die Tropfen ablaufen zu lassen. Oder es fehlt im Stadtverkehr das notwendige Tempo für den entsprechenden Fahrtwind. Die Glasindustrie arbeitet mit Hochdruck daran, die Scheibe speziell zu beschichten, um die Hydrophobie zu verstärken und dadurch den Abperleffekt zu beschleunigen.

In Japan und Europa wird bereits mit dieser Lotosblütentechnik experimentiert. Sie heißt so, weil an den Blättern der Lotosblüte das Wasser einfach abperlt. Die Autohersteller Mazda, Ssangyong und Daewoo bieten eine solche Verglasung an. Das mache allerdings nur bei Seitenscheiben Sinn, meinen deutsche Experten, denn erstens rubbeln die Wischer das aufgetragene Hartwachs nach einiger Zeit wieder ab, und zweitens stören vor allem nachts die wandernden Regentropfen erheblich, da sich in ihnen das Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeuge bricht und als Streulicht reflektiert wird. Deswegen hat BMW beim Z8-Luxus-Coupé diese Technik nur für die Seitenscheiben verwendet. Der Volkswagenkonzern arbeitet daran, das Verfahren auch für Frontscheiben einzusetzen.

Wenn der Lotoseffekt nicht hilft, warum also nicht das Gegenteil probieren? Die Zauberformel heißt Hydrophilie, das exakte Gegenteil des Hydrophoben. Dabei verteilt sich das entspannte Wasser in einem dünnen, durchsichtigen Film gleichmäßig über die Scheibe. Das Wasser läuft als glatter Film gleichmäßig ab. Die Lichtstrahlen wandern ungebrochen hindurch, sodass es nicht zu nennenswerten optischen Verzerrungen kommt. Unterstützen lässt sich dieser hydrophile Effekt mit einfachsten Mitteln: Reiben Sie einen aufgeschnittenen Apfel oder eine rohe Kartoffel über die Scheibe, oder wischen Sie sie mit Cola oder leicht säurehaltigen Mitteln ab – Sie werden sehen, das funktioniert. Besonders wirksam ist die chemische Verbindung Peroxid. Doch der Nachteil all dieser Mittel ist, dass sie vom Wischer noch schneller weggeputzt werden als aufgetragene Wachse.

In einigen Versuchs- und Forschungseinrichtungen der Autohersteller und Zulieferbetriebe ist darüber hinaus an Alternativen zum Scheibenwischer geforscht worden. Da wurden Gebläse eingesetzt, die zwar wirksam waren, aber zu viel Lärm erzeugten. Überdies verbrauchten sie enorm viel Energie. Auch mit Ultraschall wurde experimentiert; Schallwellen sind höchst wirksam beim Reinigen von Metallen, aber ungeeignet für den Einsatz auf der Windschutzscheibe, wie sich schnell herausgestellt hat. Allein der Energieverbrauch würde 14 kW betragen.

Höhere Geschwindigkeiten, größere Fahrzeugdichte und ein gesteigertes Sicherheitsbedürfnis werden auch künftig dafür sorgen, dass die Forscher nicht nachlassen werden, die Scheibenwischer zu optimieren. »Schon kleine Verbesserungen auf allen Gebieten können sich zu einer Revolution des Ganzen summieren«, sagt Jan Dietrich, verantwortlicher Ingenieur für Scheibenreinigungssysteme bei Bosch.

Ein Beispiel: Früher liefen die Antriebsmotoren immer rund, also 360 Grad. Heute werden sie elektronisch so gesteuert, dass sie ihre Drehrichtung sofort ändern, wenn der Scheibenwischer am Ende seines Wischfelds angekommen ist. Dann springt er um und läuft in die Gegenrichtung.

Fortschritt auch hier: Die Wischerarme werden bei einigen Fahrzeugen nach dem Abschalten tiefer unter die Motorhaube gesenkt, was die Aerodynamik des ganzen Fahrzeugs optimiert.

Verbessert wird zudem ständig die Zusammensetzung des Abziehgummis. Schon immer hatten die Hersteller nach einer Alternative zum Kautschuk gesucht. Jetzt wurde sie gefunden: Rein synthetische Elastomere, also Kunststoffe auf Erdölbasis, erzielen durch spezielle Weichmacher deutlich bessere Ergebnisse bei tiefen Temperaturen als der Naturgummi.

Laien erkennen keinen Unterschied zwischen den Gummiarten. Beide Sorten sind schwarz, mit Ruß versetzt, um den Gummi vor den aggressiven Strahlen des ultravioletten Lichts (UV) zu schützen; UV-Licht macht das Material spröde, wenn die Strahlen durch mikromechanische Schwingungen die Kettenbindungen des Gummis aufbrechen. Riechen kann man den Unterschied allerdings schon. Da bei synthetischen Elastomeren stinkende Chlorverbindungen eingesetzt werden, setzen manche Hersteller ihrem Produkt künstliche Aromen mit Duftnoten von Früchten wie Pfirsich, Aprikose oder Himbeere zu. Natürlich könnten auch weiße, rote oder blaue Wischgummis produziert werden, so, wie es früher in Mode war, Weißwandreifen zu fahren. Aber solche Wischer hielten nur einen Sommer lang.

Das Profil aller Wischgummis wird mit Graphitstaub bepudert, damit es elastisch bleibt und nicht bricht; so fühlen sich die Wischer leicht schmierig-fettig an.

Bleibt noch die Frage nach dem typischen Wischergeräusch »pflop, pflop«. Dem mussten die Wissenschaftler akribisch nachgehen. Denn je leiser Reifen, Motor und Getriebe liefen, desto störender wurden dieser Lärm empfunden. Besonders stark wurde die Scheibe in Schwingungen versetzt, wenn die Wischer ihre Drehrichtung änderten. Dieses Geräusch pflanzte sich in die Karosserie fort und wurde als Körperschall wahrgenommen. »Vor allem bei geklebten Scheiben ist die direkte Übertragung störend, weil der isolierende Gummipuffer der alten Konstruktionen weggefallen ist«, hat Beyer herausgefunden. Die komplette Karosserie wird zum Lautsprecher. Aber bis man das entdeckt hatte, mussten stundenlange Hörproben im Aero-Akustikkanal absolviert werden.