Das neue Audi-Flaggschiff nutzt serienmäßig den Riemen-Starter-Generator mit integrierter Leistungselektronik von Continental. Damit wird die Limousine laut dem Zulieferer zum Mild-Hybrid.

Zusammen mit der Lithium-Ionen-Batterie bildet er das Herzstück des elektrifizierten Antriebsstrangs, den jeder neue Audi A8 serienmäßig an Bord hat. Continental-Chef Elmar Degenhart gab den Produktionsstart des Systems auf der NAIAS in Detroit bekannt.

José Avila, Mitglied des Vorstands bei Continental und Leiter der Division Powertrain, erklärt: „In der 48-Volt-Elektrifizierung sehen wir eine entscheidende Technologie, die in Bezug auf den Komfortgewinn und die Verbrauchsreduzierung für alle Fahrzeugklassen in allen Märkten interessant ist. Mit einem nachgewiesenen Einsparpotenzial bis in den zweistelligen Prozentbereich hilft es den Flottenverbrauch ohne großen Kostenaufwand zu senken.“  

So funktioniert die Technik

Die Mild-Hybrid-Technik bringt laut Conti Verbrauchseinsparungen im Alltagsbetrieb. Wenn der A8 an eine rote Ampel heran rollt, schaltet er den Motor bereits bei einer Geschwindigkeit von 22 km/h ab. Laut Conti ist das deutlich früher als das bei einem klassischen Start-Stopp-System.

Auch beim gleichmäßigen Dahingleiten mit Geschwindigkeiten zwischen 55 und 160 km/h schaltet sich der Verbrennungsmotor regelmäßig ab – und blitzschnell wieder zu, sobald der Fahrer beschleunigen will. Bremst er hingegen, wandelt die Limousine im Alltagsbetrieb einen Großteil der Bremsenergie, die normalerweise als Wärme in die Umwelt entweicht, in nutzbaren elektrischen Strom um.

Möglich ist macht das der kompakte Riemen-Starter-Generator mit integrierter Leistungselektronik, den Continental liefert. Das System kommt anstelle eines konventionellen Ritzel-Starters zum Einsatz und ist über einen Riemen mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden.

Hohe Dauerleistung durch Wasserkühlung

Contis Asynchronmotor liefert eine Starterleistung von acht Kilowatt und einem maximales Drehmoment von kurzzeitig bis zu 60 Newtonmeter. Die Dauerleistung im Generatorbetrieb beträgt bis zu fünf Kilowatt, kurzzeitig sind bis zu 15 Kilowatt zu erzielen.

Möglich wird dies, weil der Riemen-Starter-Generator und insbesondere die Leistungselektronik durch eine Wasserkühlung vor dem Überhitzen geschützt sind. Als Kühlmittel kommt der normale Wasserkreislauf des Verbrennungsmotors zum Einsatz. Ein separater Niedertemperatur-Kreislauf ist also nicht zwingend nötig.

Verbrauch des Audi A8 geht runter

Die Kombination aus Segeln, frühzeitiger Aktivierung der Start-Stopp-Funktion und einer verbesserten Bremsenergie-Rückgewinnung führt zu einer Verbrauchseinsparung von bis zu 0,7 Liter Kraftstoff pro 100 Kilometer im realen Fahrbetrieb.

 Zudem ermöglicht das 48-Volt-Hauptbordnetz, kurzfristig, bei gleicher Stromstärke, viermal höhere elektrische Leistungen bereitzustellen. Dadurch sind adaptive Fahrwerksysteme wie das vorausschauende Aktivfahrwerk des neuen Audi A8 möglich.

Produktion in Nürnberg

Den Riemen-Starter-Generator mit integrierter Leistungselektronik produziert Continental seit 2017 auf den hochautomatisierten Fertigungsanlagen am Standort Nürnberg. Er basiert auf einem modularen Baukastensystem, das der Zulieferer an die Bedürfnisse unterschiedlicher Autobauer anpassen kann.

So konnten die hohen Leistungsanforderungen von Audi durch eine Verlängerung des nicht gewickelten, sondern aus miteinander verschweißten Kupferstäben bestehenden Stators erfüllt werden.

Die Zusammenarbeit mit Audi beschränkte sich jedoch nicht nur auf die Hardware. „Gemeinsam haben wir die Software-Funktionen des Antriebs weiterentwickelt“, erläutert Avila. „Die intelligente Steuerung trägt wesentlich zur hohen Leistungsfähigkeit bei.“ Die will Audi nach dem Serienstart des neuen Audi A8 auch für weitere Modellreihen nutzen.  

48 Volt Motorenfertigung bei Continental

Herausforderungen in der Fertigung

Rudolf Stark, Leiter der Business Unit Hy­brid Electric Vehicle Division Powertrain, sagte damals beim Produktionsstart gegenüber unserer Zeitung, dass es von großer Bedeutung sei, einen Spagat zwischen Kosten und Nutzen schaffen. Und der 48-Volt-Hybridantrieb habe ein sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Grundlage dafür ist eine kostengünstige Produktion.

Stark erläutert: „Wir haben bei der Industrialisierung der 48-Volt-Systeme von Anfang an die Entwicklung von Produkt und Produktionsprozessen eng verzahnt, um eine kostengünstige Pro­duktion sicherzustellen.“ Das ist auch notwendig, um die Technologie mit hohen Stückzahlen auf den Markt zu bringen.

Denn der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) sagt: „Nur wenn es OEMs und Zulieferern gelingt, das 48-Volt-Bordnetz auf breiter Front einzuführen, werden sich die erforderlichen Skaleneffekte einstellen.“ Stark ist überzeugt, dass das ge­lingt: „Wir erwarten eine hohe Marktdurchdringung über alle Fahrzeugsegmente hinweg, vom A- bis zum D-Segment.“

Die weltweit ersten Hybridantriebe, die mit einer Spannung von 48 Volt arbeiten, stammen aus dem Conti­nental-Werk Nürnberg. Der Zulieferer elektrifiziert je eine Dieselvariante der neuen Renault-Modelle Scénic und Grand Scénic. Sie sind die ersten Serienfahrzeuge, die einen 48-Volt-Hybridantrieb nutzen.

Forschungspartnerschaft mit Bayerischen Laserzentrum

Die installierten Anlagen reichen aus, um bis zu 200 000 Autos pro Jahr mit 48-Volt-Antrieben auszurüsten. Das modulare Konzept macht es möglich, auf diesen Anlagen Produkte für verschiedene Automobilhersteller zu produzieren, die sich zum Beispiel hinsichtlich Größe, Leistung oder Anschlüssen – etwa für die Kühlung – unterscheiden.  Rund 15 Millionen Euro investierte der Zulieferer dafür in neue Produktionsanlagen.

Continental wickelt nicht Kupferdrähte auf, wie es in einer klassischen Elektromotorenfertigung üblich wäre. Stattdessen kommen mehr als 100 Stäbe (‚Pins‘) aus Kupfer zum Einsatz, die ein Handhabungsautomat vollautomatisch in den Träger schiebt. Anschließend verschweißt ein Laser die einzelnen Pins miteinander. In einer Forschungspartnerschaft mit dem Bayerischen Laserzentrum aus Nürnberg konnte Conti ein Laserstrahl-Schweißverfahren für Kupferbauteile finden, das die gewünschte Präzision erreicht.

Das Besondere: In sehr kurzer Zeit kann man sehr viele Schweißverbindungen an dicken Kupfer-Pins herstellen. Das heißt, man hat eine sehr hohe Geschwindigkeit, eine sehr hohe Schweißgüte und auch die Geometrie dieser Schweiß­verbindung ist sehr gut für den Fluss des elektrischen Stroms.

Auch für die Verbindung der beiden Gehäuseteile entwickelte der Technologie-Konzern ein neues Verfahren. Denn der 48-Volt-Antrieb, der in Unterbodennähe anstelle eines konventionellen Starters eingebaut wird, muss eine enorme mechanische Festigkeit vorweisen.

Deshalb wird das Gehäuse nicht nur verschraubt, sondern zunächst mit einem innovativen Fügeverfahren verbunden, dem sogenannten ‚Shrinking‘. Dabei entsteht durch das Erhitzen, dann Erkalten – dem ‚Schrumpfen‘ – von Gehäuse-Bauteilen eine sehr feste Verbindung, die den Schutz der elektrischen Bauteile im Inneren gewährleistet.

Die Fertigung von Continental in Nürnberg

Continental will das mit seinem 48-Volt-Hybridantrieb ändern. Warum ein kluges Fertigungskonzept dafür notwendig ist und was die erste Eisenbahn zwischen Nürnberg und Fürth damit zu tun hat, lesen Sie hier.