Sonnenblume steckt im Auspuff eines Autos, Ansicht von hinten

Nein, Blumen werden auch in Zukunft nicht aus den Auspuffrohren wachsen. Allerdings wird die 48-Volt-Hybridtechnik dazu beitragen, die Schadstoff­emissionen der Autos zu senken. - Bild: Jürgen Flchle - Fotolia

| von Gabriel Pankow

Rainer Pühl spricht mit Bedacht, wählt die Worte weise. Er trägt Anzug mit Krawatte und rahmenlose Brille. Sachlich und nüchtern ist sein Auftreten. Doch geht es um das neue 48-Volt-System von Continental, wirft der Standortleiter des Conti-Werks Nürnberg jegliche Zurückhaltung über Bord: „Mit der Industrialisierung des 48-Volt-Systems treten wir in ein neues Mobilitätszeitalter ein. Das 48-Volt-System soll so disruptiv sein wie die erste Eisenbahn zwischen Nürnberg und Fürth.“

Auf den ersten Blick ist das schwer zu glauben. Schließlich gibt es Hybridsysteme nicht erst seit heute. Toyota hat den 400-Volt-Hybridantrieb im Prius bereits Ende der 1990er Jahre in Serie gebracht. Darüber hinaus haben alle deutschen Premiumhersteller längst Plug-in-Hybride in ihrem Portfolio. Was sollte also an einem 48-Volt-Antrieb so disruptiv sein?

Pühl hat die Zahlen auf seiner Seite. Außer Toyota hat es bislang kein Automobilhersteller geschafft, mit Hybridmodellen Geld zu verdienen. Die OEMs bestätigen das zwar offiziell nicht, in Automotive-Kreisen ist das allerdings kein Geheimnis. Schön und gut, dass die deutschen Premiumhersteller mit ihren Plug-in-Hybriden sich einen grünen Anstrich verpassen können. Verkaufsschlager sind die Modelle mit Steckdosenanschluss dennoch nicht.

Ein halbes Jahr nach dem Start der Umweltprämie für Elektroautos gab es gerade einmal knapp 3 900 Anträge für Plug-in-Hybride (Stand: 10.1.2017). Das Problem, warum die Verkaufszahlen vor sich hin dümpeln: Der Großteil der 400-Volt-Hybride, Plug-in-Hybride und E-Autos kommt mit einem saftigen Preisaufschlag gegenüber einem vergleichbaren konventionell betriebenen Modell daher. Die Bereitschaft der Kunden, für einen Wagen mit Hybridantrieb mehr auszugeben, ist allerdings begrenzt.

Hier entscheidet nicht das Herz, sondern der Verstand. Die 48-Volt-Technologie ist kein Feature, mit dem der Kunde auf dem Golfplatz angeben kann. Vielmehr handelt es sich um eine Spartechnologie, die ein Problem löst. Und zwar: Wie senken die OEMs möglichst effizient die Schadstoffemissionen ihrer Motoren.

Spagat zwischen Kosten und Nutzen

Continental scheint das erkannt zu haben. Pühl-Kollege Rudolf Stark, Leiter der Business Unit Hy­brid Electric Vehicle Division Powertrain, sagt, 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.

Die Besonderheit: Normalerweise starten in der Autoindustrie neue Systeme in der Oberklasse. Die 48-Volt-Technik startet hingegen direkt im Volumenmarkt. Um eine kostengünstige Produktion zu ermöglichen, entwickelte Conti in nur drei Jahren ab Projektstart ein modulares Fertigungskonzept. Mit dem soll eine an den Kostenstrukturen des Volumenmarktes orientierte Herstellung möglich sein.

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. „Enorm wichtig war dabei, Entwicklung und Industrialisierung frühzeitig zusammen zu bringen“, erklärt Werkleiter Pühl und ergänzt: „Das heißt, wir haben in der Entwicklung neue Systeme erdacht, die von unseren Produktionsexperten gleich geprüft und umgesetzt wurden.“ Ein Beispiel für eine Prozess-Innovation ist der Stator, der stehende Teil des Elektromotors.

Forschungspartnerschaft mit Bayerischen Laserzentrum

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.

Pühl erläutert: „Das Besondere daran ist, dass man in sehr kurzer Zeit sehr viele Schweißverbindungen an dicken Kupfer-Pins herstellen kann. 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.

Um eine perfekte Passung zu ermöglichen, entwickelte Continental in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Integrierte Systeme und Bauelemente-Technologie (IISB) ein geeignetes Simulationsverfahren. Bayern innovativ, das bayerische Zentrum für Technologie-Transfer, unterstützte den Zulieferer bei der Suche nach geeigneten Forschungspartnern. Der Fertigungsabschnitt für die 48-Volt-Antriebe gliedert sich in drei Linien. Auf der ersten Linie fertigt der Zulieferer den Gleichrichter, der die Schnittstelle zwischen der mit Gleichstrom arbeitenden Batterie und dem mit Wechselspannung arbeitenden Bordnetz darstellt. Die Leistungselektronik übernimmt zugleich die Ansteuerung des E-Motors.

Auf einer zweiten Linie erfolgt die Herstellung des Stators, auf einer dritten die Endmontage. Schon in einer frühen Entwicklungsphase simulierte Conti den Aufbau der Linien. Das soll ökonomische Arbeitsabläufe garantieren. Lean Production wird bei Conti-Nürnberg großgeschrieben. So konnte das Unternehmen durch mehrere Optimierungsschritte die Gehwege der Mitarbeiter um 40 Prozent reduzieren.

Identische Anlagen in China und USA geplant

Handhabungsautomat schiebt die Kupferdrähte voll­automatisch in den Träger
Die Kupferdrähte werden nicht mehraufgewickelt. Stattdessen kommen mehr als 100 Kupfer-Pins zum Einsatz. Ein Handhabungsautomat schiebt diese voll­automatisch in den Träger. - Bild: Continental

Ein weiterer Vorteil des modularen Aufbaus ist die Duplizierbarkeit. Dazu Werkleiter Pühl: „Das Fertigungskonzept ist so ausgelegt, dass völlig identische Anlagen später auch in anderen regionalen Märkten, zum Beispiel in China oder in den USA, aufgebaut werden können.“ Mit seinem

Gewicht von elf Kilogramm ist der 48-Volt-Generator logistisch nur mit hohem Aufwand zu verschicken.

Das heißt, Continental muss dort präsent sein, wo die Fahrzeuge gebaut werden, um kurze Transportwege sicherzustellen und dadurch die Umwelt zu entlasten. „Deswegen haben wir ein modulares Aufbaukonzept, das wir in verschiedenen Märkten auf verschiedene Kundenanforderungen übertragen können“, so Pühl. Und dass Conti seine Nürnberger Fertigung auch in anderen Ländern zum Einsatz bringen wird, gilt als sicher.

Schließlich erwartet der Zulieferer, dass bereits im Jahr 2020 weltweit vier Millionen Fahrzeuge mit Niedervolt-Batterie produziert werden. Conti-Mann Stark schätzt: „Im Jahr 2025 wird etwa jedes fünfte neu produzierte Fahrzeug weltweit mit einem 48-Volt-Antrieb ausgestattet sein.“

Für 2030 prognostizieren die Experten des Zulieferers sogar einen weltweiten Markt von rund 25 Millionen Neufahrzeugen. José Avila, im Vorstand von Continental  für die Division Powertrain verantwortlich, sagt: „Weitere Serienanläufe sowohl für Diesel- als auch für Benzinfahrzeuge stehen bevor, in Europa, aber auch in anderen Märkten wie China und Nordamerika.“ Die Marktbeobachter von IHS Automotive sind überzeugt, dass China und Europa die wichtigsten Märkte für die Mild-Hybride sein werden.

Laut den Analysten werden im Jahr 2020 rund 56 Prozent aller 48-Volt-Systeme in der Volksrepublik zum Einsatz kommen, knapp 30 Prozent werden in Europa genutzt werden.Nach Renault als erstem Kunden stehen schon mehrere OEMs Schlange, die Contis 48-Volt-System haben wollen. Wie ‚Produktion‘ aus Unternehmenskreisen erfahren hat, wird  Audi wohl der zweite Kunde sein. Darüber hinaus gelten chinesische Autobauer als besonders interessiert.

Dass ein chinesischer SUV der Marke Haval just am Tag der Pressekonferenz auf dem Nürnberger Werksgelände steht, war wohl nur ein Zufall. Gleichwohl gelten die China-OEMs als potenzielle Kunden, da sie durch die 48-Volt-Technik einen großen Schritt machen könnten, um den CO2-Ausstoß ihrer Autos zu verringern.

ZF verbaut 48-Volt-Mildhybrid-Modul

Die Motoren dieser Hersteller gelten noch als rückständig, sodass sie durch die Implementierung des Conti-Systems Kosten für die Weiterentwicklung ihrer Verbrenner in signifikanter Höhe sparen könnten, wie es aus Conti-Kreisen heißt. Es wäre für viele chinesische Autobauer ein günstiger Einstieg in die E-Mobility. Ein weiterer Ansatz, Elektromobilität erschwinglich zu machen, kommt von ZF.

Wie der Automobilzulieferer gegenüber Produktion erklärte, setzte man für die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs auch auf integrierte 48-Volt-Systeme. ZF verbaut das 48-Volt-Mildhybrid-Modul mit integrieter Leistungselektronik direkt in das Getriebegehäuse.

Das spart nicht nur Bauraum, sondern vereinfacht auch die Montage beim Autohersteller. Außerdem erhöht es die Zuverlässigkeit und reduziert gleichzeitig die Zahl der Varianten, da die integrierte Leistungselektronik stets an der gleichen Position sitzt – unabhängig vom Auto und dessen Antriebsstrang.

Conti-Rivale Bosch hat auf der North American International Auto Show (NAIAS) vor wenigen Wochen das elektrische Achsantriebssystem (eAxle) präsentiert. Derzeit besteht ein Antriebsstrang für Elektro- oder Hybridfahrzeuge aus einzelnen Komponenten. Zukünftig vereint Boschs elektrisches Achsantriebssystem Getriebe, E-Maschine und Leistungselektronik in einem kompakten Gehäuse.

Der Vorteil: Das reduziert die Komplexität des E-Antriebs, macht den Antriebsstrang deutlich günstiger, kompakter und effizienter. Beispielsweise kann der Zulieferer bei der Fertigung auf viele Stecker, Kabel, Dichtungen und Lager verzichten. Die Entwickler legten die Gesamtkonstruktion so aus, dass sich der Antriebsstrang skalieren lässt. Das macht das System deutlich wirtschaftlicher. Die Autobauer können damit die Produktionskosten sowohl für Elektro- als auch für Hybridfahrzeuge senken.

Fazit: Zur Eröffnung der Eisenbahnstrecke Nürnberg-Fürth im Dezember 1835 gab es einen enormen Zulauf von Menschen. Sie harrten des Schauspiels in eigens zu diesem Zwecke erbauten Zelten, Buden und Pavillons oder längs der ganzen Landstraße. An allen Wagen wehten blaue und weiße Fähnchen. Am 7. Dezember 1835 konnte die private ‚Königlich privilegierte Ludwigs-Eisenbahn-Gesellschaft‘ die erste deutsche Eisenbahnstrecke mit der regelmäßigen Nutzung der Dampfkraft vor großem Publikum eröffnen: Um Punkt 9 Uhr ertönte ein Kanonenschuss und der Zug fuhr ab. So pompös wird sicherlich nicht die erste Fahrt des ersten Serienautos mit Contis 48-Volt-Antrieb gefeiert. Auch für das erste Modell mit Boschs eAxle werden die Menschen wohl keine Straßenzüge schmücken. Doch beide Technologien besitzen das Potenzial, der E-Mobility einen gewaltigen Schub zu versetzen.

Mit 48 Volt zum wirtschaftlichen Erfolg?

Bis 2050 müssen die Neufahrzeugflotten der Autobauer komplett CO2-neutral unterwegs sein, so die These von Christoph Stürmer, Autofacts Global Lead Analyst bei der Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PwC. Der Weg dahin ist noch weit. Wie wird die Übergangszeit aussehen, bis alle Neuwagen rein elektrisch unterwegs sind? Beim Blick auf das Kleinwagensegment fällt auf: Das Angebot an Dieselfahrzeugen ist schon heute merklich ausgedünnt. „Gleichzeitig stellen wir fest, dass Elektrofahrzeuge zuerst in den kleinen Segmenten angeboten werden“, erklärt Stürmer. Die Stromer werden dort zunehmend die Portfolio-Positionen besetzen, die früher die Diesel einnahmen.

Auch in den anderen Segmenten wird die Zahl der Dieselmodelle immer weniger werden. Schon heute gehen die Verkaufszahlen der Selbstzünder insgesamt merklich zurück. Eine Studie des CAR-Center Automotive Research der Universität Duisburg-Essen belegt: Der Dieselmarktanteil in Deutschland ist im Dezember 2016 mit 43,3 Prozent auf seinen tiefsten Wert seit 76 Monaten abgesackt. Laut Stürmer wird der Ottomotor – verhältnismäßig am Marktanteil – weiter an Bedeutung gewinnen. Um seine Effizienz zu verbessern, werden die OEMs verstärkt auf dessen Hybridisierung setzen.

Insbesondere der 48-Volt-Antrieb scheint hierfür eine herausragende Rolle zu spielen. PwC-Experte Stürmer sagt: „Alles, was wir hören, ist, dass die 48-Volt-Technik als sehr sinnvoller Schritt gesehen wird. Ich sehe es aber nicht wirklich als Brückentechnologie, weil das andere Ufer so weit weg ist.“ Vielmehr sei die Technik als sogenannte Slot-in-Technologie zu sehen, die eine sehr interessante Position innerhalb des Powertrain einnehmen kann und aus Stürmers Sicht auch einnehmen wird.

Das Interesse an der Technik läuft nicht nur bei Continental auf. Laut dem Branchenkenner fragen die OEMs auch bei Bosch, ZF TRW, Delphi oder Magneti Marelli an –  also im Prinzip bei allen, die sich irgendwo im Bereich der Fahrzeug-Elektrik bewegen.

Auf Nachfrage von ‚Produktion‘ erklärte ZF, dass man für die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs auch auf integrierte 48-Volt-Systeme setze. Diese stehen laut ZF nun kurz vor der Serienreife. ZF verbaut sein 48-Volt-Mildhybrid-Modul mit integrierter Leistungselektronik direkt in das Getriebegehäuse. Stürmer kommentiert: „Es ist eine Art neue Norm, die sich entwickelt, aber eben mit sehr unterschiedlichen Applikationen.“

Dass die Zulieferer ihre 48-Volt-Systeme in hohen Stückzahlen produzieren werden, gilt als sicher. Von einem wirtschaftlichen Erfolg will der Branchenexperte aber dennoch nicht sprechen. Er macht dafür vor allem ein Problem aus: Die Entwicklung und Produktion dieser Technik sei nicht sonderlich schwer. „Jeder, der irgendwie etwas mit Bordnetzen, 12-Volt-Systemen macht, kann auch 48-Volt-Systeme machen“, sagt Stürmer und ergänzt: „Ich glaube, es wird sehr schnell einen extrem harten Wettbewerb geben.“

Wer da nicht schnell sehr hoch investiere, werde die Kosten-Degression nicht schaffen. Schnell, schnell, schnell – so muss das Motto der Zulieferer lauten. Denn nur derjenige, der vorne ist, kann den Standard setzen und der Preissetzer bleiben. Es handelt sich um ein Massengeschäft. Hier geht es nicht um kleine Mengen zu hohen Preisen für Mercedes S-Klasse und Co. Stürmer: „Diese Technologie muss so schnell wie möglich in die Fläche.“

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