SONDERAUSGABE "Fit for E-Volution" - konstruktion.de

WIRTSCHAFT TECHNIK PRODUKTION INTERNATIONALwww.automobil-produktion.deSONDERAUSGABE"Fit for E-Volution"2013MARKTANALYSEE-Fahrzeugherstellerhoffenauf das Reich derMitte Seite 6INNOVATIONSDRUCKElektromobilitätfordertZulieferer auf breiter Frontmassiv heraus Seite 8ANTRIEBSTECHNIKAlternativeAntriebe imUrteil vonEngineering-Dienstleistern Seite 301 Automobil-Produktion · Oktober 2013

InhaltExklusiv-Umfrage: Wiebewerten Automotive-Engineering-Dienstleisterdas Potenzial der verschiedenen Varianten,einen Pkwzumindestteilweise mit elektrischer Energie anzutreiben? Fünf fundierteMeinungen liefern Denkanstöße. Seite 30Supply Chain 2.0: Die „Herausforderung Elektrofahrzeug“ bringt dieNeudefinition vonMobilität, neue Antriebssträngeund wirft Fragender Energieversorgung auf.Supply Chain-Experte Thomas Savoir (MHP)schließtVerschiebungen bei OEMs und Zulieferern nichtaus. Seite 46RubRIken03 Editorial04 Inhalt51 ZumSchluss/ImpressumAutomobilProduktion ·oktober 20135

MARKTANALYSEDer Produktionsstartdes deutsch-chinesischenElektroautosDenzasoll zum Jahresende2013 erfolgen.Hoffen auf das Reich der MitteDie PRODUKTIONSPROGNOSEN für Elektrofahrzeuge (EV) sind weiterhin rückläufig,obwohl die Absatzzahlen langsam ansteigen. Fest steht, dass sich die USA zum Leitmarktentwickeln.Analysten sehen das größte E-Marktpotenzial langfristig jedoch in China.Bild: Daimler/BYDIn den USA hat sich die Elektrofahrzeug-Industriestrukturinsbesonderedurch meist kleine, aber sehr dynamischeStartups entwickelt, die zunehmenddie öffentliche Wahrnehmung dominierenund sowohl den „DetroitThree“ als auch ausländischen HerstellernMarktanteile abnehmen. Die Geschäftsmodelleund Modellpolitik dieserAnbieter orientieren sich primär anhöherpreisigen,nicht durch klassische Herstellerbesetzten Fahrzeugsegmentenund umfassen auch die kostenfreie Bereitstellungeiner flächendeckendenSchnellladeinfrastruktur“,heißt es in demvon Roland Berger und der ForschungsgesellschaftKraftfahrtwesen Aachen(fka) erstellten Index Elektromobililtätfür das 3. Quartal 2013.Mit dem Model S, so das Papier,konnte Tesla in Kalifornien im erstenHalbjahr 2013 insbesondere bei BMW,Mercedes, Lexus/Toyota und Audi wildernund in mehr als der Hälfte allerKäufe konventionell angetriebene Oberklassenfahrzeugeersetzen.Die USA entwickeln sich nach Einschätzungder Analysten mit stabilenmonatlichen Absatzzahlen im hohenvierstelligen Bereich „zunehmend zumLeitmarkt für Elektromobilität.“ Hierzeigten umfangreiche Programme mitmonetären und nichtmonetären KaufanreizenWirkung. Anders zeigt sich dieLage diesseits des Atlantiks: „Der deutscheMarkt weist neben Korea, Italienund China die geringsten Verkaufsanteilevon EVs und PHEVs auf und fällt imVergleich zu den vier führenden Absatzmärktendeutlich ab.“Anstehende Markteinführungen vonElektrofahrzeugen nationaler OEMs imVolumensegment wie etwa BMW i3 undVolkswagen e-up! könnten aber eineMarktaktivierung durch höhere Absatzvoluminain Gang setzen, nachdem bisherverfügbare Modelle internationalerHersteller keinen größeren Anklangbeim Kunden gefunden haben.Zudem lautet ein klarer Befund in derRoland Berger-Expertise: Die Fahrzeugpreisesinken insgesamt deutlich. Dabei seidie Kostendegression noch nicht über Skaleneffekteerklärbar.Der Fokus der OEMsliege vielmehr auf der strategischenMarktpositionierung entlang unterschiedlicherEV-/PHEV-Geschäftsmodelle.Die Trendkurve zeigt nach obenLaut einer aktuellen Studie von Frost &Sullivan zum Weltmarkt für Elektrofahrzeugeim Jahr 2013 lagen die VerkaufszahlenfürElektrofahrzeuge im Jahr 2012bei 120 000 Einheiten und werden bis2018 voraussichtlich 2,7 Millionen Einheitenerreichen. Die Weltmärkte zeigen lautAnalyse einen Aufwärtstrend bei der Annahmeder Produkte, wobei die weltweitenVerkäufe in 2013 auf 170000 bis6 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

MARKTANALYSEBild: A.D. Little190000 Verkäufe ansteigen dürften, waswiederum eine Umsatzsteigerung vonmehr als 50 Prozent im Vergleich zu denVorjahreszahlen bedeuten würde. Darüberhinaus registrierte Frost &Sullivanein Sinken der Kosten fürLithium-Ionen-Batterien um 20 bis 40 Prozent in denletzten fünf Jahren.Mit Blick auf China weist der RolandBerger Index darauf hin, dass bisher einGroßteil der Elektrofahrzeuge in den sogenannten „25 Pilot Cities“ vermarktetwurde, von denen bislang sechs auch dieprivate Nutzung von EVs fördern. „Nebeneiner seitens der Zentralregierunggewährten Kaufpreissubventionierung inHöhe von 3000 RMB (etwa 370 Euro)pro kWh subventionieren die Provinzen(und auch einige OEMs) in den Förderregionenden Verkauf von EVs noch zusätzlich“,sodieAutoren.Nach Einschätzung von Veit Bütterlin,der bei der BeratungsgesellschaftArthur D. Little Projekte zur Elektromobilitätverantwortet, wird China mittelfristig„voraussichtlich der größte Marktfür batterieelektrische Automobile undzudem ein sehr großer Markt für Hybridfahrzeuge“werden. Bütterlin gegenüberAUTOMOBIL PRODUKTION:„Unter realistischen Annahmen solltebis 2016/17 der Absatz batterieelektrischerFahrzeuge in China größtenteils anFlottenkunden gehen, davon werden diemeisten öffentliche Institutionen beziehungsweiseUnternehmen, Staatsunternehmenund Taxiunternehmen sein. Spätestensab 2018 sollten private Kundenmehr und mehr das dominante Kundensegmentbilden.“ Der lokale Markt seijedoch derzeit durch Unsicherheiten ge-FürVeit Bütterlin,Arthur D. Little,wirdChinamittelfristig „voraussichtlich der größteMarkt für batterieelektrische Automobileund zudem ein sehr großer Markt für Hybridfahrzeuge“werden.Erwartete Produktion vonElektrofahrzeugen und Plug-In-Hybridenbis zum Jahr 2015LANDINLANDSPRODUKTION EV/PHEV [Tsd. Fzg.]3484169162prägt, da dieser absehbar auch in dennächsten Jahren von öffentlichen Kaufanreizenabhängt. Zwar stellt China derzeitrund 7,7 Milliarden Euro für dieWeiterentwicklung der Elektromobilitätbereit, die politische Förderung des Absatzesfür Electric Vehicles (EV) gilt fürden Experten dennoch als schwer kalkulierbar.Vorbereitet auf den China-BoomAuf den Ausbau staatlicher Förderprogrammehoffen auch Daimler und seinchinesischer Kooperationspartner BYD.Unter der neuen Marke „Denza“ bereitetdas seit März 2010 bestehende schwäbisch-chinesischeJoint Venture derzeitdie Markteinführung eines gemeinsamenElektroautos auf Basis der alten B-Klassevor. „Wir sind vorbereitet auf einen ordentlichenBoom von Elektro-Fahrzeugenin China.Wirstellen uns auf sehr guteStückzahlen ein“, wurde Daimler-China-Chef Hubertus Troska auf der AutoShanghai 2013 zitiert. Der Produktionsstartdes Denza soll Ende 2013 erfolgen.Daimler-Rivale BMW steht ebenfallsin den Startlöchern: „Wirwerden gemeinsammit Brilliance eine chinesische Premium-Pkw-Markeentwickeln”, ließ unlängstBMW-Vertriebschef Ian Robertsondie Fachpresse wissen. Die Marke“Zinoro” werde zunächst ein Elektroautoentwickeln und noch in diesem Jahr vorstellen,die Produktion starte dann 2014.Die Perspektiven für elektrisch angetriebenePkw stuft Robertson als „gut“ein. Die Etablierung eigenständiger chinesischerAutomarken sei ein klares Ziel278Hinweis: keine signifikante EV-/PHEV-Produktion in Italien erwartet311TOP-3-MODELLE JE LANDTesla Model S,ChevroletVolt PHEV,Nissan Leaf EVToyota Prius PHEV, Nissan Leaf EV,Mitsubishi i-MiEVRenault Twizy EV,Renault ZOE Z.E.,Smart ForTwoEVBMWi3, VW Golf PHEV, VW e-up!Chery QQEV, Chang'an E30,Chang'an Benben Mini EVHyundai BlueWill PHEV, Kia Ray EV,Chevrolet Spark EVIn den USAwerden Kapazitäten ausgebaut,während in allen anderen Märkten die Produktionsprognosenrückläufig sind.der chinesischen Regierung, erläuterteder Vertriebschef. „Allerdings“, sourteilendie Verfasser des aktuellen RolandBerger Index Elektromobililtät „zeichnensich in China deutliche Erfolge bei derVerbreitung von Elektrofahrzeugen derzeitnur in wenigen Provinzen mit starkenlokalen (Verkaufs-) Fördermaßnahmenab.“ Wie inPeking, Shanghai und Hangzhoubereits erfolgt, planten einige Städtezudem, Elektrofahrzeuge in Car-Sharing-Flotten einzubringen. Nach Beobachtungender Roland Berger Strategen hegenChinesen auch Zweifel an der Sicherheitelektrischer Antriebssysteme.Als Konsequenzsei derzeit in China ein technischerWandel weg von rein batterieelektrischenFahrzeugen hin zu Hybridfahrzeugen undPlug-in-Hybriden zu beobachten.Veit Bütterlin sieht denn auch denMarkt für Plug-In-Hybride und für mitReichweitenverlängerern (Range Extendern)ausgerüstete Fahrzeuge sich später,dannaber gegebenenfalls vorübergehendnoch dynamischer entwickeln.„Aufgrund einer jüngeren Studie erwartenwir im Jahr 2020 jeweils rund einProzent Anteile batterieelektrischerFahrzeuge sowie von Plug-In Hybridenund von E-Fahrzeugen mit Range Extendernam gesamten Pkw-Absatz. Im realistischenSzenario sollte der Absatz vonBrennstoffzellenfahrzeugen hingegenbei unter 0,1 Prozent liegen. Hybridekämen auf etwa 5,5 Prozent; Diesel basierteHybride werden dabei wohl nureine unbedeutende Rolle spielen“, erläutertBütterlin das Szenario.Christian Klein ■Grafik: Roland Berger/fkaAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 20137

TITELTHEMAEs knistertzwischen Plus und MinusKaum eine Frage POLARISIERT den Automobilbau stärker als diese: Fährt das Auto derZukunft elektrisch? Der Innovationsdruck auf Zulieferer aller Ebenen wächst jedenfalls.Es gilt,weitreichende Entscheidungen zu treffenund sich neu zu positionieren.Die Meldung tickerte Ende Augustübers Web-Portal Motorsport Total:“Nach Drayson Racing undChina Racing hat die Formel EfürdiePremierensaison 2014 ein drittes Team anLand gezogen und diesmal handelt es sichum einen ganz dicken Fisch: Andretti Autosport,die amtierende Meistermannschaftder IndyCar-Serie, findet sich abSeptember 2014 im Starterfeld der neuenElektro-Rennserie der FIA wieder.Formel E! Ein weiterer Schachzugder Vermarkter von E-Mobilität, die öffentlicheWahrnehmung des „E“ mehrund mehr von „Exot“ hin zu „Emotion“zu verschieben. Das ist auch bitter nötig,denn der Wettbewerb der Hersteller vonElektrofahrzeugen ist vom Renntemponoch meilenweit entfernt.Zwar wird dem kalifornischen E-Fahrzeugpionier Tesla von Marktbeobachternbescheinigt, erstmals profitabelzu sein. Und auch der generalstabsmäßigausgeklügelte Markteintritt von BMW,primär mit dem i3, nötigt den Analysteneinigen erwartungsvollen Respekt ab,aber E-Startups wie Fisker oder BetterPlace sind schwer angeschlagen. „Derzeitliegen existenzbedrohendes Scheiternund erfolgreicher Durchbruch engbeieinander“ lautet denn auch der Befundvon Veit Bütterlin, der fürdie BeratungsgesellschaftArthur D. Little Projektezur Elektromobilität verantwortet.Bütterlin: „Etablierte OEMs fahren E-Strategien zwischen vorsichtigem Followingbis hin zu aggressivem Vorantreiben“.EtabliertenOEMs könne man bisherbestenfalls verhaltenen Erfolg bescheinigen.Dennoch ist klar: Diegrundsätzlichen Treiber zugunsten derElektromobilität bleiben bestehen.Die Branche kennt die Aufgabenstellungenauswendig: Die Reichweiten vonElektrofahrzeugen müssen verlässlichgesteigert und deren Anschaffungskostendauerhaft in den Bereich vergleichbarer„Verbrenner“-Automobile manövriertwerden. Dem Autofahrer dürfenauch im Hochsommer und bei Winterbetriebkeine Komfort-Kompromisse abverlangtwerden und es muss flächendeckendeine belastbare Lade-Infrastrukturinstalliert werden. Neben politischerLobbyarbeit verlangt dieses Anforderungspaketvor allem eines: Forschung,Entwicklung und innovative Macher ausden Reihen der industriellen Basis. Unddie gibt sich –einmal mehr außerhalbdes grellen Scheinwerferlichts der großenAutoshowbühnen stehend –durchausselbstbewusst.Kernkompetenz Fertigungstechnik„Für den Erfolg der Elektromobilität istdie beste Produktionstechnologie ent-Bild: Rumkugel/Fotolia.com8 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TITELTHEMAscheidend. Nur auf diesem Wege kannDeutschland Leitanbieter für einemarktfähige Mobilität von morgen werden“,betonte Hartmut Rauen, Mitgliedder Hauptgeschäftsführung vom VerbandDeutscher Maschinen- und Anlagenbau(VDMA), anlässlich der InternationalenKonferenz Elektromobilitätder Bundesregierung in Berlin.„Ziel muss es sein, die Kosten fürelektromobile Lösungen zu senken. Zugleichgilt es,Arbeitsplätze und die Wertschöpfungim Land zu halten und auszubauen.Hierzu braucht es einen starkenProduktionsstandort Deutschland“, soRauen weiter.Indiesem Zusammenhanglautet die klare Botschaft des VDMA andie Politik, zu Beginn der Wertschöpfungsketteanzusetzen und in die Forschungzu investieren.„Exzellenz in der Herstellung wirddarüber entscheiden, wer das globaleRennen um die E-Mobilität gewinnt.Daher gilt es, die Produktionsforschungund industrielle Gemeinschaftsforschungzu stärken sowie eine steuerlicheForschungsförderung einzuführen“,macht Rauen deutlich.Innovationsnetzwerk „E-MOTIVE“Mit der vorwettbewerblichen und branchenübergreifendenForschungsvereinigungE-MOTIVE verfügt das VDMA-Forum über das „Innovationsnetzwerkder Besten aus Forschung,Industrie undWissenschaft.“ Damit leistet der Maschinen-und Anlagenbau einen wichtigenBeitrag für eine erfolgreiche Elektromobilitätaus Deutschland.Ein Blick nach Bochum: Der BereichElektroband von ThyssenKrupp SteelEurope testet im kürzlich in Betrieb gegangenenE-Mobility Center Drives,wieElektromotoren mit Elektroband nocheffizienter und leistungsstärker konstruiertwerden können. Herz des Labors istdabei der Elektromotorprüfstand, derwichtige Erkenntnisse liefern soll, umLösungen für weniger Energieverlustund höhere Drehzahlen zu erarbeiten.Um für Kunden eine Vergleichsbasis zuschaffen, wurde in Bochum ein neutralerReferenzantrieb mit Standardmaterialienkonstruiert und exakt vermessen.„Wir helfen dabei, den Elektromotorneu zu denken“, sind die Ingenieure beiThyssenKrupp Steel Europe überzeugt.Sie stehen Anwendern aus der Automobilbrancheals technischer Beraterund Entwicklungspartner zur Seite.Schon heute werden hier Materialien fürPrototypen künftiger Elektro- und Hyb-Bild: VDMAHartmut Rauen,VDMA:„Exzellenz in der Herstellungwirddarüber entscheiden,werdas globale Rennen um dieElektromobilitätgewinnt.“Bild: Continentalridautos gefertigt. „Wir begleiten, beratenund unterstützen Zulieferer undOEMs beim Einsatz unseres nicht kornorientiertenElektrobands“, beschreibtMarco Tietz, Leiter der Anwendungstechnik,die Hauptaufgabe des E-MobilityCenter Drives.Damit Elektrofahrzeuge Energiemöglichst effizient in Vortrieb umwandeln,müssen die Statoren und Rotorendes Motors möglichst geringe Ummagnetisierungsverlusteaufweisen. Es ist bereitsgelungen, diesen Wert über dieWeiterentwicklung der Legierungskonzeptewie auch geänderter Verarbeitungsprozesseum knapp 30 Prozent herabzu senken.Die in Bochum und Duisburg entwickeltenund optimierten Elektrobandsortenwerden bereits beim Aufbau vonPrototypen für künftige Elektro- undHybridautos verbaut. „Das Ziel ist dieSerie“, gibt Tietz die Richtung vor.Weil derzeit 30 bis 40 Prozent derWertschöpfung bei reinen Elektrofahrzeugenauf die Batterie entfallen, arbeitetdie Automatisierungsindustrie anzuverlässigen und kostengünstigen Lösungenfür eine massentaugliche Serienproduktionder Traktionsbatterie.Optimierungspotenzial wird dabei insbesondereinder Herstellung der hochempfindlichenBatteriezellen verortet.In einer Testreihe untersucht derschwäbische AutomatisierungsspezialistFesto, Mitglied im SpitzenclusterElektromobilität Süd-West, im Schulterschlussmit ThyssenKrupp SystemEngineering, die Eignung von Standardproduktender Automatisierungstechnikfür den Einsatz im Trockenraum.Herauskommen sollen einfachereund kostengünstigere Automatisie-Erklärt Systemkompetenz beider Elektrifizierung vonAutomobilenzur Chefsache: ElmarDegenhart, VorstandsvorsitzenderContinental.Bild: BoschWeist dem Fiat 500 edenStatus als Vorzeigeprojektder Elektromobilitätzu: RolfBulander,Leiter GeschäftsbereichBosch Gasoline Systems.rungslösungen für die Fertigung vonBatteriezellen. Festos Partner Thyssen-Krupp System Engineering betreibt imsächsischen Pleißa ein Technikum, dasdie Prozesse der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterienfertigungstechnischabbildet.Ohne Kunststoff-Kompetenz kein i3Effiziente Elektrofahrzeuge zu bauenbedeutet in erster Linie, mit jedemGramm Bauteilgewicht zu geizen. StahlundAluminiumproduzenten investierenMillionenbeträge auf der Suche nach innovativenLeichtbaulösungen bei Karosserie-und Anbauteilen. Aber es siehtganz danach aus,als habe dabei momentansowohl von der Werkstoff- als auchvon der Verfahrensseite her die „Kunststoff-Fraktion“die Nase vorn.Wer die technologischen Gründesucht, warum es BMW bei der Serienfertigungdes Elektrofahrzeugs i3 im WerkLeipzig geschafft hat, leichte Carbon-Komponenten (CFK) im Großserienmaßstabeffizient zu verbauen, landetbeispielsweise im Münchner Norden vorden Werkstoren der Krauss MaffeiGmbH. Die Entwickler des sowohl aufSpritzguss- als auch auf die sogenannteReaktionstechnik spezialisierten Technologiekonzernsentpuppen sich als wesentlicheInnovationstreiber der i3- undauch i8-Fertigung.Was steckt dahinter?Nicolas Beyl, Geschäftsführer Reaktionstechnikbei Krauss Maffei, greift indie Diplomatie-Schublade: „Über dieDetails kann ich mich natürlich nichtäußern. Aber es ist beeindruckend, zumeinen eine komplette Produktion aufKarbonfaser umzustellen und auchgleich in die Umsetzung eines ganz neuenFahrzeugkonzepts eingebunden zuAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 20139

TITELTHEMABild: ThyssenKrupp Steel EuropeHerzdes Labors im E-Mobility Center Drives ist der Elektromotorprüfstand. Er soll wichtigeErkenntnisseliefern,umLösungen für weniger Energieverlust und höhereDrehzahlen zu erarbeiten.sein. Wirhaben es ja hier mit einer Kombinationaus Resin Transfer Molding undThermoplasten zu tun. Also insofern istdas wirklich ein Quantensprung der Automobiltechnologie,der die gesamteBranche weiterbringen wird. Die Produktiondes i3 und des i8 wird das Pilotprojektfür den Faserverbundeinsatz ingrößeren Serien sein und ich erwarte,dass auch andere Hersteller diesemTrend folgen werden.“Auf den geliefertenMaschinen werden unter anderemBauteile aus Thermoplasten und Reaktivharzenim Exterieur und Interieur sowiefür tragende Strukturen produziertund nachbearbeitet.Die Rollen werden neu verteiltIn der Tat: Elektromobilität hat das Potenzial,die tragenden Strukturen im Automobilbauzu verändern –gerade auchim Zusammenspiel zwischen OEMs undZulieferern. Kernkompetenzen werdenneu definiert werden müssen; angestammteRollenverteilungen könntenaufgebrochen werden. Längst lassen BigPlayer unter den Zulieferern wie Continentaloder auch Bosch ihre „Muskelnder Systemkompetenz“ spielen.Beispiel Continental: Der internationaleAutomobilzulieferer fährt seit gut einemJahr mit einem zum Elektroauto(EV) umgerüsteten Serienfahrzeug seineelektromobile Systemkompetenz durchdie Lande. In dem Fahrzeug kommenrund 40 EV-spezifische Komponenten desUnternehmens zum Einsatz: VominEigenregiein Großserie produzierten, fremderregten70 Kilowatt Synchronmotorüber den Akku und die Leistungselektronikbis hin zum selbst entwickelten Anzeige-und Bedienkonzept und der gesamtenPeripherie fürAntrieb und Ladung sowiespeziellen Reifen (Conti.eContact). Dabeiist das Gros der EV-Bauteile marktreifoder wird bereits in Großserie produziert.„Mit diesem gebündelten Know-how ausallen fünf Divisionen unseres Unternehmensbeweisen wir die Systemkompetenzvon Continental auch und gerade bei derzunehmenden Elektrifizierung des Autos“,sagt der Continental-VorstandsvorsitzendeElmar Degenhart.Zudem will das Unternehmen mitdem voll funktionsfähigen und bereitsweit über zehntausend Kilometer erprobtenTechnologieträger auch die Entwicklungsleistungdes Bereichs Systems&Technology Automotive und der hauseigenenContinental Engineering Servicesunter Beweis stellen, die den Prototypenin kaum mehr als sechs Monatenaufgebaut hat.Wettbewerber Bosch stellt gar für denFiat 500eden kompletten Antriebsstrangbereit. Rolf Bulander, Vorsitzender desGeschäftsbereichs Bosch Gasoline Systems:„Wirfertigen also nicht nur Komponenten,sondern haben auch die Kompetenz,diese zu einem kompletten Elektroantriebzu verknüpfen.“Der Fiat 500egiltfür Bosch in vielfacher Hinsicht als einVorzeigeprojekt der Elektromobilität.„Er zeigt, was wir als Zulieferer in diesemBereich leisten und entwickeln können“,sagt Bulander und verweist dabei nichtnur auf den von Bosch entwickelten ElektromotorSMG 180/120 (permanentmagneterregteSynchronmaschine mit 80 Kilowatt),sondern auch auf die Bosch-Leistungselektronik INVCON 2.3 sowieauf das Batteriepack. Die Bosch-Traktionsbatteriebesteht aus prismatischenZellen mit einer Gesamtkapazität von 24Kilowattstunden und lässt sich in wenigerals vier Stunden komplett aufladen. DasPackage verleiht dem Fiat 500erund 140Kilometer Reichweite.Wird die E-Mobilitätzur Bedrohung?Wäre es langfristig denkbar, dass klassischeZulieferer zukünftig als OEM unterwegssind? Dass uns also eines Tagesein „E-Conti“ oder „Bosch 500“ auf denStraßen begegnet? Wird Elektromobilitätfür die klassischen OEMs gar zurBedrohung? MHP-Berater und SupplyChain Experte Thomas Savoir zeichnetein differenziertes Bild: „Das hat mehrereFacetten: Zum einen müssen sichVersorger klar positionieren. Zum anderenmüssenOEMs natürlich auch Lösungenfinden, sich nicht über den Antriebsstrangoder über den Motor zu identifizieren,sondern durch weitere Aspekte.Man spricht ja auch vom i-Car. Das forderteine konstruktive Auseinandersetzungmit den neuen, weiter gefasstenAnforderungen an Mobilität und zumanderen mit neuen Technologien in derAntriebstechnik sowie in Bezug auf dieEnergieversorgung.Wenn man diese dreiKomponenten mixt, dann könnte sichnatürlich eine Vielzahl von neuen Playernetablieren und wären Verschiebungenim Automobilbau zu prognostizieren.Wie die dann aussehen werden, dasist offen. Da gibt es viele Facetten. Aberich denke, es ist für alle Player Chanceund Risiko zugleich. Ich würde das Risikonicht nur auf die OEMs reduzieren.Natürlich bietet es aber gerade großenZulieferern wie Bosch, Continental, Siemensund anderen mittel- bis langfristigdie theoretische Chance, auch ein Komponentenpaketherzustellen, das gebündeltein komplettes Fahrzeug ergibt.“Christian Klein ■10 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

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TITELINTERVIEWInterviewmit Jörg Grotendorst,CEO Siemens Business Unit Inside e-Car„Die Zukunft wirdelektrisch“Seit gut einem Jahr formiertsich Siemens über die Geschäftseinheit Inside e-Car alsneuer Zulieferer für den Bau vonElektrofahrzeugen.Inzwischen ist mit der FertigungvonMotoren und Umrichtern für den E-VolvoC30die FEUERTAUFE bestanden.Auch imfranzösischen Sportwagen Exagon schlägt ein „Siemens-Herz.“AUTOMOBIL PRODUKTION: Herr Grotendorst,IhrePrognose bitte:Wann wird inDeutschland das einmillionste Elektroauto zugelassenwerden?Die Bundesregierung hat sich das Ziel gesetzt, bis 2020 eineMillion elektrisch betriebene Fahrzeuge auf die Straße zu bringen.Darin sind aber nicht nur rein elektrische Fahrzeuge,sondernauch Plug-In-Hybride bei Pkw und Nutzfahrzeugen enthalten.Bei einem aktuellen Fahrzeugbestand von mehr als40 Millionen Fahrzeugen und der Grenzwertvorgabe von130 Gramm CO 2pro Pkw für 2020 halte ich dieses Ziel fürsinnvoll und auch erreichbar.AUTOMOBIL PRODUKTION: Welcher Ansatz ist der richtige: DieElektrifizierung beziehungsweise Hybridisierung von Serienautosoder quasi der BMW-Wegder völligen Fahrzeug-Neukonzeption?Beide Ansätze haben ihre Berechtigung. Das hängt ganz vomjeweiligen Nutzerprofil ab.Klar ist: die Zukunft wirdelektrisch.Aufdem Wegdorthin gibt es kein richtig oder falsch, sonderneinen breiten Fächer von technischen Lösungen mit vielen Variantenvon Antriebskonzepten. Das fängt bei MikrohybridenZurPersonJörg Grotendorst ist seit Juni 2012 verantwortlicher CEO der BusinessUnit Inside e-Car innerhalb der Siemens Division DriveTechnologies.Zuvor zeichnete er von 2011 bis Mai 2012 für die Bereichsleitung‚Strategie &Technologie‘ für die Division Powertrainin Regensburgverantwortlich.ZuSiemens stieß der Diplom-Ingenieur (Schwerpunkt Steuer- und Regelungstechnik) im Jahr2007 als Leiter des neu gegründeten Siemens-GeschäftsbereichesHybrid und Elektrofahrzeuge der Division Powertrain in Nürnberg.Zuvor bekleidete Grotendorst über einen Zeitraum vonsechs Jahren verschiedene leitende Positionen in der ContinentalAutomotiveDivision für Powertrain-und Chassis-Systeme.Auf dem WegderElektromobilitätgibt es kein richtigoder falsch.12 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TITELINTERVIEWan und endet bei den batterieelektrischen Fahrzeugen oder garder Brennstoffzelle. Dabei wird jeder Fahrzeughersteller dieLösung wählen, die bestmöglichst seinem Fahrzeugportfolio,dem Markenimage und den potenziellen Kunden entspricht.Wir möchten dazu gerne die besten elektrischen Antriebs- undLadesysteme anbieten.AUTOMOBILPRODUKTION: Wielässt sich der USP vonInside e-Carbei der Fahrzeug-Hybridisierung umreißen?Siemens verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklungvon hocheffizienten Motoren und Umrichtern, zum Beispielfür Züge,Schiffe oder Busse.Wir bauen seit über hundertJahren Motoren und Umrichter in Großserie. Fürdie meistenunserer Wettbewerber in der Automobilindustrie ist dies Neuland.Wirkönnendarüber hinaus auf umfangreiches Know-howin der Regelungstechnik etwa fürWerkzeugmaschinen zurückgreifen.Das ist bei der Entwicklung von hochperformantenKomponenten für Elektrofahrzeuge ein echter Mehrwert.AUTOMOBIL PRODUKTION: Sie sind vorknapp über einem Jahr mitder Ansageangetreten: „Wir müssen die Infrastruktur eines klassischenZulieferers aufbauen.“ Wie weit sind Sie vorangekommen?Wiesiehtdie Roadmap aus?Wir liegen hier voll im Plan, bauen unsere Produktionseinrichtungenunmittelbar an bestehenden Produktionsstätten undEntwicklungszentren auf.IT-System und Prozesse sind definiertund in der Beschaffung. Die erste Feuertaufe haben wir bereitsbestanden, indem wir Motoren und Umrichter für den elektrischenVolvo C30 unter Serienbedingungen produziert haben.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wann erweitert Inside e-Car das Businessmodellum weitere Themen der E-Fahrzeug-Architektur wieKlimatisierung und Heizung?Wir sind noch nicht in der Großserienproduktion. UnsereKernstrategie ist daher unverändert. Wir konzentrieren uns aufdie Komponenten und Systeme,die aus Sicht der Siemens AGin Gänze Sinn machen. Das sind Motoren, Umrichter und dieFahrzeugschnittstelle zur Infrastruktur.AUTOMOBIL PRODUKTION: Welche Partner braucht der ZuliefererInside e-Car,umdie gesteckten Ziele zu erreichen?Mit der Akquisition der Firma VePoint im Februar dieses Jahreshaben wir unser Spektrum der Leistungselektronik sinnvollergänzt. Selbstverständlich beobachten wir das Marktumfeldund die eigenen Fähigkeiten sehr genau, um fürunsereKundenoptimale Lösungen bieten zu können.AUTOMOBILPRODUKTION: Wo kann die Business Unit Inside e-Caram meisten von der Siemens Elektro- und Elektronik-Kompetenzprofitieren?Siemens verfügt über eine hervorragende Expertise und technologischeGrundlage in Sachen hocheffizienter Antriebstechnik,die wir nun in die Antriebstechnologie für Automobileeinbringen. Für Siemens ist klar, die Welt wird elektrisch. Dagehört das Auto dazu und das treiben wir konsequent voran.Als Business Unit haben wir Zugriff auf die umfangreiche Vorfeldentwicklungder Siemens AG.Sosind wir beispielsweise inder Lage, das Zusammenspiel von Energienetz und Elektrofahrzeugensowie Plug-Ins zu analysieren.Mit dem Erwerb der 100prozentigen Semikron-Tochter VePoint, die inNürnberg 30hochqualifizierte Mitarbeiter beschäftigt,will Siemensseine Kompetenz auf dem Gebiet der Leistungselektronik für Elektroautosausbauen (im Bild ein integrierter Gleichspannungswandler).Über den Kaufpreis haben beide Firmen Stillschweigen vereinbart.AUTOMOBIL PRODUKTION: Was sind die vordringlichsten Aufgaben,andenenIhreAntriebsstrang-Entwickler derzeit arbeiten?Das ist das Thema ‚Package‘ und natürlich die Kosteneffizienz–ein wesentlicher Punkt für alle Marktteilnehmer. Sie stehtauch bei uns im Vordergrund. Wir entwickeln unsereAntriebskonzeptekontinuierlich weiter, Optimierung der Leistungsdichteund des Materialeinsatzes sind dabei zwei weitere wichtigeHandlungsfelder.AUTOMOBILPRODUKTION: Welchen Part genau übernimmtInsidee-Car bei der Kleinserie des französischen Sportwagens Exagon?Wir entwickeln und liefern Motor und Umrichter für das Fahrzeug,die den extremen Leistungsanforderungen entsprechen.Wir sind an der Systemintegration beteiligt und führen Fahrzeugtestsauf unseren Prüfständen zum Beispiel zur Kalibrierungdes Antriebssystems durch.AUTOMOBIL PRODUKTION: Im Jahr 2015 soll die Produktion vonKomponenten und Systemen für den elektrischen Antriebsstrangstarten. Anwelchem Standort wird das sein? Wie werden Fertigungund Entwicklung koordiniert?Unser Entwicklungszentrum für Motoren ist in Bad Neustadtan der Saale und auch die Produktion wird dort aufgebaut.Dort laufen heute schon rund 1,2 Millionen Motoren fürIndustrieapplikationenjährlich vom Band. Es hat sich bewährt, Entwicklungszentrumund Produktion am selben Standort zu etablieren.Unser Competence Center für Leistungselektronik istin Erlangen. Ebenso wie bei den Motoren wollen wir daher dieKompetenzen räumlich zusammenführen und bauen die Fertigungdirekt neben dem Entwicklungszentrum auf.AUTOMOBIL PRODUKTION: Gibt es ein Vorbild für die Konzeptionund Struktur dieser Fertigung?Die Siemens AG betreibt weltweit über 290 Produktions- undFertigungsstätten, unter anderem für Leistungselektronik undMotoren. Somit haben wir hier einen großen Fundus an Erfahrungenauf die wir zurückgreifen können.Das Interview führte Christian Klein ■Bild: SiemensAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201313

FAHRZEUGKONZEPTEBild: TU MünchenDer Machbarkeit auf der SpurDie automobile Welt der Zukunftwirddifferenzierter denn je. FAHRZEUGKONZEPTE fürdas urbane Umfeld zeichnen andere Anforderungsprofile als jene für den Überlandverkehr.Hochschulen,Institute,OEMsund Zulieferer loten Erfordernisse und Freiräume aus.Wie die Zukunft des Stadtverkehrsmit rein batterieelektrischenAntrieben aussehenkönnte, zeigt die Machbarkeitstudie„Visio.M“ der Technischen UniversitätMünchen. Im Rahmen des gleichnamigenFörderprojektes,indem unter anderemauch BMW, Daimler, Continentalund Siemens sowie E.ON, Autoliv oderder TÜV SÜD eingebunden sind, wirdseit Mai 2012 das Konzept eines extremleichten, aber gleichzeitig höchstmöglichsicheren Mini-Elektroautos entwickelt.Dazu ist die Monocoque-Karosserieaus einem mit Karbonfaser verstärktenKunststoff (CFK) gefertigt. Das Composite-Materialgilt als äußerst stabil undhat sich bereits im Rennsport sowie beiLuxus-Sportwagen und im Flugzeugbaubewährt. Allerdings stehen die hohenFertigungskosten bislang dem Einsatz inder Serienproduktion entgegen. DasFörderprojekthat daher auch die wirtschaftlicheMachbarkeit eines Carbonfahrzeugsim Visier. In der technischenUmsetzung fokussieren sich die Visio.M-Volvoreklamiertfür den Anfang desJahres vorgestelltenPlug-In-Hybrid-Dieselin Gestalt einesV60einen Verbrauchvon 1,8 Liter auf100 km und 48 g/km CO 2-Emissionen.Ingenieure ebenfalls auf extremenLeichtbau: Das betrifft zum einen denkompakten Asynchron-Motor sowie einGetriebe mit auf Hohlwellen laufendenZahnrädern.Im Überlandverkehr werden wir unsin den kommenden Jahrzehnten zunehmendin Hybrid-Fahrzeugen bewegen.Diese Einschätzung zahlreicher Expertenund Automobilhersteller teilen auchZulieferer wie Bosch. „Plug-in-Hybrid-Systeme ermöglichen es, bis zu 60 Kilometerrein elektrisch zurückzulegen. EinAuto mit diesem Antrieb fährt im elektrischenModus fast geräuschlos undemissionsfrei, hat jedoch die Reichweiteeines Verbrenners“, erläuterte Rolf Bulander,Vorsitzenderdes GeschäftsbereichesGasoline Systems bei Bosch auf einemMotorensymposium im Juni.Eine äußerst leistungsstarkeDemonstrationdieser Philosophie hat Bosch zusammenmit der britischen TraditionsmarkeAston Martin auf die Räder ge-Bild: Volvo14 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FAHRZEUGKONZEPTEAn der Machbarkeitstudie „Visio.M“ derTU München sind auch BMW, Daimler,Continental und Siemens sowie E.ON,Autoliv und der TÜVSüd beteiligt.Bild: SEATSeatwill den „Leon Verde“ als ein komplettes Energiekonzept verstanden wissen,das nebeneiner prinzipiell bekannten Hybridtechnik innovativeAnsätzewie eine verbesserte Akku-Kühlung oder ein intelligentes Auflade-System beinhaltet.Die Ladetechnik kommuniziertmit dem Stromnetz, das die Batterie des „grünen Leon“ vorzugsweise in Zeiten eines niedrigenGesamtstromverbrauches anzapftstellt: Dabei wurde der 6,0-Liter V12 einesDB 9mit zwei jeweils 85 kW starkenElektromotoren kombiniert, die über eineaufladbare und per Rekuperation gespeisteLithium-Ionen-Batterie versorgtwerden. Ein weiterer E-Motor mit 25 kWLeistung, direkt am Verbrenner angeflanscht,liefert im EV-Modus den Stromfür dessen Nebenaggregate. Da derZwölfzylinder seine Kraft konventionellauf die Hinterräder überträgt und dieElektromotoren auf die Vorderräderwirken, mutiert der DB 9 bei vollemLeistungseinsatz zum Allradler. Dabeiverlagert die Steuerungselektronik dasDrehmoment der Motoren je nach Traktionsbedarfauf die Achsen. Hier greiftauch das aktuelle vierstufige EPS-Systemvon Bosch ein. Ziel der Konzeptstudieist es, das Fahrdynamik-Potenzial einessportbetonten Hybridantriebs aufzuzeigen,den Bosch als Modularsystemweiterentwickeln und auch anderen Herstellernanbieten will.Eher die ökologischen und ökonomischenVorteile des Hybridantriebs hatdagegen Land Rover im Visier: AufderIAA 2013 stellte der britische Herstellerdie weiter entwickelte Serienversion des„range_e“, einer Studie vom Mai 2010,vor. Das Konzept mit dem 3.0 TDV6-Diesel und einem in das achtstufige ZF-Automatikgetriebe integrierten Elektromotorsoll im Range Rover nur rundsechs Liter pro 100 km verbrauchen, derCO 2-Ausstoß maximal 169 g/km betragen.Deutlich geringere Werte nenntMitsubishi fürseine Plug-In-Hybrid-Versiondes Outlander,die seit Juni auf demMarkt ist: Der mit einem 2,0-Liter Vierzylinder-Benzinerund je einem 60 kWstarken Elektromotor an Vorder- undHinterachse ausgerüstete PHEV ist miteinem Verbrauch von 1,9 l/100 kmund44 g/km CO 2angegeben. Die rein elektrischeReichweite liegt mit 52 km derenzwölf über jener des Range Rover. ÄhnlicheWerte reklamiert Volvo für denAnfang des Jahres vorgestellten Plug-in-Hybrid-Diesel in Gestalt eines V60: 1,8Liter auf 100 km und 48 g/km CO 2.Ebenfalls auf die Diesel-Hybrid-Kombinationsetzt Subaru beim Concept-Car„Viziv“. Bei dem in Genf sowie auf derIAA präsentierten Plug-In-Crossoversind ein 2,0 Liter-Vierzylinder-Boxer miteinem Elektromotor gekoppelt. ZweiweitereElektromotoren treiben die Hinterachsean.Ein noch umfassenderes Ziel hat Seatmit der Plug-In-Hybrid-KonzeptstudieEbenfalls auf die Diesel-Hybrid-Kombination setzt Subaru beim Concept-Car „Viziv“.Bei dem inGenf sowie auf der IAApräsentierten Plug-In-Crossoversind ein 2,0 Liter-Vierzylinder-Boxermit einem Elektromotor gekoppelt.ZweiweitereElektromotoren treiben die Hinterachse an.Bild: SubaruAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201315

FAHRZEUGKONZEPTEE-Fahrzeugbestand in Deutschland: Nur die Hälfte sind PkwAuf deutschen Straßen sind mehr Elektrofahrzeugeunterwegsals häufig angenommen.Das ist ein Resultat einer aktuellenUntersuchung des Zentrums für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg(ZSW) und des DeutschenForschungszentrums für KünstlicheIntelligenz (DFKI). Während in der öffentlichenDebatte zumeist nur die Anzahl derElektro-Pkw im Fokussteht, haben die Forscherder beiden Institute auch Nutzfahrzeugeund Krafträder in die Bilanz aufgenommen.Dabei zeigt sich, dass Elektro-Pkw nur etwa die Hälfte aller in Deutschlandzugelassenen E-Fahrzeuge ausmachen.Die Gesamtzahl der Elektrofahrzeugebelief sich zu Beginn dieses Jahresauf 15 850. Darin enthalten sind nebenden rein elektrisch betriebenen Pkw(7 110) auch Plug-In-Hybride (1 120),Krafträder (zirka 4650) sowie Lastwagenund Busse (rund 2960). Im Vergleich zumVorjahr ist der Bestand damit um 78 Prozentgestiegen. „Der deutliche Zuwachsspiegelt die typische Einstiegsdynamik einernoch jungen, aber vielversprechendenTechnologie wider. Wenn es gelingt, dieseDynamik in den kommenden Jahren aufrechtzu erhalten, dann kann auch dieEnergiewende im Verkehrssektor gelingen“,erklärt Benjamin Schott, einer derAutorendes Papiers.Fürdie deutsche Automobilindustrie seienindes nichtnur die hiesigen Zuwachsratenentscheidend, sondern vielmehr auch dieinternationale Marktentwicklung, soSchott weiter. Der weltweite Bestand anE-Fahrzeugen nähere sich nunmehr derMarke von 300 000. Dies zeige, dass dieinternationale Nachfrage steigt. „VondiesemTrend kann auch Deutschlands Exportwirtschaftprofitieren, sofern hierzulandeweiter in die Entwicklung der Elektromobilitätinvestiertwird“,sagtder ZSW-ZSW-Wissenschaftler Benjamin Schott:„Der deutliche Zuwachs spiegelt die typischeEinstiegsdynamik.“Wissenschaftler.Dominiertwirdder Marktbislang klar von Herstellern und Modellenaus den USAsowie Japan,wie aus der Analysehervorgeht. In diesen beiden Ländernsind zugleich die – rein zahlenmäßig –meisten Elektrofahrzeuge und Neuzulassungenzu verzeichnen, während Norwegenunddie Niederlande bei den prozentualenAnteilen Spitzenwerteerreichen.Bild: ZSWBild: MitsubishiDer mit einem 2,0-Liter Vierzylinder-Benziner und je einem 60kWstarken Elektromotor anVorder-und Hinterachse ausgerüstete PHEV Mitsubishi Outlander ist mit einem Verbrauch von1,9 l/100 km und 44 g/km CO 2angegeben.„Leon Verde“ verfolgt, die im Rahmeneines vierjährigen Forschungsprojekts inSpanien entwickelt wurde.Das soll technologischeKern- und Rahmenbedingungenfür die Einführung von Elektrofahrzeugenschaffen. In diesem Sinn präsentiertsich der „Leon Verde“ als ein komplettesEnergiekonzept, das neben einerprinzipiell bekannten Hybridtechnik innovativeAnsätze wie eine verbesserteAkku-Kühlung oder ein intelligentesAuflade-System beinhaltet.Die Ladetechnik kommuniziert mitdem Stromnetz, das die Batterie des„grünen Leon“ vorzugsweise in Zeiteneines niedrigen Gesamtstromverbrauchesanzapft, sprich: den Phasen einerStrom-Überproduktion. Schließt der Besitzerdas Auto also beispielsweiseabends in der Garage an, startet der Ladevorgangerst bei sinkender Energienachfrage.Das System kann zudem vorprogrammierteSchnell- und Niedrigkosten-Ladungendurchführen sowie Stromins Netz zurückspeisen. Standard-Hyb-Bild: HyundaiHyundai hegt konkrete Pläne für eine größereAuflagedes Modells „ix35 FCEV“ als weltweiterstem Serienautomit Brennstoffzellenantrieb.Mitder Einschätzung der Marktchancenliegt der südkoreanische Hersteller im Einklangmit dem Shell-Wissenschaftschef WolfgangWarnecke: „Wir glauben,dass die Brennstoffzellenach heutigem Stand der Technikgenauso gut,wenn nichtsogar deutlich besserist,als batterieelektrisch zu fahren.“16 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FAHRZEUGKONZEPTEridkomponenten sind ein 75 kW Elektromotor,eine 8,8 kWh Batterie, die aufrund 50 Kilometer rein elektrische Reichweiteausgelegt ist, sowie ein 90 kWstarker 1,4-Liter Vierzylinder-Benziner.Die Systemleistung liegt bei 125 Kilowatt.Eine Serienproduktion des „LeonVerde“ ist derzeit noch offen.Brennstoffzellen-VorstoßBei Hyundai dagegen gibt es derzeitkonkrete Pläne für eine größereAuflagedes Modells „ix35 FCEV“ als weltweiterstem Serienauto mit Brennstoffzellenantrieb.DieTechnologie,bei der die Reaktionvon Wasser- und Sauerstoff denStrom zum Antrieb eines Elektromotorsproduziert, wird bei Hyundai seit derJahrtausendwende intensiv erforscht. Inder Fuel-Cell-Version des ix35 sind nunein Brennstoffzellenblock mit 100 kWLeistung und 270 Nm Drehmoment sowiezwei Wasserstofftanks mit einer Gesamtkapazitätvon 5,64 Kilogramm installiert.Fürdie Energiespeicherung stehteine 21 kW Lithium-Ionen Batterie zurVerfügung. Den WasserstoffverbrauchAktuelle E-Fahrzeugkonzepte im ÜberblickKonzept Bezeichnung Entwickler/HerstellerLeichtbau ElektrofahrzeugHybridantriebeVisio.MAston Martin DB9 PHEVdes schadstofffreien Antriebspaketesgibt Hyundai mit durchschnittlich 0,97Liter auf 100 Kilometer an, was einerechnerische Reichweite von 560 Kilometerergibt. Im Januar liefen die erstenExemplare des „ix35 FCEV“ vom Band,bis 2015 will Hyundai bis zu 1000 Einheitenbauen und die Produktion anschließendauf 10000 Stück erhöhen.Den Hauptabsatzmarkt sieht man inEuropa, nachdem die EU-KommissionTU MünchenBosch/AstonMartinStadiumMachbarkeitsstudie/PrototypMachbarkeitsstudie/PrototypRangeRover Diesel-Hybrid Land Rover Serie ab 2013/14Outlander PHEV Mitsubishi Serie seit 2013V60 Diesel Plug-in-Hybrid Volvo Serie seit 2013Viziv Diesel-Plug-in-Hybrid Subaru Machbarkeitsstudie/PrototypLeon VerdePlug-in-Hybrid Seat Machbarkeitsstudie/PrototypBrennstoffzellenantrieb ix35 FCEV Hyundai Serie seit 2013den Aufbau eines Wasserstoff-Tankstellen-Netzesbeschlossen hat.Mit der Einschätzung der Marktchancenliegt der südkoreanische Herstellerim Einklang mit dem Shell-WissenschaftschefWolfgang Warnecke: „Wirglauben, dass die Brennstoffzelle nachheutigem Stand der Technik genauso gut,wenn nicht sogar deutlich besser ist, alsbatterieelektrisch zu fahren.“Egbert Schwartz ■Quelle: WortGetrieebe/GerstlThe Power of Knowledge EngineeringE-Powertrain:Effizienz an BordSKF Sensorlager stellen die perfekte Verbindung ausreibungsarmen Lagern und modernster Rotorlagenerfassungdar und erzielen damit folgende Vorteile:• Höhere Reichweitepro Batterieladung• Optimierte Leistung unterallen Betriebsbedingungen• Einfacher Einbau• Minimiertes Drehmomentbrummenund niedrigererGeräuschpegel• Kompakte Konstruktionund geringes Gewichtwww.skf.comAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201317

TECHNIK &PRODUKTIONSchlaglöcher liefern Strom: ZF und LevantPowerhaben den ersten vollaktiven undrekuperationsfähigen Stoßdämpfer derWelt entwickelt.Eine neuartigeelektrohydraulische Funktionseinheitaußen am Dämpfer nutzt die Auf- undAbbewegung des Dämpferkolbensautomatisch zur Rekuperation.Derintegrierte Pumpenmotor arbeitet dannals Generator und speist Strom in dasBordnetz des Fahrzeugs ein.Bild: ZF/LevantPowerOerlikon Graziano stellt Elektrogetriebe mit vier Gängen vorHeriberto Diarte, CEO des Segments Drive Systemsdes Schweizer Getriebespezialisten OerlikonGraziano, ist sich sicher: „Das 4 SpeedElectric Drive ist ein ganz neues Getriebekonzept,das die Entwicklung von Elektrofahrzeugenweiter voranbringen wird.“ Das 4SED basiertauf dem ursprünglichen eDCT-Konzeptvon Oerlikon Graziano. Eskombiniertzwei Fahrmotoren in einem sehrkompakten Antriebsstrang undbietet vier Gänge. Dies erhöhtdie Effizienz von Motoren, die dadurcheinen Wirkungsgrad von rund 90Prozenterreichen. Die Entwickler habenberechnet, dass daraus eine um bis zu15 Prozent verbesserte Gesamteffizienzresultiert, die sich in einer höheren Reichweiteund Leistung des Fahrzeugs widerspiegelt.Das mechanische Konzept wurde vonOerlikon Graziano entworfen, die elektronischeSchaltung entstand beim britischen SpezialistenVocis Driveline. Die Getriebetechnologiekann auch in 48-V-Motoren eingesetzt werden,wodurch beträchtliche Kosteneinsparungenmöglich und Hochspannungsrisikenverringert werden. Weitere Einzelheitenzum 4SED werden beim CTISymposiumin Berlin im Dezember 2013 vorgestellt.www.oerlikon.comDie elektronische Schaltung des 4 Speed ElectricDrivestammtvom britischen SpezialistenVocis Driveline.Bild:Oerlikon GrazianoVerbesserte Effizienz für zukünftigeAuto-ElektroantriebeDer „Verfahrensoptimierung zur Steigerungder Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen“widmet sich das bis Ende 2015 laufende,BMWi-geförderte Projekt VerfaS. Ziel ist unteranderem die Systemmodellierung, mitderen Hilfe die Leistungsverluste bei den verschiedenenKomponenten eines Elektromotorseinschließlich der Leistungselektronikund der Motorregelung minimiert werdenund möglichst kompakte, maßgeschneiderteund kostengünstige Antriebeentwickelt werden können. Projektpartnersind die Universitäten Kassel, Paderbornund das VW-Werk Baunatal.www.uni-kassel.de/eecs/fachgebiete/fsg/forschung/verfas.html18 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

Toyota engagiertsich bei iZEUSbild: toyotatoyota hat vier Prius Plug-in-Hybride für Forschungszwecke andieFraunhofer-institute iSi und iSE sowie das karlsruher institut fürtechnologie (kit) übergeben. die Übergabe markiert gleichzeitigden Start für die teilnahme toyotas am Projekt intelligent ZeroEmission urban System (iZEuS) als assoziierter Partner.den beitrittdefiniert toyota als „wichtigen Schritt zum Ausbau der deutschjapanischenZusammenarbeit im bereich der nachhaltigen mobilität.“iZEuS ist ein vom bmWi gefördertes Projekt im rahmen der„ikt für Elektromobilität ii“-initiative und untersucht, wie Verkehrund netzinfrastruktur von informations- und kommunikationstechnik(ikt)profitieren können.www.izeus.deMit Kurs auf das Projekt iZEUS will Toyota die deutsch-japanischeZusammenarbeit bei nachhaltiger Mobilitätbefördern.Ein Hauch vonTürverkleidungder neue bmWi3hat auch die dräxlmaier Group an bord. denn derauf bordnetz- und interieursysteme spezialisierte Zulieferer entwickelteund produziert für den i3 türverkleidungen und den klimalayer,die naturfasern im innenraum sichtbar und fühlbar machen.die spezielle optik und Haptik wurden durch die kombination derFasern der tropischen kenaf-Pflanzeund einer hauchdünnen,transparentenFolie ermöglicht. neben der innovativen designoberflächekann die türverkleidung auch mit der „derzeit besten Ökobilanzunter naturfaser-türverkleidungen“ und einem insgesamt sehrniedrigen Gesamtgewicht aufwarten. Zum einen lässt sich das aufdie kenaf-Pflanze zurückführen, die eine der besten Co 2-Absorptionsratenin der Pflanzenwelt aufweist. Zum anderen tragen derleichte naturfaser-Werkstoffsowie die erstmalig zum Einsatz kommendeund mit 200 µm bisher dünnste Folie dazu bei, dass dietürverkleidung unter den leichtesten naturfaser-türverkleidungenrangiert.www.draexlmaier.comKUrZ GEMEldETBrose und SEWEurodrivebeenden JVdas 2011 ins leben gerufene Elektromobilitäts-JointVenturezwischenbroseFahrzeugteile und SEWEurodriveist seitJuli 2013 Geschichte.nach informationendes branchenmagazins AutomobilProduktion werden die Aktivitäten ineinem neuen bereich innerhalb vonSEWEurodrivefortgesetzt.Zweites leben für li-Ion-AkkusSr technologyinnovations und tadeawollen im nordosten Englands im AuftragvonZeroCarbon Futures ein Gemeinschaftsprojektzum Einsatz gebrauchterli-ion Akkus als Energiespeicherumsetzen.China differenziert Kaufprämiendie chinesische regierung hat diekaufprämie für Elektrofahrzeuge auf60 000 Yuan (7 500 Euro) aufgestockt.Für E-busse gibt es bis zu 500 000 Yuan(60 000 Euro), für Hybridautos dagegennur noch 3000 Yuan (360 Euro)Zuschlag. inChina sollen einemregierungsplan zufolge bis zum Jahr2020 fünf millionen Elektroautosunterwegs sein.Neue Plattform für Brennstoffzellendas Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschungbaden-Württemberg (ZSW)will die Entwicklung und Qualifizierung vonbrennstoffzellen vorantreiben.Hinter dem „Auto-Stack-tool“verbirgt sich eine herstellerunabhängigePlattform für die Automobil- undZulieferindustrie, auf der die industrialisierungvon automobiltauglichen brennstoffzellen unterstütztwird. kernelement des tools ist eine300 Quadratzentimeter große Einzelzelle mitnur 2,6 mm dicke. die konstruktion erlaubt dieAdaption an die neuen, fortschrittlichen Zellkomponenten.www.zsw-bw.deE-Antriebe: Forschen für Großseriedas Verbundprojekt „Epromo“ erforscht bisSeptember 2015 automatisierte Fertigungs-,montage- und Prüfprozesse für elektrischeFahrzeugantriebe mit dem Ziel, Elektroantriebeflexibel in Großserie produzieren zu können.das Projektteam wird geleitet vom Automatisierungsspezialistenteamtechnik und setztsich zusammen aus mitarbeitern der daimlerAG, Faude Automatisierungstechnik, dem Herstellervon Werkzeugmaschinen und FertigungssystemenmAG, Wittenstein cyber motorsowie den Fraunhofer instituten für Arbeitswirtschaftund organisation (Fraunhofer iAo)und Produktionstechnik und Automatisierung(FraunhoferiPA). www.teamtechnik.comAutomobilProduktion ·oktober 201319

TECHNOLOGIEDas im SmartBatt-Projekt entwickelte Batteriegehäuseist eine integrale und tragendeStrukturkomponente der Fahrzeugkarosserie,wobei Faserverbund-Sandwichplatten denAluminiumrahmen verstärken und zugleichvoreindringenden Teilen schützen.Bild: FraunhoferLBFWerkstoffe inspirieren KonstrukteureBasis für effiziente E-Fahrzeugkonstruktionen ist der LEICHTBAU. Wichtige Impulse lieferneinerseits die Werkstoffentwickler, zum anderen weisen neue Ansätze inder Fertigungs-und Fügetechnik den Weghin zu leichteren und dennoch tragfähigen Konzepten.Bei vollelektrischen und hybridenFahrzeugen kommt dem Leichtbaueine besondere Bedeutungzu, da sich das Fahrzeuggewicht aufgrundder Batterien um bis zu 50 Prozenterhöhen kann. Gleichzeitig hängen dieerzielbareReichweite und der Verbrauchin erster Linie vom Fahrzeuggewicht ab.Der logische Schritt besteht also darin,leichtereFahrzeuge zu entwickeln –docheinen Königsweg scheint es hierbei nochnicht zu geben.Welche Dynamik der Leichtbau aktuellentwickelt hat, zeigt sich exemplarischam „klassischen“ Verfechterder Aluminium-Bauweise: Audi. DieIngolstädter sind dabei, ihren „AluSpace Frame“ zum „MultimaterialSpace Frame“ weiter zu entwickeln.Dabei sollen zukünftig CFK-Komponentennicht nur Stahl- und Aluminiumbauteileverstärken, sondern auchals eigenständige Strukturkomponentenfungieren.Diese CFK-Bauteile fertigt Audi imso genannten RTM-Prozess (ResinTransfer Molding). Bei dieser Methodewerden zunächst die trockenen Fasergewebedrapiert, das heißt umgeformt. Anschließendkommen sie in geschlossene,beheizte Werkzeuge, in die nach demSchließen der Presse ein Kunstharz unterhohem Druck injiziert wird. Die Gewebewerden so vollständig durchtränkt undunter Druck und Temperatur ausgehärtet.Der dabei entstehende kohlenstofffaserverstärkteKunststoff ist laut Audinicht nur rund 60 Prozent leichter alsStahl, sondern darüber hinaus auch ein„Designermaterial, bei dem der Konstrukteurviele Bauteileigenschaften freifestlegen kann“.Bereits heute werden hochfeste Spezialstählebei Automobilkomponentenwie beispielsweise Türen eingesetzt, mitdenen das Gewicht um bis zu 27 Prozentreduziert werden kann. Nun hat derweltgrößte Stahlhersteller ArcelorMittaleinen neuen Spezialstahl entwickelt,durch den sich beispielsweise das Gewichtvon Autotüren umbis zu 34 Prozentverringern lässt und der in dennächsten Jahren auf den Markt kommensoll. Darüber hinaus ist mit Zink-Magnesiumein neuer Überzug fürStahlfeinblecheverfügbar, der einen verbessertenKorrosionsschutz gegenüber den bisherüblichen Zinküberzügen bietet. Dadurchkönnen zusätzliche und das Gewichtsteigernde Korrosionsschutzmaßnahmeneingespart werden.Daimler setzt auf FunktionsintegrationDie Daimler AG hat mit der KIS-Technologie(Konsolidierung im Spritzgusswerkzeug)ein Fertigungsverfahren für20 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEBild: IFAMdie Serienproduktion leichter Verkleidungsbauteileentwickelt, das die Vorteilevon Press- und Spritzgussverfahrenvereint. Der Hintergrund: GepressteBauteile erlauben eine deutlicheGewichtsreduktion,während Spritzguss-Bauteiledurch Verrippungen die nötigeStabilität und Festigkeiterreichen. Bei dem neuen Fertigungsverfahrenwerden nun Rippen undAnbindungspunkte unmittelbar auf dengepressten, noch heißen Träger angespritzt.Damit ermöglicht die KIS Technologiesowohl eine einfache Funktionsintegrationals auch geringe Wandstärkenund dadurch eine Gewichtsreduktionvon bis zu 50 Prozent. Die erstenBauteile fürSäulen- und Türverkleidungen,die mit der KIS Technologie produziertwerden, sollen, wie zu hören ist, in„einer der nächsten Mercedes-BenzBaureihen“ in Serie gehen.Rund 20 Kilogramm Gewichtseinsparungpro Fahrzeug verspricht die neueAntriebswelle, die der im Motorsportaktive Entwicklungsdienstleister CP autosportgerade präsentiert hat. Währenddieses Bauteil üblicherweise aus einermassiven Stahlwelle besteht, fertigt esCP autosport als Rohr aus höchstfestemStahl, der durch eine besondereWärmebehandlungzusätzlich eine vergleichsweisehohe Zähigkeit aufweist. Die sonstbei Hohlwellen übliche Steckverbindungwirddurch eine Schweißverbindung zwischenRohrwelle und Tripodegelenkenersetzt, was ebenfalls zur Gewichtsreduktionbeiträgt. Die erste Serienanwendungsoll noch in diesem Jahr in einem„Hybrid-Supersportwagen“ von Porscheerfolgen.Rund 20Kilogramm Gewichtseinsparung proFahrzeugversprichteine neue Antriebswelle,bei derdie sonst bei Hohlwellen übliche Steckverbindungdurch eine Schweißverbindung zwischen Rohrwelleund Tripodegelenken ersetzt wird. Porscheliebäugelt bereits mit der Serienanwendung.Kleben statt SchweißenKleben statt Schweißen ist dagegen dasCredo des Kunststoffspezialisten BodoMöller Chemie. Klebstoffe verbindendabei unterschiedliche und schwer verschweißbareSubstrate wie hochfesteStähle, Aluminium sowie Magnesiumund ersetzen so in vielen BereichenSchweißpunkte oder mechanische Verbindungen.Durch ihre Fähigkeit, völligunterschiedliche Materialien zu verbinden,eignen sie sich speziell für den Materialmixim automobilen Leichtbau.Im Rahmen des von der EU gefördertenProjekts „Smart and Safe Integrationof Batteries in Electric Vehicles –kurz SmartBatt“ hat ein europäischesKonsortium aus vier Industriefirmenund fünf Forschungseinrichtungen (darunterdie Fraunhofer-Institute IFAMund LFB) ein leichtes und sicheres Batteriegehäuseentwickelt, das vollständigin die Fahrzeugstruktur integriert ist.Dieses ist dabei kein separates Anbau-Wesentlicher Bestandteil eines neuentwickelten,leichten und sicheren Batteriegehäuses sindgeformte Blechstrukturen,die in definierten Bereichen als Sandwich mit Polymer-Aluminium-Hybridschaum-Kern ausgeführtsind.teil mehr, sondern eine integrale undtragende Strukturkomponente der Fahrzeugkarosserie,wobei Faserverbund-Sandwichplatten den Aluminiumrahmenverstärken und zugleich vor eindringendenTeilen schützen.Im Vergleich zu bisherigen Systemenwird das Gewicht des Gehäuses halbiertund damit das Gewicht des gesamtenBatteriesystems um 20 Prozent reduziert.Wesentlicher Bestandteil der Gesamtlösungwar die Entwicklung und der Einsatzgeformter Blechstrukturen, die indefinierten Bereichen als Sandwich mitPolymer-Aluminium-Hybridschaum-Kern ausgeführt sind.Verbundwerkstoffe für E-Motoren?Nach Einschätzung des Karlsruher Institutsfür Technologie (KIT) wird künftigauch die Gewichtsoptimierung des Elektromotorsan Bedeutung gewinnen. Umhierfür serienfähige Produktionstechnologienzu entwickeln, wurde das Projekt„ProLeMo“ ins Leben gerufen, an demauch das Institut für Produktionstechnik(wbk) des KIT beteiligt ist. WesentlichesZiel der Forschungsarbeit ist es,das Verhältnisvon Motorleistung zu Motorgewichtzu steigern um so das Fahrzeuggewichtzu reduzieren.Dazu sollen die Möglichkeiten fürden Einsatz von faserverstärktem Kunststoffim Elektromotor untersucht werdenund die dazu notwendige Prozesskettezur Fertigung eines Demonstratorsaufgebaut werden. „Hierzu müssen einerseitsneue Werkstoffe in die Motorenintegriert werden und andererseits musseine vereinfachte Fertigung für die Motorkomponentenerreicht werden“, erläutertManuel Peter vom wbk Institutfür Produktionstechnik am KIT.Theo Gerstl ■Bild: CP autosportAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201321

TECHNOLOGIEBild: Kasto – Fotolia.comDie Chemie muss stimmenLi-Ion-Akkus für Elektrofahrzeuge sind noch lange nicht der Weisheit letzter Schluss inpuncto Reichweite, Gewicht und Preis. Alle, die an besseren Akkus arbeiten, stehen voreiner gemeinsamen Aufgabe: den richtigen CHEMIECOCKTAIL fürs Innenleben mischen.Es ist ja nun keineswegs so, dassman die Lithium-Ionen-Technologie(Li-Ion) für Batterien jetztschon komplett abschreiben müsste. Sieist noch immer ausbaufähig, hat Entwicklungspotenzialin puncto Effizienz,höherer Energiedichte, kürzerer Ladezeiten,langer Lebensdauer (möglichstdem Fahrzeug entsprechend) oder mehrLeistung. Daneben stehen ein günstigerPreis und die Funktionsfähigkeit überweite Temperaturbereiche als Kriterienim Lastenheft der Entwickler und imFokus der Forscher.Dem Thema Leistungsfähigkeit widmetsich beispielsweise ein Chemiker-Team im Laboratorium fürAnorganischeChemie der Technischen Hochschule inZürich (ETH). Sie haben ein Nanomaterialaus Zinn-Kristallen entwickelt, dasein vergleichsweise hohes Kontingent anAn das Reichweitenpotenzial der Kombination aus Lithium und Luftglaubt unter anderemauch der US-Konzern IBM, der für 2014 einen Batterie-Prototyp auf Basis dieser Technologieangekündigt hatund sogar eine Distanz von 500 Meilen (etwa 800 Kilometer) prognostiziert.Bild: IBM22 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIELithium-Ionen aufnehmen kann: DieGrundvoraussetzung für einen leistungsfähigenEnergiespeicher. Das zinnhaltigeMaterial kommt an der negativen Elektrode(der Anode) des Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. „Die Menge an Lithium-Ionen,die die Elektrode aufnimmtund speichert, ist entscheidend dafür, wieviel Energie die Batterie speichern kann,“erläutert Laboratoriumsleiter MaksymKovalenko. Mit dem Fokus darauf seiZinn ein ideales Material: „Ein Zinn-Atom ist in der Lage,mindestens vier Lithium-Atomeaufzunehmen“,soKovalenko.Leider wachse dabei auch sein Volumenum etwa das dreifache –eine unerwünschteNebenwirkung. Die Lösungdieses Dilemmas liegt in der Nanotechnologie:Dem Team gelang es,winzige Zinn-Kristalle einheitlicher Größe herzustellenund die nötige Menge entsprechend komprimiertin eine poröse Kohlenstoff-Matrixeinzubetten. In zahlreichen Versuchenmit daraus hergestellten Test-Elektrodenwurde schließlich die für eine leistungsfähigeBatterie ideale Größe der Zinn-Nanokristalleermittelt.Die nächsten Entwicklungsschrittekonzentrieren sich auf eine stabile Elektrolyt-Flüssigkeitsowie eine insgesamtkostengünstige Herstellung des Materials.„Unser Ziel ist es, Lithium-Ionen-Batterien mit erhöhter Speicherkapazitätund Lebensdauer zur Marktreife zubringen,“erklärt Maksym Kovalenko.Auf Zinn als Anodenmaterial setzenauch die Wissenschaftler unter der Leitungvon Professor Grant Norton an derWashington State University: Nach erstenTests im vergangenen Jahr hatten sieeine Verdreifachung der Kapazitätgegenüber aktuellen Li-Ion-Batterienproklamiert. Nun sollen die Versuche ineinem vor kurzem neu eingerichtetenLabor fortgesetzt und die Zinn-Anodefüreine Serienfertigung entwickelt werden.Umfassender angelegt präsentierensich zwei gleichartige Forschungsprojektebei Prieto Battery, einem Ableger derUniversity of Colorado und dem japanischenAutomobilhersteller Toyota: EineStruktur aus dreidimensionalen Feststoffensoll die umweltschädlichen Elektrolytenkonventioneller Lithium-Ionen-Akkus ersetzen und damit für eine deutlichhöhereEnergiedichte,kürzereLadezeitensowie eine längere Lebensdauersorgen. Sowohl in der Prieto- als auchder Toyota-Batterie mit ihrer so genannten„Solid-State-Architektur“ werdenAnode und Kathode miteinander verwoben,die größere Oberfläche soll den Io-„Der Sauerstoffwirdinder Kathode in leichtenNanostrukturen aus Kohlenstoffeingelagert,“erklärt Dr.Winfried Wilcke, Initiatorund Projektleiter des Battery 500-Projektesbei IBMResearch.nen eine Bewegung in alle Richtungengestatten. Laut Toyota lässt sich damiteine um drei- bis viermal höhere Energiedichtegegenüber Li-Ion-Batterienerreichen. Bei der Herstellung dieserFeststoff-Batterie verzichtet Pietro lauteigener Darstellung auf Giftstoffe jeglicherArt und setzt lediglich Zitronensäureals Elektrolyt ein. Im Vergleich zubisherigen Li-Ion-Akkus sollen die Trocken-Akkusvon Pietro und Toyota einetausendfach höhere Kapazität sowiezehnfach längere Lebensdauer haben.Die Technologie,die zudem kleinereAkkusmit kostengünstigerem Material verspricht,soll bei Toyota spätestens 2020serienreif sein.Ätzend: Mini-Tunnels in GraphitDem Kriterium verkürzter Ladezeitenvon Lithium-Ionen-Akkus haben sich dieWissenschaftler des Karlsruher InstitutsfürTechnologie (KIT) und der US-ameri-Bild: KITDem Kriterium verkürzter LadezeitenvonLithium-Ionen-Akkus haben sich dieWissenschaftler des Karlsruher Instituts fürTechnologie (KIT)und der US-amerikanischenRiceUniversity gewidmet.Mit winzigenMetallkugeln ätzen sie „die kleinsten Tunnelder Welt“ in nanoporösen Graphit,wie er inden Elektroden vonLithium-Ionen-Batterienverwendet wird. Die Porengrößebeeinflusstdie Ladezeiten.Bild: IBMkanischen Rice University gewidmet. Mitwinzigen Metallkugeln ätzen sie „diekleinsten Tunnel der Welt“ in nanoporösenGraphit, wie er in den Elektroden vonLithium-Ionen-Batterien verwendet wird.Diese Tunnel lassen sich je nach Anforderungmaßschneidern –bei den Versuchenergaben sich Löcher in der Größenordungzwischen ein und 50 Nanometer,was in etwa dem Tausendstel des Durchmesserseines Haares entspricht. Die Größedieser Poren beeinflusst die Ladezeitenund kann sie erheblich verkürzen.Mit dem Fokus auf Energie- und Leistungsdichte,Lebensdauer, Sicherheit sowiedie Herstellungskosten hat sich derSpezialchemie-Konzern Lanxess auf dieErforschung und Entwicklung von Kathodenmaterialkonzentriert und gilt dabeials einer der weltweit führendenHersteller von Eisenoxidpigmenten. Alsjüngstes Ergebnis präsentierten die LeverkusenerChemiker das technische Eisenoxid„Bayoxide EB90“,das innerhalbeiner Bandbreite von Eisenoxiden zurHerstellung von Kathoden verwendetwird. Es soll in der nächsten Generationvon LFP-Kathoden (Lithium-Eisenphosphat,LiFePO4) zum Einsatz kommen,die Hochleistungsbatterien leistungsstärker,langlebiger und sicherersowie kostengünstiger machen.Leistungsstärkere Li-Ion-Akkus versprechensich auch die Forscher an derTU München (TUM) von einer Gerüststrukturaus Bor und Silicium als neuemElektrodenmaterial. „Bisher besteht dienegative Elektrode meist aus Graphit,dessen Schichten nur eine begrenzteMenge an Lithium einlagern können,“erläutert Thomas Fässler, Professor amLehrstuhl für Anorganische Chemie inGarching. „Reines Silicium könnte bis zuzehnmal mehr Lithium aufnehmen,dehnt sich dabei aber zu stark aus.“ Somachte sich das Chemiker-Team auf dieSuche nach einem brauchbaren Ergänzungs-Stoff,den es in Gestalt des HalbmetallsBor fand. Im Hochdrucklabordes Departments of Chemistry and Biochemistryder Arizona State Universitygelang es Fässler und seinem DoktorandenMichael Zeilinger,die AusgangsstoffeLithiumborid und Silicium zur Reaktionzu bringen. Der Vorteil des für dieAnode von Li-Ion-Akkus geeignetenLithium-Borsilicid (LiBSi2) ist seine Stabilitätgegenüber Luft und Feuchtigkeitsowie seine Hitzeresistenz (es hält bis zu800° Celsius aus). Weiterführende Versuchesollen nun klären, ob es letztlich alsElektrodenmaterial geeignet ist.AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201323

TECHNOLOGIEÜbersichtBatterietechnologie in der WeiterentwicklungProjektansatz Projektziel Projekt-TreiberZinn-Anode für Li-Ion-Akkus Speicherkapazität, Lebensdauer ETH Zürich,Washington State UniversitySolid State Batterie Energiedichte,Ladezeiten,Lebensdauer Toyota, PietroBatteryGraphit-Elektroden für Li-Ion-Akkus Ladezeiten KIT,Rice UniversityKathode mit Eisenoxidpigmenten fürLi-Ion-AkkusEnergiedichte,Lebensdauer,Sicherheit,KostenLanxessLithium-Borsilicid-Anode für Li-Ion-Akkus Leistungskapazität TUMünchen/GarchingLithium-Luft-Akkus Energiedichte RWTH Aachen,IBMSulfur-Kathode für Lithium-Schwefel-AkkusKohlenstoff-Schwefel-Kathode für Lithium-Schwefel-AkkusQuelle: Wortgetriebe /SchwartzEnergiedichteLeistungskapazität, LebensdauerUniversitätStandfort/SLCA NationalAccelerator LaboratoryTU ChemnitzBild: LanxessLi-LuftverzehnfachtEnergiedichteNeben der weiteren Entwicklung derLithium-Ionen-Technologie wird anzahlreichen Alternativen für effizienteAkkus geforscht. Wobei Lithium langfristigein wichtiges Basismaterial bleibenwird, wie zumindest Professor DirkUwe Sauer betont, der das Institut fürelektrochemische Energiewandlung undDas technische Eisenoxid Bayoxide EB90, dasinnerhalb einer Bandbreite vonEisenoxidenzur Herstellung vonKathoden verwendetwird, soll in der nächsten Generation vonLFP-Kathoden (Lithium-Eisenphosphat, LiFePO4)zum Einsatz kommen.Essoll Batterien leistungsstärker,langlebigerund sicherer sowiekostengünstiger machen.Speichertechnik an der Rheinisch WestfälischenTechnik-Hochschule (RWTH)in Aachen leitet: Denn kein anderes alkalischesMetall biete ein vergleichbargeringes Gewicht bei relativ hoher Energiedichte.Die liegt für Lithium-IonenAkkus derzeit bei 600 Wattstunden proKilo. Ein theoretischer Leistungswert,der sich mittelfristig nur zu 50 Prozentnutzen lässt. Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Batterienhaben da mehrEnergiepotenzial –weshalb das Institutunter der Leitung von Professor Sauerintensiv damit experimentiert. Vorallemdie Kombination Lithium-Luft versprichtim Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus eine zehnfach höhere Energiedichte.Beträgtsie 1000Wattstunden proKilogramm, könne man beispielsweisemit einer 100 kg-Batterie etwa 600 Kilometerzurücklegen, so Professor Sauer.An das Reichweitenpotenzial derKombination aus Lithium und Luftglaubt unter anderem auch der US-KonzernIBM, der für 2014 einen Batterie-Prototyp auf Basis dieser Technologieangekündigt hat und sogar eine Distanzvon 500Meilen (um 800Kilometer) prognostiziert.Das Forschungsprojekt mitder zieldistanzgebenden Bezeichnung„Battery 500“ läuft seit 2009 in Zusammenarbeitmit dem ChemikalienherstellerAsahi Kasei, der seine Erfahrungenin der Entwicklung von Trennmembranenbeisteuert, sowie dem ElektrolytspezialistenCentral Glass, der sich auf spezielleZusatzstoffe fokussiert.Wie alle Batterien arbeitet auch derLithium-Luft-Akku mit zwei Elektroden:einer metallenen aus Lithium (Anode)sowie einer sauerstoffdurchlässigen (Kathode).Beim Entladevorgang,der Stromproduktion,reagieren die von der Anodezur Kathode gewanderten Elektronen mitSauerstoff aus der Luft. Beim Aufladenwird dieser Sauerstoff wieder in die Atmosphäreabgegeben. Man könnte fastsagen: Die Batterie „atmet“. Ein Prozess,in dem IBM den größten Vorteil der Lithium-Luft-Technologiesieht: „Der Sauerstoffwird inder Kathode in leichtenNanostrukturen aus Kohlenstoff eingelagert,“erklärt Dr. Winfried Wilcke, Initiatorund Projektleiter des Battery 500-Projektesbei IBM Research. „Damit kanndie Batterie signifikant mehr Energie proKilogramm speichern als dies mit denheutigen Technologien möglich ist.“Ziel: Erhöhung der EnergiedichteIn der gleichen Richtung arbeiten Wissenschaftleran der University of SaintAndrews in Schottland: Sie haben beimPrototyp einer Lithium-Luft-Batterie dieElektroden mit Gold angereichert. DerEdelmetall-Anteil soll die Energiedichtedes Akkus erhöhen und dessen Langzeitstabilitätverbessern, sprich: seine Leistungsfähigkeitauch nach 100 Ladezyklenerhalten. Dies sind Vorteile, die denBau eines kleineren und leichteren Akkuserlauben.Eine weitere Alternative zu Li-Ion-Akkus sind Lithium-Schwefel-Batterien.Sie zeichnen sich ebenfalls durch einehöhere Energiedichte aus, „schwächeln“jedoch in puncto Lebensdauer: Ihre Kathodebesteht aus einem Schwefelgemisch,das beim Entladen mehr Lithium-Ionen aufnehmen kann als andereKathodenmaterialien.Doch die Schwefel-Kathodeist wenig stabil, wodurch der Akkumit jedem Entladevorgang an Kapazitätverliert. Einem Forscherteam des FraunhoferInstituts für Werkstoff- und Strahltechnik(IWS) in Dresden ist es nun ge-24 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEInterviewmit Prof.Dr.-Ing.Gunther Reinhart, iwb Technische UniversitätMünchen„Der Elektrolytist das Blut der Zelle“AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie wichtigist bei der Herstellung vonLithium-Ionen-Zellen der Prozess der Befüllung mit Flüssig-Elektrolyt?Lebenswichtig,denn der Elektrolytist quasidas Blut der Zelle.Vor der Befüllung wirdder Zellstapel derart dicht indas Gehäuseder Zelle gepackt, dass kaum noch Platzzwischen den Elektroden ist. Anschließendwird die Elektrolytflüssigkeit in dasGehäuse dosiert. Diese besteht aus einerMischung verschiedener Lösungsmittelmit Leitsalzen. Ohne Elektrolyt kann dieBatterie nicht funktionieren, daüber dieFlüssigkeit die Lithium-Ionen zwischenden Elektroden wandern.Die Befüllung istdeshalb entscheidend für die Qualität derZelle und produktionstechnisch sehr anspruchsvoll.AUTOMOBIL PRODUKTION: Woraufkommtesdabei an?Nach der Befüllung müssen alle Schichtender Zelle, also Separatoren und Elektroden,vollständig mit dem Elektrolyt benetztsein. Esdürfen weder Gaseinschlüssezwischen den Lagen der Zelle verbleibennoch später durch Schaumbildungentstehen. Flüssigkeitsüberschuss istebenfalls unzulässig, dasich sonst ungebundeneLeitsalze in der Zelle ablagernkönnten. Bei sehr genauer Dosierungmuss die Befüllung schnell ablaufen, dasie oftmals der taktzeitbestimmende Prozessist.Außerdem muss unbedingt sichergestellt werden,dass die Elektrolytflüssigkeitnicht mit Wasser in Kontakt kommt.Bereits die normale Luftfeuchtigkeit lässtunerwünschte Nebenreaktionen auftreten,dieMensch und Produkt gefährden.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wird die Bedeutungdieses Themas von den Batterieherstellernunterschätzt?Ich würde sogar sagen,dass dieses Themasowohl von den Herstellern als auch vonden Forschungseinrichtungen unterschätztwird. Es gibt nur sehr wenig Literaturhierüber und das Prozessverständniserscheint wenig ausgeprägt. Mit demTrend zu großformatigen Batteriezellengewinnt dieser Prozess wegen größererBefüllwege noch weiter an Bedeutung.Der Prozess ist weniger vergleichbar mitder Füllung eines Wassereimers als mitdem Dekantieren eines guten Rotweines.AUTOMOBILPRODUKTION: Wasist zu tun,um die richtige Befüllung technisch zugewährleisten?Wir müssen uns intensiv mit Benetzbarkeitder Zellmaterialien, mit der Viskositätdes Elektrolyts und mit den Druck- undDurchflussverhältnissen in der unversiegeltenZelle beschäftigen. Die Befüllungmuss in einer absolut trockenen Umgebungstattfinden. Darin wird eine Vakuumkammerinstalliert, um den Füllvorgangzu beschleunigen. Nach der Dosierungder Flüssigkeit wird die Zelle wechselweiseÜber-und Unterdruck ausgesetztund anschließend versiegelt.All dies dientder schnellen und blasenfreien Aufnahmevon Flüssigkeit. Inunserem fünfköpfigenForscherteam zur Batterieproduktion arbeitetHerr Thomas Knoche konzentriertdaran, diese Prozesse und Effekte wissenschaftlichzu durchdringen.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie kann derZellhersteller von einem optimierten Befüllungsprozessprofitieren?Der Hersteller profitiert erstens von einerhöheren Prozesssicherheit und somit voneiner konstanteren Qualität der Produkte.Da die Elektrolytbefüllung einer der letztenSchritte der Zellmontage ist, wirktAusschuss besonders kostentreibend.Professor Gunther Reinhart: „Ausschuss inder Zellmontagewirkt besonders kostentreibend.“Zweitens erreicht man durch einen optimiertenBefüllungsprozess eine kürzereTaktzeit.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie kann dieElektrolytbefüllung Parameter wie denWirkungsgrad, die Lebensdauer und denAkkupreis beeinflussen?Neben den Kosten beeinflusst der Befüllprozessauch die Qualität imSinne vonZyklenlebensdauer und Energiedichte.Dashängt davon ab, ob alle Zelllagen ausnahmslosvon der Elektrolytflüssigkeit benetztwurden. Obauch bei vollständigerBenetzung Leistungsparameter durch denBefüllprozess beeinflusst werden,ist aktuellunklar. Ein Beispiel: Bei Solarzellen istbekannt, dass sich in der Nähe der EinfüllöffnungAdditive ansammeln, die dann inentfernten Bereichen fehlen und so dieLeistungsfähigkeit vermindern. Durch einenangepassten Befüllvorgang kann diesvermieden werden. Obbei Lithium-Ionen-Zellen ähnliche Effekte vorliegen, ist nichtbekannt und somit eine der spannendenForschungsfragen.Das Interviewführte Christian KleinBild: iwb/TUMKombination aus Anoden- und Kathodenmaterialkonnten wir die Aufladezyklenvon etwa 200 auf 1400 erhöhen,“ soAlthues. Die Energiedichte der Lithium-Schwefel-Batterien soll langfristig beibis zu 600Wh/kg liegen –gegenüber nur250 Wh/kg bei Li-Ion-Akkus.Ein ähnliches Ergebnis haben Chemikerder Technischen Universität Chemnitzmit dem Einsatz winziger Kohlenstoffhohlkügelchenerzielt, die sie mitSchwefel zu einem neuen Kathodenmalungen,diesen Prozess mittels poröserKohlenstoffe zu entschleunigen. „DerSchwefel kann sich in diesen Kohlenstoffeneinlagern und langsamer mit demElektrolyt verbinden“, erklärt Dr. HolferAlthues, Leiter der Abteilung „ChemischeOberflächentechnologie“. Die Anodedes IWS-Akkuprototypen wurde ebenfallsoptimiert und besteht aus einer Silizium-Kohlenstoff-Verbindung,die sichbeim Ladevorgang wesentlich stabilerverhält als Lithium-Metall. „Durch dieseterial verschmolzen haben. SystematischeUntersuchungen der Kugeleigenschaftenergaben, dass ein hoher Kohlenstoffanteildie Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials(und damit dieAkku-Kapazität) steigerten und dieGröße der Kugeln die Lebensdauer derBatterie beeinflusst: Nach 500 Ladezyklenzeigten die von IndustriepartnerBASF getesteten Lithium-Schwefel-Akkusnoch rund 70 Prozent Restleistung.Theo Gerstl ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201325

TECHNOLOGIEBild: HTWKLeipzigLeichtbau im Motorenbereich stehtimFokus einer Entwicklung an der Leipziger Hochschule für Technik,Wirtschaftund Kultur (HTWK): Eineinnermotorische Wasserkühlung soll das Gewichtvon Asynchron-Aggregaten um 25 Prozentreduzieren.ImBild: Entwickler Prof.PierreKöhring.Einer für alle? Vonwegen!Auf der TECHNOLOGIE-AUTOBAHN der Elektromobilität fahren noch diverse Antriebskonzeptenebeneinander her.Jedes für sich beanspruchtnichtweniger als die Zukunftsdominanz.Doch welche der aktuellen Entwicklungen wirdsich wirklich behaupten?Bild: HTWKLeipzigFahren wir morgen eher rein elektrisch,mit Unterstützung vonRange Extendern, vorrangig mitHybrid-Antrieben? Oder werden alleKonzepte gleichberechtigt ihrem jeweiligenEinsatzzweck entsprechend eingesetzt?Betrachtet man aktuelle Entwicklungenin allen Sparten, gilt wohl letztereAussage, wie auch Professor Dirk UweSauer von der Rheinisch WestfälischTechnischen Hochschule (RWTH) Aachenmeint: Ein rein elektrischer Antriebauf Basis der heutigen Batterietechnologieergebe aufgrund der eingeschränktenReichweite eher als Zweitwagen für denStadtverkehr, den täglichen Wegzur Arbeitund kleine Stadtkurierdienste Sinn.Breiter ist nach seiner Ansicht der Marktfürdie so genannten Plug-in-Hybridfahrzeugemit einer elektrischen Reichweitevon 30 bis 50 Kilometer inklusive Verbrennungsmotorals Range Extender –wie beispielsweise der Opel Ampera.„Solche Fahrzeuge reduzieren den Kraftstoffverbrauchund damit auch den CO 2-Ausstoß“ und die Batteriegröße bleibeda in einem „bezahlbaren Bereich“.Verzichtauf Seltene ErdenDie Kosten im Auge, das haben zwölfPartnerunternehmen unter dem Dachvon Flanders Drive – einem im belgischenFlamen ansässigen Forschungszentrumfür die Fahrzeugindustrie –mitHitzeschadet: Testszeigten,dass dieeffiziente Wärmeableitungeines Paketesaus Kühlsegmentendie Nennleistung desMotors steigert. Nunsoll das Aggregat ineinem Pkwerprobtwerden.Schon2014 könnte esin Produktion gehen.26 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEGroßseriengerechte FertigungsstrukturDie Forscher der TU Chemnitz wollennun in Zusammenarbeit mit dem KIT(Karlsruher Institut fürTechnologie) sowieder Compact Dynamics GmbH untersuchen,wie man die Fertigung solcherMotoren optimieren und deren Herstellungskostensenken kann. Als Rahmenbedingunggehen sie von einer Jahresproduktionvon 50 000 Stück und einerKostenreduktion von über 60 Prozentaus. Neben der Entwicklung großseriengerechterProzesse zur Herstellung vonMotorgehäuse,Stator und Rotor arbeitetdas Team an einem innovativen dreidimensionalenWickelverfahren für dieRotorglocke.Leichtbau im Motorenbereich stehtim Fokus einer Entwicklung an der LeipzigerHochschule fürTechnik, Wirtschaftund Kultur: Eine innermotorische Wasserkühlungsoll das Gewicht von Asynchron-Aggregatenum 25 Prozent reduzieren.Beim einem Prototypen, den EntwicklerPierre Köhring zusammen mitdem hessischen SondermaschinenbauerAKH gebaut hat, wurden ausgestanzteAluminiumscheiben, die auf der Motorwellesitzen, übereinander gelegt undwasserdicht miteinander verbunden. Derdurch die Ausstanzungen geführte Kanalist mit einem Kühlkreislauf verbunden.Tests zeigten, dass die effiziente Wärmeableitungeines Pakets aus KühlsegmenihrerEntwicklung eines neuartigen E-Aggregates: Der so genannte „Reluktanzmotor“arbeitet ohne die bei konventionellenE-Motoren üblichen Dauermagnete,wasden Verzicht auf die darinverwendeten Seltenen Erden möglichmacht. Die Rolle der Magnete übernehmenSpulen, die erst per Stromfluss aktiviert,also magnetisch werden. Kernstückdes Reluktanzaggregates ist ein beweglicherRotor, der aus Eisen besteht. DasAggregat wird seit April in einem RangeRover Evoque auf seine Alltagstauglichkeitgetestet: Dazu sind die Antriebskomponentenin einem kompakten Getriebeintegriert, das die Kraft auf dieVorderräder des Evoque überträgt. FederführenderEntwickler des Motors warein Ingenieursteam des Zulieferers Inverto,einer Ausgründung der UniversitätGent. Wie Inverto-EntwicklungschefJohn De Clercq erklärt, verspricht derReluktanzmotor einen geringeren Energieverbrauchsowie höhere Drehzahlen– und damit größeren Fahrspaß – alskonventionelle Elektromotoren. Zudemzeichne sich das Aggregat durch eine effizienteRekuperation –die Energierückgewinnungbeim Bremsen –aus. Hauptargumentfür das Konzept der Reluktanzmotorenist allerdings der reduzierteKostenfaktor: Die Materialien, die Invertofür das Aggregat verwendet, liegen„nicht über fünf Euro pro Kilo“, wie DeClercq betont. Flanders Drive und seinezwölf Partnerunternehmen sind zusammenmit sechs weiteren internationalenFirmen beziehungsweise UniversitätenTeil des europäischen Forschungsprojektes„EVectoorc“ (Electric Vehicle Controlof Individual Wheel Torque for OnandOff-Road Conditions), das bis 2014angelegt ist. Zu den Beteiligten Automobilherstellernzählen auch Land Roverund Jaguar sowie die VW-Tochter Skoda.Potenzial zur Kostensenkung beimBau von Elektrofahrzeugen versprichtauch ein Entwicklungsprojekt mit derBezeichnung „GroAx“ an der TechnischenUniversität Chemnitz: Das Kürzelsteht für „Großserientaugliches Herstellungsverfahrenfür neuartige elektrischeAxialflussmotoren“. Dabei handelt essich um Elektromotoren mit einem einfachenAufbau der Kupferwicklungen,die eine geringe Betriebsspannung vonunter 60 Volt zulassen. Ein Faktor, derbei der Herstellung der Elektrofahrzeugevor allem mit Blick auf die Handhabungin der Werkstatt sowie durch Rettungskräfteeine Rolle spielt: Schutzmaßnahmen,wie sie bislang fürBatteriespan-Bereits serienreif präsentiertsich der elektrische Radnabenantrieb des US-Herstellers ProteanElectric.Das „Protean DriveSystem“ setzt sich aus Radnabenmotoren,einem integriertenInverter sowie Steuer-Elektronik und -Softwarezusammen.nungen von 300 bis 600Volt erforderlichwaren, lassen sich damit reduzieren.Doch Axialfluss-Motoren werden bislangnur in kleinen Stückzahlen mit einemrecht geringen Automatisierungsgradgebaut.Bild: Proteanten die Nennleistung des Motors steigert.Nun soll das Aggregat in einem Pkw erprobtwerden. Schon 2014 könnte es inProduktion gehen.Bereits serienreif präsentiert sich derelektrische Radnabenantrieb des US-Herstellers Protean Electric.Das „ProteanDrive System“ setzt sich aus Radnabenmotoren,einem integrierten Invertersowie Steuer-Elektronik und -Softwarezusammen. Es lässt sich als Zwei- oderVierradantrieb in Hybrid-, Plug-in-Hybridoder Elektrofahrzeugen einsetzen.Die jeweils 31 Kilo schweren, im Durchmesser420 Millimeter großen sowie 115Millimeter breiten Motoren können inkonventionellen 18- bis 24-Zoll-Felgeninstalliert werden, ohne die originalenRadlager modifizieren zu müssen. Eineinzelner Motor generiert ein Höchst-Drehmoment von 1000 Newtonmeter,kontinuierliche 700 Newtonmeter, eineSpitzenleistung von 81 Kilowatt sowieeine Dauerleistung von 54 Kilowatt. Biszu 85 Prozent der Energie lassen sichüber den Rekuperations-Modus wiederzurückgewinnen. Beim Einsatz in einemHybridfahrzeug prognostiziert Proteaneine Kraftstoffersparnis von maximal 30Prozent –jenach Fahrzeuggewicht undBatteriegröße.Der Radnabenantrieb wurde bereitserfolgreich in Pkw, Kastenwagen undPickups erprobt, darunter von Brabusgebaute Elektro- und Hybridversionender Mercedes E-Klasse, des Opel/VauxhallVivaro sowie des Ford F150 Pickup.Die Vorserien-Produktion im neu errichtetenchinesischen Werk Liyang ist bereitsangelaufen, 2014 soll es den vollenBetrieb aufnehmen.AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201327

TECHNOLOGIEEin 60PS-Steyr-Biodiesel wirdderzeit in einem elektrischenSkoda Roomster als RangeExtender getestet.Bild: Flanders DriveBild: Steyr MotorsRangeExtender stehtauf Bio-DieselEine praxisgerechte Antwort auf die Fragenach einem effizienten Reichweitenverlängererfür Elektroautos versuchtaktuell Steyr Motors zu geben: Die österreichischenTechnikspezialisten habeneinen Range Extender entwickelt, dermit Biodiesel betrieben werden kann.Mit 68 Zentimeter Länge und nur 430Millimeter Höhe baut der lediglich 80Kilo leichte Zweizylinder-Selbstzünderäußerst kompakt: „Meines Wissens ist erder derzeit kleinste Motor dieser Leistungam Markt,“sagt Michael Aschaber,Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung.Miteiner Common-Rail-Direkteinspritzung,einem wassergekühltenTurbolader sowie –als Option –einemLadeluftkühler leistet das Triebwerkrund 45 kW/60 PS und erfüllt diekünftige Abgasnorm Euro 6.Um die Werkstattkosten zu minimieren,wurde das Triebwerk so konstruiert,dass es für die Wartungsarbeiten von einerSeite aus zugänglich ist. „Das ist einwichtiges Kriterium im Alltag,“ so Aschaber,der in diesem Zusammenhang auchauf die Wartungsintervalle von bis zu20 000 Stunden und eine lange Lebensdauerdes neuen Motors verweist.Die Reichweite, die sich mit demSteyr-Triebwerk realisieren lässt, ist abhängigvom Tankvolumen, sprich: demFahrzeugkonzept, in dem es verbautwird. Als Beispiel nennt Aschaber eineKapazität von 15 Litern, mit denen sichzur jeweiligen Reichweite des rein batteriebetriebenenElektromotors rund 250Kilometer im Range-Extender-Modusaddieren. Der Steyr-Biodiesel wird derzeitin einem elektrischen Skoda Roomstergetestet.Der so genannte „Reluktanzmotor“ arbeitet ohne die bei konventionellen E-Motoren üblichenDauermagnete,was den Verzichtauf die darin verwendeten Seltenen Erden möglich macht. DasAggregat wirdseit April in einem RangeRover Evoque auf seine Alltagstauglichkeit getestet.Entwicklungsallianz Bosch/PSAIn eine umfassende Antriebs-Entwicklungsrichtunggeht das Forschungsprojekt„OpEnR“ (Optimal Energy Consumptionand Recovery solution), das der AutomobilkonzernPSA/Peugeot-Citroën zusammenmit dem Zulieferer Bosch in Angriffgenommen hat: Die Gemeinschaftsentwicklungumfasst einen Allradantrieb mitzwei Elektromotoren, einem Start-Stopp-System sowie einem ESP mit Rekuperationsmodus.Als Partnerunternehmen sindzudem AVLList, das KIT und die CTAGeingebunden. Ziel des Projektes ist es,dieReichweite künftiger Hybrid- und Elektrofahrzeugezu erhöhen. Dazu wird dasSystem zunächst in Kombination mit einemVerbrennungsmotor getestet undweiterentwickelt: Im ersten Schritt sollendabei ein Freilauf und Rekuperation denSpritverbrauch senken. In einem zweitenModus lässt sich der Verbrenner ausschalten,man fährt ausschließlich elektrisch.Beim Allradsystem mit den beiden Elektromotoren–jeeiner für jede Achse –kann der Fahrer zwischen Vorder- undHinterradantrieb sowie permanentem4x4-Antrieb wählen.Noch in der Forschungspipeline stecktein Entwicklungsprojekt namens „EMi-LE“. Dessen Ziel: Die Leistungsdichteeines elektrischen Antriebs um etwa 50Prozent zu steigern und gleichzeitig dieHerstellungskosten um rund 40 Prozentzu senken. Erreicht werden soll dies mittelseiner weitestgehend direkten Integrationder Leistungselektronik in die E-Maschine. Als Projektleiter fungiert ZFFriedrichshafen. Mit im Forschungsboot,das vom Bund mit rund zehn MillionenEuro gefördert wird, sitzen unter anderemAixControl,Bosch, Infineon, Lenze,TDK-EPC,Siemens und VW.Egbert Schwartz ■28 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

OTTO FUCHSLuft- und Raumfahrt Automotive/Verkehrstechnik Bauindustrie/Solartechnik Maschinen- und AnlagenbauEigentlich müssten wir sie grün lackieren ...Aluminiumschmiederäder aus dem Hause OTTO FUCHS sind geradezu prädestiniertfür den Einsatz an innovativen Elektrofahrzeugen. Dank unserer einzigartigenSchmiedetechnik erfüllen unsere Räder die höchsten Anforderungen anAerodynamik und Gewichtsreduzierung, einhergehend mit der Optimierung derReichweite.Aero-Schmiedeleichtradfür ElektrofahrzeugeEin großes Plus für die Umwelt, ohne Abstriche bei Komfort und Sicherheit.OTTO FUCHS OTTO FUCHS KGDerschlager Straße 26 |D-58540 MeinerzhagenHotline: +49 2354 73-317 |fuchsfelge@otto-fuchs.comDer KioskvonAUTOMOBILPRODUKTION für ihr iPad:Mehr Infos unterwww.automobilproduktion.de/appDer Kiosk vonAUTOMOBIL PRODUKTIONfür Ihr iPad: iTunes ➔ AutomobilproduktionJetzt kostenlos downloaden!DER KIOSK VON AUTOMOBIL PRODUKTIONImmer aktuell über die Automobilindustrie informiertDer Kiosk bietet Ihnen verschiedene Möglichkeiten,die aktuellen Geschehnisse in der Automobilindustriezu verfolgen: Der NewsFlip liefert Ihnen die neuestenMeldungen des Internetportals www.automobilproduktion.de.Falls Sie alles im Blick haben wollen,informieren Sie sich über den Kiosk direkt auf derWebseite. Oder dürfen es ein paar Hintergründeund Exklusivinterviews sein? Kein Problem! Im Kioskladen Sie sich individuell die gewünschte Ausgabe vonAUTOMOBILPRODUKTION auf Ihr iPad.verlag moderne industrie GmbHJustus-von-Liebig-Str.186899 LandsbergTel. +49-8191-125-0Fax+49-8191-125-279www.mi-verlag.deAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201329

TECHNOLOGIEAntriebs-Teilzeitjob mit ZukunftWie bewerten AUTOMOTIVE-ENGINEERING-DIENSTLEISTER das Potenzial der verschiedenenVarianten, einen Pkw zumindest teilweise mit elektrischer Energie anzutreiben?Zwei Faktoren bestimmen die Hybrid-Diskussion: Reichweite und Systemkosten.Bild: Boca -Fotolia.comFür Michael Kühn ist die Sachlageklar: „Die systembestimmendeKomponente für Hybrid- undElekto-Antriebe stellt die Batterie dar –außer es würdezusätzlich die Energiegewinnungmit Hilfe einer Bennstoffzellebetrachtet. Heutige Batteriekonzeptewerden entweder aus Lithium-Ionen-Zellen oder aus Nickel-Metallhydrid-Zellen (NiMH) aufgebaut. Li-Ionen-Batterien haben eine deutlich höhereSpeicherdichte als NiMH-Zellen. Allerdingssind diese Energiespeicher äußerstempfindlich gegen Über- oder Unterladezustände.Dies erfordert den Einsatzvon umfangreicher Überwachungs- undSteuerungselektronik, um Beschädigungender Batterie zu vermeiden. Ferner istder Temperaturbereich, in dem eineEnergieentnahme oder ein Ladevorgangmit guter Effizienz stattfinden kann, begrenzt.Es werden somit aufwendigeKühl- und Heizsysteme zur Klimatisierungder Batterie benötigt“,sagt der LeiterGeschäftsfeld Motor Triebstrang beider MBtech Group.Diese Maßnahmen sowie der hoheAufwand zur Produktion der Zellen führezu einem deutlich höheren Preis einerLi-Ionen-Batterie im Vergleich zu einemNiMH-Energiespeicher. „Technologischgesehen ist darüber hinaus eine NiMH-Batterie ziemlich anspruchslos und mitgeringerem Aufwand in ein Hybridsystemzu integrieren.“Mild-Hybride, die ein Energiemanagementüber eine intelligente Generatorsteuerungund ein Energiemanagementdes 12-Volt-Bordnetztes in Verbindungmit einer Start-Stopp-Funktionenthalten, werden – so Kühn – heuteschon von vielen OEMs auch im Nichtpremiumbereicheingesetzt. „Um eineMassenproduktion von Voll-Hybridsystemennicht nur im Premiumbereich zuMichael Kühn,MBtech: „Umeine MassenproduktionvonVoll-Hybridsystemen nichtnurim Premiumbereich zu gewährleisten,werdendie Eigenschaften der NiMH-Batterie inklusivedergünstigeren Kosten eine wichtigeRolle spielen.“gewährleisten, werden die Eigenschaftender NiMH-Batterie inklusive der günstigerenKosten eine wichtige Rolle spielen“,ist sich Kühn sicher. Ferner spieledie Größe der Batterie eine wichtigeRolle, dasie sowohl die Reichweite alsauch die Systemkosten bedingt.Der Antriebsstrang-Experte prognostiziert:„Vor diesem Hintergrund werdensich zunächst Voll-Hybridsysteme amMassenmarkt durchsetzen, welche infolgeder teueren Batterie nur eine kleine Fahrstreckevollelektrischzurücklegen können.Allerdings wird die Batterie wesentlich alsSpeicher für aus Rekuperation zurückgewonnenerEnergie eingesetzt werden, waszu einer deutlichen Reduktion des Kraftstoffverbrauchsführen wird. Darüber hinauswird die Batterie als Energiepuffer fürBetriebspunktverschiebungen des Verbrennungsmotorssowie als Energiespenderfür Unterstützungsvorgänge derVerbrennungskraftmaschine dienen.“All diese Maßnahmen hätten dasZeug dazu, „bei einer angepassten Fahrweiseeine Kraftstoffverbrauchsreduktionim zweistelligen Bereich“ zu ermöglichen.Kühn sieht den Einsatz des Plugin-Hybridsin hohen Stückzahlen dannerst in einem zweiten Schritt folgen.Entscheidend dafür seien „Fortschrittebei der Senkung der Systemkosten vonLi-Ionen-Batterien.“30 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEMarco Warth, Mahle Powertrain: „ParallelePlug-In-Hybride haben das größte Potenzialbei Geländewagenund schwerenOberklassefahrzeugenin Europa, NordamerikaundAsien.“Bernd Bihr,Bosch: „Bei kleinen Fahrzeugen,die sehr preissensibel sind, sehen wir Mild-Hybride am stärksten.Bei größeren Fahrzeugenmitmehr Leistung bieten Plug-in-Hybridedie beste Möglichkeit,Emissionen zureduzieren.“Natürlich stellt sich für den potenziellenKäufer von Fahrzeugen mit alternativenAntrieben nicht nur die Preisfrage.Er will vor allem eines nicht: Mit Reichweitenangstkämpfen müssen. So meintdenn auch Dr. Uwe Dieter Grebe, ExecutiveVice President Global BusinessDevelopment & International Operations,Powertrain Engineering bei AVLList: „Mittelfristig haben hier sicherlichsolche Konzepte das größte Potenzial,die auf das gewohnte Kundenverhaltenund den realen Kundennutzen Rücksichtnehmen. VonInteresse ist hier eine gewisseelektrische Reichweite in Verbindungmit klassischen VerbrennungsmotorenfürweitereFahrten.“ Grebe ist sichsicher: „Mittelfristig wird der Plug-in-Hybrid an Marktakzeptanz und damitBedeutung gewinnen. Für den vorwiegendurbanen Einsatz ist das E-Fahrzeugeine sinnvolle Option, um die lokalenEmissionen in Ballungsgebieten zu senken;auch ist das Reichweitenthema hierleichter zu handhaben.“Eine Frageder Segmente und RegionenAuch wenn die Marktdurchdringungnoch auf sich warten lasse, sosehe manbereits positive Rückmeldungen aus alternativenBetreibermodellen. „So werdenaktuell e-Fahrzeuge in Flotten vonCarsharing-Betreibern von den Kundendurchaus positiv bewertet“, hält Grebefest. Es gehe nicht nur darum, die technischoptimale Lösung darzustellen, sondernauch darum, neue Wege im Vertriebzu beschreiten.„Markt“ ist das Stichwort für Dr.Marco Warth. Der Systementwickler beiMahle Powertrain differenziert: „DasMarktpotenzial der hybriden Antriebssträngehängt stark vom betrachtetenFahrzeugsegment und der Einsatzregionab.Während für Fahrzeuge der Kleinwagen-und Kompaktklasse mit batterieelektrischenAntriebssträngen mit Range Extender–also serielle Hybride –beispielsweisePotenzial in Europa und Asien besteht,weisen parallele Plug-In-Hybridedas größte Potenzial bei Geländewagenund schweren Oberklassefahrzeugen inEuropa, Nordamerika und Asien auf.“Die Frage nach dem aussichtsreichstenElektro-Antriebskonzept ist für Dr.Jörg Roß nicht ausschliesslich technischzu beantworten, sondern „auch strategischund je nach Anwendungsfall.“Roß,der beim Engineeringdienstleister IAVden Bereich Vorentwicklung Powertrainverantwortet, meint: „Rein CO2-technischerscheinen Full-Hybride mit begrenzterE-Kapazitätamaussichtsreichsten.Aberauch Micro- und Mild-Hybridemit Start/Stop-Funktion und Rekuperationüber den serienmässigen Generatorkönnen in den kleinen Fahrzeugklasseneinen guten Beitrag zum Flottenverbrauchleisten.“ Aus seiner Sicht habenP-HEV nach aktueller Gesetzgebung einnoch größeres Potenzial, insbesondereetwa im innerstädtischen Bereich, benötigenaber mehr Batteriekapazität. „Deshalbwerden auch die Anschaffungskosteneine Rolle bei der Akzeptanz der P-HEV spielen.“Auch Bernhard Bihr,Geschäftsführerder Bosch Engineering GmbH, zögert,nur einem Konzept den Vorzug zu geben.Jörg Roß,IAV:„Auch Micro- und Mild-Hybridemit Start/Stop-Funktion und Rekuperationüber den serienmäßigen Generator könnenin den kleinen Fahrzeugklassen einen gutenBeitrag zum Flottenverbrauch leisten.“UweDieter Grebe,AVL List: „Mittelfristigwirdder Plug-in Hybrid an Marktakzeptanzund damit Bedeutung gewinnen.“Bihr: „Bei kleinen Fahrzeugen, die sehrpreissensibel sind, sehen wir Mild-Hybrideam stärksten. Bei größeren Fahrzeugenmit mehr Leistung bieten Plug-in-Hybride die beste Möglichkeit, Emissionenzu reduzieren.“Die Elektromobilität könne jedochüber den Antriebsstrang hinaus auchfahrdynamisch Potenziale eröffnen. Beisportlichen Fahrzeugen könne die Querdynamik–konzeptabhängig –entscheidendverbessert werden. „Verbaut manbeispielsweise zwei E-Maschinen, dielinks und rechts an einer bislang nichtangetriebenen Achse platziert werden,können diese asymmetrisch Drehmomentabgeben. Dann machen Sie beispielsweiseaus einem zuvor heckgetriebenenSportwagen einen Allradler mitTorque-Vectoring-Funktionen,“erläutertder Bosch-Mann. Christian Klein ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201331

TECHNOLOGIEDringend: Stecker suchtDoseFürdie Verbreitung vonreinrassigen E-Fahrzeugen mit ihren geringen Reichweiten spieltdie flächendeckende Verfügbarkeit von LADESTATIONEN eine zentrale Rolle. Damit dasThema Fahrtaufnimmt, suchen Industrie,Institute und Versorgerden Schulterschluss.Heute gibt es in Deutschlandgerade einmal rund 2200 öffentlicheLadesäulen. Demgegenübersteht das Ziel der „NationalenPlattform Elektromobilität“ (NPE), derenAnzahl bis 2020 auf 150 000 auszubauen.Hinzu kämen noch rund 7000Schnellladesäulen und zirka 800 000private Ladepunkte, beispielsweise inGaragen, analysiert Roland BergerStrategy Consultants im „Index Elektromobilität“die Situation im erstenQuartal 2013 einerseits und die wünschenswertenPerspektiven für die Zukunftder Ladeinfrastruktur in Deutschlandandererseits.Mit der europaweiten Situation derLadeinfrastruktur beschäftigt sich dagegeneine aktuelle Studie von Frost &Sullivan und prognostiziert bis 2019eine jährliche Wachstumsrate von113,3 Prozent. Das würde bedeuten,dass der europaweite Bestandvon 7250 Ladestationen in 2012auf über 3,1 Millionen in 2019anwachsen wird. Dieses deutlicheWachstum beruht derStudie zufolge auch darauf,dass neue Player aus unterschiedlichenBranchen –wieVersorgungsunternehmen,Parkplatz- oder Infrastrukturbetreiber–inden Wettbewerbeintreten werden.„Der verbesserte Zugangdurch den Aufbau einerzentralen Ladeinfrastrukturan strategischen öffentlichenund privatenStandorten wird helfen,die Angst zu überwinden,die mit der Reichweitenbegrenzungverbundenist“, analysiert der Autorder Studie, Prajyot Sathe,und prognostiziert weiter:„Technologische Weiterentwicklungen,die die Ladezeit verkürzenund gleichzeitig die Zuverlässigkeit,Sicherheit und Robustheit des elektrischenLadesystems erhöhen, werden dieAkzeptanz von Elektrofahrzeugen beschleunigen.“Erste Ladesäulen entlang der A9Dies sieht man bei BMW, EON undSiemens offensichtlich genauso,weshalbsich die drei Firmen auf Initiative derBundesregierung im Rahmen des„Schaufensters Bayern-Sachsen“ unterdem Leitmotto „Elektromobilität verbindet“als Partner zusammengetan haben.Entlang der Bundesautobahn A9von München nach Leipzig sollen imRahmen des Projektes Gleichstrom-Schnellladesäulen installiert werden, dieBild: babimu/Fotolia.com32 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEes den Fahrern von Elektrofahrzeugenermöglichen werden, „in kurzer Zeit“ ihrFahrzeug wieder aufzuladen. Bei derEröffnung der ersten Ladesäule im Juli2013 bei der „BMW Welt“ in Münchendauerte das 80prozentige Aufladen einesi3 eine knappe halbe Stunde.In der nun startenden ersten Projektphasewerden die Ladesäulen an derAutobahn aufgebaut und getestet, wobeizunächst nur Vorserienfahrzeuge vonBMW die Ladesäulen ansteuern werden.Ab Januar 2014 stehen die Schnellladerdann auch privaten Nutzern zur Verfügung,Mitte Juni 2014 läuft schließlichder Vollbetrieb des Systems an – einschließlichder Anbindung an ein Projektder Hubject GmbH. „Charge whereveryou like“ ist der Leitsatz der Marke „intercharge“von Hubject –einem Joint-Venture von BMW,Bosch, Daimler,En-BW,RWE und Siemens.Gestecktes Zielist es, den Fahrern von Elektrofahrzeugeneinen einfachen Zugang zu öffentlichenLadestationen in ganz Europa zuermöglichen. Diese können dann durchdie europaweite Vernetzung per eRoamingihr Fahrzeug an allen interchargekompatiblenStationen bargeldlos laden.Neben den Partnern aus Deutschlandund den Beneluxstaaten haben sich auchösterreichische Ladeinfrastrukturbetreiberfür das intercharge-Modell ausgesprochen.„Schon heute kann insbesondere imurbanen Umfeld der größte Teil der Autofahrtenproblemlos mit der verfügbarenReichweite reiner Elektrofahrzeugeabgedeckt werden“, stellt Dr. HerbertDr.Volkmar Tanneberger(rechts), Leiter der Elektrik-/Elektronik-Entwicklung bei Volkswagen,setzt auf CCS-Ladesäulen: „Mit dem Combined Charging System ist ein wichtiger Schritt zurVerbreitung der Elektromobilitätgetan.“Grebenc, verantwortlich für den Aufbauvon Ladeinfrastruktur bei der BMWGroup, fest. „Dennoch ist die Möglichkeit,auch längere Strecken zurückzulegen,ganz wesentlich für eine breite Kundenakzeptanz.Von der Elektrifizierungder A9 erwarten wir ein starkes Signalzum flächendeckenden Ausbau derSchnelllade-Infrastruktur in Deutschlandund Europa.“ Hubject-GeschäftsführerAndreas Pfeiffer ergänzt: „Mitdem Start der eRoaming-Plattform habenwir zusammen mit unseren Partnerndie Lösung für ein elementares Problemder Elektromobilität bereitgestellt.Durch intercharge wird das Laden füralle Nutzer von Elektrofahrzeugen einfachund überall möglich“.CCS – der künftigeLadestandard?In Wolfsburgherrschte Feierlaune, als imJuni 2013 die erste öffentliche Ladesäulemit dem neuen Schnellladestandard CCS(Combined Charging System) eingeweihtwurde: In rund 20 Minuten kann damitdie Batterie des e-up! zu rund 80 Prozentaufgeladen werden. Da darüber hinausalle Mitglieder des europäischen Automobilhersteller-VerbandesACEA denCCS-Standard unterstützen und die EuropäischeKommission ihn im „Vorschlagüber den Aufbau der Infrastruktur für alternativeKraftstoffe“als gesetzte Technologiein den technischen Spezifikationenaufgenommen hat, sieht VW CCS als denzukünftigen Standard fürdas Laden vonElektrofahrzeugen.Bild: VWDer EloPin®Flexible Lösungen verlangenflexible ProdukteLernen Sie uns persönlich kennen.KLEINER Stanztechnik entwickelt und produziert umweltfreundliche Alternativen zur herkömmlichenLeiterplatte, stanztechnische Lösungen für Hochstromsteckverbinder mit Einpresszone, Stromschienenfür die Elektromobilität, Schnappscheiben mit Spotgoldbeschichtung und vieles mehr. Überzeugen Sie KLEINER www.kleiner-gmbh.de KLEINER

TECHNOLOGIEBild: Hubject„Charge wherever youlike“ ist der Leitsatz der Marke„intercharge“ vonHubject – einem Joint-Venturevon BMW, Bosch,Daimler,EnBW, RWEund Siemens.Dr. Volkmar Tanneberger, Leiter derElektrik-/Elektronik-Entwicklung, sagteanlässlich der Eröffnung der CCS-Ladesäule:„Mit dem Combined Charging Systemist ein wichtiger Schritt zur Verbreitungder Elektromobilität getan: Das vonVolkswagen und weiteren Herstellernweltweit standardisierte Ladesystem CCSunterstützt Gleich- und Wechselstromladunggleichermaßen. So können die Fahreranden meisten Ladestationen unabhängigvon Stromquelle und angebotenerLadegeschwindigkeit laden. Das CCS-System ermöglicht zudem extrem kurzeLadezeiten dank Gleichstromladen mithoher Leistung von bis zu 50 Kilowatt.“MitSchwarmstrom zur EnergiewendeIn dem neuen Forschungsprojekt INEES(„Intelligente Netzanbindung von Elektrofahrzeugenzur Erbringung von Systemdienstleistungen“)sollen die technischenGrundlagen für die Einbindungvon Elektrofahrzeugen in den Strommarktentwickelt werden. Dazu könntenderen Batterien bei Bedarf Energie zurückins Stromnetz liefern. Gemeinsamkönnten sie einen Stromspeicher signifikanterGröße bilden, der die schwankendeProduktion von Wind- und Sonnenenergieausgleichen und dadurch dasStromnetz stabilisieren kann. Damitwürden die e-Fahrzeuge ihren Beitragleisten, um die schwankenden ErneuerbarenEnergien schneller und volkswirtschaftlichgünstiger in das Stromnetzeinzubinden.Die beteiligten Partner (FraunhoferIWES, LichtBlick SE, SMA Solar TechnologyAG und VW) sehen auch eingroßes Potenzial darin, dass die Einbin-dung der e-Fahrzeuge in den Strommarktfür deren Besitzer finanziell attraktivist. Denn die Energiedienstleistung,die ein Elektrofahrzeug währendseiner Standzeit in der Garage erbringenkann, ist bares Geld wert. So könntenElektrofahrzeuge schneller für einengrößeren Kundenkreis attraktiv werden,schließlich amortisieren sich die höherenAnschaffungskosten früher.Eine ähnlich „smarte“ Ladestationnamens „Smart Mobility Park“ hat Toyotain der japanischen Toyota City eingerichtet.Auch diese Anlage fungiert nichtFlandern lädt induktiv:Das Flämische Forschungszentrum„Flanders Drive“ hatzusammenmit neun Unternehmen,darunter Bombardierund Volvo, sowie zwei Universitäteneine Machbarkeitsstudie zum drahtlosenLaden elektrischer Fahrzeugedurchgeführt.Bild: Flanders Driveallein als Ladestation für Elektrofahrzeuge.Siekann zusätzlich über SolarzellenEnergie produzieren und diese in denFahrzeugen speichern, um sie bei Bedarf–beispielsweise bei einem Stromausfalloder bei auftretenden Lastspitzen –wiederabzurufen.In Deutschland beteiligt sich der japanischeAutomobilhersteller auch am Projekt„intelligent Zero Emission UrbanSystem“, kurz iZEUS, welches das Bundesministeriumfür Wirtschaft und Technologiefördert. Hierbei wird untersucht,wie Verkehr und Netzinfrastruktur vonInformations- und Kommunikationstechnik(IKT) profitieren können. Gerademit Blick auf den steigenden Anteilerneuerbarer Energien im Netz, spielenfürToyota Elektro- und Plug-In Hybridfahrzeugeals „Pufferspeicher“ odersteuerbare Verbraucher eine immerwichtigere Rolle. „Für innovative Lösungenist eine internationale Zusammenarbeitunerlässlich. Wir freuen uns daher,einen Beitrag leisten zu können“, soAndyFuchs, Leiter der Konzernrepräsentanzvon Toyota Motor Europe in Berlin.Das Flämische Forschungszentrum„Flanders Drive“hat zusammen mit neunUnternehmen, darunter Bombardier undVolvo, sowie zwei Universitäten eineMachbarkeitsstudie zum drahtlosen Ladenelektrischer Fahrzeuge durchgeführt. Fürdas zweieinhalb Jahre laufende Projektwurde eine induktive Ladestelle bei FlandersDrive eingerichtet und eine zweite inder Fahrbahndecke der N769 bei Lommelversenkt, die als Teststrecke diente.Renilde Craps, Direktorin von FlandersDrive zieht nun Bilanz: „Aus derStudie geht hervor, dass drahtloses Ladenmit einem induktiven System beinaheebenso effizient möglich ist wie dasLaden mit einem Kabel. Die Effizienzder bei der Untersuchung verwendetenLadesysteme liegt durchschnittlich über90 Prozent, und zwar sowohl für das Ladenim Stand als auch während der Fahrtmit maximal 70 km/h. Wir haben der Sicherheitder Systeme große Aufmerksamkeitgewidmet und es gelang uns,dasMagnetfeld zu beherrschen, das bei derdrahtlosen Ladung entsteht.“Von diesenErfahrungen ermutigt, prognostiziertdann auch die flämische Ministerin fürInnovation, Ingrid Lieten: „Die neuenErgebnisse zum einfachen drahtlosenLaden von elektrischen Fahrzeugen sindein großer Schritt zur weiteren Verbreitungelektrischer Fahrzeuge. Ich seheviele Möglichkeiten in den Ergebnissen.“. Theo Gerstl ■34 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FACHKONGRESSDigitale Fabrik@ProduktionQuelle: Dassault Systemes Deutschland GmbH9. FachkongressDigitale Fabrik@Produktion–ZweiWeltenwachsen zusammen –05.und 06. November 2013Pullman Berlin SchweizerhofBerlin•Die Weiterentwicklung der Digitalen Fabrik:-Umsetzungsstand vonIndustrie 4.0-Absicherung der Montageprozesse-Absicherung automatisierterProduktionsprozesse-Digitale Fabrik und Logistik- Datenmanagement, Datensicherheit undSystemarchitekturen in der Digitalen Fabrik- Change ManagementamProdukt bis zurUmsetzung an der Montagelinie•Blick über den Tellerrand: Digitale Fabrikin Non-AutomotiveBranchenMit Führung im Fraunhofer-Institut fürProduktionsanlagen und KonstruktionstechnikIPKDas ausführliche Programm finden Sie online unterwww.digitale-fabrik-tagung.deEine Veranstaltung von:Medienpartner:Quelle: Siemens Industry SoftwareGmbH &Co. KG

TECHNOLOGIEKein E-Fahrer muss im Winterfrieren: Hochvoltheizer bringenWärme in den Innenraum.Bild: WebastoKeine Angst vorder KältewelleBei der Beheizung von Elektro- und Hybridfahrzeugen geht der Trend zum HOCHSPAN-NUNGSHEIZER. Entsprechende Produkte vonWebastound Behr stoßen auf großes Interessebei OEMs.Die Wärmepumpe hingegen bewegt sich auf dem Wegindie Serie voran.Prinzipiell folgen die Automobilbauerbei Heizung und Klima bewährtenAnsätzen. Die meistenreinen E-Fahrzeuge basieren auf Modellenmit Verbrennungsmotoren. Bei Autosmit Hybridantrieb liegt die Quotepraktisch sogar bei hundert Prozent. DieFahrzeuge verfügen also über eine weitgehendkonventionelle Luftverteilungim Innenraum. Das Problem ist die Erzeugungder Wärme und Kälte im elektrischenBetrieb.Bislang dominierten bei der Heizungzwei Ansätze. Der eine ist ein getrennterBrennstoffheizer, also praktisch eine mitBenzin, Diesel oder Ethanol betriebeneZusatzheizung. Bei Hybridmodellen mitDieselmotor ist so etwas in Form einesZuheizers oft schon wegen der vergleichsweisegeringen Verlustwärme des Selbstzündersan Bord. Der Einsatz des Brennstoffheizerserlaubt die volle KapazitätderBatterie für den Fahrbetrieb. Außerdemwird die ohnehin vorhandene Wasserheizungohne zusätzlichen Aufwand genutzt.Bei reinen Elektrofahrzeugen wirdder kleine Tank für den Brennstoff vonEndverbrauchern allerdings als Schönheitsfehlerbegriffen. Und Konstrukteurestört der Platzbedarf,der beispielsweisezu Lasten des Raums für die Batteriegeht. Eine einfache Lösung stellen PTC-Heizer dar. Diese elektrischen Heizelementearbeiten praktisch wie ein Fön; diephysikalischen Eigenschaften eines positivenTemperatur-Koeffizienten gabenihnen den Namen. Als schnell ansprechendeHilfe zur Defrostung beim morgendlichenKaltstart gibt es sie seit langemfür die automobile Standardspannung14 Volt. Es liegt nahe, die deutlichbesser einsetzbare Hochspannung derFahrbatterie in der Größenordnung 200bis 450 Volt dafür zunutzen. Eberspächererweiterte sein Sortiment von PTC-Heizern deshalb schon früh umModellefür Hochspannung.Behr setzte ebenfallsauf diese Technik.WärmeträgerWasserInzwischen geht der Trend jedoch dahin,die Wärmeenergie in Wasser zu überführen,um –wie erwähnt –die konventionelleHeizung ohne zusätzliche Maßnahmennutzen zu können. Hochspannungskabelim Innenraum und überhauptPTC-Elemente in der Luftverteilungentfallen. Der Wasserkreislauf kann zudemzur Vorkonditionierung der Batteriebei Kälte dienen.Den Anfang bei der neuen KategorieHochvolt-Wasserheizung machte vor rundeinem Jahr Webasto. Das entsprechende,mit 1,9 Kilogramm sehr leichte, Gerät arbeitetim Gegensatz zur PTC-Technik miteinem nahezu konstanten Widerstand,bietet also auch bei steigender Wassertemperaturdie volle Heizleistung. Sie ist lautProjektleiter Dr. Christian Hainzlmaierim Bereich zwischen 100 Watt und fünfKilowatt über die integrierte Elektronikstufenlos regelbar.Auch die Anpassung andie Betriebsspannung geschieht im Heizgerätselbst. Das ist mit einem Raumbedarfvon nur 1,5 Liter sehr flexibel imMotorraum einzusetzen.Webasto hat sich bei der Entwicklungehrgeizige Ziele gesetzt. „Seltene Erdenund anderekritische Rohstoffe sind darinnicht enthalten. Und das Heizelementstellen wir selbst her“, erklärt Hainzlmaier.Damit sei das Unternehmen von weiterenLieferanten unabhängig und vorLieferengpässen sicher.Der ProduktionsstandortDeutschland verstärkedies noch.Die OEMs schätzen so etwas sehr undzeigen dementsprechend großes Interesse36 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEGünstiges Packaging: WebastosHeizgerätimMotorraum.Bild: WebastoBild: WebastoBild: BehrBild: BehrDr.Joachim Damasky, Vorstandsvorsitzenderdes WebastoUnternehmensbereichsfür Thermosysteme:„Unser Portfolio für dieBeheizung vonHybrid- und Elektrofahrzeugenist nun komplett.“Dr.Markus Wawzyniak,LeiterVorentwicklung Klimatisierung beiBehr,setzt auf Induktion: „DieHeizbleche haben durch die induktiveEnergieübertragungkeinenKontakt mit der Hochspannung.“Wärmtinduktiv:Dieneue Hochvolt-HeizlösungvonBehr.an der Entwicklung aus dem bayerischenStockdorf. „Viele unserer bestehendenKunden, aber auch neue, haben bereitsMuster fürihreinternen technischen Prüfungengeordert“, bestätigt Dr. JoachimDamasky, Vorstandsvorsitzender desWebasto Unternehmensbereichs fürThermosysteme. Einen Serienauftrag einesOEM gibt es ebenfalls bereits. „Mitdiesem Produkt ist unser Portfolio fürdieBeheizung von Hybrid- und Elektrofahrzeugenkomplett“,ergänzt Damasky.Es handelt sich um eine sehr effektiveHeizung. Dr. Christian Hainzlmaier beziffertden Wirkungsgrad mit 99 Prozent.Diese Leistungsfähigkeit sei auf das verwendeteWiderstandsmaterial und diepatentierte Geometrie des Wärmetauscherszurückzuführen. „Beides ermöglichteinen höheren Wirkungsgrad als ihnandere Lösungsansätze bieten“, sagt derProjektleiter. Die Sicherheit gewährleistetWebasto durch dreistufige, mehrfachredundant ausgelegte Schutzfunktionen.Ein Beispiel sei das Aluminiumgehäuse,das vor Durchschmelzen sicher sei. Derzeitkann Webasto das Heizgerät mit einerMaximalleistung von fünf Kilowattliefern. „DasKonzept ist aber skalierbar“,ergänzt Hainzlmaier. „Es gibt von Seitender OEMs Interesse sowohl für höhere,als auch niedrigere Leistungen.Der Behr-Weg heißtInduktionVor kurzem stellte auch Behr einenHochvoltheizer für den Wasserkreislaufvor.Das Unternehmen setzt dabei wederauf PTC-Technik, noch auf Heizelemen-te,die mit der Kühlflüssigkeit in Kontaktkommen. Behr arbeitet mit Induktion.„Die Wärmeerzeugung erfolgt direkt imKühlmittel. Es gibt keine thermischenÜbergänge zwischen Heizelement undWärmeübertrager“, erläutert Dr. MarkusWawzyniak, Leiter Vorentwicklung Klimatisierungbei Behr.BesondereVorteilehabe dies bei der Sicherheit. „Die Heizblechehaben durch die induktive Energieübertragungkeinen Kontakt mit derHochspannung“,erläutert der Entwickler.Und bei Ausfall der Leistungselektronikschalte sich die gesamte Heizung wegender physikalischen Eigenschaften prinzipbedingtvon alleine ab. Zuden weiterenVorteilen zählt laut Behr das sehr schnelleAnsprechen der induktiven Heizung.Mit 2,3 Litern benötigt diese Heizungetwas mehr Bauraum als das Pendantvon Webasto. Bei den Regelungsmöglichkeitenfür Leistung und Betriebsspannungsind die beiden Lösungen vergleichbar.In der Klimatisierung müssen dieAutmobilhersteller in ihren ElektrooderHybridmodellen derzeit noch mehroder weniger konventionelle Wege gehen.Die Kälteerzeugung unterscheidetsich höchstens im Antrieb des Verdichters.DieseKompressoren werden in dengenannten Fahrzeugen eben elektrischbetrieben, also auch wieder aus derHochspannungs-Batterie. Klar bemühtman angesichts des hohen Gutes derKapazität alle Fortschritte, die in denvergangenen Jahren in der Klimatechnikerreicht wurden. Interne Wärmetauschergehören ebenso dazu, wie eine optimierteLeitungsführung im Motorraum.Grundlegend ändern könnte sich dieSituation mit der Wärmepumpe für dieHeizung und Klimatisierung im Auto.Siewürde den Energiebedarf deutlich reduzieren.In einem Rechenbeispiel vonBehr reduziert eine Beheizung mit PTC-Elementen die Reichweite eines kleinenE-Fahrzeugs bei null Grad Außentemperaturum 45 Prozent. Bei der Wärmepumpewären esnur 16 Prozent.Doch die Sache hat mehrere Haken.Der erste sind die Probleme bei Temperaturenunter null Grad und speziellenWettersituationen, die den Außenwärmeübertragervereisen lassen. Diesesvom Einbauplatz und dem Aussehen mitdem Kältemittelkondensator vergleichbareTeilmuss dann per Umkehrung derWirkung auf die Beheizung abgetautwerden. Im Klartext, heißt dies, dass dieWärmepumpe immer wieder kurzfristigals Klimaanlage arbeiten muss. Bei tiefenTemperaturen wird diese Technikzudem nicht als Heizung alleine ausreichen.Eine Ergänzung mit anderen Wärmequellenwie etwa den Hochvoltheizernist nötig.Technisch bereiten den Ingenieurennach den Worten von Dr. Markus Wawzyniakdie zahlreichen Ventile und Drosselnim Kreislauf Probleme. Sie machenein solches System deutlich komplexerals eine vom physikalischen Prinzip herähnliche Klimaanlage.Wann die Wärmepumpeim Auto serienreif sein wird, istderzeit noch unklar. Fritz Lorek ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201337

TECHNOLOGIEVorsicht, Hochspannung!CARGO FROM HELL – Höllenfracht heissen Lithium-Ionen-Akkus im Jargon der Transportflieger.Denn in den Batterien steckt Brennstoff und Zündquelle gleichermassen. Das giltauch für den E-Autobetrieb.Doch OEMs sehen ihreKonstruktionen auf der sicheren Seite.Bild: thomasp24/Fotolia.comStartverbot. Rund 50 Flugzeugemüssen am Boden bleiben, weildas Unfallrisiko zu groß ist. Derneue Passagierjet Dreamliner wird zumAlbtraum für Boeing. Der Grund: Kurzschlussgefahr.Die Lithium-Ionen-Batterienan Bord des Jets erweisen sich alsbrandgefährlich; einer musste deshalbsogar notlanden.Die Meldungen über den Dreamliner,die Anfang dieses Jahres um die Weltgingen, kamen für Sicherheitsexpertennicht überraschend. Seit langem schonbeobachten sie den verstärkten Einsatzvon Lithium-Ionen-Batterien mit gemischtenGefühlen und warnen vor möglichenGefahren –auch im Elektroauto.Erst im Sommer letzten Jahres hatteWilfried Jäger, Chef des VDE-Instituts,strengere Sicherheitsvorschriften gefordert,um die Brandgefahr zu verringern.Auch der Gesamtverband der DeutschenVersicherungswirtschaft (GDV) sprichtmit Blick auf das Elektroauto von „völligneuartigen Risiken.“ Die größte Gefahrenquellesei das Hochspannungs-Bordnetz,vor allem aber die Lithium-Ionen-Batterien mit ihren komplizierten elektrochemischenProzessen. „Die Speicherkapazitätensind im Vergleich zukonventionellen Batterien größer –ebenso aber auch die Brandgefahr“,schreiben die GDV-Fachleute in einemFordertstrengereSicherheitsvorschriften fürElektroautos,umdie Brandgefahr zu verringern:Wilfried Jäger, Chef des VDE-Instituts.Bild: VDEMerkblatt zur Schadenverhütung. Konkretwarnen sie vor „Selbstentzündungendurch technische Defekte und heftigenBrandereignissen“.Forschung hinkt dem Markt hinterherDiesem und anderen Problemen widmensich seit kurzem Experten im Rahmendes von der Bundesregierung gefördertenForschungsprojekts „SafeBatt“. Eskommt allerdings reichlich spät. Dennwährend die Forscher noch bis 2015 forschen,kommen bereits die ersten Elektroautosauf den Markt und viele Interessentenfragen sich, ob sie mit der umweltfreundlichenAntriebstechnik sicherunterwegs sind?Die Sorge ist nicht unbegründet.Denn wer ein Handy oder ein Notebookmit Lithium-Ionen-Akku besitzt, weißwas passieren kann: Die Geräte werdenheiß –manchmal sogar sehr heiß. Dasliegt an den chemischen Prozessen inden Batteriezellen, denn vor allem beistarker Entladung bewirkt der Ionen-Austausch zwischen den Elektroden,dass sich die Materialien stark aufheizen.38 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEIn ungünstigen Fällen droht sogar eineÜberhitzung der Batterie und die hauchdünnenTrennfolien zwischen den Elektrodenverglühen. Die Folge: Kurzschluss.Dann fließen plötzlich so hohe Strömeund es entsteht ein so gewaltiger Überdruck,dass die Batterie im schlimmstenFall explodiert und Feuer fängt. Als„thermal runaway“ bezeichnen Fachleutediesen Hitzekollaps –esist quasi derSuper-GAU einer Batterie.Weil solche Kettenreaktionen durchauskeine Theorie sind, gelten weltweitstrenge UN-Vorschriften für den Transportder Akkus.Nach dem Absturz einesmit Lithium-Ionen-Akkus beladenenJumbo-Jet des Paketdienstes United ParcelService im September 2010 bei Dubaigaben US-Behörden erneut einen „Sicherheitsalarm“heraus, der über dieGefahren beim Transport von Lithium-Ionen-Batterien informierte.Inder Luftfahrtbezeichnet man solche Ladungeninzwischen als „Cargo From Hell“ –Fracht aus der Hölle.Die UN-Vorschriften sollen das Risikobeim Transport der Batterien verringern,doch für den Einsatz im Auto gibtes noch keine vergleichbaren Standards–obwohl die Gefahr auch hier latent ist.„Anders als bei konventionellen Kraftstoffenwie Benzin, Diesel oder Gasweisen die Batterien das erhöhte Risikoauf, dass sie Brennstoff und Zündquellein einem Gehäuse vereinen“, erklärtMarkus Egelhaaf,Unfallforscher bei derDEKRA. Allerdings habe die Prüforganisationumfangreiche Tests durchgeführtund festgestellt, dass Elektroautosmit Lithium-Ionen-Batterie „im Brandfallmindestens genauso sicher sind wieFahrzeuge mit konventionellem Antrieb“.Nur: Die DEKRA testet im Auftrag derPkw-Hersteller,Prüfergebnisse neutralerInstitutionen gibt es nicht.Angst vordem „thermal runaway“Elektrische Überladung und mangelhafteKühlung gelten als die Hauptursachenfürdie gefährlichen Selbstentzündungen.Um das zu verhindern, entwickeln AutoundBatteriehersteller ein ausgeklügeltesSystem, das die Batterien kontinuierlichüberwachen soll. Stromstärke, Spannung,Temperatur und Ladezustand werdenpermanent kontrolliert und geregelt. Einespezielle Kühlung soll dafür sorgen,dass die Temperatur in den Zellen stetsim unkritischen Bereich zwischen 35 und40 Grad Celsius bleibt. Das bedeutet: ImSommer muss der Akku gekühlt und imWinter gewärmt werden. BMW verwen-Während der ADAC ein gut sichtbares Kontrolllichtander Karosserie vorschlägt,wärenBrandexpertenbereits zufrieden,würde man die E-Modelle mit Lithium-Ionen-Batterie deutlichkennzeichnen.det dafürimneuen i3 das Kältemittel derKlimaanlage, Mercedes-Benz will dasZellmodul mit einem eigenen Wasser/Glykol-Wärmetauscher ausrüsten, derdie Batterie thermisch bei Laune hält. ImFokus der Entwickler steht aber vor allemdie Eigensicherheit jeder einzelnenBatteriezelle. UmKurzschlüsse und dendadurch verursachten „thermal runaway“zu verhindern, raten Sicherheitsexpertenzum Einsatz so genannter„Shut-down“-Separatoren aus Kunststoff,die bei übermäßiger Erhitzungschmelzen, die Poren der Membran verschließenund die Zelle somit lahmlegen.Mercedes-Benz geht einen anderen Wegund will batterieinterne Kurzschlüssedurch spezielle Keramikseparatoren inden Zellen verhindern, erklärt FirmensprecherMatthias Brock und spricht voneiner „validierten Betriebsstrategie, diekritische Zustände verhindert“. AuchBMW betont, man habe „aufwendigeÜberwachungsalgorithmen und SensorenanBord, die dafür sorgen, dass dieBatterie immer in einem sicheren Zustandbleibt“.Die sorgfältige Überwachung undTemperaturregelung des Akkus währendder Fahrt ist aber nur eine Aufgabe, diees zu lösen gilt. Zusätzlich geht es auchum die Sicherheit der Elektroautos beimUnfall. Fachleute befürchten erheblicheRisiken, wenn die Lithium-Ionen-Batte-rie durch eine Kollision so stark beschädigtwird, dass sich einzelne Zellen kurzschließenund außer Kontrolle geraten.Besonders problematisch wird es, wennElektroautos statt mit einem zentralplatzierten Batteriepaket mit mehrerenkleinen Akkumodulen ausgerüstet werden,die aus Platzgründen auch in denAußenbereichen der Karosserie untergebrachtwerden. Hier besteht die Gefahr,dass die Zellen schon bei kleinen Karambolagenbeschädigt werden. „DieBatteriemodule sind durch ein stabilesGehäuse und die Karosserie zuverlässiggeschützt, damit sie auch im Crashfallnicht beschädigt werden“, erklärt BMW-Sprecherin Katharina Singer.In jedem Fall gilt es, bei einem Crashschnell zu handeln. Um aufprallbedingteBatteriereaktionen zu verhindern, hatman zum Beispiel bei Mercedes-Benzein mehrstufiges Sicherheitskonzept entwickelt,das nach einem Unfall die automatischeAbschaltung und Entlastungdes Hochvoltsystems vorsieht. In wenigerals fünf Sekunden soll die Spannungauf unter 60 Volt gesenkt werden –auchum das Risiko eines Stromschlags beimBerühren der Karosserie zu verringern.Zeitbombe Crash-BatterieAllerdings: Für die elektrochemischenProzesse im Inneren der Zellen gibt eskeinen Schalter –sie laufen auch nachBild: AudiAUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201339

TECHNOLOGIEHoffnungsträgerFeststoff-Lithium-Ionen-BatterieBatteriesysteme sollen bei erhöhter Speicherkapazitätund gleichbleibender Sicherheitimmer langlebiger werden. Feststoff-Lithium-Ionenbatterienzählen zuden Hoffnungsträgern in der Batterieforschung.ImVergleich zu konventionellenLithium-Ionen-Batterien mit flüssigenElektrolyten haben diese so genannten„all-solid-state-Batterien“ die Nase vorne,was Sicherheit, Lebensdauer und Temperaturbeständigkeitanbelangt. Forscheraus den Bereichen Festkörperchemie,Physikund Materialwissenschaft suchen daherweltweit unter Hochdruck nach geeignetenFestkörper-Ionenleitern für den Einsatzin solchen Batterien. Viktor Epp vomInstitut für Chemische Technologien vonMaterialien der TU Graz nahm im Rahmenseiner Dissertation das Sulfid Li6PS5Brgenauer unter die Lupe,das in der Arbeitsgruppevon Hans-Jörg Deiseroth an derUniversität Siegen präpariert wurde. Mitder Methode der Lithium-Kernspinresonanzspektroskopie,wie sie im Christian-Doppler (CD)-Labor für Lithium-Batterienvon der Arbeitsgruppe rund um ProfessorMartin Wilkening betrieben wird, kam erzu einem Ergebnis, das nun frühere, vorläufigeArbeiten bestätigt: Die Lithium-Ionenim untersuchten Sulfid bewegen sichunglaublich schnell. Damit qualifiziertsich Li6PS5Br als Spitzenreiter unter denFestelektrolyten,die für die Anwendung inFeststoffbatterien in Frage kommen. Dieultraschnelle atomare Dynamik vonLi6PS5Br konnte mittels detaillierter Kernresonanzmessungennachgewiesen werden.„Je mehr wir über die Natur des Ladungsträgertransportsin Festkörpern wissen,desto klarer wird, welche MaterialienBild: TU Graz /ITCMMartin Wilkening,Professor amGrazer TU-Institutfür ChemischeTechnologie vonMaterialien undLeiter des CD-Laborsfür Lithium-Ionen-Batterien.sich optimal für die zukünftigeWeiterentwicklungvon Batterien eignen“, erklärtMartin Wilkening, der sich mit seinemTeam im CD-Labor der Untersuchung vonMikrostrukturen und dynamischen Prozessenin neuen Batteriematerialien verschriebenhat.Bild: VDEder Notabschaltung weiter und sind derGrund dafür, dass aus gecrashten Batterientickende Zeitbomben werden können.Äußerlich sehen die Akkus zwarvöllig intakt aus, doch in ihrem Innerenbrodelt es buchstäblich weiter.Dieses Phänomen war auch der Grundfür die verspätete Markteinführung desChevrolet Volt, der mit dem Opel Amperabaugleich ist. Nach einem Crashtesthatte die US-VerkehrssicherheitsbehördeNHTSA das Autowrack wie üblich in einemFreiluftlager abgestellt, wo esschließlich explodierte –allerdings erst 21Tage später.Offenbar war den US-Expertennicht aufgefallen, dass bei dem Crashtestdas Kühlsystem des Lithium-Ionen-Akkus beschädigt worden war, so dasssich die Zellen allmählich überhitztenund zerbarsten. Bei Aufpralltests deutscherPrüfinstitute ist dieses Problem aberbisher offenbar nicht aufgefallen. „DieBatterien der von uns getesteten Fahrzeugewerden nach dem Crash überwacht.Bislang kam es hier zu keinen Auffälligkeiten“,versichert DEKRA-UnfallforscherMarkus Egelhaaf.Offiziell vorgeschrieben ist eine solcheBatterie-Nachsorge allerdings nicht. Deshalbbetonen unabhängige Sicherheitsentwicklerimmer wieder, dass für Elektroautosandere Testvorschriften erforderlichseien als für Benziner und Diesel.Man müsse mehr Augenmerk auf diePhase nach einem Unfall legen und übereinen längeren Zeitraum beobachten,wie sich die Lithium-Ionen-Akkus dannverhalten. Buchstäblich brandgefährlichDas Thema Elektromobilitätbestimmtzunehmend die Tagesordnung am Arbeitsplatzzahlreicher Sicherheitsentwickler.Viele betonen immer wieder,dass für ElektroautosandereTestvorschriften erforderlich seien als für Benziner und Diesel.sei es auch, wenn ein Unfallwagen in derWerkstatt repariert und wieder auf dieStraßen geschickt wird, ohne dass einBatterieschaden bemerkt wurde.Unterdessen bereiten sich auchDeutschlands Unfallretter auf den Ernstfallmit einem E-Auto vor.Landauf,landabwerden Feuerwehrleute derzeit fürdieBergung verunglückter Elektro- und Hybridmodellegeschult. Ein wichtiges Themaist dabei beispielsweise die Verwendungdes richtigen Löschmittels. DennWasser ist keineswegs empfehlenswert:Es reagiert mit dem Lithium aus der Batterieund setzt dabei hochexplosiven Wasserstofffrei.Um das zu verhindern, habensich nach Ansicht der Fachleute der LandesfeuerwehrschuleBaden-Württembergspezielle Löschmittelzusätze und Wasser-Tensid-Gemische bewährt.Voraussetzung ist allerdings, dass dieFeuerwehrmänner am Unfallort rechtzeitigerkennen, dass sie es mit einemElektroauto zu tun haben. Während derADAC ein gut sichtbares Kontrolllichtan der Karosserie vorschlägt, wärenBrandexperten bereits zufrieden, wenndie E-Modelle mit Lithium-Ionen-Batteriedeutlich gekennzeichnet würden. Dasinternational bekannte Warnzeichen mitBlitzsymbol für „Vorsicht Hochspannung“wäre aus ihrer Sicht zwar wünschenswert,dürfte aber den Besitzernsolcher Modelle wenig gefallen. Dennwer will schon auf diese eindringlicheWeise signalisieren, dass sein Auto buchstäblichunter Hochspannung steht?Christof Vieweg ■40 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

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Bild: Africa Studio/Fotolia.comTECHNOLOGIEWiderstands-Kämpferfür E-MobilitätMit zwei Feinden haben Elektromobile weitausmehr zu kämpfen als andere Fahrzeuge:REIBUNGUND LUFTWIDERSTAND. Hilfenahtaber beispielsweise aus den Reihen der Entwicklervon Wälzlagern, Felgen und Reifen:EinblickeinAbwehrstrategien.Die elektromobile Technikweltmacht sensibel. Sie ist nicht nureine Welt neuer akustischer Erlebnisse,sondernauch einer weitaus differenzierterenWahrnehmung der Gesetzeund Möglichkeiten der Physik. So arbeitenMotor und Getriebe eines E-Powertrainsunter anderen Bedingungen alsMotor und Getriebe eines Fahrzeugs mitVerbrennungsmotor. Ein großer Unterschiedbesteht schon darin, dass ein elektrischerFahrmotor den gesamten Drehzahlbereicheines Fahrzeugs mit einemeinstufigen Getriebe abdecken kann.Grund dafür sind die inhärenten Eigenschaftendes Elektromotors,die es ermöglichen,einen kompakten E-Powertrainmit einer hohen Leistungsdichte zu konstruieren–insbesondere seine Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie. Die Kehrseiteder Medaille, soMichael Wahler, GlobalApplication Specialist E-Powertrain beimWälzlagerhersteller SKF, „ist allerdings,dass die Drehzahl eines Elektromotorshöher ist: Sie liegt derzeit bei 10 000 bis12 000 min -1 .Tatsächlich geht der Trendzu noch höheren Drehzahlen.“ Ein konventionellerVerbrennungsmotor hingegenbewegt sich schon bei 6000 bis 7000min -1 im „roten Bereich“. Folge der höherenDrehzahl und der durch die Reibungerzeugten höheren Temperaturen sindanspruchsvollere Betriebsbedingungenfür die Rotorlager.Leistungspotenzial optimal ausreizenLetztlich führt dies zu der Situation, dassStandard-Antriebsstrangkomponentennicht mehr das Optimum verkörpern.Michael Wahler: „Stattdessen sollte beider Entwicklung eines E-Powertrains diegesamte Konstruktion des Lagersystemsneu überdacht werden.“Andernfalls bestündedas Risiko, dass das Potenzial einesElektrofahrzeugs nicht vollständigausgenutzt wird, unerwartete Leistungs-Bild: SKFprobleme auftreten und die Entwicklunglänger dauert als nötig.„Um derartige Probleme zu vermeiden,empfiehlt es sich, die Lagerherstellervon Anfang an in den Entwicklungsprozessmit einzubeziehen. Denn eineverminderte Reibung in einem LagerundDichtungssatz kann die gesamteLeistung positiv beeinflussen.Daher ist es außerordentlichwichtig,inBezug auf die Lagerund Dichtungen die fürden jeweiligen AnwendungsfalloptimalenKomponenten auszuwählen“,sagt ExperteWahler.Lager und Dichtungenbefinden sich sowohlim elektrischenFahrmotor als auch imGetriebe eines E-Powertrains.Der Rotor desMotors ist in der Regelmit Fest- und Loslagernausgestattet. Dies sindüblicherweise dauergeschmierteund -gedichteteRillenkugellager.Natürlich müssen die Lagerden Belastungen und Temperaturendieser speziellen Anwendungstandhalten und dabei so leise und vibrationsarmwie möglich laufen. Der typischeBetriebstemperaturbereich liegtzwischen –40°C und +150°C.Außerdemmüssen die Lager über ein möglichstgeringes Reibungsmoment verfügen, umden Gesamtenergieverbrauch zu optimieren.Zur Entwicklung von energieeffizientenRotorlagern, die diesenAnforderungen genügen, istdemnach eine ganze Reihe speziellerLösungen erforderlich.Denn diese Rotorlager müssenweit mehr als die „Standardmerkmale“qualitativ hochwertigerLager mit sich bringen.Michael Wahler nennt einBeispiel: „Die Verwirklichungeines weiter minimiertenRollwiderstandserfordert eine ganz be-Energieeffiziente Lager (hierdas SKF eDrive-Kugellager)haben eine hohe Bedeutungfür die weitereEntwicklungvonElektrofahrzeugen.42 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

TECHNOLOGIEReibungsreduziertrollenAuch die Reifenhersteller wissen um ihre„Hausaufgaben“: Mit einer optimiertenGestaltung von Karkasse,Gummimisondereinnere Geometrie. Ein für hoheDrehzahlen ausgelegter Polymerkäfigund eine reibungsarme Dichtung sindweitere wichtige Merkmale. Unverzichtbarist außerdem ein Langzeitfett, dasden hohen Drehzahlen und Temperaturenstandhält.“Wahler wird konkret: „Kombiniertman diese Merkmale auf optimale Weise,erhält man ein energieeffizientes Rotorlager,dessen Reibungsmoment um bis zu30 Prozent niedriger ausfällt als bei einemherkömmlichen Lager. Und verwendetman in den Kugellagern von ElektromotorenKeramikkugeln, lässt sich die Fähigkeitzum Betrieb bei hohen Drehzahlenum bis zu 40 Prozent verbessern.“Mit anderenWorten: Man kann die Drehzahlgrenzeweiter nach oben treiben.Windschnittigeund leichte FelgenGewissermassen in die Gegenrichtungunterwegs ist die Otto Fuchs Gruppe.Die Werkstoffspezialisten und Umformtechnikerwollen das Gewicht von Fahrzeugrädernund den aerodynamischenWiderstand von Felgen nachhaltig nachunten bewegen. Ein Speichen-Designerlaubt in der Regel ein günstiges Gewichtbei allerdings schlechten aerodynamischenKennwerten durch die starkeVerwirbelung der Luft, während einemöglichst geschlossene Außenfläche desRades eine gute Aerodynamik ergibt.Sehr breite Speichen lassen sich allerdingsim Kokillengussverfahren, demStandardherstellungsverfahren für Aluminiumräder,ausgießtechnischen Gründennur bedingt in sehr dünner Wandstärkeherstellen, so dass diese so genanntenAerodesigns praktisch zwangsläufigzu hohen Radgewichten führen.Einen Ausweg biete hier die Schmiedetechnik:Sie erlaubt eine Gestaltungaerodynamisch günstiger, weil sehr geschlossenerDesigns durch eine gleichsam„arbeitsteilige“ Gestaltung desSchüsselbereiches der Felge: Die tragendeFunktion übernehmen mit einem großenHöhe-zu-Breite-Verhältnis ausgestalteteRippen, die sichtseitig mit einersehr dünnen “Schwimmhaut“ verbundenwerden. Die dabei möglichen Wandstärkenvon etwa vier Millimetern ergebenein sehr geringes Flächengewicht derRadschüssel bei gleichzeitig hoher,durchdie rückseitigen Rippen bedingten, Stabilität.Ermöglicht wird die Umsetzungdieses konstruktiv bekannten Konzeptesdurch die Schmiedetechnik, die die darausresultierenden Querschnittsübergängevon dünner Schwimmhaut auf hoheMichael Wahler,Global Application SpecialistE-Powertrain,SKF: „Durch Keramikkugeln inKugellagern vonElektromotoren lässt sichdie Fähigkeit zum Betrieb bei hohen Drehzahlenum bis zu 40Prozent verbessern.“Versteifungsrippen fertigungstechnischumsetzen kann. Im Ergebnis entstehenso Räder mit einer gelungenen Eigenschaftskombinationaus hervorragenderAerodynamik und außerordentlich geringemGewicht. „So konnte für einneuartiges Elektrofahrzeug ein Rad inder Dimension 5x19 mit einem Gewichtvon sieben Kilogramm serienreif entwickeltwerden“, heisst es in einem technischenStatement des Unternehmens ausMeinerzhagen.Holt auch mehr Laufleistung aus der Batterie:Geschmiedetes Leichtbaurad mit niedrigemC W-Wert.Bild: OttoFuchsschung und Profilierung könnten OEMsFahrzeuge mit weniger Energieverbrauch,geringeren Emissionen und kürzeremBremsweg in die Märkte schicken.Laut Lanxess-Manager Axel Vaßen entfallen20 bis 30 Prozent des Energiebedarfseines Pkw auf den Rollwiderstandder Reifen. Der Spezialchemie-HerstellerLanxess arbeite intensiv an Verbesserungenim „Zieldreieck“ Rollwiderstand–Haftung –Langlebigkeit. Es sei bereitsgelungen, den Rollwiderstand konstruktivum zehn Prozent herabzusetzen.Nicht zu unterschätzender Nebeneffekt:„Grüne Reifen“ könnten einen Pkw ausTempo 80 km/h heraus um bis zu vierFahrzeuglängen früher sicher zum Stehenbringen.Conti.eContact nennt Continentalseinen speziell für Elektrofahrzeuge entwickeltenReifen. Denn Pneus für „dieElektrischen“ müssen mit deutlich niedrigeremRollwiderstand und geringemGeräuschniveau punkten, während dieHochgeschwindigkeitsanforderungengeringer sind. Um die Fahrstabilität unddas Handling auf hohem Niveau zu halten,sind teilweise unterschiedliche Profilvarianten,auch für die Vorder- undHinterachse,inProduktion. Dabei unterscheidensich auch die Reifengrößen jenach Fahrzeugart: So werden für leichteStadtfahrzeuge eher kleinere, schmalereDimensionen benötigt, während für e-Cars mit mehr Volumen die Reifen fürdie 20-Zollfelgen kommen werden.Der Conti.eContact wird im WerkKorbach gefertigt und bildet beispielsweisefür den Renault Twizy die Schnittstellezur Fahrbahn. „Mit einem um etwa30 Prozent reduzierten Rollwiderstandermöglicht der Conti.eContact einenReichweitengewinn von bis zu zehn Prozent“,heißtes bei Continental.Möglich macht das vor allem der ungewöhnlichgroße Reifendurchmesser(195/55 R20). Durch ihn verringert sichdie Verformung des Reifens beim Einlaufin die Bodenaufstandsfläche, wodurchder Rollwiderstand erheblich reduziertwird. Gleichzeitig kann so dieselbeTragfähigkeit wie bei bisher üblichenReifen erreicht werden. Zusätzlich hatContinental die Seitenwand des Reifensso gestaltet, dass weniger Energie beimEin- und Ausfedern des Reifens verlorengeht. Genau wie die sehr glatten undweitgehend geschlossenen Felgen verzichteter zudem auf die üblichen Kantenund Designelemente,umden Luftwiderstandso gering wie möglich zu halten.Christian Klein ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201343

FERTIGUNGBatterien in Schwarz-Rot-Gold?Die Batterietechnik bietet für Deutschland die langfristigeChance, sichals LEITANBIETER für Elektromobilität zupositionieren. Die Kernkompetenzdabei: Qualitätund Sicherheit des Batterie-Gesamtsystems.Bild: DaimlerNoch sind die aktuelle Rolle sowiedie kurzfristigen PerspektivenDeutschlands bei der Batterieproduktionfürelektrifizierte Antriebe iminternationalen Vergleich eher bescheiden– glaubt man dem Roland Berger„Index Elektromobilität.“ Denn darinführt Japan das Industrieranking bei derProduktion von Batteriezellen derzeit an,während Südkorea die größten Wachstumschancenattestiert werden. Zwar verbessernder Studie zufolge Deutschlandund Frankreich ihrePosition bei der Fahrzeugherstellung,die weltweite Produktionvon Elektrofahrzeugen sieht Bergerjedoch rückläufig. Aufgrund der damitverbundenen Marktkonsolidierung wirdsich die Batterieherstellung in Zukunftverstärkt auf Japan und Südkorea konzentrieren.So erwarten die Experten bis2015 eine Zellenproduktion von mehr als7000 MWh inJapan und von mehr als4200 MWh in Südkorea, Deutschlandhingegen wird hier mit rund 200 MWhauch innaher Zukunft nur eine geringeRolle spielen.Um die Bedeutung der Bundesrepublikbei der Batterieproduktion mittelfristigzu stärken, werden zur Zeit umfangreicheFörderprogramme fürForschungs-,Entwicklungs- und Demonstrationsvor-haben im Bereich Elektromobilität aufgelegt,deren Fokus unter anderem auchauf die Entwicklung,Produktion und denMarkthochlaufhlauf neuer Batterietechnologiengerichtet ist.So arbeitet das Fraunhofer ISI in demvom Forschungsministerium in Auftraggegebenenn Projekt „Energiespeicher-Monitoringng für die Elektromobilität“(EMOTOR) an einer Strategie, wie derWirtschaftsstandort Deutschland im Be-reich der Energiespeichertechnologienzum Leitanbieter werden kann.In diesem Rahmen führten die senschaftlerer eine „Innovationssystemanalysedurch,deren Fokus sowohl aufdie aktuellen als auch auf die zukünftigenEntwicklungen von Energiespeichertechnologiengerichtet ist – beginnendbei der Werkstoffforschung undWis-Nanotechnologienologie bis hin zur Integrationder Speichertechnologien in ihre Anwendungskonzepte.Die Analyse kommtzu dem Schluss,dass Deutschlands Chancenim internationalen Vergleich darinliegen, dieForschung und Entwicklungauf Lithium-Ionen-Batterie-Zellenium-Ionen-Batterie-Zellen derdritten und vierten Generation zu konzentrieren–beispielsweise auf die Hoch-Beim Bau kompletter Batteriesysteme − bestehend aus den Batteriezellen,einem Batterie-Management-Systemsowie einem isolierten Gehäuse mit Thermomanagement − ist Deutschlandim internationalen Wettbewerb aktuell besser aufgestellt und könnte hier in den kommendenJahren zum Leitanbieter werden.Bild: puckillustrations- Fotolia.comvolt-Entwicklung bei Lithium-Ionen-Batterien (LIB) oder auf neue Batteriekonzeptewie die Lithium-Schwefel- undLithium-Luft-Batterie.An bestehende Stärken anknüpfenFür Dr. Thomas Reiß, Projektleiter amFraunhofer ISI, steht bereits fest: „Umnach 2020 eine wettbewerbsfähige Batteriezellproduktionaufzubauen, solltensich deutsche Unternehmen auf Qualitätund Sicherheit des Batterie-Gesamtsystemskonzentrieren. Was Kapazität, Lebensdauerund Zuverlässigkeit von Batteriesystemenanbelangt, kann Deutschlandseine Stärken schon heute ausspielen.“Deutschland sollte dabei auf seineKompetenz in der Systemintegration deraktuellen Batterietechnologien setzenund diese in der Automobilindustrie ausbauen.So könne der Rückstand vor allemauf die asiatischen Länder aufgeholtwerden.Die Fraunhofer-Analyse stellt allerdingsebenfalls fest, dass Deutschland biszum Jahr 2020 aller Voraussicht nachnoch nicht zum Leitanbieter im Bereichder Zellproduktion von Batterien werdenkann. Beim Bau kompletter Batteriesysteme−bestehend aus den Batteriezellen,einem Batterie-Management-System sowie einem isolierten Gehäusemit Thermomanagement −ist Deutsch-44 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FERTIGUNGBild: DaimlerUm die Bedeutung der Bundesrepublik bei der Batterieproduktion mittelfristig zu stärken,werdenzur Zeit umfangreiche Förderprogramme für Forschungs-, Entwicklungs- und Demonstrationsvorhabenim Bereich Elektromobilitätaufgelegt,deren Fokusunter anderem auch auf dieEntwicklung,Produktion und den Markthochlauf neuer Batterietechnologien gerichtet ist.land im internationalen Wettbewerb hingegenbesser aufgestellt und kann hier inden kommenden Jahren durchaus zumLeitanbieter werden. Die Studie fordertabschließend die Inbetriebnahme vonPilotanlagen in Deutschland, um Knowhowin der Produktion zukünftiger LIB-Generationen aufzubauen.Um genau dieses Know-how bei derHerstellung von großen Lithium-Ionen-Zellen zu verbessern, wird amZentrumfür Sonnenenergie- und Wasserstoff-ForschungBaden-Württemberg (ZSW) inUlm bis 2015 eine Forschungsproduktionsanlageentstehen. In dieser sollen seriennaheHerstellungsverfahren undneue Materialien für standardisierteprismatische Lithiumakkus entwickeltwerden. Die gesteckten Ziele der vomLand Baden-Württemberg und vomBundes-Forschungsministerium gefördertenAnlage bestehen darin, Qualitätund Sicherheit der Lithiumbatterien zuerhöhen sowie die Kosten zu senken, umso eine starkeZell- und Batterieindustriein Deutschland aufzubauen. In dem3000 Quadratmeter großen Gebäudewird eine Fertigung von mindestens 300Zellen pro Tag mit reproduzierbarer,hoher Qualität und Ausmaßen nachDIN-Standards angestrebt.„Mit der Forschungsproduktionsanlagewird inDeutschland eine strategischwichtige Kompetenz aufgebaut“, sagtProfessor Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand.„In den letzten Jahren konntenwir am ZSW große,international beachteteFortschritte in der Lithium-Ionen-Zelltechnologie erzielen. Die Ausweitungunserer Kompetenzen auf seriennaheFertigungsprozesse zur Herstellungvon großen Zellen im Standardformat istjetzt die logische Konsequenz.“Die geringe Effizienz von Fahrzeugbatteriensteht bislang einer adäquatenReichweite von Elektroautos entgegen– dieses Problem geht nun das Forschungsprojekt„TopBat“ (TemperaturoptimierteBatteriemodule mit instrumentiertenZellen) an. Neben Opel alsProjektkoordinator, beteiligen sich daranauch die Fraunhofer Institute für Siliziumtechnologie(ISIT) und jenes fürTechno- und Wirtschaftsmathematik (IT-WM) sowie die SGL Group.TopBat soll der Lithium-Ionen-Technologiedurch die Erforschung neuer Materialienmit besonderen Eigenschafteneinen zusätzlichen Schub geben. Dazuwerden in der ersten Phase des Projektsinnovative graphitbasierte Funktionsmaterialiendurch die SGL Group untersuchtund fürden Einsatz in den Modulendes weiteren Projektverlaufs ausgewählt.Das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologiewird die Lithium-Batteriezellenfürdie Batteriemodule herstellen und mitSensoren ausstatten, um Temperatur- undLadezustand exakt zu erfassen.Thermalsystem beherrschenDas Zusammenspiel von Batterien undThermalsystemen wird mit Hilfe von Simulationsmodellenoptimiert, indem verschiedenethermische Fragestellungenbetrachten werden. Diese Aufgabekommt dem Fraunhofer-Institut fürTechno-und Wirtschaftsmathematik zu. Alselementarer Bestandteil eines umfassendenEnergiemanagement- und Sicherheitskonzeptesfür Elektrofahrzeuge hatdas Batteriethermalsystem die Aufgabe,die Batteriezellen zu kühlen und sicherzustellen,dass sie im zugelassenen Temperaturbereichbetrieben werden. Dabei müssenalle Leistungs- und Lebensdauer reduzierendenBetriebszustände vermiedenwerden. Innovative,marktfähige Konzeptesollen zugleich kostengünstig und tauglichfür die Serienfertigung sowie einfachzu integrieren sein.Dr. Ralph Stenger, Direktor der Vorausentwicklungbei Opel, zu den Projektinhalten:„Temperatur-optimierteBatteriemodule sind Schlüsseltechnologiender Elektromobilität. Daher stehenbei TopBat die thermischen Aspekte einesBatteriesystems im Mittelpunkt. ImRahmen des Forschungsauftrags untersuchenwir folgerichtig neuartige Konzeptefür Batteriemodule sowie das zugehörigeThermalsystem.“Ebenfalls vom Forschungsministeriumgefördert, entsteht am BatterieforschungszentrumMEET (Münster ElectrochemicalEnergy Technology) der UniMünster ein „weltweit einzigartiges“Elektrolyt-Labor. Der Elektrolyt ist nebender Kathode und Anode die dritteHauptkomponente einer Batteriezelleund beeinflusst ihre Sicherheit, Lebensdauersowie die Leistungsfähigkeit –erist daher ein zentrales Thema in der Batterieforschung.„Dieses Labor wird unsauf dem Gebiet der Elektrolyt-Forschungdeutlich voranbringen. Es ist einAlleinstellungsmerkmal –weltweit gibtes kein Labor,das eine solch umfassendeSynthese und Analyse ermöglicht“,preistProf. Dr. Martin Winter, wissenschaftlicherLeiter am MEET, die Vorzüge desam 1. Juli gestarteten Projektes.DasBesondereandem nun entstehendenLabor ist, dass eine Hochdurchsatz-Testmethode – das so genannte HighThroughput Screening –auf die Elektrolyt-Forschungübertragen wird. „DieseForm der schnellen, automatisierten Präparationund Analyse von interessantenMaterialkombinationen ist ein Schlüsselbestandteildes Vorhabens“,erläutert MartinWinter. „Nur so können wir dem aktuellenWissens-, Erfahrungs- und Datenvorsprungder konkurrierenden Mitbewerber,insbesondereausdem asiatischenRaum, begegnen.“Und der ParlamentarischeStaatssekretär imBundesministeriumfür Bildung und Forschung, ThomasRachel prognostiziert: „Insgesamt habenwir in der Batterieforschung in den letztenJahren deutlich aufholen können. Dasneue Labor wird Deutschlands Rolle aufdem Weltmarkt weiter stärken“.Theo Gerstl ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201345

FERTIGUNGInterviewmit Thomas Savoir, MHP„Renaissance desAutomobilbaus“Die „Herausforderung Elektrofahrzeug“ bedeutet für den Automobilbau diekonstruktive AUSEINANDERSETZUNG mit gleich drei Themen: Neudefinition vonMobilität, neue Antriebssträngeund Energieversorgung.Supply Chain-ExperteThomas Savoir schließtVerschiebungen bei OEMs und Zulieferen nichtaus.ZurPersonThomas Savoir ist Leiter der ServiceUnit Supply Chain Managementund Associated Partner bei der Gesellschaft für ManagementundIT-Beratung MieschkeHofmann und Partner (MHP).Darüber hinaus ist er Gründer des Innovationscenters MTI innerhalbder Service Unit Supply Chain Management, aus dem auchdas strategische Thema E-Mobility und Green Logistics entwickeltwurde. Erhat 17 Jahre Erfahrung in den Bereichen Management-Beratung,Prozessberatung, Programm- und Projektmanagementsowie der Implementierung von internationalenIT Großprojekten.Neben seiner Programm-und Projektleitungskompetenzverfügt Savoir über umfangreiches Prozess- und IT-Know-how imBereich des Supply Chain Management inderProzess- und Automobilindustrie (OEM, Zulieferer und Importeure)und dem Maschinen-und Anlagenbau.AUTOMOBIL PRODUKTION: Elektromobilität wird die Supply-Chain langfristig verändern. Was sind die maßgeblichen Einflussgrößenund wasgenau wirdsich ändern?Zu betrachten sind Planungsprozesse, Sourcingprozesse undProduktionsprozesse,die Inboundlogistic und die Outboundlogistic,das Transportmanagement, After Sales und Recycling.Einfluss werden veränderte Produktionsverfahren nehmen unddurch einfachere Produktionsverfahren wird die Fertigungstiefein den Industrien abnehmen. Dadurch beeinflusst, wird natürlichauch das globale Transportvolumen steigen.Je einfacher Komponenten im Fahrzeugbau herstellbar werden,desto einfacher ist es natürlich auch, solche Komponentenfertigungeninternational dahin auszulagern, wo günstigereBeschaffungsmöglichkeiten entstehen. Zu den Herausforderungenan die Beschaffung gehört beispielsweise das Rohstoffthemader in China oder Südamerika vorkommenden SeltenenErden. Hier muss die Beschaffung intelligenter und günstigerorganisiert werden. Auch muss bereits in der Konstruktion intelligentüber Recycling-Komponenten nachgedacht werden, sodass beispielsweise die Magnete eines Elektromotors nichtmehr verklebt werden, sondern dem Fahrzeug nach Ende desProduktlebenszyklus wieder entnommen werden können.AUTOMOBIL PRODUKTION: Was bedeutet das für die WettbewerbspositionierungvonOEMs und Zulieferern?Durch die Mehrfachverwendung von teureren und höherwertigenRohstoffen könnten OEMs die Anforderung haben, dieseRohstoffe zu binden. Das wäre natürlich auch ein Vorteil imSinne interessanter Preismodelle für den Endkunden.Ich könnte zum Beispiel als OEM sagen, diesen Anteil derRohstoffe behalte ich in meiner Kapitalbindung und verkaufenur die anderen Komponenten des Fahrzeuges. Und die Rohstoffebinde ich an mich, indem ich sie beispielsweise verlease.Dadurch wird das Fahrzeug in Summe wieder günstiger.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie wirkt sich der Bau von E-FahrzeugenaufFertigungsprozesse und Sicherheitsanforderungen aus?Batterien müssen in einem exakt definierten Ladezustand gelagertwerden. Sind sie vollgeladen, habe ich einen Gefahrstoff.Wenn sie zu niedrig geladen sind, geht das schnell auf Kostender Langfristkapazität. Werden die Batterien zu warm gelagert,erhöht sich auch wieder das Risiko, sind sie zu kalt gelagert,ergeben sich längere Ladeprozesse.Die Sensibilität fürsicherheitsrelevante Abläufe wird sichändern müssen. Denn eine Traktionsbatterie ist bereits eineKomponente.Das heißt, sobald ich die Batterie eingebaut habe,habe ich schon ein fahrfertiges, mit Energie geladenes Fahrzeug.Wenn nun während der Fertigung ein Fehler passiert,könnte damit schon Energie freigesetzt werden. Daher mussman auch in der Produktion andere Qualitätsprüfpunkte setzen.Denn ich habe bereits weiter vorgelagert im Produktionsprozessdas Potenzial einer Aktivierung dieser Energien.Auch muss die Produktion den High-Voltage-Komponenten,etwa bei der Verlegung von Kabeln, Rechnung tragen. Hier46 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FERTIGUNGIch finde das BMW-Konzept sehr überzeugend. Nicht nur,weilBMW den mutigen Schritt gewagt hat, ein schickes und emissionsfreiesLeichtbau-Auto auf den Markt zu bringen. Sondernauch, weil das Drumherum ebenfalls passt. Alle Materialien,die verwendet werden, sind aus nachwachsenden Rohstoffen.Zudem hat BMW bewusst das Konzept auf den urbanen Bereichausgelegt und reagiert damit auf den Megacity-Trend.Und als i-Tüpfelchen lässt sich mit einem Range Extender dieReichweite verdoppeln. Dasist ein sehr durchdachtes Konzept,BMW ist da ein wirklicher Vorreiter.AUTOMOBIL PRODUKTION: Für die Produktion des i3 wurden aufdem BWM-Werk mehrereWindräder installiert......und genau das ist die richtige Story,genau das richtige Signal.BMW hat die Zeichen der Zeit erkannt. Der i3 und auchder i8 sind Teil eines ganzheitlichen, energie- und emissionsoptimiertenFertigungs- und After-Sales-Konzeptes.AUTOMOBIL PRODUKTION: Wie beurteilen Sie die E-Aktivitätender anderen Hersteller?Es ist schwierig,hierzu eine konkrete Aussage zu machen. Es istbei vielen Herstellern gerade einiges in Bewegung, der Teslafindet sich immer öfter auf unseren Straßen, Hybridmodellewie der Prius sind auch nicht mehr selten anzutreffen. Außerdemsind bei nahezu allen nahmhaften Herstellern spannendeKonzepte im Gespräch.BMW hat dieZeichen der Zeit erkannt.Das Konzeptist sehr überzeugendgeht es um andere Qualitätsanforderungen, die bereits in derFertigung berücksichtigt werden müssen und um eine spezielleQualifikation von Mitarbeitern. Das sind Aspekte, die sich direktauf Zulieferer und OEMs auswirken. Das geht natürlichbezogen auf den Transport noch weiter.AUTOMOBIL PRODUKTION: Meinen Sie das im Sinne der EnergieundEmissionsbilanz?Ich denke, solange Elektromobilität nur bezogen auf das Fahrzeugbetrachtet wird, ist das Ganze einfach noch nicht stimmig.China zum Beispiel hat in seinem Fünfjahresplan festgelegt,dass elektrische Energie mit Kohlekraftwerken erzeugt wird.Da brauche ich natürlich nicht über Elektrofahrzeuge nachdenken.Aus meiner Sicht müssen wir deshalb auch das Umfeldbetrachten. Das heißt, es macht durchaus Sinn, sich nicht nurauf die Fahrzeugproduktion zu konzentrieren, sondern auchauf die Bereitstellung der Energie, auf die Bereitstellung derInfrastruktur und natürlich auch auf die Auswirkungen beiKommunen und Gemeinden. Dasmöchte ich bewusst gar nichttrennen von den Supply-Chain-Veränderungen.AUTOMOBIL PRODUKTION: Würden Sie denn sagen, dass vor diesemHintergrund BMWmit dem i3-Konzept ein Musterknabe ist?AUTOMOBILPRODUKTION: Der 500er E-Fiatist komplett vonBoschelektrifiziert worden. Nun könnte sich Bosch eigentlich ja einenKarosseriebauer suchen,umdann etwaeinen „Bosch 500“ auf denMarkt zu bringen.Werden Zulieferer eines TageszuOEMs?Wir befinden uns gerade in einer Renaissance des Automobilbaus.Heutespielen anderePlayer mit, neue Zulieferer mischensich ein. Die haben natürlich auch einen starken Einfluss,etwaauf die Infrastruktur, die Lagermöglichkeiten, die Energieversorgung,die Steckernormung. Ich denke daher, dass sich dasVerhältnis zwischen Zulieferern und Herstellern tatsächlichneu definieren wird. Das ist Chance,aber auch Risiko zugleich.AUTOMOBIL PRODUKTION: Liegt das Risiko dann mehr auf Seitender klassischen OEMs?Zum einen müssen sich Versorger klar positionieren. Zum anderenmüssen OEMs natürlich auch Lösungen finden, sichnicht nur über den Antriebstrang oder über den Motor zu identifizieren.Man spricht ja auch vom i-Car. Das fordert einekonstruktive Auseinandersetzung mit den neuen, weiter gefasstenAnforderungen an Mobilität, mit neuen Technologien inder Antriebstechnik und natürlich auch mit neuen Technologienin Bezug auf die Energieversorgung.Wenn man diese dreiKomponenten mixt, dann könnte sich natürlich eine Vielzahlvon neuen Playern etablieren und es wärenVerschiebungen imAutomobilbau zu prognostizieren. Wie die dann aussehen werden,das ist offen. Aber ich denke, es ist für alle Player Chanceund Risiko zugleich. Ich würde das Risiko nicht nur auf dieOEMs reduzieren. Natürlich bietet es aber gerade großen Zulieferernwie Bosch, Continental, Siemens und ähnlichen mittel-bis langfristig die theoretische Chance, auch ein Komponentenpaketherzustellen, das gebündelt ein komplettes Fahrzeugergibt.Das Interview führte Christian Klein ■AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 201347

FERTIGUNGBilder: AumannEinigemechanischeProzessewurden mit HilfevonRoboternautomatisiert.Viel Leistung aus wenig KupferMechatronik in Reinkultur:Für und mit einemAutomobilzulieferer entstand eine Produktionsanlagefürden Statoreines zwölfpoligenEC-Motors mit Sternverschaltung.Ganz gleich ob er ein Fahrzeug antreiben oder Scheibenwischer in Gang setzen soll: DieQualität eines Elektromotors steht und fällt mit der WICKELTECHNIK. Weltweit gibt esnur etwazehn Unternehmen,die entsprechende Produktionsanlagen herstellen.Jürgen Hagedorn kennt natürlich seineWettbewerber im Produktionstechnik-Marktfür E-Motoren-Wickeltechnik.Die beiden wichtigsten sitzeninItalien und heißen Marsilli undATOP. Und wer seine Mitstreiter genaukennt, kann seine Position im Wettbewerbexakt definieren. So betont derTechnische Leiter der Aumann GmbHaus Espelkamp auch selbstbewusst:„Nur wir beherrschen den Dreiklang ausWickeltechnik, Drahtlackieren und Automation.“Aumann, strategischer Partner desAachener ElektroautoherstellersStreetScooter,hat bereits mehrereAnlagenentwickelt, gebaut und ausgeliefert,auf denen europäische Automobilherstellerihre vollelektrischen Antriebeherstellen. Aktuell befindet sich einevollautomatische Anlage zur Produktioneines Hybridmotors offenbar kurz vorder Auslieferung.Gefragt sind bei den klassischen Elektromotorenetwa fürStellantriebe kleine,kompakte, leichte und leistungsfähigeAntriebe. Statt der Asynchron-Technikkommen wegen der höheren Leistungsdichtezunehmend EC-Antriebe (electronicallycommutated motor: bürstenloserGleichstrommotor) mit Permanentmagnetrotorenzum Einsatz.Ein Beispiel aus der Praxis: Ein bekannterAutomobilzulieferer plante eineFertigungslinie für einen zwölfpoligenEC-Motor mit Sternverschaltung. Dabeihandelt es sich im Grundprinzip um diegleichen Prozesse wie bei der Fertigungvon Traktions-E-Motoren.Statt zwei Verfahren nur noch einesIn diesem Aumann-Auftrag ging es umdie Entwicklung einer Produktionsanlagefür den Stator, bei dem Roboter denSternpunkt erzeugen, Schweißhülsen anbringenund schweißen. „Es entsteht dadurchein sehr kleines Bauteil mit einersehr hohen Leistungsdichte“, erklärt JürgenHagedorn. „Die Herausforderungbestand in einem Spagat zwischen Herstellbarkeitund extrem hohem Füllfaktor.Wirhaben diese Aufgabe gelöst, in-dem wir aus zwei Verfahren eines gemachthaben.“So gibt es zum einen das sehr produktiveBewickeln von Vollblechschnitten,mit dem sich allerdings nicht hohe Füllfaktorenerreichen lassen. Zum anderenbiete sich für hohe Füllfaktoren das Einzelzahnwickelnan, das aber wegen dessehr aufwändigen Zusammenfügens dereinzelnen Zähne zu einem Stator hoheHerstellkosten verursacht. Hagedorn:„Wir haben zusammen mit dem Auftraggeberbeide Verfahren zum Polkettenwickelnvereint, das für einen sehr hohenFüllfaktor sorgt.“ Der ideale Füllfaktorist das Verhältnis zwischen dem Volumeneines Wickelpakets und der Leistung: ImAutomobilbereich geht es darum, mitwenig Kupfer auf kleinem Raum möglichstviel Motorleistung zu erreichen.Dieser Auftrag sei typisch und stehefür die meist kompletten Anlagen, beidenen die Wickeltechnik wertmäßig nureinen geringen Anteil ausmacht. 80 bis 90Prozent entfallen auf das Vorbereiten vonTeilen für das Kontaktieren, Prüfen,48 AUTOMOBILPRODUKTION · Oktober 2013

FERTIGUNGHandling und die gesamte Automation.Die Entwicklung läuft oft in enger Zusammenarbeitmit dem Kunden ab.Hagedorn:„Wir haben in dem aktuellen BeispielWorkshops bei uns und dem Kundenveranstaltet. Außerdem findet mitHilfe von 3D-Modellen ein ständigerDatenaustausch statt.“ Aumann nutzt ineiner relativ frühen Phase das neue Technikum,um erste Versuche durchzuführen.Oft erstellen die Fachleute aus den amComputer ausgedachten Lösungen Stereolithografie-oder Frästeile, umsie imTechnikum zu bewickeln. „Wenn dieKonstruktion feststeht und es zum „designfreeze“ kommt, gehen wir in Stahlund Eisen“, meint der Technische Leiter.Für Ansgar Schneider, Leiter Elektronik,sind das Besondere ander Anlagedie Stationen „Positionieren der Drähte“und „Setzen der Schweißhülsen“. UmDrähte zu positionieren, muss die Anlagesie beispielsweise vorbiegen, damit siebeim späteren Runden der Statorkettewieder in die richtige Lage gebracht werden.Hinzu kommt das Setzen derSchweißhülsen.AufwändigeAutomatisierungDas sind Prozesse, die mechanisch einfach,aber von der Automatisierung heraufwändig waren. Daher kommen dortRoboter zum Einsatz. Zur Vorgehensweisemeint Schneider: „Wir haben dieAnlage nicht wie sonst üblich verketteterstellt, sondern haben zunächst die fünfKernprozesse aufgebaut und in Betriebgenommen. Bewährt hat es sich, wie dieserAuftrag zeigt, die Anlage gemeinsammit dem Kunden zu entwickeln.“Die erste Station lädt die einzelnenStator-Polzähne zu einer Statorkette, diedanach in der Wickelmaschine mit Kupferdrahtbewickelt werden. Es folgen dieStationen: Drähte Positionieren, Zuschneidender Drähte,Rundenen der bewickeltenStatorkette, Aufsetzen derSchweißhülse, Kompensation derüberlängen und Schweißen. NacherfolgreicherPrüfung umspritzt eineSpritzgussmaschinedie gerundete Statorkette.Die letzte Station schneidet dieDrähte zu und isoliert sie ab.Draht-Anschließend kommt eintopfförmiges Gehäuse darauf.Am Ende der Fertigungsanlagewird der fertige Stator verpackt.Die Fertigungslinie läuft mit einerSiemens S7-Steuerung und Profibus.Bei der Wickelmaschine kommt eineBeckhoff-Steuerung zum Einsatz. Diegesamte Anlage ist an einen LeitrechnerAumann-Chef Friedrich-Wilhelm Niermann: „Wir befinden uns in einer spannenden Phase,inder viele kreativeMenschen neue energieeffiziente Elektromotoren entwickeln und bauen,diesich mit vielen unterschiedlichen Techniken wickeln lassen.“angeschlossen, der die Arbeitsaufträgein das System einspeist und Prozessdatenzur Weiterverarbeitung abholt. DasZusammenspiel wurde mit Hilfe einesLaptops simuliert, auf dem eine Leitrechner-Simulationlief. „Momentansteht das Einfahren der gesamten Anlagean, mit der wir bereits Kleinserienproduzieren“,sagt Schneider.Für Aumann-Geschäftsführer Friedrich-WilhelmNiermann befindet sich dieBranche gerade „in einer spannendenPhase, in der viele kreative Menschenneue energieeffiziente Elektromotorenentwickeln und bauen, die sich mit vielenunterschiedlichen Techniken wickelnlassen.“ Aumann will diesen Prozesskräftig unterstützen, wobei sich lautNiermann noch kein Trend zu einer bestimmtenWickeltechnik abzeichne.Zur Auswahl des richtigen Verfahrenshabe das Unternehmen daher als Ent-scheidungshilfe eine Matrix erstellt. „DieAuswahl geschieht jedoch im Dialog mitdem Kunden und mit Hilfe dieser Matrix“,erklärtJürgen Hagedorn. „Wirfüllendazu beispielsweise die Zeile mit denPrioritäten für die einzelnen Aspekteaus, umdie Bewertungskriterien zu gewichten.“Diese Arbeit weist auf die geänderteArbeitsweise des Maschinenbauershin, der immer öfter umfangreicheTechnologiestudien von der Bauteilkonstruktionbis zur Wahl des richtigenWickelverfahrens ausarbeitet.Oft stellt Aumann in seinem Technikumauch die Musterteile her.Der Kundeerhält also einen kompletten Motor,den er auf einem Prüfstand testen kann.Hagedorn: „Die Ansprüche an die Entwicklungvon Bauteilen für Elektromotorenwachsen enorm, weil die Anforderungenan die Energieeffizienz zunehmen.Wir tragen mit unseren maßgeschneidertenLösungen zum Entwickelnderentsprechenden prozesssicheren Anlagenbei.“Hinzu komme eine Wiederbelebungdes amerikanischen Marktes, diezu einer höheren Nachfrage nach Wickeltechnik„Made in Germany“ führe.Das Unternehmen Aumann bereitet sichaufdie Situation vor,indem es den ProduktionsstandortEspelkamp und dasTechnikum ausbaut.Nikolaus Fecht /Christian Klein ■Gleichzeitig wickeln: Bei einer Polkettewerden alle drei Phasen gleichzeitiggewickelt.Durch die Verbindungenzwischen den Einzelzähnen entfallen biszu 50Prozent der Kontaktierstellen.49

ZUM SCHLUSSIndexElektromobilität–Deutschland erhöhtDrehmomentINDUSTRIE TECHNOLOGIE MARKT3,13,45,01,83,45,01,22,73,10,72,31,8Grafik/Quelle: fka/Roland Berger0,00,60,70,20,82,00,60,40,5Im Indikator „Technologie“des IndexElektromobilitätQ3/2013 (Roland Berger/fka) hatder bisherigeVerfolger Deutschland mit dem bisherführenden Südkorea auf die Spitzenposition gleichgezogen.Der Befund vonRoland Berger: Deutsche OEMs haben das vonihnen angeboteneTechnologieniveau weiter angehoben.REDAKTIONChefredakteurin: Bettina Mayer(may) -688Redaktion Wirtschaft/International: Frank Volk (fv) -678Redaktion Technik: Götz Fuchslocher (fu) -828Redaktion Produktion: Christian Klein (kn) -375ContentManager:Guido Kruschke -780Redaktionelle Mitarbeit: Nikolaus Fecht, Theo Gerstl, Fritz Lorek,EgbertSchwartz, Christof ViewegSekretariat:Telefon Redaktion/Anzeigenverkauf: 08191/125- (Durchwahl)Roswitha Maier -540, Ilona Oatman -675, Silvia Rehm -547;ANZEIGENAnzeigenleitung: Michael Klotz -167Anzeigenverkauf: Maximilian Fuchs -350, Isabelle Waiblinger -474Anzeigenverwaltung: Michaela Richter -324,E-Mail: michaela.richter@mi-verlag.deVERLAGGeschäftsführung: Fabian MüllerVerlagsleitung: Stefan WaldeisenLeser-Service:E-Mail: leserservice@mi-verlag.deTel.: +49 (0) 6123 /9238 257, Fax: +49 (0) 6123 /9238 244Vertrieb: Stefanie GanserLeitung Vertriebsadministration: Annette TabelLeitung Zentrale Herstellung: Hermann Weixler -344Leitung Online-Dienste: GerhardBrauckmann -478Herstellungsleitung Fachzeitschriften: Horst AlthammerArtDirector: JürgenClausLayout und Litho: JournalMedia GmbH, Haar bei MünchenDruck: pvaDruck und Medien-Dienstleistungen GmbH, Landau/PfalzErscheinungsweise: Sonderausgabe AUTOMOBILPRODUKTIONAnschriftfür Verlag,verantwortlichen Redakteurund verantwortlichen Anzeigenleiter:verlag moderne industrie GmbH86895 LandsbergTel. 08191/125-0, Fax08191/125-444E-Mail: journals@mi-verlag.deInternet: www.mi-verlag.deHandelsregister-Nr./Amtsgericht:HRB22121 AugsburgBedingungen für Anzeigen,Vertrieb und Redaktion:Anzeigentarif nach Preisliste Nr.28, gültig seit 1.10.2013.Jahresabonnement(inkl. Versandkosten) Inland € 189,39.-Ausland € 207,58.Einzelheft(zzgl. Versandkosten) € 19,-Der Studentenrabatt beträgt 35%. Kündigungsfrist:jederzeit mit einer Frist von4Wochen zum Monatsende.FürMitglieder des Motor Presse Club e.V. –MPC –ist derBezug der AUTOMOBILPRODUKTION im Mitgliedsbeitragenthalten.Erfüllungsortund Gerichtsstand ist München.Bankverbindungen: Sparkasse Landsberg, BLZ700 520 60,Konto-Nr.37754; IBAN: DE02 7005 2060 0000 037754SWIFT(BIC): BYLADEM1LLDVerlagsvertretung Italien:Casiraghi Pubblicità Internazionale,Via Cardano 81, 22100 ComoTel.: 0039 031 261407, Fax: 031 261380, E-Mail: info@casiraghi.infoEine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotzsorgfältiger Prüfung durch die Redaktion,vom Verleger und Herausgebernichtübernommen werden.Die Zeitschriften,alle inihr enthaltenen Beiträgeund Abbildungen,sind urheberrechtlichgeschützt.Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzendes Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlagesunzulässig und strafbar.Dies gilt insbesonderefür Vervielfältigungen,Übersetzungen,Mikroverfilmungenund die Einspeicherungund Bearbeitung in elektronischen Systemen.Mit der Annahme des Manuskripts und seiner Veröffentlichungin dieser Zeitschriftgehtdas umfassende,ausschließliche,räumlich,zeitlichund inhaltlich unbeschränkte Nutzungsrechtaufden Verlag über.Dies umfasst insbesonderedas Printmediarechtzur Veröffentlichung in Printmedien aller Artsowie entsprechenderVervielfältigung und Verbreitung,das Rechtzur Bearbeitung,Umgestaltungund Übersetzung,das Rechtzur Nutzungfür eigene Werbezwecke, das Rechtzur elektronischen/digitalenVerwertung,z.B.Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischenSystemen,zur Veröffentlichung in Datennetzen sowieDatenträger jedweder Art, wie z. B. die Darstellung im RahmenvonInternet-und Online-Dienstleistungen,CD-ROM,CDundDVDund der Datenbanknutzung und das Recht, die vorgenanntenNutzungsrechte auf Dritte zu übertragen,d.h.Nachdruckrechteeinzuräumen.Die Wiedergabe vonGebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungenund dergleichenin dieser Zeitschriftberechtigt auch ohne besondereKennzeichnung nichtzur Annahme,dass solche Namen imSinne des Warenzeichen-und Markenschutzgesetzgebung alsfrei zu betrachten wärenund daher vonjedermann benutzt werdendürfen. 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