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Ergebnisbericht: Grand Opening des Alvier Mechatronics Co-Creation Spaces

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Feier Eröffnung: Shashi Shukla, Uwe Hotz, Fredrik Emilson, Gerhard Reiff (v.l.n.r)
Feier Eröffnung: Shashi Shukla, Uwe Hotz, Fredrik Emilson, Gerhard Reiff (v.l.n.r) (Bild: Alvier Mechatronics)

Alvier Mechatronics strebt nach Lösungen für elektrische Antriebssysteme der nächsten Generation: effizient, umweltfreundlich und kompakt im Design. Dafür hat das Unternehmen ein Ökosystem aus Automobilherstellern, -zulieferern, Entwicklungsdienstleistern und Hochschulen geschaffen.

Im pfälzischen Bad Dürkheim hat seit März mit Alvier Mechatronics, eine Höganäs-Tochter, eine Innovationsschmiede für Elektrifizierung der Automobilindustrie ihren Sitz. Den Grundstein für das neue Ökosystem legte die am 12. März 2019 durchgeführte Konferenz “The ecosystem for future electric drive generations”, die zu zahlreichen Fachvorträgen von Innovatoren aus Praxis und Forschung einlud. Die Zusammenfassung lesen Sie im nachfolgenden Überblick:

Uwe Hotz, CEO, Alvier Mechatronics

Reichweite war, ist und bleibt eine der wichtigsten Kennzahlen der Mobilität. Reichweitenangst ist noch immer die größte Angst der Konsumenten, die sie vom Kaufen eines Elektroautos abhält. Die Mobilität der Zukunft muss sich daher auf nachhaltige und effiziente Antriebssysteme fokussieren. Hierbei spielen elektromagnetische 3D-Designs eine wichtige Rolle: Die auf „Soft magnetic composites“ beruhende Technologie erlaubt einen magnetischen Fluss in alle Richtungen innerhalb des Motors, was zu weniger Energieverlust, einer höheren Leistungsdichte und somit zu mehr Reichweite führt.

Uwe Hotz, CEO von Alvier Mechatronics, stellt seine Vision vor.
Uwe Hotz, CEO von Alvier Mechatronics, stellt seine Vision vor. (Bild: Alvier Mechatronics)

"Diese Technologie ist durchaus reif für die Massenproduktion, denn sie wird bereits in anderen Bereichen eingesetzt. Um den Markt damit zu erschließen, braucht es agile Projektmethoden, die schnellere Innovationen ermöglichen. Co-Creation Plattformen und Spaces helfen, diese Ansätze zu verwirklichen", bilanziert Uwe Hotz.

Fredrik Emilson, President & CEO, Höganäs

Die Automobilindustrie durchläuft aktuell einen großen Paradigmenwechsel und wird komplett revolutioniert. Die großen etablierten Unternehmen müssen hier eine Vision und den Willen zur Veränderung entwickeln, um zu überleben. Es wird eine Marktbereinigung stattfinden und es werden neue, junge Unternehmen entstehen, die die gesamte Industrie verändern werden. Alvier Mechatronics bildet eine Brücke, indem es die Automobilindustrie mit innovativen Entwicklungen für die Elektromobilität versorgt. Diese verbinden gute System-Designs mit dem Verständnis von Pulvermetall-Technologie und eröffnen kleinere, leichtere und auch nachhaltigere Lösungen für den elektrischen Antriebsstrang.

Fredrik Emilson, President & CEO von Höganäs, begrüßt die Teilnehmer.
Fredrik Emilson, President & CEO von Höganäs, begrüßt die Teilnehmer. (Bild: Alvier Mechatronics)

"Alvier Mechatronics investiert in Zusammenarbeit, über Disziplinen und Grenzen hinweg – denn sie ist der Schlüssel zu mehr Innovation. Die dynamische Plattform erleichtert die Evolution und sorgt dafür, dass Ideen den Skizzentisch auch verlassen und den Realitätscheck bestehen", erläutert Fredrik Emilson.

Holger Richter, Partner, Schlegel und Partner

Wie erreicht man eine Effizienz-Verbesserung in E-Motoren? Eine Studie befragte dazu R&D-Spezialisten von OEMs und Zulieferern und kam zu dem Schluss, dass ein systemischer Ansatz und das 3D-elektromagnetische Design die Lösung sein können. Die dafür notwendigen SMC-Lösungen aus gepresstem Metall-Pulver sind jedoch noch immer relativ unbekannt im Automobilsektor. Bereits bekannte Anwendungsmöglichkeiten haben aus verschiedenen Gründen bislang nicht überzeugt. Im Bereich Innovation wird der E-Motor bereits für technisch ausgereift erachtet, für der Bereich Leistungselektronik und Software hingegen wird noch viel Innovationspotential gesehen. "Es gibt derzeit eine Reihe von Herausforderungen, die die SMC-Technologie in der Zukunft lösen könnte, z. B. bei der Reduktion benötigter Materialmengen beim Motoraufbau", meint Holger Richter.

Lennart Hasselqvist, Business Unit Manager Automotive R&D, ÅF

Drei Trends prägen gerade die Zukunft der Mobilität: Elektromobilität, Autonomes Fahren und Konnektivität. Batterien für Elektrofahrzeuge werden immer günstiger, allein in den letzten acht Jahren sind die Kosten um 83 % zurückgegangen. Konnektivität sorgt dafür, dass autonome Autos immer da sein werden, wo man sie gerade braucht. Der früher noch klar zwischen Herstellern und Zulieferern aufgeteilte Markt wird immer komplexer. Heute sind auch Städte Teil des Marktes, da sie umweltfreundliche Transportmöglichkeiten anbieten wollen. Mobilitätsanbieter wie Uber oder auch die Tech-Giganten wie Apple, Google oder Samsung drängen genauso auf den Markt wie aufstrebende Automobilhersteller. “Der elektrische PKW wird immer erschwinglicher. 8 von 10 der großen Autohersteller wollen 2025 bereits autonome Fahrtechnologie soweit entwickelt haben, dass sie auf die Straße gebracht werden kann", erklärt Lennart Hasselqvist.

Prof. Dr. Gerhard Reiff, CEO KST Motorenversuch

KST Motorenversuch sieht die Zukunft in der Elektromobilität und testet daher seit 2010 hybride und elektrische Antriebe. Das Portfolio umfasst Functional Testing, Hybrid Powertrain Testing, Environmental Durability Testing bis zu System Integration Testing. EME Inverter Testing ist bereits in Planung. Über 50 % der Umsätze kommen mittlerweile aus E-Mobilitätstests und der Anteil wird weiter wachsen. Zu den größten Trends gehören laut KST: 48 Volt Anwendungen in kleinen PKWs und selbstfahrenden Autos, PHEV bis zu 100kW und einer Reichweite von 60+km, BEVs mit 150kW pro Achse in mittelgroßen SUVs, sowie BEVs mit bis zu 350kW pro Achse in Sportwagen (Taycan, etc.). Die wichtigste Anforderung für die Zukunft sind hocheffiziente, leichte Motoren und Antriebsstränge. "Heute sprechen wir noch über Liter pro 100 Kilometer, in der Zukunft werden wir über Kilowattstunden pro 100 Kilometer sprechen. Was heute die 6l/100km sind, werden 15kWh/100km werden und was bei den V8 Motoren die 15 oder 20 Liter pro 100 Kilometer sind, werden die 30kWh/100km sein", sagt Prof. Dr. Gerhard Reiff.

Henning Brodersen, Director R&D, MOTEG

Der Markt für E-Antriebe wächst rasant. Um auf diesem lukrativen Markt erfolgreich zu sein, muss man für jedes System den passen Motor entwickeln. Die jahrzehntelange Erfahrung von MOTEG in der Entwicklung und Produktion von Elektroantrieben zeigt, dass die Lösungen zumeist kundenspezifisch sein müssen. Eine wichtige Rolle spielen hierbei elektrische Nebenaggregate wie Luftkompressoren oder Servopumpen. Den meisten Kunden geht es darum, die Motoren in vielerlei Hinsicht zu optimieren. Dazu gehört, dass sich die Produktion einfacher gestaltet, der Bau kompakter wird, die Kosten sinken und die Leistung sich verbessert. Das Fazit von Henning Brodersen: "Bei der Entwicklung von Elektromotoren ist deren Größe entscheidend."

Mustafa Dinc, Senior Director Global Automotive Bus. Dev.,

Vishay Intertechnology Inc.

Die Zukunft gehört den 48V-Konzepten. Drei Produktgruppen werden dabei auf die System-Performance und -Kosten massiven Einfluss haben: Bei den DC/DC-Convertern müssen 48V/12V bis zu 3,5 kW umgewandelt werden. Hierzu werden skalierbare Schaltungen benutzt, die besonders effizient sind. Hier sind Speicherspulen für die großen Phasenströme, je nach Topologie, mit sehr niedrigen DCR Werten und Soft-Sättigungskennlinien sowie sehr niedrigen Verlusten gefragt, um einen Wirkungsgrad bis 97 % zu erreichen. Derartige Spulen dürfen keineswegs hohe Schaltverluste und DC Verluste bei höheren Temperaturen aufweisen. Nicht zu vergessen wären auch die Eingangs- und Ausgangsfilter-Spulen mit den hohen Strömen (in SMD). Für den Inverter werden zusätzlich 80V und 100V Power Trench MOSFETs angeboten, mit z. B. reversen 8x8 Designs, um Kosten zu sparen oder – bei höheren Leistungen – ungehäuste Halbleiter in Sintermodulen. Für den Zwischenkreiskondensator wurde z. B. ein DC LINK Folienkondensator entwickelt, der niedrige Induktivität mit hohem Dauer-Ripplestrom bietet. "Jede einzelne Komponente ist immer nur so gut, wie sie in einem System mit anderen Teilen zusammen funktionieren kann", sagt Mustafa Dinc.

Eckart Schneider, Director PM Bus. Dev., Höganäs

Für Pulvermetallkomponenten gibt es über 200 Anwendungen in modernen Autos, im Motor, im Antriebsstrang, bei Pumpen – insbesondere bei komplexen Formen. Sie können komplett ohne Spanbearbeitung erstellt werden, benötigen keine Schmiermittel oder Kühlmittel. Bis zu 100 % des Ausgangsmaterials fließen in die Komponente. Komplexe Formen können so höchst effizient, schnell und nachhaltig erstellt werden. Der Prozess der Pulvermetall-Technologie beginnt mit dem Pulver, welches entweder fertig gemixt ist oder nach Anforderung des Kunden in seiner Zusammensetzung angepasst wird. Dieses wird dann in einer Presse unter hohem Druck in seine Form verdichtet und anschließend beim sogenannten Sintern mit hohen Temperaturen im Bereich von 1100°C behandelt. Der schlanke Prozess erlaubt es beispielsweise, 6-8 Synchronnaben pro Minute herzustellen.

Die fertigen Teile können noch einmal gepresst werden, um sie weiter zu verdichten oder nachträgliche Effekte wie Schrägen oder Radii anzubringen. Die Oberflächen können auch geschmiedet werden, u. a. für mehr Belastungskapazität oder weniger Geräuschentwicklung in der Anwendung. Extra geschmiedete Pulvermetall-Bauteile sind sogar belastbarer als solche aus geschmiedeten Stählen. Durch die effiziente Materialnutzung und die besonders niedrige Energienutzung pro Kilo sind sie zudem sehr nachhaltig. Sie sind leichter als andere Komponenten und dabei belastbarer. Das Ausgangsmaterial ist teurer, aber der Prozess ist schlanker, sodass der Preis pro Komponente letztlich günstiger ist. "Pulvermetalle können in jede denkbare Form gebracht werden, sie sind leicht, höchst belastbar und dazu noch nachhaltig und kosteneffizient. Die hoch-akkuraten Komponenten eignen sich somit perfekt für elektromagnetische Anwendungen", erläutert Eckart Schneider.

Lars Hultman, Director EMA, Höganäs

Für die “Soft Magnetic Composites”, die weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffe, wird Eisenpulver mit einer isolierenden Komponente vermengt, damit sie in magnetischen Anwendungen wie Elektromotoren zur Anwendung kommen können. Die Teile werden auch in Zündspulen, Kraftstoffeinspritzung oder Induktoren verwendet. Das Eisenpulver kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Durch Reduktion von Eisenerz zu metallischem Eisen, als Zerstäubung, auf elektrochemische oder chemische Weise. Bei dem “Schwamm-Eisen Prozess” wird das Eisenerz reduziert und am Ende zerkleinert. Die Struktur der Partikeloberfläche ist am Ende unregelmäßig, sodass sie besonders geeignet sind für Induktoren. Beim Zerstäuben wird bei einem explosionsartigen Vorgang mit Wasser oder Gas das Eisen in entweder sehr unregelmäßige oder wiederum ebenmäßige Partikel verwandelt, die im Inneren eine hohe Dichte aufweisen. "Beim elektrolytischen Verfahren wird mit Elektrolyse pures Eisen hergestellt, das dann fein gemahlen wird. Die fertigen Sortimente werden in drei verschiedenen Leistungsstufen angeboten", verdeutlicht Lars Hultman.

Thorsten Matusche, COO, Sinterwerke Gruppe

Aus Pulvermetallen kann man hochfeste Sinterformteile sowie Bauteile aus weichmagnetischen Werkstoffen herstellen, die einige Vorteile gegenüber gegossenen und geschmiedeten Bauteilen haben. Zwei Drittel davon werden für Motoren- und andere Autoteile gefertigt. Weichmagnetische Werkstoffe sind sehr gefragt und werden u. a. für die Einspritzsysteme von Dieselmotoren gefertigt. Der Unterschied zur regulären Pulvermetallurgie besteht darin, dass man mit niedrigeren Temperaturen arbeitet 600°C vs. 1.150°C). So wird die Isolierung nicht zerstört, welche für die magnetische Leistung benötigt wird. Im Bereich der Dichte sind ähnliche Ergebnisse erzielbar (7,5 bis zu 7,6 g/ccm). "Mit Pulvermetallen kann man nicht nur Bauteile herstellen, sondern komplette (Motoren-)Systeme, die als Ganzes vermarktet werden. Der Vorteil: Es ließen sich sehr sichere und stabile Zuliefererketten etablieren”, fasst Thorsten Matusche zusammen.

Prof. Dr. Hartmut Opperskalski, Kaiserslautern University of Applied Science

In Deutschland und in China werden Strategien zur Zukunft der Industrie erarbeitet. Der “Automation Readiness Index” zeigt, dass China aktuell noch einige Defizite im Bereich der Ausbildung qualifizierter Arbeitskräfte hat. In China wie auch in Deutschland hat man mit Nachwuchsproblemen zu kämpfen. Deshalb investiert die Volksrepublik in Partnerschaften mit Europäischen Universitäten wie der Hochschule Kaiserslautern, wo technisches Wissen gelehrt wird. Es werden in China vielfältige Allianzen gebildet, die stärker ausgeprägt sind als in Deutschland: Zwischen Universitäten, zwischen Universitäten und Industrien, aber auch zwischen Universitäten, Industrien und der Regierung.

“Drei Sachen sind für Deutschland wichtig: 1. Deutsche Universitäten müssen mehr Gelder bekommen, um qualifizierte Ingenieure ausbilden zu können, 2. Es sollten mehr Allianzen gebildet werden und 3. Wir müssen mehr über die Probleme sprechen, die wir mit China gemeinsam haben.”

Podiumsdiskussion

Den inhaltlichen Höhepunkt des Tages bildete die Podiumsdiskussion, an der neben Uwe Hotz auch Prof. Gerhard Reiff, Prof. Hartmut Opperskalski, Thorsten Matusche, Mustafa Dinc sowie Thierry Wilmes von AUKTORA teilnahmen. Unter dem Motto “Partnering of Specialists – how can we grow in a disruptive market?” ging das Panel der Frage nach, warum man in der Automobilindustrie neue Kooperationen braucht und wie diese aussehen können: Kooperation in allen Industriebereichen wird immer wichtiger, da die Innovationszyklen immer kürzer werden und man sich nicht mehr komplett abschotten kann – andernfalls verpasst man den Anschluss an die neusten Errungenschaften der Technik. Insbesondere, da die heutigen Antriebs- und Batteriesysteme aus vielen Einzelteilen bestehen, die von verschiedenen Herstellern kommen, ist es von größter Bedeutung, dass diese ideal zusammen funktionieren. Eine Kooperation ist daher unerlässlich. Der Markt wächst und gemeinsam kann dieser am besten erschlossen werden. Firmen, die bislang nur nebeneinander arbeiteten, sollten zusammenkommen, um den “Missing Link” zu schließen. Jetzt ist die ideale Zeit, um eine gemeinsame Vision in der Realität umzusetzen. Genau hier setzt Alvier Mechatronics an und beginnt gerade, das längst überfällige Ökosystem für die Elektrifizierung der Automobilindustrie zu erschaffen.

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