Kolben, Kurbelwelle, Kühler, Auspuff und Katalysator. Dazu Getriebe, Nebenaggregate und jede Menge Kleinteile: Was beim Tritt aufs Gaspedal einen satten Sound und viele Pferdestärken erzeugt, ist ein technisches Wunderwerk. Rund 1400 Einzelteile greifen ineinander, viele davon produziert von hoch spezialisierten Zulieferern, wahren Weltstars ihres Fachs.
So war es bisher.
Ein magnetischer Rotor, drumherum elektrische Spulen, untergebracht im Gehäuse eines kleinen Getriebes und gesteuert von einem Kästchen, vollgestopft mit Elektronik. Ohne Pumpen für Kraftstoff, Kühlmittel oder Hydraulik, ohne Auspuff – alles in allem nur noch rund 210 Teile.
Größte Herausforderung für Zulieferer
So könnte es in Zukunft sein, wenn statt eines Verbrennungs- ein Elektromotor das Auto antreibt.
Die Einführung des E-Autos stellt Hersteller, vor allem aber Zulieferer, die inzwischen für 75 Prozent des Werts eines Autos stehen, vor die vielleicht größte Herausforderung seit Jahrzehnten. „Der Wandel vom Auto mit Verbrennungsmotor zum Elektromobil hat weiter gehende Auswirkungen, als die meisten Autohersteller heute wahrhaben wollen“, sagt Wolf Ritschel, Leiter des Instituts für Elektromobilität an der Hochschule Bochum. Es sei nicht damit getan, den Verbrennungsmotor durch einen Elektromotor und den Benzintank gegen einen Akku auszutauschen: „Die Architektur des Autos muss komplett neu entwickelt werden“, sagt Ritschel. „Betroffen davon ist die gesamte Zulieferindustrie, von der Karosserie bis zum Antrieb“, ergänzt Oliver Hazimeh, Automobilexperte bei der Managementberatung PRTM.
Genügend Zeit
Das ist die schlechte Nachricht für die rund 3000 Zulieferunternehmen weltweit. Aber es gibt auch positive Botschaften. Der Wandel passiert nicht über Nacht. „Der Elektroantrieb kommt, aber auf absehbare Zeit ganz überwiegend in einer Hybridvariante – die meisten Autos werden auch in Zukunft noch einen Verbrennungsmotor unter der Haube haben“, prognostiziert Martin Haubensak, Autoexperte der Unternehmensberatung A.T. Kearney. „Autohersteller und Zulieferer haben genügend Zeit, sich anzupassen.“
Und auch die Aussichten auf auskömmliche Geschäfte bleiben gut. „Die deutschen Zulieferer sind aufgrund ihres Technikvorsprungs, der Qualität ihrer Produkte und ihrer Kostenposition in diesem internationalen Wettlauf gut aufgestellt und werden auch bei den Zukunftstechnologien zu den Gewinnern gehören“, glaubt Haubensak. „Der anstehende Systemwechsel eröffnet völlig neue Märkte – wie etwa Batteriemanagement, Leistungselektronik oder Systemintegration – sowohl für bestehende Zulieferer als auch für Neueinsteiger“, sagt Gregor Matthies, Partner und Auto-Spezialist bei Bain & Company. PRTM-Berater Hazimeh schätzt das weltweite Marktvolumen der Wertschöpfungskette, die mit der Elektrifizierung des Straßenverkehrs entstehen wird, auf 250 bis 300 Milliarden US-Dollar bis 2020.
Zulieferer müssen investieren
Bei der Frage, wie schnell die rein elektrisch oder mit Hybridtechnik angetriebenen Fahrzeuge tatsächlich in die Verkaufsräume der Hersteller kommen, sind sich die Experten nicht ganz einig. PRTM-Berater Hazimeh beziffert den Anteil der rein elektrisch oder per Hybrid mit externer Lademöglichkeit angetriebenen Fahrzeuge an den weltweiten Neuzulassungen 2020 auf zehn Prozent – „in Europa etwas mehr, in den USA vermutlich etwas weniger“. Die Bain-Berater gehen dagegen davon aus, dass je nach Rahmenbedingungen maximal ein Fünftel aller in zehn Jahren weltweit neu zugelassenen Autos ausschließlich elektrisch angetrieben wird (siehe Grafik in diesem Artikel).
Gleichwohl müssen Hersteller und Zulieferer schon jetzt in die Entwicklung völlig neuer Konzepte investieren. Etwa um die Karosserie leichter zu machen. BMW entwickelt dazu in einem Joint Venture mit der Wiesbadener SGL Group eine Leichtbaukarosserie aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Die dafür benötigten Fasern werden in dem gemeinsamen Werk in den USA produziert. Die neue Technik eröffnet auch ganz neuartige Konstruktionsmöglichkeiten: „Die Umhüllung der Batterie könnte zum Beispiel zur Knautschzone umfunktioniert werden“, sagt PRTM-Berater Hazimeh. In der Summe führt das dazu, dass das gesamte Auto leichter wird – auch das Fahrwerk kann einfacher dimensioniert werden, wenn etwa die Elektromotoren in die Radnaben wandern.
Eindeutige Gewinner werden jene Zulieferer, die die Autohersteller mit Batterien, Elektromotoren, Kabelsätzen und der notwendigen Steuerelektronik beliefern. „Der Wertschöpfungsanteil dieser Komponenten steigt und wird 2020 ein weltweites Volumen von 80 bis 90 Milliarden Dollar erreichen“, schätzt Hazimeh. „Da herrscht zurzeit Goldgräberstimmung.“ Das haben deutsche Großzulieferer wie Bosch oder Continental längst erkannt: Mit ihren Komponenten sind sie schon heute führend in der Welt. Bosch etwa hat kompakte Elektromotoren entwickelt, die in das Getriebe integriert sind und im Normalbetrieb als Antrieb wirken, beim Bremsen aber zum Generator werden und Strom zum Laden der Batterie erzeugen.
Aufwändige Elektronik
Conti wiederum hat die Steuerelektronik für den neuen Mercedes S400 Hybrid oder den 7er-BMW mit Hybridantrieb entwickelt, der demnächst auf den Markt kommt. Die macht aus dem Gleichstrom der Batterie Drehstrom für den Motor und regelt die Batteriespannung auf das niedrigere Bordnetzniveau für Leuchten oder Radio runter. Gleichzeitig sorgt die Elektronik dafür, dass die zum Beispiel vom US-Batteriehersteller Johnson Controls stammenden Lithium-Ionen-Akkus die Autos kraftvoll beschleunigen und die beim Bremsen anfallende Energie zwischengespeichert werden kann. Das Geschäft mit dieser anspruchsvollen Technik für Hybrid- und E-Autos wird für Conti immer wichtiger: „Wir wollen bis 2020 mit solchen Komponenten mehr als 500 Millionen Euro Umsatz erzielen“, sagt Jörg Grotendorst, Leiter des Bereichs Hybrid- und Elektroautos.
Eine Nasenlänge voraus
Entscheidend für die Leistung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ist die Batterie – von deren Technik hängt ab, ob die E-Mobilität eine Erfolgsstory wird. Der Stromspeicher muss in mehreren Bereichen zugleich Spitzenwerte bringen: Die Batterie soll möglichst viel Energie speichern können, damit der Aktionsradius des E-Autos genügend groß ist. Und sie soll eine hohe Leistung abgeben, damit man an der Ampel vom Fleck kommt. Anders als herkömmliche Batterien muss der Speicher auch bei winterlichen Minusgraden noch einwandfrei funktionieren, mindestens 10 bis 15 Jahre halten, bei Unfällen nicht zur Bombe werden und sich zu akzeptablen Kosten herstellen lassen. Johnson Controls ist bislang weltweit der einzige Hersteller, der alle wesentlichen elektrochemischen Batteriesysteme im Programm hat. Beliefert werden damit Daimler und BMW, demnächst auch Volkswagen und Ford.
Der deutsche Wettbewerber Litec, ein Gemeinschaftsunternehmen des Essener Mischkonzerns Evonik (50,1 Prozent) mit dem Stuttgarter Autobauer Daimler (49,9 Prozent), hat das noch vor sich. Seit Ende 2008 entwickeln beide gemeinsam Lithium-Ionen-Batterien. Bisher wurden rund 200 Millionen Euro investiert. Henrik Hahn, Chef von Evonik Litarion im sächsischen Kamenz, ist dem Ziel schon sehr nahe. Die 100-prozentige Evonik-Tochter liefert an Litec die Chemie – etwa die Elektroden-Materialien. Litec fertigt daraus Batteriezellen. Kapazität: rund 300.000 Stück pro Jahr. Gleich nebenan sitzt das Joint Venture Deutsche Accumotive (90 Prozent Daimler, 10 Prozent Evonik), das von 2012 an die Litec-Zellen zu Batterien komplettieren soll. Eingebaut werden die ersten Stromspeicher in den neuen Elektro-Smart.
Litarion-Chef Hahn sieht sich vor allem in puncto Sicherheit um mindestens eine Nasenlänge vor den Mitbewerbern. Er setzt auf eine sogenannte keramische Separatorfolie, „eine Entwicklung, die es so nirgendwo anders gibt“. Die keramikbeschichtete Folie ist gerade mal halb so dick wie ein menschliches Haar und soll verhindern, dass die Lithium-Ionen-Zellen bei starker Belastung in Flammen aufgehen. Solche Probleme hatten Hersteller von Laptop-Akkus wie Sony zum Rückruf Tausender Batterien gezwungen.
Die Evonik-Entwicklung, die selbst einen Crash mit Überschlag unbeschadet überstehen soll, erhöht die Leistung beträchtlich: „Damit halten die Batterien gut 4000 Ladezyklen, was einer Laufleistung von etwa 300.000 Kilometern entspricht“, sagt Hahn. Der elektrisch getriebene Sportwagen Tesla Roadster mit seinen mehr als 5000 zusammengepackten Handyzellen verkraftet gerade mal rund 600 Ladezyklen – dann muss der komplette Akkupack ausgetauscht werden.
Die Batterie wird auch aus wirtschaftlicher Sicht über die Zukunft des Elektroautos entscheiden. „Schließlich ist der Akku das teuerste Teil in einem Elektroauto“, betont Hahn. Noch kostet jede Kilowattstunde rund 1000 Euro, für ein E-Mobil mit 100 Kilometer Reichweite braucht man aber einen Akku mit wenigstens 20 Kilowattstunden.
Benzin, Diesel, Gas oder Bio
Das Elektromobil der nächsten Generation wird darum kein Billigprodukt. Christian Rosenkranz, Entwicklungschef von Johnson Controls-Saft Advanced Power Solutions: „Für den Preis eines Lithium-Ionen-Akkus bekommt man in anderen Ecken der Welt heute ein komplettes Auto.“ Für kleine Stadtflitzer wie den Smart mit 135 Kilometer Reichweite würde die Batterie mehr als 20.000 Euro kosten – viel zu viel. „Bis 2012 werden sich die Preise halbieren”, glaubt Litarion-Chef Hahn. Berater Hazimeh hält sogar eine nochmalige Halbierung der Kosten für notwendig, damit Elektroautos massentauglich und wettbewerbsfähig werden. Kostenvorteile durch hohe Stückzahlen einerseits und geringeren Materialeinsatz andererseits sollen helfen, das Ziel zu erreichen. Allein das Material – teures Lithium und nickelhaltige Metallmischungen, synthetische Kohlenstoffe und Kupfer – macht bisher zwei Drittel der Kosten aus.
Der Verbrennungsmotor wird darum auf absehbare Zeit seine dominante Rolle behalten. Auch in zehn Jahren werden nach Einschätzung der Bain-Berater noch mindestens 20 Prozent aller neu zugelassenen Pkws ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben – konventionell mit Benzin oder Diesel, möglicherweise aber auch mit Flüssiggas oder neuen Biokraftstoffen. Wichtigste Stütze für die Zulieferer konventioneller Antriebe sind aber vor allem die Hybridvarianten. Unter deren Haube arbeitet neben dem E-Motor eine Verbrennungsmaschine – entweder als Antriebsergänzung oder zum Laden der schwächelnden Batterie.
Nur beim Elektroauto genügen zwei Gänge
Darauf setzen Zulieferunternehmen wie der Getriebehersteller ZF Friedrichshafen. Zwar sind Getriebe für rein elektrisch betriebene Autos vergleichsweise simpel. „Da reichen zwei Gänge, einer für vorwärts, einer für rückwärts“, sagt ein Ingenieur. Dafür sind die Getriebe für Hybridfahrzeuge umso anspruchsvoller. Sie müssen die Kraft des Verbrennungsmotors und des E-Antriebs auf die Räder verteilen. Zudem braucht es neue Lösungen für Nebenaggregate wie Servolenkung und Klimaanlage, für Steuerung und Verkabelung der Bauteile.
„Die Hersteller konventioneller Motorteile stehen vor der Herausforderung, im Rennen um die Energieeffizienz mitzuhalten“, sagt A.T. Kearney-Berater Haubensak: Die Verbrennungsmotoren müssen kleiner und leichter werden, weniger Hubraum und weniger Zylinder haben, sollen weniger Kraftstoff verbrauchen und weniger CO2 ausstoßen – aber genauso viel leisten wie bisher.
Erreicht werden kann dies mit vorhandenen Technologien wie der Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit Turboladern und Start-Stopp-Systemen – allesamt Entwicklungen, bei denen deutsche Zulieferer wie Bosch oder Continental stark sind und bei denen nach Ansicht der Berater auch in Zukunft noch Wachstumspotenzial besteht. „Bei Turboladern erwarten wir bis 2020 ein jährliches Durchschnittswachstum von acht Prozent, bei Direkteinspritzanlagen von 18 Prozent, bei Start-Stopp-Systemen sogar von 31 Prozent“, sagt Haubensak. Sogar Auspuffanlagenhersteller wie Eberspächer in Esslingen haben darum gute Überlebenschancen: Abgasreinigung, eine Domäne des Unternehmens, gehört mit einem voraussichtlichen jährlichen Wachstum von etwa elf Prozent ebenfalls zu den Zukunftsmärkten (siehe Grafik).
Welche immensen technischen Herausforderungen die Zulieferer bei der Optimierung herkömmlicher Aggregate bewältigen müssen, zeigen die Entwicklungen beim Kolbenhersteller Kolbenschmidt Pierburg in Neckarsulm: Ist ein Problem gelöst, taucht ein neues auf. Da die künftigen Verbrennungsmotoren kleiner sind, müssen sie schneller laufen, um die gleiche Leistung zu bringen – das beansprucht aber die Wälzlager stärker.
Die Lager haben auch mehr auszuhalten, wenn die Motoren – wie im Hybridbetrieb üblich – über eine Start-Stopp-Automatik verfügen. Die senkt zwar Spritverbrauch und CO2-Ausstoß, hat aber einen Nachteil: Wenn der Motor stillsteht, ist auch der für die Schmierung aller beweglichen Teile notwendige Ölkreislauf unterbrochen. Und noch ein Problem verursacht die Start-Stopp-Technik: Die normalerweise über einen Zahnriemen angetriebene Kühlmittelpumpe läuft beim Stopp nicht mehr – und muss durch eine elektrische Pumpe ersetzt werden.
Neue Lösungen für die Kühlung
Vor ganz neuen Problemen stehen Zulieferer, die sich um Kühlung, Belüftung, Heizung und Klimatisierung des E-Autos kümmern. Zwar braucht der Elektromotor kein Kühlsystem, dafür muss die Batterie gekühlt werden, damit sie nicht überhitzt und im Extremfall explodiert.
Auch geheizt wird im Elektroauto anders. Bei Benzin- oder Dieselmotoren wird die Abwärme über Wärmetauscher in den Innenraum geleitet. Beim E-Mobil mit Batterien, die bei niedrigen Temperaturen ohnehin unter Leistungsverlust leiden, funktioniert das nicht. „Stattdessen wird es sogenannte Latentwärmespeicher geben, die nach dem Prinzip der Thermoskanne die Motorwärme speichern und später dosiert wieder abgeben“, erläutert Christian Schäfer vom Zulieferer Delphi Automotive Systems.
Deutsche Zulieferer mit Chancen
Die deutschen Zulieferer haben nach Experteneinschätzung gute Chancen, die Veränderungen zu meistern. „Aber die betroffenen Unternehmen müssen die noch verbleibende Zeit nutzen“, sagt A.T. Kearney-Berater Haubensak. Entweder, indem sie in die neue Technik investieren oder durch Übernahme von Mitbewerbern.
Und selbst, wo das nicht klappt, bleibt den Herstellern konventioneller Technik immer noch die im Beraterjargon „Last-Man-Standing“ genannte Strategie. Haubensak: „Auch in Zukunft werden noch Kolben, Zylinder oder Auspuffanlagen gebraucht – wer Kosten-, Technologie- und Qualitätsführerschaft vereint, hat gute Chancen, sich im rauer werdenden Wettbewerb durchzusetzen.“
