Lautlos dahingleitende Lkw, Baumaschinen, die nur noch Wasser emitieren: Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Mobilität stehen auch die Nutzfahrzeug-Hersteller vor großen Herausforderungen. MAHLE, als international führender Entwicklungspartner und Zulieferer der Automobilindustrie, hat einige Innovationen im Köcher, mit denen der Umstieg in eine CO2-neutrale Zukunft auch bei Nutzfahrzeugen gelingen kann. Dabei schwört die Ideenschmiede aus Stuttgart mit seinen weltweiten Depandancen auf Technlogieoffenheit: Neben Truck-tauglichen E-Motoren setzt MAHLE auch auf Wasserstoff und ist bereit für den Einsatz synthetischer Kraftstoffe.

 

Komplexe Anforderungen, hoher Kostendruck: Auch Nutzfahrzeuge sollen ihren CO2-Ausstoß reduzieren: Bis 2030 müssen die Kohlendioxid-Emissionen von Lkw mit einem Gesamtgewicht über 16 Tonnen um 30 Prozent sinken – eine Herkulesaufgabe, die nicht mit nur einer einzigen, technischen Lösung in den Griff zu bekommen ist. Allein die unterschiedlichen Voraussetzungen in verschiedenen Teilen der Welt erfordern eine breit angelegte Herangehensweise. „Um das Ziel der Klimaneutralität im Straßenverkehr schneller zu erreichen, müssen alle technisch machbaren Möglichkeiten betrachtet werden,“ heißt es bei MAHLE. Folgen Sie uns auf einem kleinen Rundgang, der das technisch bereits Machbare aufzeigt und die Entwicklungsmöglichkeiten für die nahe Zukunft im klimaneutralen Fernverkehr skizziert.

Mit zwei neuartigen E-Motoren stellt MAHLE seine Entwicklungskompetenz eindrucksvoll unter Beweis. Bislang galt der Einsatz von Elektroantrieben im schweren Güterverkehr als nicht unproblematisch. Konventionelle E-Motoren können zwar eine sehr hohe Leistung erbringen, aber nicht unbegrenzt lange. Bei einem Pkw ist es akzeptabel, dass das volle Leistungsvermögen nur bei sporadischen Beschleunigungsvorgängen zur Verfügung stehen muss. Für den Lkw-Fahrer, der mit einem vollbeladenen Truck einen Gebirgspass überwinden muss, sind Leistungseinbußen inakzeptabel. Auf Basis langjähriger Expertise haben die MAHLE Ingenieursteams das thermische Verhalten von E-Antrieben genauer untersucht. Dabei haben sie Wege gefunden, den E-Antrieb fortwährend im optimalen Temperaturfenster arbeiten zu lassen und der leistungsfressenden Erhitzung entgegenzusteuern. Neben dem MAHLE Know-how in Sachen E-Antrieben profitieren MAHLE Kunden auch von einer weiteren Kernkompetenz des Unternehmens: dem Wissen in Sachen perfektem Thermomanagement. Es ist das wichtigste und umsatzstärkste Geschäftsfeld des weltweit agierenden Konzerns. Das für anspruchsvolle Nutzfahrzeuganwendungen ideale Produkt hört auf den Namen SCT E-Motor. Und dabei ist der Name Programm: SCT steht für Superior Continous Torque – fortwährende vorzügliche Kraft. Damit hat MAHLE binnen kurzer Zeit eine weitere sensationelle Innovation in puncto E-Antrieb in Richtung Serienreife gebracht. Der neue SCT E-Antrieb folgt dem im vergangenen Jahr vorgestellten magnetfreien E-Antrieb. Und beide haben das Zeug dazu, eine kleine Revolution auf dem Sektor der E-Antriebe auszulösen. Technische Besonderheit des magnetfreien E-Motors von MAHLE ist eine induktive und damit verschleißfreie Leistungsübertragung. Damit erreicht der MAHLE Antrieb nicht nur einen Gesamtwirkungsgrad von über 95 Prozent – ein Wert, den sonst nur die Rennmotoren in der Formel E schaffen. Da er die elektrischen Ströme zwischen den rotierenden und stehenden Teilen in seinem Inneren kontaktlos überträgt, ist der innovative E-Motor ist auch bei hohen Touren drehzahlfest. Und sein Konstruktionsprinzip ist zugleich ein Schritt in Richtung Unabhängigkeit von bestimmten Rohstoffen: Er ist magnetfrei und kommt somit ohne „Seltene Erden“ aus. Das Konstruktionsprinzip lässt sich übrigens in einer weiten Range skalieren. Dadurch ist diese Technik nicht nur für Pkw verschiedener Klassen und Leistungsanforderungen geeignet, sondern lässt sich auch für schwere Lkw oder Baumaschinen nutzen. Auch der SCT E-Motor lässt sich auf Kundenwunsch ohne „Seltene Erden“ konfektionieren. Seine Stärken spielt er vor allem in seiner Ausdauer aus. Diesen Innovationssprung macht MAHLE durch Besinnung auf eine der Konzernstärken möglich: das Thermomanagement. Der angewandte Kniff: Im Inneren des SCT E-Motors (SCT steht für „Superior Continous Torque“) leitet eine eigens entwickelte Ölkühlung die entstehende Wärme ab. So bleibt der Motor stets im optimalen Temperaturbereich. Und die entstehende Wärme, die über einen Kreislauf dem Fahrzeug-Gesamtsystem zugeführt wird, kann zum Aufheizen genutzt werden – ein Novum auf dem Gebiet der E-Antriebe. Das permanenterregte E-Aggregat ist kompakt und in der Lage, über 90 Prozent seiner Leistung dauerhaft abzugeben – eine kleine Revolution. Damit macht der ebenfalls in einem großen Leistungsbereich skalierbare SCT E-Motor „den Weg frei für die Nutzung in allen Fahrzeugklassen“, sagt MAHLE. Dazu gehören auch der der schwere Güterverkehr, Baumaschinen oder Traktoren.

Er ist unbegrenzt vorhanden, lässt sich mittels regenerativer Energien erzeugen und absolut sauber: Wasserstoff hat das Zeug zum Star unter den umweltfreundlichen Energieträgern. Seit etwa 200 Jahren kennt man Verfahren, das leichteste Element des Periodensystems mithilfe elektrischer Energie aus Wasser zu gewinnen. Kommt der Strom dazu aus erneuerbaren Energien wie Solar- oder Windkraft, ist Wasserstoff absolut klimaneutral und emittiert bei seiner Verbrennung nur ein harmloses „Abgas“: Wasserdampf. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Wasserstoff in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung genutzt wird oder in einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor direkt als Kraftstoff verbrannt wird. Was bei der Wasserstoff-Verbrennung aus dem Auspuff kommt, ist harmlos, ungiftig und belastet die Umwelt nicht.

Seit mehr als zehn Jahren beliefert MAHLE führende Brennstoffzellenhersteller mit Serienanwendungen. 2021 wurde am MAHLE Hauptsitz in Stuttgart ein weiterer Schritt in Sachen Erforschung und Verwendung von Wasserstoff als Energieträger gemacht: Im neuen Prüfzentrum wird auf 1400 Quadratmetern an neuen Systemlösungen für Wasserstoffanwendungen gearbeitet. Getestet wird dabei vor allem die Alltagstauglichkeit in schweren Nutzfahrzeugen. „Wir wollen Systemlösungen finden, die wirtschaftlich und robust sind“, erklärt der Leiter des Wasserstoffprüfzentrums Peter von Kietzell. Dazu arbeiten rund 100 Fachleute intensiv an der Weiterentwicklung der Komponenten, die bei Brennstoffzellen oder dem Wasserstoffverbrennungsmotor zum Einsatz kommen.

Es herrscht erstaunliche Ruhe beim Motoren-Testlauf im MAHLE Prüfzentrum, zumindest, wenn gerade ein Brennstoffzellenantrieb läuft. Nur ein leises Summen ist zu vernehmen, selbst die Klimaanlage ist lauter. Im Fokus der Brennstoffzellentests stehen einzelne Komponenten, die das Gesamtsystem optimieren – zu marktfähigen Preisen. Denn die Brennstoffzelle bietet vor allem bei Nutzfahrzeugen große Vorteile gegenüber reinen Batterie- oder Hybridlösungen: Sie ermöglicht eine große Reichweite, schnelles Betanken und somit auch Routenfreiheit bei gleichbleibender Nutzlast. All das sind entscheidende Kriterien in Sachen Transport und Logistik. Temperaturen, Drücke, Spannungen – viele Parameter wollen gemanagt werden, damit eine Brennstoffzelle aus Wasserstoff und der Umgebungsluft Strom erzeugen kann. MAHLE bringt dafür das passende Know-how zusammen. Dabei arbeiten mehrere Teams aus unterschiedlichen Unternehmensbereichen und Standorten gemeinsam an dem Ziel, die Brennstoffzelle haltbarer, ihren Preis marktfähiger zu machen.

Eine der innovativen Lösungen: Der Flachmembranbefeuchter. Ein Wortungetüm, das ein Bauteil beschreibt, das dafür sorgt, dass die Kühlluft der Brennstoffzelle immer im optimalen Feuchtefenster bleibt. Denn: Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto besser sind Wirkungsgrad und Haltbarkeit der Brennstoffzelle. Jüngst haben cellcentric, das 50:50 Brennstoffzellen Joint Venture der Daimler Truck AG und der Volvo Group AB, und MAHLE eine Absichtserklärung zur Zusammenarbeit im Bereich der Entwicklung und Serienproduktion der Systemkomponente Flachmembranbefeuchter unterzeichnet. Der Flachmembranbefeuchter soll sowohl in Brennstoffzellensystemen für Nutzfahrzeuge als auch in stationären Anlagen, etwa in Notstromaggregaten, eingesetzt werden. Einen anderen Weg beschreitet MAHLE in Sachen Wasserstoffverbrennungsmotor. Dabei handelt es sich um einen Hubkolbenmotor, der mit Wasserstoff betrieben wird. Das Reizvolle dabei: Dieser Motor kann auf traditionellen Antriebssystemen aufbauen. „Vom Motor über das Kühlmodul bis hin zur Fahrzeugarchitektur können wir Komponenten und Systeme übernehmen, “ erklärt Christian Trabold, Projektleiter Wasserstoffmotor.
Damit das klappt, gilt es verschiedene Herausforderungen zu überwinden. Etwa die Materialermüdung, mögliche Vorentflammungen, bei denen sich das Wasserstoff-Luft-Gemisch selbst entzündet, es geht auch um Korrosion. Doch bei der Optimierung der Einzelkomponenten kann MAHLE auf einen großen Erfahrungsschatz bauen und sieht Effizienzsteigerungen um 50 Prozent als machbar. Dazu arbeitet MAHLE an neuen Kolbendesigns, setzt auf reibungsreduzierte Laufbuchsen, robustere Nockenwellen oder korrosionsbeständige Ventile.

Die Detailarbeit lohnt sich, denn diese Form des Wasserstoff-Antriebs ist robuster als eine Brennstoffzelle und ist auch hohen Lastzyklen und plötzlichen Laststufen gewachsen. Außerdem ist ein mit Wasserstoff betriebener Verbrennungsmotor überall dort einsetzbar, wo es staubig und heiß ist oder wo Vibrationen den Einsatz einer Brennstoffzelle erschweren: Im Transport- oder Schwerlast-Verkehr und bei Offroad-Anwendungen. MAHLE rechnet mit einem Serieneinsatz zu marktfähigen Preisen innerhalb der nächsten Jahre.

Das Thermomanagement ist eine der entscheidenden Stellschrauben bei der Optimierung von Motoren und Antriebssystemen. Beim traditionellen Verbrennungsmotor gilt es, den Wasser- und den Ölkühlkreislauf möglichst schnell auf die optimale Betriebstemperatur zu bringen, den Motor vor Überhitzung zu schützen und den Innenraum zu heizen oder zu kühlen.

Noch viel wichtiger ist die Einhaltung idealer Temperaturfester bei Elektroantrieben, denn gerade das Herzstück eines E-Fahrzeugs, die Batterie, hat ein sehr kleines Temperaturfenster: „Die Antriebsbatterie ist uns Menschen in puncto Wohlfühltemperatur sehr ähnlich“, erklärt Dr. Roger Busch, globaler Entwicklungsleiter Thermomanagement bei MAHLE: Eine Lithium-Ionen-Batterie hat den höchsten Wirkungsgrad zwischen 20 und 40 Grad Celsius, muss also im Winter erwärmt und im Sommer gekühlt werden. Denn die Temperatur hat einen direkten Einfluss auf die Ladeleistung und damit auch auf Performance, Reichweite, Lebens- und Ladedauer.

Das gilt vor allem auch für Nutzfahrzeuge mit E-Antrieben, bei denen Schnellladeleistungen von bis zu einem Megawatt diskutiert werden. Allein die schiere Menge an Wärme, die bei schweren Nutzfahrzeugen entsteht, ist eine große Herausforderung, der sich MAHLE mit einer ganzen Reihe modularer Komponenten widmet. Das beginnt bei Entwicklungen wie der Batterie-Kühlplatte und führt über Komponenten wie den Chiller, der bei hohen Außentemperaturen die Batteriekühlung unterstützt und ein Hochvolt-Heizer, die Innenraum und Kühlmittel bei Bedarf heizen. Dazu kommen verschiedene, kleine Kühlmodule sowie Klimaanlagen. Für den sicheren Betrieb der Einzelkomponenten sorgen zudem Bauteile wie Kühlmittelpumpe und 800-Volt-Klimakompressor.

Alles zusammen ermöglicht eine perfekte temperierte Batterie. Das ist wichtig für kurze Ladezeiten, maximale Reichweite und eine lange Batterielebensdauer. Kriterien, die bei schweren Nutzfahrzeugen eine große Rolle spielen. Und ganz nebenbei wird auch der Fahrerarbeitsplatz energiesparend geheizt oder gekühlt.

Ein ausgeklügeltes Thermomanagement macht Innovationen, wie den oben beschriebenen SCT E-Motor mit seiner außergewöhnlicher Dauerleistungsfähigkeit, erst möglich. Und das eröffnet wiederum neue Möglichkeiten für einen klimaneutralen Schwerverkehr. Aber auch Brennstoffzelle und Wasserstoffmotor können eine neue, nachhaltige Mobilität forcieren, wenn sie durch ein durchdachtes, modulares Thermomanagement alltagstauglich und zu marktfähigen Preisen angeboten werden können. Sie können die Lücken in den Bereichen schließen, wo die E-Mobilität (noch) an ihre Grenzen stößt.

Alle Komponenten werden ausgiebig im Truck-tauglichen Klimawindkanal von MAHLE getestet. Der kann Temperaturbereiche zwischen -30 und 50 Grad Celsius abbilden und bläst mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 130 km/h.

Motorsport und Nachhaltigkeit – ein Widerspruch? Ganz sicher nicht. Beispielsweise wenn es um die DTM Electric geht, die sich gerade im Entwicklungsstadium befindet. Als DTM-Technologiepartner ist MAHLE mit von der Partie.
Motorsport ist für MAHLE vertrautes Terrain, denn MAHLE steht seit vielen Jahrzehnten als Spezialist und Partner Herstellern in der Formel 1 und anderen internationalen Top-Rennserien zur Seite. Im Motorsport geht es traditionell um maximale Leistungsfähigkeit.
MAHLE Know-how ist auch wertvoll beim Umstieg verschiedener Rennserien von traditionellen auf synthetische Kraftstoffe. So ist die Formel 1 seit dieser Saison mit einem höheren E-Fuel-Anteil unterwegs und setzt ab 2026 vollends auf die Verwendung nachhaltiger Kraftstoffe. Dafür müssen Motorkomponenten angepasst und Kühlstrategien mit neuen Materialien und Geometrien entwickelt werden – für maximale Effizienz und Haltbarkeit unter höchsten Belastungen. In der Motorsport-Königsklasse ist MAHLE beispielsweise seit mehr als vier Jahrzehnten Partner von Ferrari. Aber auch in der Formel E ist MAHLE seit einigen Jahren als technischer Partner gefragt. Seit 2020 unterstützen die in Fellbach ansässigen Motorsport-Spezialisten von MAHLE das mit vielen Titelgewinnen erfolgreiche Team DS TECHEETAH. Wie auch in der Formel E setzen die Macher der neu aus der Taufe gehobenen DTM Electric auf nachhaltige Ideen und Technologien: Die Batterie muss mindestens drei Jahren im Rennbetrieb absolvieren, die Reifen müssen recyclingfähig sein und beim Fahrzeug finden auch Fasern aus Flachs Verwendung. Klingt zu grün? Und wie steht es damit: 1360 PS, 0-200 km/h in unter fünf Sekunden, Top-Speed 320 km/h? Das klingt nach Höchstleistung und Spannung pur – Motorsport eben. Und um diese beeindruckenden Leistungsdaten auch immer und immer wieder nutzen zu können, gilt es, die einzelnen Bauteile des elektrischen Antriebs bestmöglich zu kühlen. Eine Aufgabe für die routinierten MAHLE Experten. „Die E-Mobilität ist neben dem Thermomanagement eine unserer strategischen Säulen“, erklärt Fred Türk, Vice-President MAHLE Motorsport, die Motivation für MAHLE, sich in der DTM Electric zu engagieren. „Innovationen werden im Motorsport geboren. Aus dem Rennsport ziehen wir wichtige Schlüsse für Antriebe und Thermomanagement“. Natürlich kommt MAHLE nicht mit leeren Händen zur DTM Electric. Das Technologieunternehmen steuert Komponenten für die Kühlung von Motoren, Getriebe und die Leistungselektronik bei.

Wie groß die Bandbreite der MAHLE Innovationen auch im Motorsport ist, verdeutlicht ein Entwicklungsauftrag, den die in Großbritannien ansässigen Engineering-Spezialisten von MAHLE Powertrain entwickelt haben. Dabei handelt es sich um ein Mild-Hybrid-System, dass eigens für die Indycar-Serie entwickelt wurde. MAHLE nennt dieses komplette System, mit dem künftig alle Fahrzeuge ausgerüstet werden, „MAHLE Push-to-pass-Hybrid“ (MPH). Dabei versorgt das 48-Volt-Hybrid-System die Boliden kurzfristig mit zusätzlicher Kraft, etwa für Überhol-Vorgänge. Das „Push-to-pass“-Hybridsystem speichert die Energie in einem Superkondensator. Die nutzt der flüssigkeitsgekühlte 48-Volt-E-Motor, um kurzzeitig 105 kW Leistung und 100 Nm Drehmoment zur Verfügung zu stellen. MAHLE Powertrain liefert hier das innovative Komplettsystem. Dass man bei MAHLE sehr praktisch denkt, zeigt ein weiteres Feature der „Push-to-pass“-Technik: Für Transport oder Service kann das System sehr schnell und absolut sicher entladen werden.
Bei MAHLE ist man sicher, dass emissionsfreie und nachhaltige Rennserien wie die DTM Electric in Zukunft noch bedeutender werden. Hier kann MAHLE seine ganze Expertise nutzen und die gewonnen Erkenntnisse für den Serieneinsatz nutzen.

Wer sich heute ein neues Auto kauft, kauft in der Regel eine Vielzahl an Assistenten gleich mit. Solange die verlässlich im Hintergrund arbeiten und im Fall der Fälle unterstützend eingreifen, muss man sich über sie auch keine weiteren Gedanken machen. Doch wie sieht das nach einem Unfall aus? Zudem bringt der wachsende Markt für gebrauchte Elektroautos neue Herausforderungen für Käufer und Verkäufer. Wichtig ist vor allem die Frage: Wie ist es um den Zustand der Batterie bestellt, wie lange wird sie noch halten? Schließlich ist die Batterie (zumeist) das teuerste Teil eines modernen Elektroautos. Wenn es um Elektrofahrzeuge oder moderne Fahrerassistenzsysteme geht, werden Diagnose- und Einstellungswerkzeuge in Zukunft also immer wichtiger werden. Im Bereich der Fahrzeugdiagnose baut MAHLE daher sein Diagnosegerät TechPRO® um eine neue Diagnosegerätereihe BatteryPRO weiter aus: Seit Ende März dieses Jahres ermöglicht MAHLE als weltweit erster Anbieter freien Werkstätten, mit dem MAHLE TechPRO® mittels der Funktion E-Scan Batteriediagnosen an E-Fahrzeugen vorzunehmen. Das erhöht die Betriebssicherheit und schafft Vertrauen in neue Technologien – ein wichtiger Faktor für den Handel mit gebrauchten E-Autos. Mit diesem System können sich freie Werkstätten ein zukunftssicheres Geschäftsfeld erschließen. Zum Jahresende wird diese E-Scan-Funktion durch die Geräte E-Health und E-Care ergänzt. E-Health diagnostiziert Fahrzeugbatterien über den Ladestecker und wertet die gemessenen Daten in der Cloud aus. So lässt sich der Zustand einer Batterie in Relation zu allen anderen erfassten Batterien gleichen Typs in der Flotte einordnen. Zudem erstellt E-Health eine Prognose über die restliche zu erwartende Laufzeit eines Fahrzeugs. Die Batteriediagnose hilft nicht nur Gebrauchtwagenkäufern und -verkäufern bei der Ermittlung des Fahrzeugwertes. Flottenbetreiber können so ihren E-Fahrzeugpool leichter organisieren und die Wiederverkaufswerte auf einem optimalen Stand halten. Seit Anfang 2022 wird die neue Diagnoselösung bei Pkw gemeinsam mit dem TÜV NORD Mobilität und einem namhaften europäischen Flottenbetreiber, in der Praxis erprobt. Im nächsten Schritt wird MAHLE Batteriediagnose auch für batterieelektrische Lkw und Busse anbieten.
Das zweite Service-Tool, MAHLE E-Care, ist ein Servicegerät zur Wartung der Kühlkreisläufe von Fahrzeugbatterien. Hier schreiben Fahrzeug- und Kühlmittelhersteller bestimmte Wechselintervalle für die eingesetzten Kühlmittel vor. Freie Werkstätten können sich auch hier mit MAHLE zukunftssicher aufstellen.