Autohersteller wollen die Steuerungselektronik künftig näher am Motor einbauen
Chips im Auto geraten ins Schwitzen

Elektronik in Autos muss zunehmend höhere Temperaturen aushalten – teilweise über 150 Grad. Denn Hersteller, Gesetzgeber und Fahrer wollen immer mehr: niedrigere Schadstoff-Emissionen, geringeren Sprit-Verbrauch und intelligente Assistenzsysteme.

DÜSSELDORF. Um das zu erreichen, müssen sich die Fahrzeuge viele Informationen direkt vor Ort holen. „Der Trend geht dahin, die Steuerungselektronik in unmittelbarer Umgebung des Motors zu integrieren“, sagt der Freiburger Forscher Jürgen Wilde, Koordinator einer Studie der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) zum Thema „Hochtemperatur-Elektronik“.

Der Markt für die so genannte Hochtemperatur-Elektronik soll bis zum Jahr 2008 auf 900 Mill. US-Dollar wachsen – geschätzte 500 Mill. Dollar mehr als im laufenden Jahr. „Im Bereich von 200 bis 300 Grad werden Anwendungen überproportional stark zunehmen. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass viele Innovationen im Automobilbereich wie die Motorelektronik effizient durch Hochtemperatur-Elektronik realisiert werden können“, erklärt Wilde.Die gestiegenen Temperatur-Anforderungen haben vor allem zwei Gründe: Je näher eine Elektronik an den Motor heranrückt, desto heißer ist die Umgebung. Zudem entwickelt die Elektronik eine eigene Wärme – wie es jeder PC daheim tut. Je kleiner und leistungsfähiger die Schaltungen, desto wärmer werden sie.

Kompaktere Steuerelektronik

Die Steuerelektronik für das Automatikgetriebe der Mercedes A-Klasse muss beispielsweise Temperaturen von 140 Grad aushalten. Zum Vergleich: Bei konventionellen Systemen befindet sich lediglich ein Sensor vor Ort. Ein Kabel liefert die Informationen an eine Elektronik, die irgendwo anders im Auto sitzt. Das vom Zulieferer Siemens VDO. entwickelte System verbindet dagegen alle Komponenten intern. „Mit der integrierten Elektronik erhöhen wir die Schaltqualität und senken zudem den Benzinverbrauch“, bringt Günter Scheid, Leiter der Entwicklung Getriebeelektronik bei VDO in Regensburg, den Vorteil der Technik auf den Punkt.

Bislang sind es vor allem Nischenanwendungen, die mit Temperaturen von über 150 Grad zurecht kommen müssen. Es sind jedoch bereits Materialien vorhanden, die Temperaturen jenseits der 200 Grad aushalten. „Doch die Automobilindustrie versucht bislang, auf diese Bauelemente zu verzichten, da sie vergleichsweise teuer sind“, sagt Matthias Werner, Branchenexperte bei der Deutschen Bank.

Hohe Temperaturen nur mit teureren Materialien

Bislang nutzen die Autobauer hauptsächlich die Siliziumtechnologie. „Sie ist am kostengünstigsten, hat aber ihre physikalischen Grenzen“, sagt Sven Krüger vom VDI/VDE-Technologiezentrum Informationstechnik. Jenseits der 300 Grad könnten Halbleiter auf Basis von Siliziumkarbid zum Einsatz kommen. „Technisch bietet Siliziumkarbid eine gute Lösung, die aber teuer ist“, sagt Krüger.

Besonders hohe Anforderungen werden an die Zuverlässigkeit der Bauteile gestellt: „Durch die höheren Temperaturen altern die Materialien schneller. Daraus folgt ein erhöhtes Ausfallrisiko“, gibt Viktor Tiederle, Mitautor der Studie von RMCtech in Sindelfingen, zu bedenken. Doch nicht nur der Halbleiter, sondern sämtliche Bauteile müssen der Hitze standhalten. „Es muss gelingen, die gesamte Aufbau-Technologie der Elektronik hochtemperaturtauglich auszulegen. Lösungen für einzelne Bauelemente reichen nicht aus“, sagt der Freiburger Ingenieur Wilde.

Erst wenn die komplette Technik bereit steht, wird es den Herstellern zum Beispiel gelingen, einen Sensor direkt in den Zylinder einzubauen. In der Verbrennungskammer herrschen Temperaturen von bis zu 1 000 Grad. Vorteil des Verfahrens: „Man könnte den Verbrennungsprozess genau beobachten und optimieren“ , sagt Sven Krüger. Dadurch sinken Schadstoff-Ausstoß und Benzin-Verbrauch.

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