60 Jahre Automobil Industrie 100 Jahre ZF Friedrichshafen: Mechanik und Elektronik

Autor / Redakteur: Jürgen Goroncy / Claus-Peter Köth

Im Jahr 2015 besteht die ZF Friedrichshafen AG seit 100 Jahren. Im Laufe dieser Zeit hat sich das Unternehmen vom regionalen Luftfahrt-Spezialisten zum internationalen Technologiekonzern gewandelt, der heute weltweit im Markt der Mobilitätsbranche aktiv ist.

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Im Jahr 2015 besteht die ZF Friedrichshafen AG seit 100 Jahren. Im Laufe dieser Zeit hat sich das Unternehmen gewandelt: vom regionalen Luftfahrt-Spezialisten zum internationalen Technologiekonzern.
Im Jahr 2015 besteht die ZF Friedrichshafen AG seit 100 Jahren. Im Laufe dieser Zeit hat sich das Unternehmen gewandelt: vom regionalen Luftfahrt-Spezialisten zum internationalen Technologiekonzern.
(Foto: ZF Friedrichshafen)

Wegweisende Innovationen und robuste Technik für die Praxis – mit dieser Bandbreite eröffneten ZF-Produkte dem jungen Unternehmen in den zwanziger Jahren die Welt der Automobile. Das Soden-Getriebe war 1921 dem Markt um Jahre voraus: Es war ein Vorwahlgetriebe ohne Schalthebel. Der Fahrer konnte an einem Gangwähler den gewünschten Gang wählen. Erst wenn er anschließend die Kupplung betätigte, legte ein Federmechanismus den Gang automatisch ein. 1934 war bereits das erste Allsynchrongetriebe – ein vollsynchronisiertes Getriebe – serienreif.

Serienfertigung des ersten Pkw-Automatgetriebes

2015 feiert man in Friedrichshafen ein weiteres Jubiläum: Vor 50 Jahren startete die Serienfertigung des ersten Pkw-Automatgetriebes, des 3HP12. Damit legte ZF 1965 den Grundstein für eines der mittlerweile wichtigsten Konzern-Geschäftsfelder. Aktuell markieren die zweite Generation des Achtgang-Automatgetriebes (8HP) sowie das 9HP für Pkw mit Front-Quer-Antrieb die technologischen Speerspitzen. 1965 kam das 3HP12 als das erste von ZF in Serie gefertigte Pkw-Stufenautomatgetriebe auf den Markt. Es punktete mit Lamellenkupplungen. Die setzte ZF anstatt der vergleichsweise verschleißanfälligen Bremsbänder ein, die damals üblich waren. Seine Premiere erlebte das Getriebe in den BMW-Modellen 1800 und 2000. Bald darauf hielt es auch in Fahrzeugen von Peugeot und Alfa Romeo Einzug. Erst 1982 verlangte der Markt nach Automatgetrieben mit höherer Spreizung, das heißt mit mehr und enger gestuften Gängen.

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Elektrohydraulische Regelsysteme im Getriebe

ZF erfüllte diese Ansprüche mit seinem zwischen 1982 und 1990 gebauten Viergang-Automatgetriebe (4HP) – und läutete damit zugleich einen Paradigmenwechsel bei der Getriebesteuerung ein: Erstmals ersetzte ein elektrohydraulisches Regelsystem die mechanisch-hydraulischen Aktuatoren. Dies war entscheidend, um die Schaltzeiten zu verkürzen – und hob Automatgetriebe auch unter fahrdynamischen Aspekten auf eine neue Ebene.

Vom 5HP zum 9HP

Ab 1990 wurde das 5HP gefertigt. Wie immer senkte auch diese Neuentwicklung den Kraftstoffverbrauch um etliche Prozentpunkte. Bislang hatte jedoch jede neue Generation auch zu mehr Bauelementen und folglich zu höherem Gewicht geführt. Vor diesem Hintergrund war eine evolutionäre Weiterentwicklung nicht sinnvoll.

Trendwende im Jahr 2001

Mit dem 6HP26 – dem weltweit ersten Pkw-Automatgetriebe mit sechs Gängen – wurde 2001 eine Trendwende eingeleitet. Es war um 13 Prozent und damit fast 13 Kilogramm leichter, bis zu sieben Prozent sparsamer und wesentlich leiser als der Vorgänger mit fünf Gängen. Das 6HP verfügte über ein neues Radsatzkonzept auf Lepelletier-Basis, das bis zu 30 Prozent weniger Bauteile benötigte. Premiere war 2001 im achtzylindrigen BMW 7er. Beide Entwicklungsstufen zusammengenommen, vertrauten während der gesamten Bauzeit 16 verschiedene OEMs auf das 6HP. Die erfolgreiche Ära endete am Standort Saarbrücken im März 2014 nach exakt 7.050.232 Einheiten. Im Werk in Shanghai wird das 6HP für den chinesischen Markt weiter produziert.

Acht Gänge und geringerer Verbrauch

2009 startete das 8HP in den Markt. Die OEMs forderten zusätzliche CO2-Einsparungen sowie flexible Lösungen für modulare Plattformen. Folglich bot das 8HP nicht nur die Vorzüge von zwei zusätzlichen Gängen und einer hohen Spreizung von 7,02. Auf Basis eines flexiblen Baukastensystems machte es auch Hybrid- und Allradvarianten möglich, sparte Gewicht, war als erstes seiner Art Start-Stopp-fähig und erlaubte eine neuerliche Verbrauchseinsparung um bis zu elf Prozent gegenüber dem 6HP der zweiten Generation. Seit Mitte 2014 produziert ZF die zweite 8HP-Generation, die erstmals im BMW 520d eingesetzt wurde. Viele andere Modelle und Hersteller folgten sukzessive. Schließlich wurde das erste 8HP noch einmal verbessert: Es hat nun geringere Schleppmomente sowie eine höhere Spreizung von 7,8.

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Selbstentwickelte Getriebesteuerung

Ende 2013 erweiterte das weltweit erste Neungang-Automatgetriebe (9HP) für Automobile mit Front-Quer-Antrieb das Portfolio. Im Vergleich zu den bisher für Front-Quer-Pkw verfügbaren, meist auf sechs Gänge beschränkten Automatgetriebe hat das 9HP signifikante Vorteile: Allen voran bietet es ein hohes CO2-Einsparpotenzial, da es den Kraftstoffverbrauch um bis zu 16 Prozent senkt. Diese Effizienz verdankt das 9HP insbesondere seiner extrem hohen Gesamtspreizung von 9,81.

Vier intelligent geschachtelte Einfachradsätze und sechs Schaltelemente sorgen für Kompaktheit. Zwei davon sind hydraulisch betätigte Klauenschaltelemente, die einen hohen Wirkungsgrad haben und die Baulänge kaum beeinflussen. Die Vorteile haben namhafte Automobilhersteller auf Anhieb überzeugt: Land Rover verbaut das 9HP im Range Rover Evoque, während es Chrysler für verschiedene Jeep-Modelle in Lizenz fertigt. Weitere Besonderheit: Seit dem 5HP entwickelt ZF komplett die elektronische Getriebesteuerung selbst. Beim 9HP wird sie selbst gefertigt. Neben den Wandlerautomaten produziert ZF auch manuelle Schaltgetriebe zum Beispiel für Porsche und seit 2008 ein Siebengang-Doppelkupplungsgetriebe für Drehmomente bis zu 700 Newtonmeter, ebenfalls für Porsche.

Hybridgetriebe für Pkw

ZF ist auch für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs gerüstet. Das Unternehmen bietet schon heute alle Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs: von der elektrischen Maschine über Hybridmodule, Steuergeräte und Leistungselektronik bis hin zu kompletten Plug-in-Hybridgetrieben. Ein weiterer Teil der Strategie ist die Entwicklung reiner Elektroantriebe speziell für Kurzstrecken und die Stadt. Für Fahrzeuge bis zur Mittelklasse zeigte ZF mit einem zentral auf der Achse sitzenden elektrischen Antrieb, wie sich Fahrdynamik und eine große Reichweite realisieren lassen. Das System besteht aus Elektromotor, einer kompakten, eingängigen Übersetzungseinheit, der Leistungselektronik sowie Software. Das zweistufige Getriebe und das innovative Hochdrehzahlkonzept sorgen für hohe Leistung. Der 90 Kilowatt starke Antrieb entfaltet schon beim Anfahren ein Drehmoment von 1.400 Nm an der Fahrzeugachse.

Meilensteine in der Fahrwerkstechnik

Nicht nur im Antriebsstrang, sondern auch in der Fahrwerktechnik setzte ZF wichtige Meilensteine. Als sich der Konzern im Jahr 1984 zu 51 Prozent an der Lemförder-Unternehmensgruppe beteiligte, markierte das seinen tieferen Einstieg in die Fahrwerktechnik. Das Portfolio bestand zunächst aus hochwertigen Einzelkomponenten wie Kugelgelenken oder Spurstangen für Pkw und Nfz. Doch darauf war es nur kurz beschränkt: Mitte der neunziger Jahre suchten die OEMs erstmals nach externen Lieferanten für komplette Achssysteme – und fanden in ZF einen kompetenten Partner. Binnen kürzester Zeit entstanden in den USA zwei neue Achsmontagewerke in unmittelbarer Nähe der OEM-Produktionsstätten. In Duncan startete 1994 die Produktion kompletter Vorderachsen für den BMW Z3. Und der Standort in Tuscaloosa stellte ab 1996 für die dort gefertigte Mercedes-Benz M-Klasse komplette Vorder- und Hinterachsen als einbaufertige Module bereit – zusammengesetzt etwa aus Differenzialgetriebe, Antriebswelle, Lenkung, Spurstangen, Lenkern, Bremsen sowie Feder- und Dämpferteilen.

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Übernahme der Mannesmann Sachs AG

Eine ähnlich schnelle Markteroberung gelang ab 2001 auch bei Stoßdämpfern, nach der Übernahme der damaligen Mannesmann Sachs AG. Das elektronisch geregelte CDC-System zählt hier zu den größten Innovationen: Es hebt in der aktuell vierten Generation den Zielkonflikt zwischen einer eher sportlichen oder komfortablen Abstimmung auf. Für eine weitere Innovation war Mitte 2013 Produktionsstart. Die Active Kinematics Control (AKC) unterstützt den Lenkeinschlag von Pkw durch Spurwinkeländerungen an der Hinterachse. Durch diese Technik lassen sich die Fahrsicherheit und die Fahrdynamik verbessern.

Einstieg in die Lenkungstechnik

Als sich der Zahnrad- und Getriebespezialist in den dreißiger Jahren nach neuen Produktfeldern und Marktchancen umsah, lag die Lenkungstechnik durchaus nah. Denn die Mechanik in einem Lenkgetriebe passte zum Produktions-Know-how eines Getriebeherstellers. Zum Einstieg wählte ZF den Weg der Lizenzfertigung: Für das US-Unternehmen Ross Gear and Tool Comp. Inc. produzierte ZF in Europa die so genannte „Ross-Lenkung“. Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs konzentrierte ZF das Lenkungsgeschäft am Standort Schwäbisch Gmünd. Dort begann 1953 die Herstellung der Gemmer-Lenkung, für die ZF wieder die Lizenz eines US-Unternehmens erworben hatte. Mit ihr konnten die Räder nach dem Lenken sehr bequem in den Geradeauslauf gebracht werden, weil die Gemmer-Lenkung das Rückstellmoment nutzte. Noch mehr Komfort wurde möglich, als ZF das Prinzip der Gemmer-Lenkung mit hydraulischen Hilfskraftanlagen kombinierte – der Beginn der Servolenkung. 1954 war ZF mit einem Produktionsvolumen von 400.000 Lenkungen pro Jahr der größte europäische Lenkungshersteller.

Die geschwindigkeitsabhängige Servounterstützung

Die damaligen Servolenkungen für Pkw waren allerdings noch immer ein Kompromiss, denn die Servokraft war immer gleich hoch. Das war beim Einparken zu wenig und bei einer flotten Autobahnfahrt zu viel. Abhilfe schaffte 1986 die Servotronic – die zum Synonym für geschwindigkeitsabhängige Servounterstützung wurde. Mit ihr konnte der Fahrer mit einem Finger einparken, während bei hohen Geschwindigkeiten die Lenkung direkt wirkte und optimale Rückmeldung gab. Der Name dieser Lenkung, die zunächst dem BMW 7er und dem Opel Senator vorbehalten war, ging in die Ausstattungslisten vieler OEMs bis tief in die Kompaktklasse ein.

Elektrifizierung der Servokräfte

ZF arbeitete daran, den Kraftstoffverbrauch der Lenkung weiter zu senken. Potenzial eröffnete die Elektrifizierung der Servokräfte. Denn damit ließ sich das Power-on-demand-Prinzip verwirklichen. Um die Entwicklung der entsprechend leistungsfähigen Elektromotoren zu sichern, gründete ZF mit der Robert Bosch GmbH ein Joint Venture, das bis Anfang 2015 bestand: die ZF Lenksysteme GmbH. 2003 ging die Elektrolenkung unter dem Namen Servolectric in Serie – und das sogleich für die Golf-Plattform des VW-Konzerns. Sie senkte den Kraftstoffverbrauch um 0,3 Liter, später sogar um 0,4 Liter pro 100 km.

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Überlagerungslenkung und Rangierassistent

Mit der Überlagerungslenkung brachte ZF ein weiteres Highlight auf den Markt und schuf damit neue Möglichkeiten für die Vernetzung. Dank eines Überlagerungsgetriebes kann ein Elektromotor fahrerunabhängig auf die Lenkung einwirken. Bei langsamer, kurvenreicher Fahrt fällt daher der Einschlagwinkel der Räder deutlich größer aus als die Lenkbewegung des Fahrers. Bei Lkw kann die Überlagerungslenkung Seitenwind kompensieren, ohne dass der Fahrer selbst gegenlenken muss. Sie war neben dem Traxon-Hybridgetriebe und den Telematik- und Sensierungsfunktionalitäten von Openmatics auch ein wesentliches Element im ZF Innovation Truck: Dieser Lkw mit 25 Metern Länge lässt sich dank eines Rangierassistenten via Tablet außerhalb der Fahrerkabine rangieren.

Seit 2011 Telematik-Dienstleister

Mit Openmatics wagte ZF 2011 den Schritt zum Telematik-Dienstleister. Das System soll den Nutzfahrzeugkunden nicht nur die Fahrzeugdiagnose und -disposition erleichtern, sondern auch als Nachrichten- und Werbeplattform dienen. Openmatics ist eine offene Telematikplattform zur Übertragung von Fahrzeugdaten an ein Webportal. Auf gleichem Weg können auch Daten in das Fahrzeug übertragen werden, etwa Nachrichten oder Werbung. Telematik und Internet im Fahrzeug sind grundsätzlich nicht neu. ZF bietet mit der offenen Plattform Openmatics jedoch ein System aus einer Hand an, das verschiedene Funktionen übersichtlich bündelt.

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