Der Autozulieferer Valeo baut Sensoren und Controller für automatisiertes Fahren. Im bayerischen Wemding laufen Hunderttausende Lidare vom Band.
Beim Blick durch die Scheibe erkennt man rote Lichtblitze eines Lasers. Roboterarme bewegen sich in hoher Geschwindigkeit und setzen kleinste Bauteile auf Leiterplatinen. In dieser Fertigungsstraße von Valeo im bayerischen Wemding entstehen sogenannte Fusion Control Units. Sie werden später im Assistenzsystem eines Autos die Daten von Kameras, Ultraschall-, Radar- und Lidarsensoren abgleichen und in Einklang bringen.
Das börsennotierte Unternehmen aus Frankreich baut alles, was Autohersteller für ADAS-Systeme benötigen. Das Akronym steht für Advanced Driver Assitence Systems. Aktuelle Modell bieten bereits Unterstützung im Level 2, also halten Spur, Tempo und Abstand. Die Hersteller erweitern ihre Systeme um Plus-Zeichen, was vom internationalen Ingenieursverband SAE nicht unterstützt wird. Doch müssen die Marketingabteilungen deutlich machen, dass die Assistenten inzwischen mehr können. Doch sie alle eint: Der Fahrer bleibt im Level 2 in der Verantwortung. Das ändert sich erst mit dem Übergang zu Level 3. Neben Kameras, Ultraschall- und Radar-Sensoren benötigen Autos dann auch teure Lidar-Sensoren, die mit Laserlicht arbeiten. Auch diese Sensoren produziert Valeo in der bayrischen Provinz.
Schränke verschieben
Doch die Werksführung startet bei den ADAS Domain Controllern wie in BMW in seinem jüngsten Modell iX3 einsetzt. Dabei sehen die unterschiedlichen Fertigungslinien ähnlich aus. Jeder Prozessschritt geschieht in einem separaten Fertigungsschrank. Zusammen bilden sie eine 50 Meter lange Fertigungslinie. Wird ein Schritt im Fertigungsprozess verändert, tauschen die Ingenieure lediglich den betroffenen Schrank aus oder fügen einen weiteren zur Linie hinzu. Im ersten Schrank trägt ein Roboterarm Lötpaste auf einer Platine auf. In den folgenden Schränken werden Widerstände, Kondensatoren und Prozessoren hinzugefügt. Sind alle Bauteile auf der Platine platziert, wird das Bauteil auf 220 erhitzt. Kleine Metallkügelchen in der Paste schmelzen und bilden die Leiterbahnen. Optische Systeme kontrollieren die Qualität des Domain Controllers, der aus insgesamt 5.000 Einzelteilen besteht.
Hoher Automationsgrad
An die Fertigungslinien werden täglich 25 Millionen Bauteil aus dem Lager gebracht. Das geschieht größtenteils automatisiert, genau wie die Fertigung. An einer Linie sieht man meist nicht mehr als zwei Menschen. Auf ein Jahr gerechnet, werden hier sechs Milliarden Bauteile verarbeitet. „In den nächsten fünf Jahren wollen wir das auf zwölf Milliarden verdoppeln“, sagt Werksleiter Markus Hein während der Führung. Das funktioniert nur durch weitere Automation und hohe Taktung. Bereits heute ist alle 3,1 Sekunden ein Ultraschallsensor hergestellt. Bei einer Kamera dauert es acht Sekunden. Im vergangenen Jahr verließen 21 Millionen Kameras, 9,6 Millionen Radare, 837 Millionen Ultraschallsensoren und 226.400 Lidar-Sensoren die Fabrik.
Bayrische Fertigungstradition
Die einzelnen Fertigungslinien verteilen sich auf 23.600 Quadratmetern. Die Hallen wirken klinisch sauber. Die Mitarbeiter tragen Kittel, Haarnetz und spezielle ESD-Schuhe. Die leiten statische Ladungen ab, um Bauteile nicht zu beschädigen. In der bayrischen Provinz hätte man eine derartige High-Tech-Fabrik nicht erwartet. Für eine geografische Einordnung muss man aus der Landkarte weit herauszoomen. Ziemlich genau zwischen Stuttgart und Ingolstadt findet man Wemding. Der Ort zählt rund 6.000 Einwohner. In der Valeo-Fertigung sind 1.120 Menschen beschäftigt. Das dürfte deutlich machen, wie wichtig die Fabrik für den Ort ist. Bereits seit über 60 Jahren befindet sich an dieser Stelle eine Fabrik. Zunächst als Wemdinger Industriewerke, wurde es später zu einer Fertigung von ITT Automotive. 1998 übernahm Valeo den Standort. Das börsennotierte Unternehmen mit Hauptsitz in Paris ist direkter Zulieferer (Tier 1) für die Autoindustrie. Der Umsatz lag 2024 bei 21,5 Milliarden Euro. Das Unternehmen beschäftigt rund 110.000 Menschen in 28 Ländern. Weltweit gibt es 155 Fertigungsstätten und 64 Entwicklungszentren.
Lidar sehen oder nicht?
Lidar-Sensoren spielen im Produktportfolio eine wichtige Rolle, da mit der Verbreitung von Level 3-Systemen die Stückzahlen stark steigen dürften. Insbesondere in China rechnet man damit, dass die Systeme schnell Verbreitung finden. Hierzulande nutzen zwar Modelle von Volvo und Nio bereits Lidar-Sensoren, bieten jedoch noch keine Fahrfunktion, bei denen die zum Einsatz kommen. Mercedes-Benz und BMW bieten in Oberklassemodellen eine Level 3 Fahrfunktion an, bei der das Haftungsrisiko auf den Hersteller übergeht. Fahrer können Augen und Hände von Straße und Lenkrad nehmen, um sich anderen Dingen zu widmen.
Valeo kam 2017 mit seiner ersten Lidar-Generation Scala auf den Markt. Heute ist die dritte Generation in der Fertigung. Den Scala-Sensor gibt es in einer Bauform für die Platzierung im Front-Grill sowie für eine Integration im Dachbereich. In China mögen es viele Kunden, wenn die Sensoren oberhalb der Windschutzscheibe oder an den Seiten zu erkennen sind. So belegen damit nach außen, dass ihr Auto über automatisierte Fahrfunktionen verfügt. In Europa geht die Tendenz zum Verstecken. So arbeitet das US-Unternehmen AGC Group an einer Integration der Lidar-Sensoren in die Frontscheibe, wo heute schon Kameras sitzen und auf der Innenseite der Rückspiegel hängt.
Lidar ist noch teuer
Im Scala 3 rotiert ein Quadrat dessen vier Seiten aus Spiegeln besteht. Von der Seite trifft Laserlicht auf die Spiegel und wird in der Front des Fahrzeugs auf die Straße geworfen. Das Licht hat eine Wellenlänge von 905 bis 1.550 Nanometer. Somit ist es im Infrarotbereich und vom menschlichen Auge nicht erkennbar. Gegenüber dem Laser sitze eine Empfangseinheit. Sie nimmt Lichtreflektionen auf und leitet sie zur Auswertung weiter. So entsteht ein dreidimensionales Bild mit bis zu 12,5 Millionen Bildpunkten. Dabei schaut der Scala 3 bis zu 200 Meter weit vor das Fahrzeug. „Ein großer Vorteil von Lidar ist das schnelle Erkennen von Objekten, die plötzlich vor dem Auto auftauchen, also beispielsweise das Kind mit dem Ball“, sagt Christophe Minster, Vice President Lidar bei Valeo. Ein weiterer Vorteil ist, Laserlicht erkennt auch bei Dunkeleinheit die Reflektionen. Zu den Nachteilen zählen Kosten und Konstruktionsweise. Tesla-Chef Elon Musk hat den Einsatz von Lidar-Sensoren in seinen Fahrzeugen immer wieder abgelehnt, unter anderem mit dem Verweis auf die Kosten. Einen genauen Preis will Minster nicht nennen, doch geht er davon aus, dass in rund zehn Jahren die Preise auf rund 100 US-Dollar pro Sensor sinken werden. Er erwartet einen vergleichbaren Effekt wie bei Radar-Sensoren. Der erste Sensor für den Einsatz im Pkw lag vor etwas mehr als 20 Jahren bei 1.000 US-Dollar. Mit steigenden Stückzahlen ist der Preis inzwischen rund 30 US-Dollar gesunken.
Übergang zu Solid State und FMCW
Der Scala 3 enthält mit dem rotierenden Spiegel ein bewegliches Bauteil. Das sehen Auto-Ingenieure ungern. Starke Stöße beispielsweise durch Kopfsteinpflaster oder Offroad-Wege belasten die Mechanik. Daher geht der Trend zu so genannten Solid State Lidaren bei dem das Laserlicht in einem breiteren Winkel jedoch ohne Bewegung ausgestrahlt wird. Auch Valeo folgt dieser Entwicklung, doch gibt es für die noch teurere Technik wenig Abnehmer. Gleichzeitig ist am Horizont eine weitere technische Entwicklung absehbar: FMCW-Lidare. Aktuell messen die Sensoren die Zeit, die zwischen Aussendung der Lichtimpulse und dem Empfang der Reflektion vergeht. Daraus lassen sich Entfernung als auch Geschwindigkeit eines erkannten Objekts berechnen. Ein FMCW-Lidar (Frequency Modulated Continous Wave) analysiert die Frequenzverschiebung des reflektierten Lichts. Dies Methode führt zu einer genaueren Auswertung der erkannten Objekte, was bei hohen Geschwindigkeiten von Vorteil ist. Zudem sind diese Lidare weniger anfällig für Reflektionen von Umgebungslicht und Sonnenblendungen (Blooming). Minster rechnet damit, dass die Produktion von FMCW-Lidaren bei Valeo in vier bis fünf Jahren starten könnte.
Piezo-Plättchen schwingen lassen
In den kommenden Tagen steht in Wemding einer weiterer Schranktausch an. In der Fertigungslinie für Ultraschallsensoren wird eine neue Schweißtechnik eingeführt. Bislang wird in dem Sensor ein piezo-elektrisches Plättchen mit Lötpaste versehen, um zwei feine Drähte anzuschließen. Das Plättchen wird über diese Verbindung mit elektrischem Strom zum Schwingen gebracht. Das Bauteil sendet Ultraschallwellen aus. Die Reflektionen treffen ebenfalls auf das Piezo-Plättchen und erzeugen Druckschwankungen, deren Auswertung den Abstand zum Hindernis liefert. Allerdings beeinflussen die verbliebenen Reste der Lötpaste das freie Schwingen des Fingernagel-großen Plättchens. „Wir wechseln zum Thermokompressionsschweißen. Dabei werden die beiden Drähte so stark erhitzt, dass sie sich dauerhaft mit dem Piezo-Plättchen verbinden“, sagt Hein. Das verbessert zukünftig den Einparkvorgang oder das Öffnen der Kofferraumklappe in der Tiefgarage, ohne dass sie an der Decke anschlägt.
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