Kooperationsforum Bordnetze

Komplexität im Kabelbaum

14.12.2011 | Autor / Redakteur: Axel de Schmidt / Bernd Otterbach

Der erkennbare Trend zu weiteren Komfort-Funktionalitäten im Fahrzeug und die zunehmende Elektrifizierung der Antriebssysteme bringen die etablierten Energiebordnetze an ihr Leistungslimit.

Für die rund 320 Teilnehmer des 14. Kooperationsforums „Bordnetze“, das die Bayern Innovativ GmbH am 30. November 2011 in München veranstaltete, ist eine Grunderkenntnis eindeutig: Die steigende Funktionalität von Sicherheits- und Komfortsystemen sowie der Hochvolt-Bereich bei Hybrid- und Elektroantrieben werden in Zukunft erhöhte Anforderungen an die automobile E/E-Bordnetz-Architektur stellen. Daher standen aktuelle technische Ansätze von Kabelsatz-Systemen für den Hochvolt-Bereich, Maßnahmen, um das Gewicht der Kabelsätze zu reduzieren sowie Anforderungen für eine zukünftige höhere Automatisierbarkeit der Fertigung im Mittelpunkt der Veranstaltung.

Dabei ging es im Rahmen des Themenschwerpunktes „Leichtbau im Bordnetz“ um Strategien zur Gewichtsreduktion, innovative Verbindungstechnik für neue Materialien sowie Alternativen zur drahtgebundenen Datenübertragung. Daneben standen Aspekte der Automatisierung aus der Perspektive von Konfektionären und Kontaktteile-Herstellern im Fokus. Den dritten Schwerpunkt bildete der Hochvolt-Bereich, der sowohl von Vertretern von Leitungsherstellern, Konfektionären und im Zusammenhang mit Steckverbindern und Ladesteckern beleuchtet wurde.

Neue Spannungsebene im Fahrzeug

Als roter Faden zog sich die Frage nach einer neuen Spannungsebene von 48 Volt durch die gesamte Veranstaltung. Diese Entwicklung resultiert aus dem kontinuierlichen Wachstum von Komfort-, Sicherheits-, Fahrerassistenz- und Infotainment-Funktionen sowie weiteren Anforderungen durch Produktinnovationen. Mit der zumindest mittelfristig erwarteten starken Zunahme elektrischer Antriebsfunktionen und Nebenaggregaten im Zuge der gewünschten CO2-Reduzierung gelangt das heutige Energiebordnetz an seine Leistungsgrenzen.

Ottmar Sirch, Projektleiter Vorentwicklung Energiebordnetz, BMW Group, verwies zwar in München darauf, dass eine kontinuierliche Reduzierung des elektrischen Verbrauchs bestehender Funktionen auch Raum für neue Funktionen schaffe, ohne die bestehende Architektur verlassen zu müssen. Dies gelte jedoch nur so lange, bis neue Funktionen die Größenordnung von mehreren kW mittlerer Leistung signifikant übersteigen. Dann sei „der Sprung in eine neue, leistungsfähigere Architektur zwingend notwendig“. Künftig rücken daher neben der Reduzierung des elektrischen Verbrauchs und der Sicherheit von Hochvoltsystemen auch die Beherrschung von Mehrspannungsbordnetzen sowie ein flexibles Leistungs- und Energiemanagement in den Fokus.

Der BMW-Manager stellte als wichtigste Eigenschaften eines neuen Zwei-Spannungs-Bordnetzes mit 48 Volt neben der CO2-Reduzierung ein breiteres Anwendungsspektrum von Boost-Funktionen in kleinen Fahrzeugen bis hin zur Versorgung umfangreichster Funktionalitäten in voll ausgestatteten Fahrzeugen der Oberklasse heraus. Sirch räumte allerdings ein, dass allein mit der 48 V-Basisfunktion eine Gewichtszunahme in einer vorsichtig geschätzten Größenordnung von 15 Kilogramm verbunden sein dürfte.

Schlanke Leitungen schaffen Bauraum

Für Oliver Druhm, Senior-Professional, Bordnetzentwicklung, Dräxlmaier Group, Vilsbiburg, besteht die Herausforderung derzeit darin, nicht nur effiziente Umsetzungen zu realisieren, sondern Lösungen zu finden, die auch technisch möglich sind. Denn: „Nicht alles, was man technisch machen könnte, lohnt sich auch wirtschaftlich“. Die größten Potentiale liegen dabei im Hochvolt-Bereich, wenn die Querschnitte größer werden. Grundsätzlich komme es aber darauf an, nicht nur gewichtsoptimiert zu denken: „Ein schlankes Bordnetz heißt noch lange nicht, dass es gewichtsoptimiert sein muss. Es ist schlank, wenn es mir hilft, mein Fahrzeug zu bauen“, sagte Druhm.

Der Vorteil von Leitungen im Bereich 0,35 mm² oder weniger, liege daher zunächst im zusätzlichen Bauraum. Die Werkstoffe seien dabei nicht nur dazu da, einen leichteren Kabelsatz zu produzieren, sondern bilden vielmehr erst die Grundlage für die Simulation, damit überhaupt Leitungen mit der entsprechenden Dimensionierung ausgelegt werden könnten. Bei den Komponenten wie Steckern liege der Vorteil nicht allein in der Reduzierung von Gewicht, sondern wiederum in der vernünftigen Nutzung des Bauraums. Grundsätzlich seien dem Leitmotiv der Gewichtsreduzierung auch Grenzen gesetzt: „Alles was kleiner gemacht wird, kann auch zu höheren Kosten führen.“

Allerdings sieht der Dräxlmaier-Manager im Blick nach vorn keine großen Einsparpotentiale mehr. Heute seien die Unternehmen dazu gezwungen, „ganz genau hinzuschauen, ohne ein wirtschaftliches Fiasko damit zu erleben“. Entscheidend bleibe die Gesamtsystem-Betrachtung: „Es gibt Abhängigkeiten, die nicht jedem bewusst sind.“ Für die Entwicklung schlanker Bordnetze stelle sich also die Kernaufgabe, die Systemtopologie unter allen Aspekten zu bewerten. Dazu gehöre auch eine frühzeitige Auslegung der Leitungsdimensionierung.

Komplexität entschärfen

Im Blick auf die kommenden Jahre ist die Gefahr nach übereinstimmender Meinung der Experten relativ groß, dass die Komplexität im Kabelbaum noch weiter zunehmen wird. Dies gilt vor allem dann, wenn die bisherigen Treiber der Entwicklung nicht nur bestehen bleiben, sondern sich noch gegenseitig verstärken. Dazu gehören vor allem die Durchsetzung von 0,13 und 0,17 mm²- Kupfer- und Aluminium-Leitungen mit geringem Durchmesser. Denn, so das Fazit von Goetz Roderer, Director Central Engineering, S-Y Systems Technologies Europe GmbH: „Aluminium ist auf dem Vormarsch“.

Der Trend zu mehr Gewichtseinsparung sollte hier für den entsprechenden Nachdruck sorgen. Zudem dürften sich Mittelspannungen im Fahrzeug ausbreiten und eventuell eine Renaissance von X-by-Wire herbeiführen. Für Roderer ist die Marschrichtung klar: Die weitere Komplexitätserhöhung könne nur über eine Optimierung der Architektur von elektrischen bzw. elektronischen Bordnetzen mit dem Kabelbaum als Bauteil entschärft werden.

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