gesponsertGreen Shift Pioneers Stecker helfen beim Sparen und schonen die Umwelt

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TE Connectivity Germany GmbH

Im Automobilbereich geht der Trend zu höheren Spannungen und zonalen Kabelbaumarchitekturen. Mit seinen Steckerlösungen hilft TE Connectivity, diese Trends umzusetzen und deren Nachhaltigkeitspotentiale zu heben.

Aktuell wird wieder einmal viel über das Verbot der Neuzulassung fossil betankter Verbrennerfahrzeuge diskutiert – Eine Seite sieht die Aufhebung dieses Verbots als Verrat am Klimaschutz, die andere Seite als letzte Rettung der deutschen Automobilindustrie. Dabei gibt es so viele Bereiche abseits des Antriebsprinzips, die Autos nachhaltiger machen. Im Bereich der elektrischen Verkabelung bietet TE Connectivity (TE) einige interessante Lösungen, um die Nachhaltigkeit zu erhöhen.

Nils Braun, Direktor Product Management bei TE Connectivity, beschreibt die beiden wichtigsten Trends im Bereich des KFZ-Bordnetzes: „Zum einen setzt sich die 48-Volt-Technik durch, zum anderen bauen immer mehr Automobilhersteller ihre Bordnetze nach Zonen auf. Beides hat nicht nur großen Einfluss auf den Materialverbrauch, den CO2-Fußabdruck und die Fertigungskosten, sondern auch auf den Verbrauch im Betrieb – unabhängig von der Antriebsart.“

Seit den 1960er Jahren ist das Bordnetz vom PKW auf 12 Volt Spannung ausgelegt. Gegenüber dem zuvor genutzten 6-Volt-Netz halbierten sich die notwendigen Kabeldurchmesser, zudem reduzierten sich Übergangswiderstände und Kontaktkorrosion. Das Bordnetz wurde leichter, zuverlässiger und effizienter.

Mehr Energiebedarf benötigt höhere Spannung

In den letzten Jahren verstärkt sich der Trend zu immer mehr und immer stärkeren elektrischen Verbrauchern im Auto – von Startergeneratoren über elektrische Klimakompressoren bis hin zu Steer-by-Wire Systemen. Damit kommen aber auch mehr und größere Verbraucher ins Netz, die sich mit 12 Volt kaum noch versorgen lassen. So steht nun neuerlich ein Schritt in der Voltzahl des Bordnetzes an, diesmal von 12 auf 48 Volt. Die Gründe sind dieselben wie beim letzten Schritt: Weniger Gewicht, mehr Zuverlässigkeit und Effizienz.

Die primäre Anforderung, die Steckverbinder für 48V-Systeme erfüllen müssen, ist die sichere und zuverlässige Übertragung von hohen Strömen bei erhöhter Spannung. Das bedeutet, dass die Steckverbinder neue Anforderungen für ein Raster mit einer Luftstrecke/Kriechstromstrecke gemäß DIN 60664-1 erfüllen müssen. Braun berichtet: „Wir müssen insbesondere durch das Zusammenspiel von Kontakten und Gehäusen erreichen, dass Luft- und Kriechstrecken trotz Umgebungseinflüssen so dimensioniert sind, dass kein Überschlag entstehen kann. Dabei erlaubt uns die 48-Volt-Technik, kleinere Kontakte einzusetzen und die Stecker kompakter und damit auch leichter zu machen. Und nicht zuletzt ist eine zuverlässige Verriegelung und Abdichtung der Stecker wichtiger denn je.“

Zonale Architekturen vereinfachen den Kabelbaum

Kompakte, flexible Stecksysteme sind auch wichtig beim Aufbau zonaler Architekturen im Bordnetz. Bisher verbindet ein hochkomplexer Kabelbaum teilweise mehr als hundert Steuergeräte, die über das ganze Fahrzeug verteilt sind, mit vielen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. In zonalen Architekturen wird der Kabelbaum in mehrere, vereinfachte Teilkabelsätze aufgeteilt, die dann jeweils mit wenigen zonalen Steuergeräten verbunden sind. Eine zunehmende Standardisierung der Kabelbäume eröffnet wiederum einen höheren Grad der Automatisierung in der Kabelbaumfertigung.

Durch diese Architektur beginnen und enden an den zentralen Rechnern sehr viele Leitungen, die sich sonst über viele Geräte verteilt hätten. Mit der zunehmenden Zentralisierung in zonalen Architekturen steigt die durchschnittliche Anzahl an Kontakten pro Steuergerät deutlich an. Kontaktzahlen im dreistelligen Bereich sind dabei keine Seltenheit - entsprechend muss immer mehr Verbindungstechnik auf engstem Raum integriert werden.

Die miniaturisierten Stecksysteme der Serie NanoMQS von TE Connectivity sparen bis zu 50 Prozent Steckervolumen gegenüber der Vorgängergeneration, was eine deutlich höhere Kontaktdichte beziehungsweise mehr Kontakte auf gleichem Raum ermöglicht. So bleibt die Größe der Steckverbinder in zonalen Netzen im Rahmen. Auch hier ist eine gute mechanische Verriegelung und in vielen Fällen die Dichtigkeit gegenüber Außeneinflüssen wichtig und wird durch entsprechende Konstruktion der Steckverbinder ermöglicht.

Komplexe Ausgestaltung der Steckgesichter

Neben der Energieversorgung muss ein Stecksystem hier auch Signal- und Datenleitungen führen, ohne die unterschiedlichen Anforderungen dieser Leitungsarten zu vernachlässigen. Während Versorgungsleitungen hohe Ströme zuverlässig übertragen, kommt es bei Datenleitungen darauf an, dass die Signale nicht von benachbarten Leitern gestört werden. So kommt der Ausgestaltung und der Verteilung der einzelnen Funktionen in diesen hybriden Steckverbindern besondere Bedeutung zu.

Das neue modulare Hybridsystem (MHS) von TE umfasst eine Reihe von Steckverbindermodulen für Signal-, Daten- und Stromverbindungen, die sowohl auf eigenen als auch auf marktkompatiblen Schnittstellen basieren. Innerhalb eines Steckverbinderrahmens lassen sich mehrere Module nahtlos zusammenfügen. Jedes dieser Module wiederum enthält von mehreren OEMs zugelassene Steckverbinder, die die Anforderungen von LV214 und USCAR für die Automobilindustrie in Bezug auf Robustheit gegenüber Temperatur und Vibration erfüllen.

Nahezu sämtliche Module für Steckverbinder, die Signale, Daten und Strom übertragen, sind für die automatisierte Montage validiert und unter Verwendung der neuesten nachhaltigen Materialien und Recyclingverfahren entwickelt und gefertigt.

Verschiedene Steckerserien für alle Ansprüche

Bei all diesen Neuerungen achtet TE Connectivity darauf, seine Kunden nicht zurückzulassen. „Es gibt Kunden, die Neuerungen sofort umsetzen“, erläutert Braun, „während bei anderen das Zuverlässige, Bekannte im Vordergrund steht. So ersetzen die neuen Stecksysteme nicht die bisherigen Angebote, sondern ergänzen sie. Wir bieten Lösungen, die auf verschiedene Anforderungen zugeschnitten sind.“

Ein wichtiger Anspruch dabei ist für TE, Nachhaltigkeit immer mitzudenken – sei es über neue oder Recyclingmaterialien oder clevere Lösungen, die Material und damit auch Gewicht einsparen. So ist die Verkleinerung von Steckverbindungen einerseits in Bezug auf die Nachhaltigkeit positiv, andererseits aber auch ein wichtiges Ziel der Fahrzeughersteller und Tier-1-Zulieferer – kleinere Einheiten lassen sich besser platzieren, lassen Raum für anderes und geben mehr Designfreiheit.

Wie groß der Hebel ist, den TE Connectivity hier bewegt, zeigt das Beispiel 48-Volt-Technologie: Allein durch die mit 48 Volt möglichen dünneren Kabel wird der Kraftstoffverbrauch wegen der Gewichtsersparnis um bis zu 15 Prozent gesenkt. Mit zonalen Architekturen lassen sich weitere Kilogramm des wertvollen Kupfers einsparen, was sich wiederum direkt in geringerem Kraftstoffverbrauch oder höherer Reichweite auszahlt.

Innovation treibt Nachhaltigkeit – TE Connectivity zeigt, wie sich dieser Zusammenhang in die Realität umsetzen lässt.

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