DE102010007108A1

DE102010007108A1 - Bordnetz

Info

Publication number: DE102010007108A1
Application number: DE201010007108
Authority: DE
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg & Schubert Kg De
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Fahrzeug in Mischbauweise, dessen Karosserie 1 zumindest teilweise aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht. Die Komponenten des Bordnetzes sind auf dem elektrisch nicht leitenden Werkstoff der Karosserie 1 angeordnet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für Fahrzeuge in Mischbauweise nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Herkömmliche Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, umfassen üblicherweise eine Karosserie aus Metall, also aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff. Die Karosserie wird daher auch als Bestandteil des elektrischen Bordnetzes eingesetzt und bildet beispielsweise den Rückleiter des Bordnetzes oder wirkt als oder wirkt als natürlicher Schirm gegenüber elektromagnetischen Emissionen. Komponenten des Bordnetzes sind elektrisch vermittels elektrischer Leiter in Gestalt von nach außen hin durch Isoliermaterialien galvanisch neutrale Leitungen und Kabel miteinander und mit der Batterie verbunden, die üblicherweise zu so genannten elektrischen Leitungssätzen zusammengefasst sind. Weitere Komponenten des Bordnetzes, wie insbesondere Stützpunkte für die Kabelanschlüsse, Stromverteiler oder dergleichen, sind, isoliert von der Fahrzeugmasse, in eigens dafür konstruierten Gehäusen untergebracht und mittels entsprechend angepasster Halterungen in dem Fahrzeug angeordnet. Dies ist kostenintensiv und führt oft zu Bauraumproblemen. Während in den letzten Jahrzehnten das Gewicht von Fahrzeugen, insbesondere auch durch den Einbau immer mehr elektrischer Aggregate kontinuierlich angestiegen ist, steht im Fahrzeugbau eine Trendwende bevor. Im Interesse einer gesteigerten Energieeffizienz und verringerter CO₂-Emissionen sind die Fahrzeughersteller bemüht, das Gewicht neu entwickelter Fahrzeuge stark zu verringern. Dazu werden in verstärktem Umfang neben leichteren metallischen Werkstoffen auch immer häufiger nichtmetallische und elektrisch nicht leitende Werkstoffe für den Karosseriebau eingesetzt. In der Fachsprache wird dies als Mischbauweise bezeichnet. In der Fachliteratur findet man auch die Bezeichnung „Hybridtechnologie”. Beispielsweise wird in der Zeitschrift „Automobil Produktion", Ausgabe Januar 2009, Seiten 32 und 33, über ein EU-Forschungsprojekt „Super Light Car” berichtet, bei dem die Karosserie eines Fahrzeugs in Mischbauweise dargestellt werden sollte. Diese Bauweise hat jedoch den Nachteil, dass die Karosserie derartiger moderner Fahrzeuge nicht mehr im herkömmlichen Sinn als Basis, beispielsweise als Masse des Bordnetzes, eingesetzt werden kann, da keine durchgehende elektrische Verbindung mehr vorhanden ist.
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für in Mischbauweise hergestellte Fahrzeuge besonders geeignetes Bordnetz zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Anordnung von Komponenten des elektrischen Bordnetzes auf dem elektrisch nicht leitenden Werkstoff der Karosserie, insbesondere von Leitungen des Bordnetzes, zumindest die gleiche Funktionalität des Bordnetzes wie bei einer herkömmlichen, aus einem homogenen Werkstoff bestehenden Karosserie erreichbar ist. Durch die innige Verbindung von Leitern des Bordnetzes, insbesondere bei deren Ausgestaltung als Flachleiter lässt sich eine besonders geringe Tiefenerstreckung der Karosserieteile erzielen, was einem Raumgewinn für die Fahrgastzelle zugutekommt. Da die Leiterstruktur des Bordnetzes vorteilhaft mit der Fertigung des Karosserieteils selbst herstellbar ist, ergeben sich große Vorteile hinsichtlich Fertigungseffizienz und Kostenreduktion. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Des weiteren geht die Erfindung davon aus, dass die neu hinzugefügten nichtleitenden Karosseriebereiche vorteilhaft als natürlich isolierte Stützpunkte verwendet werden können (insbesondere sind diese isoliert vom Massebezug des Fahrzeuges). Damit ergibt sich die Möglichkeit, dort andere Potentiale (z. B. verschiedene Pluspotentiale) anzuschließen, zu führen oder zu verteilen.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Karosserie in Seitenansicht;
2 eine Aufsicht auf ein Karosserieteil mit aufgebrachten Leitern;
3 eine Ansicht der Stirnfläche des in 2 dargestellten Karosserieteils;
4 eine Ansicht der Stirnfläche einer Ausführungsvariante eines Karosserieteils;
5 ein Karosserieteil mit Bolzen in Seitenansicht;
6 ein Karosserieteil mit Bolzen in Seitenansicht;
7 ein Karosserieteil mit Abdeckung durch ein Gehäuse;
8 ein Karosserieteil mit konventioneller Stromverteilung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematisch dargestellte Karosserie 1 eines Fahrzeugs in Seitenansicht. Die Karosserie 1 ist zum Zweck der Gewichtseinsparung in der so genannten Mischbauweise hergestellt. Das heißt, dass sie, im Gegensatz zu herkömmlichen, im Wesentlichen aus Stahl hergestellten Karosserien, aus einem Verbund von Werkstoffen besteht. Beispielsweise besteht ein erster Teil 1.1 der Karosserie 1 aus einem Metall, also einem elektrisch gut leitenden Werkstoff. Ein zweiter Teil 1.2 der Karosserie 1 dagegen, besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie insbesondere einem Kunststoff- oder auch aus einer Sandwichstruktur unterschiedlicher Kunststoffarten. Denkbar ist auch der Einsatz eines faserverstärkten Kunststoffes. Bei einer derart in Mischbauweise hergestellten Karosseriestruktur kann nicht mehr davon ausgegangen werden, dass im gesamten Karosseriebereich eine elektrisch gut leitende Basis zur Verfügung steht, die insbesondere als Masseanschluss eines elektrischen Bordnetzes dienen kann. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird mit der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Bordnetz vorgeschlagen, das mindestens die gleiche Funktionalität wie ein Bordnetz herkömmlicher Fahrzeuge aufweist, jedoch neben Fertigungsvereinfachungen auch noch zu einer weiteren Gewichtseinsparung beiträgt. Eine erste Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezug auf 2 und 3 erläutert. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Teil 1.2 der Karosserie 1, gesehen von der Innenseite der Karosserie 1. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Stirnfläche des Teils 1.2. Auf der Innenoberfläche des Teils 1.2 der Karosserie 1 sind diverse Leiter 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 aufgebracht, die den elektrischen Strom gut leiten und die Bestandteile des hier vorgeschlagenen elektrischen Bordnetzes sind. Die Leiter können für unterschiedliche Strombelastung ausgelegt sein und daher unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Beispielsweise kann der Leiter 2.5 als Masseleitung dienen, die also den negativen Pol des Bordnetzes darstellt. Der Leiter 2.5 ist daher auch mit dem metallischen Teilbereich 1.1 der Karosserie verbunden. Der Leiter 2.1 kann beispielsweise mit dem positiven Pol des Bordnetzes verbunden sein. Die mit geringerem Querschnitt dargestellten Leiter 2.2, 2.3 und 2.4 dienen beispielsweise der Signalübertragung. Besonders vorteilhaft sind die Leiter als Flachleiter ausgebildet, da diese nur eine geringe Tiefenausdehnung aufweisen und somit raumsparend auf dem Teil 1.2 angeordnet werden können. Die Leiter können vorteilhaft durch Aufsprühen leitender Partikel (zum Beispiel Cold Gas Spray-Verfahren), Einlaminieren, Kleben oder Walzen mit ihrer Unterlage, also dem Teil 1.2, verbunden werden (additive Methoden). Denkbar ist auch eine zunächst ganzflächige metallische Beschichtung des Teils 1.2 und eine anschließende Strukturierung individueller Leiterbahnen durch einen Ätz- oder Fräsprozessschritt oder dergleichen (subtraktive Methoden). Da die Leiter auf der Innenoberfläche des Teils 1.2 angeordnet sind, ist bei vielen Anwendungsfällen keine gesonderte Abdeckung der Leiter notwendig, da diese von der Innenverkleidung des Fahrzeugs bewirkt wird. Eine in elektrischer Hinsicht besonders sichere Ausführungsform wird aber dadurch erreicht, dass, wie in 4 dargestellt, die Leiter als integraler Bestandteil des Teils 1.2 ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Leiter allseitig von dem Material des Teils 1.2 umgeben und daher folglich voneinander isoliert und gegen Berührung geschützt. Eine zusätzlich isolierende Verkleidung ist bei dieser Ausführungsvariante nicht notwendig, wodurch eine weitere Gewichtseinsparung ermöglicht wird. Zusätzlich kann mit dieser Methode auf die übliche Einzeladerisolation eines jeden Leiters verzichtet werden.
Die Anzahl der Leiter wird zweckmäßig kundenspezifisch festgelegt. Denkbar ist auch eine standardisierte, universell einsetzbare Leiterstruktur, wobei die Anzahl der Leiter und ihre jeweilige Strombelastbarkeit derart festgelegt werden, dass alle Optionen für die Erfüllung der Vorschriften der Straßenverkehrszulassungsordnung offen stehen. Weiterhin denkbar sind zusätzliche Leiter, die als Reserve für zukünftige Erweiterungen des Bordnetzes zur Verfügung stehen. In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsvariante kann in dem Teil 1.2 zusätzlich mindestens eine Art Leerrohr 2.6 vorgesehen sein (3, 4), in das, bei Bedarf, später noch herkömmliche Leitungen für eine erwünschte Erweiterung des Bordnetzes eingezogen werden können. Diese Möglichkeit kann zudem auch als Reparaturlösung für den Fall dienen, dass einer der ursprünglich vorgesehenen Leiter defekt wird. Der defekte Leiter kann dann, auf einfache und kostengünstige Weise, durch einen nachträglich eingezogenen Leiter ersetzt werden. Es ist seit langem üblich, herkömmliche Kabel mit so genannten Kabelkennfäden und/oder entsprechenden Farbmarkierungen auf der Kabelisolierung zu kennzeichnen. Eine entsprechende Kennzeichnung wäre auch bei der erfindungsgemäß ausgeführten Bordnetzstruktur ohne weiteres dadurch möglich, dass auf das die Leiter tragende Teil 1.2 eine dem jeweiligen Leiter zugeordnete Markierung aufgebracht wird. Eine derartige Markierung könnte sich über die gesamte Länge eines Leiters erstrecken, wie beispielsweise die Markierung 2.5M des Leiters 2.5 in 2. Alternativ ist eine Ausführungsvariante denkbar, bei der eine einen Leiter kennzeichnende Markierung, dem jeweiligen Leiter zugeordnet, nur jeweils auf der Stirnfläche bzw. den Stirnflächen des Teils 1.2 aufgebracht wird. Siehe beispielsweise die jeweils dem Leiter 2.1 zugeordnete Markierung 2.1M in den Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4. Wenn die die Leiter einschließende Deckschicht transparent ausgebildet ist, kann die Kennung der Leiter auch unmittelbar auf diesen angeordnet werden, da sie durch die transparente Struktur hindurch sichtbar bleibt. Um einen verbesserten Schutz gegen elektromagnetische Störungen zu erreichen, kann, im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsvariante, das Teil 1.2 zusätzlich auch noch eine leitende Beschichtung 2.7 tragen.
Besonders vorteilhaft können, abgesehen von den zuvor schon beschriebenen Leitern, auch Kontaktelemente, wie beispielsweise Gewindebolzen für den Schraubanschluss von Kabelschuhen oder Kontaktbleche mit Anschlüssen für elektrische Stecker auf dem Teil 1.2 angeordnet werden. Dies verdeutlicht ein einfaches Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist. 5 zeigt das Teil 1.2 in Seitenansicht. In das Teil 1.2 sind zwei Gewindebolzen 5.1, 5.2 eingebracht, an die Kabel 5.3, 5.4 angeschlossen sind. Die Gewindebolzen können dabei auch den elektrischen Kontakt zu in dem Teil 1.2 angeordneten Leitern herstellen. Weiterhin ist es möglich, an die Gewindebolzen 5.1, 5.2 auch weitere Komponenten anzuschließen, wie in 6 dargestellt. Mit Bezugsziffer 5.6 ist beispielsweise eine zwischen die Gewindebolzen 5.1, 5.2 geschaltete Sicherung bezeichnet. Im Bedarfsfall können die über eine Außenoberfläche des Teils 1.2 herausragenden Bauelemente auch noch durch eine zusätzliche Abdeckung 7 (7) abgedeckt werden, um eine Berührung dieser Bauelemente zu verhindern. 6 und 7 erläutern somit das Prinzip einer integrierten Lösung, bei der Befestigungs- und Stromleitelemente direkt in die nichtleitenden Karosserieteile eingebracht werden. Dort werden dann auch elektrische Potentiale angeschlossen, verbunden (ggf. auch aus verschiedenen bauraum- oder funktionsgetrennten Leitungssätzen, um diese somit zu verbinden), verteilt oder abgesichert. Auf diese Weise lassen sich besonders günstig Bordnetze konfigurieren, die mehrere Teilbordnetze mit voneinander abweichenden Sollspannungen umfassen. Derartige Bordnetzstrukturen gewinnen eine immer größere Bedeutung für die Anwendung bei Hybridfahrzeugen. Die galvanische Trennung von der Umgebung entfällt nun einseitig vollständig im Bereich dieses Karosserieteils. Die Isolation gegenüber den anderen Raumrichtungen kann vereinfacht über entsprechende isolierende Abdeckungen (wie beispielsweise die Abdeckung 7 in 7) erfolgen oder erübrigt sich ganz aufgrund darüber liegender Verkleidungen.
Im Vergleich dazu verdeutlicht 8 nochmals den wesentlich aufwändigeren konventionellen Ansatz für die Integration eines Stromverteilers in das Bordnetz und das Fahrzeug. Hier wird üblicherweise ein aus Unterschale 7.1 und Abdeckung 7 bestehendes Gehäuse eingesetzt, das insbesondere auch die galvanische Trennung zur Umgebung sicherstellen soll. Zusätzlich ist eine separate Halterung 8 für den Einbau des Gehäuses erforderlich.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bordnetzes sind unterschiedliche Verfahren denkbar. In einem ersten Verfahren kann das Teil 1.2 beispielsweise in Sandwichtechnik aus mindestens zwei Schichten eines beispielsweise faserverstärkten Kunststoffes hergestellt werden. Die Leiter werden zunächst auf eine Außenoberfläche einer ersten Schicht aufgebracht. Danach wird die zweite Schicht auf die Leiter aufgelegt. Durch eine thermische Behandlung werden die beiden Schichten dauerhaft miteinander verbunden, die nun die Leiter einschließen. Anschließend kann die Sandwichstruktur auch noch weiter verformt werden, so dass sich auch komplex geformte Karosseriestrukturen mit integrierten Leitern herstellen lassen.
Bei einem alternativen Herstellungsverfahren wird ein isolierendes Teil 1.2 auf zumindest einer Oberfläche mit einer metallisch leitenden Schicht beschichtet, die zum Beispiel aus Kupfer besteht. Anschließend wird die metallische Schicht zur Bildung der gewünschten Leitungszüge strukturiert. Dies kann beispielsweise durch einen an sich bekannten Fräs- oder Ätzprozess erreicht werden, der überflüssige Bereiche der leitenden Schicht entfernt.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde ein Karosserieteil mit integrierten Bordnetzkomponenten beschrieben. Es ist durchaus vorstellbar, dass in Zukunft, ein komplettes Chassis, beispielsweise für Kleinfahrzeuge, einstückig in einem Fertigungsprozess hergestellt wird. Vorbilder dafür gibt es schon bei der Herstellung von Bootsrümpfen für Kleinjachten oder dergleichen. Auch hier kommt das Potential der Erfindung besonders zum Tragen, da ein großer Teil eines komplexen Bordnetzes, insbesondere dessen Leitungsstruktur mit entsprechenden Anschlüssen, zugleich mit der Chassisstruktur hergestellt werden kann. Dies lässt eine beträchtliche Reduktion der Herstellungskosten erwarten.
Bezugszeichenliste

1: Karosserie
1.1: Teil
1.2: Teil
2.1: Leiter
2.2: Leiter
2.3: Leiter
2.4: Leiter
2.5: Leiter
2.1M: Kennzeichnung
2.5M: Kennzeichnung
2.6: Kabelkanal
2.7: leitende Beschichtung
5.1: Bolzen
5.2: Bolzen
5.3: Kabel
5.4: Kabel
5.6: Sicherung
7: Abdeckung Gehäuse
7.1: Unterschale
8: Halteeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Automobil Produktion”, Ausgabe Januar 2009, Seiten 32 und 33 [0001]

Claims

Bordnetz für ein Fahrzeug in Mischbauweise, dessen Karosserie (1) zumindest teilweise aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten des Bordnetzes auf dem elektrisch nicht leitenden Werkstoff der Karosserie (1) angeordnet sind.
Bordnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Bordnetzes elektrische Leiter (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) umfassen, die auf einer Oberfläche des elektrisch nicht leitenden Werkstoffs angeordnet sind.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) derart in den elektrisch nicht leitenden Werkstoff integriert sind, dass sie, bis auf kontaktierbare Kontaktbereiche, ein-, mehr- oder auch allseitig von dem elektrisch nicht leitenden Werkstoff umgeben sind.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die elektrischen Leiter (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) als Flachleiter ausgebildet sind.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz elektrisch leitende Anschlussteile, wie insbesondere Bolzen (5.1, 5.2) und/oder Anschlussteile für elektrische Kontaktelemente (z. B. Flachstecker) umfasst, die in den nicht leitenden Werkstoff eingebracht sind.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (1.2) abgesehen von integrierten Leitern (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) noch mindestens einen Kabelkanal (2.6) für die nachträgliche Bestückung mit konventionellen Kabeln umfasst.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Leitern (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) eine Kennzeichnung (2.1M, 2.5M) nach Art eines Kabelkennfadens zugeordnet ist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bordnetz als integrierter Bestandteil einer Chassisstruktur ausgebildet ist.
Bordnetz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten des Bordnetzes tragende Teile (1.2) der Karosserie (1) mit einer Abschirmung (leitende Schicht 2.7) versehen sind.