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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Kabelbaum, welcher eine Gruppe von Masseadern bündelt, und ein Verfahren, welches die Herstellung des Kabelbaums betrifft.
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Das physische Bordnetz eines modernen Fahrzeugs weist eine komplexe Architektur auf. Es besteht aus einem Leitungsnetz, das als Kabelbaum ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass verschiedene Leitungen wie etwa Masseadern oder Versorgungsleitungen zu Bündeln, die den Kabelbaum bilden, zusammengefasst sind.
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Die Elektrik/Elektronik eines modernen Fahrzeugs mit einem teilweise elektrifizierten Antriebsstrang weist ein noch höheres Maß an Komplexität auf. Dies betrifft auch den Kabelbaum und ist beispielsweise in der Schrift
DE 10 2010 042 963 A1 erläutert.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem Kabelbaum, welcher eine Gruppe von Masseadern bündelt, und mit einer im Wesentlichen elektrisch nichtleitenden Karosserie zu beschreiben sowie ein Verfahren, welches die Herstellung des Kabelbaums betrifft.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug zumindest einen Massepunkt auf und es weist der Kabelbaum zumindest eine Stromsammelschiene auf, die dem zumindest einen Massepunkt zugeordnet ist, wobei der Massepunkt mit der Stromsammelschiene elektrisch verbunden ist und die Stromsammelschiene im Fahrzeug mechanisch fixiert ist.
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Auf diese Weise sind Teile des Kabelbaums über die Stromsammelschiene elektrisch mit dem Massepunkt im Fahrzeug verbunden, um eine elektrische Masseverbindung der mit den Masseadern verbundenen Komponenten des Fahrzeugs herbeizuführen.
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Bei Fahrzeugen mit einer nichtleitenden Karosserie ist diese nicht geeignet, um sie als Rückleiter für elektrische Verbraucher zu nutzen. Masseadern müssen über längere Wege und in Bündeln mit einer größeren Anzahl von Masseadern als bei einem Fahrzeug mit metallischer Karosserie zu wenigen Massepunkten oder gar einem einzigen Massepunkt geführt werden. Demzufolge ist an diesem Massepunkt je nach Fahrzeugausstattung eine besonders hohe Zahl von Masseadern elektrisch mit der Masse zu verbinden. Eine platzsparende und montagefreundliche Stromsammelschiene ist dann besonders vorteilhaft.
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Besonders betrifft dies beispielsweise ein Fahrzeug mit einer Karosserie, die im Wesentlichen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gefertigt ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bündelt der Kabelbaum eine Gruppe von Masseadern, welche durch ein Bündel des Kabelbaums zu der Stromsammelschiene geführt ist, welche der Gruppe von Masseadern zugeordnet ist und mit dieser elektrisch verbunden ist.
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Dies ist vorteilhaft, da zur Herstellung der Masseverbindung nicht jede einzelne Masseader mit einem Stecker versehen werden muss, welcher dann wiederum mit einem Massekamm o. Ä. als Steckergegenstück verbunden ist. Der Einsatz einer Sammelschiene ermöglicht die Einsparung von Bauraum, Material und Montageaufwand.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelbaums für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen der Gruppe von Masseadern des Kabelbaums und der zumindest einen Stromsammelschiene des Kabelbaums vorgeschlagen, das die Schritte umfasst:
- • Bereitstellung des Kabelbaumbündels mit der Gruppe von Masseadern
- • Bereitstellung einer Bündellehre für das Kabelbaumbündel und einer ersten Aderlehre für die Gruppe von Masseadern
- • Einbringen des Kabelbaumbündels in die Bündellehre und Einbringen jeder einzelnen Masseader der Gruppe von Masseadern in ein der betreffenden Masseader zugeordnetes Aderführungselement der ersten Aderlehre und Fixieren der Gruppe von Masseadern mit einer zweiten Aderlehre.
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Vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass die Masseadern in unterschiedlicher Länge vorliegen können. Die Bündellehre kann Führungselemente für das Bündel vorsehen, welche des Bündel anzulegen ist. Diese könnten auch variabel verstellbar sein, um die Lehre an den Bündeldurchmesser anzumessen und um somit mit einer Bündellehre verschieden Kabelbaumbündel bearbeiten zu können. Die Aderführungselemente der ersten Aderlehre sind bevorzugt als Sicken oder als Fugen ausgeführt, wobei für jede der Masseadern ein Führungselement vorhanden ist.
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Weitere Schritte des Verfahrens sind:
- • Trimmen, d. h. Beschneiden, der Gruppe von Masseadern mit einem Trimmelement
- • Abisolieren jeder Masseader der Gruppe von Masseadern mit einer Abisoliereinheit, um eine Gruppe von Litzen aus der Gruppe von Masseadern freizulegen.
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Die Masseadern werden auf eine definierte Länge geschnitten und des werden die Litzen der Masseadern freigelegt. Es folgen die Schritte:
- • Bereitstellen eines ersten Stromsammelschienen-Elements
- • Einbringen jeder einzelnen Litze der Gruppe von Litzen in ein der betreffenden Masseader zugeordnetes Litzenführungselement des ersten Stromsammelschienen-Elements
- • Bereitstellen eines zweiten Stromsammelschienen-Elements und Verbindung des ersten Stromsammelschienen-Elements mit dem zweiten Stromsammelschienen-Element zur Herstellung der Stromsammelschiene.
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Die Stromsammelschiene ermöglicht es, die Gruppe von Litzen im Verbund mit der Stromsammelschiene zu kontaktieren. Es beschreibt das Verfahren kostengünstige und montagefreundliche Schritte zur Herstellung eines Kabelbaums mit zumindest einer Stromsammelschiene für Masseadern. Es dient ein gewickeltes oder gerohrtes Kabelbaumbündel mit den Masseadern als Ausgangsbasis. Auf einer Lehre wird die Gruppe von Masseadern, die aus isolierten, verschieden langen Masseadern besteht, geschnitten, abisoliert und mit der Stromsammelschiene verbunden.
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Nach einer weiteren Variante des Verfahrens weist das bereitzustellende Kabelbaumbündel einen Verzweigungspunkt auf, wobei an dem Verzweigungspunkt die Gruppe von Masseadern aus dem Kabelbaumbündel ausgeleitet ist und bei welchem die bereitzustellende Bündellehre eine Trennöffnung für das Kabelbaumbündel und die Gruppe von Masseadern aufweist.
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In diesem Fall wird das Kabelbaumbündel an dem Verzweigungspunkt durch die Trennöffnung der Lehre geführt, so dass ein Teil der Lehre die Gruppe von Masseadern von dem zumindest einen anderen Verzweigungsstück des Kabelbaumbündels zur weiteren Bearbeitung getrennt ist.
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Somit kann ein beliebig verzweigter Kabelbaum mit gegebenenfalls mehreren Stromsammelschienen gefertigt werden.
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Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen: In einem typischen Fahrzeug-Kabelbaum werden Leitungsadern mit gleicher Kontaktierung wie etwa Masseadern üblicherweise mit je einer Flachsteckhülse vercrimpt und dann mittels der durch die Vercrimpung entstehenden Endfittings gruppenweise an Leitungssammler (bei dem gewählten Beispiel von Masseadern an sogenannte Massekämme) gesteckt.
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Solche Massekämme können an beliebigen Stellen eines Fahrzeugs mit einer Metallkarosserie an karosseriefesten Massebolzen verschraubt oder verbunden werden. Über die Massebolzen und über die metallisch leitende Fahrzeugkarosserie besteht die Masseverbindung zum typischerweise durch den Batterieminuspol gebildeten Massebezugspotential des Fahrzeugs. Infolge der möglichen Vielzahl von Massebolzen im Fahrzeug müssen die Masseadern gewöhnlich nur über eine „kurze” Distanz im Fahrzeug geführt werden.
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Bei einem Fahrzeug mit einer Kunststoffkarosserie ist dies nicht möglich. Aufgrund der mangelnden elektrischen Leitungsfähigkeit der Karosserie müssen alle bzw. eine Vielzahl von Masseadern zu einer zentralen Sammelstelle bzw. zu zentralen Sammelstellen geführt werden. Bei der Verwendung von vercrimpten Masseadern und Massekämmen ist dies problematisch, da dies eine Vielzahl von Flachsteckhülsen an einem Ausgangsstück des Kabelbaums sowie eine Mehrzahl von Massekämmen mit qualifizierter Karosserieverschraubung bedeutet. Was das Gewicht, den Bauraumbedarf, die Fertigungstechnik sowie die Montage und Wartungsfreundlichkeit angeht, ist dies aufwendig.
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Es ist eine zu lösende Aufgabe, für Kabelbäume in Kunststoffkarosserien den Material-, Montage-, Integrations- und somit Kostenaufwand der Anbindung von Masseadern zu reduzieren.
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Es wird eine Lösung auf Basis einer Stromschiene vorgeschlagen. Eine solche ist im Fahrzeug bauraumsparend integrierbar und ermöglicht eine effiziente auf einem Lehrensystem beruhende Montage der Masseverbindung der Masseadern.
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Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch
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1 In einem Fahrzeug integrierter Kabelbaum mit im Fahrzeug integriertem Stromschienenelement
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2 Kabelbaumbündel mit frei stehenden Masseadern
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3 Anlegen des Kabelbaumbündels an eine Lehre
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3a Anlegen eines verzweigten Kabelbaumbündels an eine Lehre
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4 Fixieren und Trimmen der Masseadern
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5 Abisolieren der abgeschnittenen Masseadern
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6 Anbringen eines ersten Stromschienenelements
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7 Anbringen eines zweiten Stromschienenelements
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Gleiche Bezugszeichen beschreiben gleich technische Merkmale.
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1 zeigt einen Abschnitt eines Kabelbaums mit einer Verzweigung. Aus einem Kabelbaumbündel (1) zweigen eine Gruppe von Masseadern (2) sowie ein Zweigbündel (1a) ab. Die Gruppe von Masseadern ist mit einer Stromsammelschiene (11) elektrisch verbunden. Die Stromsammelschiene ist im Fahrzeug integriert und ohne Beschränkung der Allgemeinheit mit einer Schraubverbindung (9) am Fahrzeug befestigt. Außerdem ist die Stromsammelschiene mit einem Massepunkt (13) des Fahrzeugs, der in 1 exemplarisch in einer Hakenform ausgeführt ist, verbunden.
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Der Massepunkt ist elektrisch mit einem Massepotential des Fahrzeugs verbunden. Die elektrische Verbindung des Massepunktes mit der Stromsammelschiene und der Stromsammelschiene mit der Gruppe von Masseadern gewährleistet, dass jede einzelne Masseader mit dem Massepotential verbunden ist.
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Die Masseadern verbinden elektrische Verbraucher im Fahrzeug mit dem Massepotential. In einem Fahrzeug mit einer kohlefaserverstärkten Karosserie, welches gemäß diesem Ausführungsbeispiel gegeben ist, wird eine. Vielzahl von Masseadern, die jeweiligen elektrischen Verbrauchern zugeordnet sind, zu dem Massepunkt geführt. Dies ist erforderlich, da im Gegensatz zu einem Fahrzeug mit einer Blechkarosserie, die Karosserieteile nicht als Rückleiter für die elektrischen Verbraucher dienen können. Anders als bei einem Fahrzeug mit einer Blechkarosserie benötigt also ein elektrischer Verbraucher, der an einem Karosserieteil befestigt ist, nicht nur eine zuleitende Ader für das elektrische Potential, sondern auch eine rückleitende Ader, d. h. eine Masseader, für das Massepotential.
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Die elektrischen Verbraucher sind dezentral im Fahrzeug integriert. Der Massepunkt ist in einem Fahrzeug mit nichtleitender Karosserie zentral untergebracht, d. h. eine Vielzahl von Masseadern muss an diesem Punkt zusammengeführt werden. Somit besteht die Notwendigkeit in einem möglichst kleinem Bauraum eine Vielzahl von gebündelt Masseadern, die als die Gruppe von Masseadern bezeichnet wird, mit dem elektrischen Potential des Massepunktes zu verbinden.
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Die Stromsammelschiene nimmt die Gruppe von Masseadern auf und verbindet sie mit dem gleichen elektrischen Potential. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass nicht jede einzelne Masseader mit einem Stecker z. B. mit einem Flachzungenstecker zu versehen ist, der wiederum in einem weiteren Schritt mit einem mit dem Massepunkt verbundenen Gegenstück des Flachzungensteckers zu verbinden ist.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, dass zentral zusammengeführte Masseadern mit ähnlicher Potential- bzw. Leitfähigkeitscharakteristik schon bei der Kabelbaumherstellung unmittelbar und ohne weitere Zwischenelemente mit der Sammelschiene verbunden werden, welche bei der späteren Fahrzeugmontage nur noch durch eine herzustellende Schraubverbindung an einem Massepunkt im Fahrzeug anzuschließen ist. Dadurch kann im Fahrzeug Bauraum im Bereich des Massepunkts gespart werden und der Montageaufwand bei der Herstellung der Masseverbindung wird minimiert. Dies spart Montagezeit bei der Fahrzeugproduktion und reduziert die Fehleranfälligkeit erheblich im Vergleich zu dem Aufwand, der bei der Herstellung einer Verbindung von zwei Flachzungenelementen für jede einzelne Masseader entsteht.
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Neben der vorteilhaften Bauraumeffizienz ist mit der Stromsammelschiene auch das Potential einer Gewichtseinsparung und einer Kosteneinsparung insbesondere im Vergleich zu einer technischen Lösung mit Steckern gegeben. Die geringe Komplexität des Systems erhöht außerdem die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Masseverbindung.
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Verfahrensschritte zur Herstellung eines Kabelbaums gemäß 1 gehen aus den 2 bis 7 bzw. aus 3a hervor.
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Nach 2 wird zunächst ein Bündel (1) eines Kabelbaums bereitgestellt. Das Bündel umfasst Masseadern (2), die elektrischen Verbrauchern im Fahrzeug zugeordnet sind und die in unterschiedlicher Länge aus dem Bündel, das umwickelt, bandagiert oder eingeschlaucht sein kann, heraustreten.
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Es ist auch möglich, dass die Gruppe von Masseadern an einer Verzweigungsstelle bzw. an einem Knotenpunkt des Kabelbaums heraustreten. Dann verzweigt das Bündel (1) in die Gruppe der Masseadern (2) und in ein weiteres Bündel (1a), das in 2 gestrichelt dargestellt ist. Sowohl der Fall eines Einfachbündels als auch der Fall eines Verzweigungsbündels werden weiterhin betrachtet.
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Im Fall eines Einfachbündels wird dieses gem. 3 an eine Bündellehre (3) angelegt. Die Bündellehre umfasst auch eine Lehre für die einzelnen Adern der Gruppe von Masseadern. 3a zeigt eine Bündellehre (3') für ein Verzweigungsbündel, wobei diese Bündellehre im Unterschied zur Bündellehre (3) eine Trennöffnung (12) aufweist. Beim Anlegen des Verzweigungsbündels an die Bündellehre wird das weitere Bündel (1a) so durch die Trennöffnung geführt, dass die Bündellehre die Gruppe von Masseadern von dem weiteren Bündel trennt (gestrichelte Darstellung).
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Es ist auch möglich, ein Einfachbündel gem. 2 an einer Lehre mit einer Trennöffnung gem. 3a herzustellen. Vorausgesetzt wird, dass die Lehre (3) bzw. (3') dem zu bearbeitenden Kabelbaumbündel zugeordnet ist und an dieses angepasst ist, z. B. in Bezug auf den Bündeldurchmesser.
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In 3 und 3a werden die Masseadern einzeln in ein der jeweiligen Masseader zugeordnetes Aderführungselement einer Aderlehre (4) eingepasst. Dies geschieht bevorzugt durch ein Einlegen der betreffenden Ader in eine hierfür vorgesehene Kerbe.
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Die 4–7 gehen zugunsten einer einfacheren Darstellung ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einem Einzelbündel gem. 3 aus.
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Nach dem Einlegen der Adern werden diese gem. 4 mit einer Fixierlehre (5) in der Aderlehre (4) fixiert. Wie die Aderlehre ist auch die Fixierlehre an die Gruppe von Masseadern angepasst. Nach 4 werden die unterschiedlich langen Masseadern mit einem Trimmwerkzeug (6), z. B. einem automatisierten Schneidmesser, auf eine definierte Länge geschnitten. Dieser Verfahrensschritt bringt den Vorteil, dass bei der in der Herstellung zu einem früheren Zeitpunkt stattfindenden Bündelung der Adern des Kabelbaums die Länge dieser Bündeln nur im Rahmen einer groben Längenvorgabe einzuhalten ist. Eine definierte Länge wird durch den Schritt des Trimmens eingestellt.
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Gem. 5 werden die getrimmten Masseadern unter Zuhilfenahme eines Abisolierwerkzeugs (7) abisoliert. In diesem Schritt werden die einzelnen Litzen der Gruppe von Masseadern freigelegt.
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Die freigelegte Gruppe von Litzen (8) wird gem. 6 in ein metallisches Trägerstück (9) einer Stromsammelschiene eingepasst. Dazu ist jeder Litze der Gruppe von Litzen ein Führungselement (9a) wie etwa eine Sicke zugeordnet. Gemäß einem letzten Schritt wird das Trägerstück der Stromsammelschiene mit einem Fixierstück verbunden, so dass die Litzen dauerhaft leitend mit dem metallischen Führungselement in Kontakt sind. Die Verbindung kann durch Löten, Pressen oder Crimpen erfolgen. Danach wird die Aderfixierlehre gelöst, um das Kabelbaumbündel und die Stromsammelschiene von den Lehren (3) und (4) zu trennen.
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Optional kann die Stromsammelschiene im Bereich der Verbindung mit den Litzen abschließend mit isolierendem Material umgeben werden.
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Gemäß einer weiteren Variante kann die Stromsammelschiene eine größere Anzahl an Sicken als zu verbindende Litzen aufweisen. Damit können z. B. für Nachrüst- oder Reparaturzwecke zusätzliche Litzen an der Stromsammelschiene kontaktiert werden.
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Vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass Montageaufwand von der Fahrzeugfertigung in die Komponentenfertigung verlagert wird. Ferner können Maßnahmen der Qualitätssicherung bereits bei der Komponentenfertigung berücksichtigt werden. Die Komponentenlieferung ist dadurch jedoch kaum beeinträchtigt, da die Stromsammelschiene in der geometrischen Gestaltung an das Kabelbaumbündel „enganliegend” ausgeführt werden kann, so dass hinsichtlich Transportierbarkeit, Verpackbarkeit und Handling in der Logistik zwischen einem Komponentenzulieferer und einem Fahrzeughersteller keine Nachteile im Vergleich zu einem gewöhnlichen Kabelbaum entstehen.
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Außerdem ist die Fertigung rationell, da die Verfahrensschritte jeweils eine ganze Gruppe von Masseadern betreffen und eine Vereinzelung der Verfahrensschritte auf die jeweiligen Masseadern minimiert wird.
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Die Stromsammelschiene kann auch in Bezug auf die Anforderung an die Integrierbarkeit im Fahrzeug geometrisch variabel gestaltet bzw. konstruiert werden. Z. B. können für die Anbindung im Fahrzeug Verdrehsicherungselemente vorgesehen werden. Anstelle einer dauerhaften Schraubverbindung im Fahrzeug kann auch eine Steckverbindung wirkungsvoll sein. Bei einer Schraubverbindung kann die Anzahl von Schraubfällen bei einer Bandmontage sehr gering gehalten werden, wenn die Stromsammelschiene mit Hilfe einer einzigen Schraubverbindung an dem Massepunkt befestigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042963 A1 [0003]
