WO2017085128A1 - Kabelbaum für fahrzeuge sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2017085128A1
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electrically conductive
vehicle
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conductor tracks
composite material
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PCT/EP2016/077863
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Alexander Pototzky
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
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    • H05K1/0366—Organic insulating material consisting of two or more materials, e.g. two or more polymers, polymer + filler, + reinforcement reinforced, e.g. by fibres, fabrics
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    • H05K3/4652—Adding a circuit layer by laminating a metal foil or a preformed metal foil pattern
    • H05K3/4655—Adding a circuit layer by laminating a metal foil or a preformed metal foil pattern by using a laminate characterized by the insulating layer
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    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board

Definitions

  • the invention relates to a wiring harness for vehicles for transmitting electrical signals and / or working currents between vehicle control devices and peripherals installed in the vehicle.
  • the invention also relates to a vehicle with such a wiring harness.
  • the invention also relates to a method for producing such a wiring harness for vehicles.
  • the vehicle electrical system of a vehicle for example a road vehicle, aircraft or rail vehicle, serves the connection between individual control devices and the peripherals or field devices distributed in the vehicle.
  • Such peripherals may be, for example, actuators and / or sensors and devices for displaying information.
  • driver assistance systems, engine control units and complex infotainment systems in the automotive industry the complexity of the vehicle electrical system is also increasing dramatically, resulting in significantly higher cabling requirements.
  • the on-board network makes both the power supply on the one hand and the data connection of the individual components available on the other hand.
  • harnesses which constitute a bundling of electrical lines for the transmission of electrical signals and working currents (for the power supply).
  • a wiring harness can be manufactured separately by prefabricating the individual electrical lines and then bundled into a strand, so that the entire wiring harness and associated wiring and networking of the electrical system can be integrated into the vehicle in one step. Otherwise, each electrical line would have to be installed individually in the vehicle, which alone makes sense for economic reasons.
  • a wiring harness is still usually produced and installed by hand in the automotive industry but also in the aerospace industry today.
  • the process steps of manufacturing the wiring harness and the installation can be automated only to a very limited extent, so that these manufacturing steps carry a not inconsiderable share of the cost of the electrical system.
  • Another disadvantage of a classic harness is that a significant additional weight is introduced into the vehicle through the wiring, which can be estimated in modern vehicles at 40 to 60 kg.
  • lightweight materials such as. Fiber composites, the use of a classic harness diametrically opposite the lightweight construction.
  • the object is achieved with the cable harness according to claim 1, the vehicle according to claim 7, the method for producing a cable harness according to claim 10 and the use of a composite material for producing a cable harness according to claim 16 according to the invention.
  • a wiring harness for vehicles for transmitting electrical signals and / or working currents (supply voltages) between the vehicle control devices and components installed in the vehicle or peripheral devices is proposed, wherein the wiring harness has a plurality of bundled lines for transmitting the electrical signals and / or working currents having.
  • vehicle control devices are understood to be data processing units which are used for controlling and regulating systems relating to the vehicle.
  • a vehicle control device means any signal-processing device that serves a specific purpose or task in relation to the vehicle.
  • vehicle control devices can serve, for example, control devices for controlling assistance systems, for controlling the engine and for controlling navigation and infotainment systems.
  • peripheral devices installed in the vehicle are understood in particular to mean those components which are provided for the input or output of data and information. These may be, for example, sensors and / or actuators.
  • peripherals or vehicle components are connected to the vehicle control units, so that the peripheral devices as input devices provide data to the vehicle control unit or output as output devices corresponding information or control corresponding actuators by means of actuators.
  • Peripheral devices can therefore be mechanical elements, such as valves, lighting systems, monitors or any type of sensors.
  • the lines of the cable harness are formed by discrete tracks, which are an integral part of a load-bearing vehicle structure consisting of a composite material with electrically conductive material that covers the discrete tracks. NEN, are formed, and are provided mutually insulating.
  • the individual lines of a cable harness are at least partially replaced by discrete tracks that are an integral part of a load-bearing vehicle structure, wherein the integral structure of the vehicle structure is achieved by using a composite material, in addition to insulating, non-conductive materials Another is also an electrically conductive material which is an integral part of the composite material and finally in the manufacture of the load-bearing vehicle structure of this same composite integrally forms the discrete tracks.
  • the load-bearing vehicle structure for example body-supporting structures such as, for example, spars or wing structures in airplanes, per se not only have the task of creating and maintaining the vehicle structure (shape and geometry), but at the same time parts of the wiring harness form, whereby the introduction of additional wiring, in particular the installation of additional wiring harnesses, obsolete.
  • the load-bearing vehicle structure is at the same time part of the cable tree, as a result of which a separate wiring harness for wiring and forming the vehicle electrical system is replaced by the vehicle structure.
  • Vehicle structure and wiring harness are realized by one and the same component.
  • the advantage is achieved that, on the one hand, weight can be saved, since now the load-bearing vehicle structure also forms the cable harness and thus there is a double use. In this way, both weight can be saved, and the degree of automation in the production of a wiring harness can be increased, since the load-bearing vehicle structures are made of the fiber composite material and thus both the load-bearing vehicle structure on the one hand and parts of the wiring harness can be produced in a single process step , The Depending on the specific application, making load-bearing vehicle structures with the help of composite materials can be more automated than the manual construction and laying of a wiring harness.
  • the discrete conductor tracks are formed by electrically conductive material layers of a composite material having a plurality of material layers, the electrically conductive material layers being electrically insulated from one another by electrical insulation layers.
  • the composite material is constructed in layers and consists, under certain circumstances, of other materials, but in particular of alternating layers of electrically conductive material layers and electrically insulating material layers.
  • the individual electrically conductive material layers form one or more conductor tracks, wherein one or more conductor tracks may be provided per electrically conductive material layer. If a plurality of interconnects are provided per electrically conductive material layer, then it must be individually electrically insulated from one another within the electrically conductive material layer.
  • an electrical insulating layer which electrically isolates the individual electrically conductive material layers, so that a plurality of layered composite electrically conductive material layers thus several superimposed conductor tracks can be formed, which then define the cable harness as a trunk.
  • these electrically conductive material layers are suitable as surface conductors to replace as conductors the lines of a wiring harness, so that the electrical signals and / or the working currents (power supply) can be transmitted using the electrically conductive material layers of the composite, if a corresponding load-bearing vehicle structure was produced from the composite material.
  • the electrically conductive material layers thereby compensate for the otherwise relatively small conductor cross-sections increased electrical resistance, so just continue to work with the correspondingly specified voltages of the vehicle control units and vehicle components.
  • the discrete conductor tracks are each formed by an electrically conductive material layer of the composite material, so that each electrically conductive material layer forms exactly one conductor track.
  • the composite material comprises an electrically conductive fiber material and a matrix material, wherein the electrically conductive fiber material forms the discrete conductor tracks. It is advantageous if, in addition to electrically conductive fiber material and electrically non-conductive fiber material is provided as an insulator, so that the composite material layer by layer of electrically conductive fiber material on the one hand (CFK) and electrically non-conductive fiber materials (such as GRP) is formed, wherein a matrix material infused into the conductive and non-conductive fiber material and cured to produce the load-bearing vehicle structure. The individual layers of the electrically conductive fiber material form the conductor tracks of the wiring harness.
  • the matrix material should advantageously be electrically nonconductive.
  • the composite material comprises as a hybrid material a non-conductive fiber material, a matrix material and an electrically conductive metal material, wherein the electrically conductive metal material forms the discrete conductor tracks.
  • the electrically conductive metal material may be constructed in layers in the composite material, wherein between the electrically conductive metal layers, the non-conductive fiber material is provided as an electrical insulator.
  • a hybrid composite material can be, for example, a glass fiber reinforced aluminum composite, which is also known under the name GLARE (Glass Laminate Aluminum Reinforced Epoxy).
  • the composite material When a GLARE is used as the composite material, the composite material has several layers of material with alternating aluminum layers and glass fiber layers, the aluminum layers forming the discrete conductor tracks.
  • An advantage of this hybrid composite lies in the fact that the impact tolerance, the bearing fatigue strength and the crash absorption can be improved by the integration of aluminum layers, which is particularly advantageous both in the automotive sector and in aircraft construction.
  • these aluminum layers of a GLARE composite material can be used as interconnects for a cable harness, so that the particular advantageous properties of these hybrid composite materials can be combined with each other in an advantageous manner.
  • the object is also achieved with a vehicle according to claim 7, wherein the vehicle one or more vehicle control devices, one or more installed in the vehicle body parts or vehicle components and a harness for transmitting electrical signals and / or working currents between the vehicle control units and the Periphery has.
  • the vehicle has a previously described wiring harness, wherein at least a part of the wires of the wiring harness are formed by discrete tracks which are an integral part of a load bearing vehicle structure of the vehicle formed from a composite material with electrically conductive material forming the discrete tracks are, and which are provided mutually insulating.
  • the vehicle therefore has a load-bearing vehicle structure which is produced from a composite material which has an electrically conductive material, for example in the form of a plurality of superimposed electrically conductive material layers, between which an electrical insulating layer is provided.
  • the electrically conductive material layers of the composite material are then electrically contacted with the vehicle control devices on the one hand and the peripherals on the other hand, so that now a transmission of signals or working currents is possible.
  • the discrete conductor tracks of the vehicle structure that is to say, for example, the electrically conductive material layers of the composite material
  • connecting elements so that the control devices and peripheral devices can be connected correspondingly to the vehicle structure.
  • the object is achieved by the method according to claim 10 according to the invention.
  • a method for manufacturing a wire harness for vehicles is proposed, wherein a composite material is provided which comprises a fiber material, an electrically conductive material and a matrix material. If a GLARE composite material is provided, the fiber material is a glass fiber material, while the electrically conductive material is an aluminum layer. It is also conceivable, however, that fiber material and electrically conductive material represent one and the same.
  • the load-bearing vehicle structure is produced by, for example, bringing the composite material into the desired shape as a semifinished product, possibly introducing the matrix material into the fiber material. infused material and then the matrix material is cured, so that an integral component, in which the electrically conductive material is an integral part of the component and thus the load-bearing vehicle structure.
  • connecting elements are introduced, which contact the electrically conductive material of the composite material or of the produced load-bearing vehicle structure in order to be able to connect the vehicle control devices and the peripheral devices of the vehicle to one another via the discrete conductor tracks.
  • fiber composite materials in conjunction with metal foils come into consideration as composites.
  • hybrid materials such as GLARE
  • thin steel foils instead of the aluminum layers in a classic GLARE composite material, whereby the impact capability can be increased.
  • fiber composites for example, glass fiber fabrics are used as insulators.
  • conductive fiber composites for example, carbon fiber fibers and aramid fibers come into consideration.
  • matrix system or matrix material for example, an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) is conceivable, which also has an electrical insulation effect at the same time.
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • FIG. 1 Schematic representation of a load-bearing
  • FIG. 1 shows a load-bearing vehicle structure 10 in which a wiring harness 11 is integrally provided.
  • the load-bearing vehicle structure 10 consists of a composite material which has a multilayer structure, with electrically insulating material layers 12 and electrically conductive material layers 13 alternating.
  • FIG. 1 is a cross section through the load-bearing vehicle structure 10 is shown to show the basic structure of the wiring harness and the vehicle structure.
  • the number of insulating material layers 12 and electrically conductive material layers 13 is only an example, as are the shapes of the vehicle structure 10. If the composite material is, for example, a GLARE composite material, then the insulating material layers 12 are made of a glass fiber reinforced plastic, while the electrically conductive material layers 13 represent an aluminum layer or an aluminum foil, wherein the insulating material layers 12 and electrically conductive material layers 13 are glued and pressed together.
  • Each individual electrically conductive material layer 13 forms exactly one conductor track Li to U in order to be able to conduct electrical signals and / or working currents (voltage supply).
  • the printed conductor Li is used as a mat (GND). switches, while at the tracks L2 to L 4 each have a voltage U1 to U3 can be applied.
  • the interconnects Li and L2 are contacted with a lamp as an electrical consumer, while the interconnects Li and L3 and Li and L 4 are also connected to each other via an electrical load.
  • the embodiment of Figure 1 is to be understood only as an example. It is conceivable that the vehicle structure 10 has a multiplicity of conductor tracks, for example twenty or thirty, so that correspondingly electrical signals and the supply voltage can be provided thereover. In this case, the vehicle structure can be connected to vehicle control devices and body devices in order to build up the vehicle electrical system via the vehicle structures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kabelbaum (11), ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kabelbaums (11) für Fahrzeuge zur Übertragung von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen, wobei der Kabelbaum (11) eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist. Der erfindungsgemäße Kabelbaum (11) wird durch diskrete Leiterbahnen gebildet (L1-L4), die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen (L1-L4) bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind.

Description

Kabelbaum für Fahrzeuge sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Kabelbaum für Fahrzeuge zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen Fahrzeugsteuergeräten und im Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten . Die Erfindung betrifft ebenso ein Fahrzeug mit einem derartigen Kabelbaum. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabelbaums für Fahrzeuge. Das Bordnetz eines Fahrzeuges, bspw. eines Straßenfahrzeuges, Luftfahrzeuges oder Schienenfahrzeuges, dient der Verbindung zwischen einzelnen Steuergeräten und den im Fahrzeug verteilt verbauten Peripheriegeräten bzw. Feldgeräten. Solche Peripheriegeräte können bspw. Aktoren und/oder Sensoren sowie Geräte zur Darstellung von Informationen sein . Mit der zunehmenden Anzahl von Fahrerassistenzsystemen, Motorsteuergeräten und komplexen Info- tainment-Systemen in der Automobilindustrie steigt dabei auch die Komplexität des Bordnetzes drastisch an, was zu einem signifikant höheren Verkabelungsaufwand führt. Dabei stellt das Bordnetz sowohl die Spannungsversorgung einerseits als auch die Datenverbindung der einzelnen Komponenten anderer- seits zur Verfügung.
Die Installation und Realisierung eines solchen Bordnetzes erfolgt in der Regel mit Hilfe von Kabelbäumen, die eine Bündelung von elektrischen Leitungen zur Übertragung von elektrischen Signalen und Arbeitsströmen (für die Span- nungsversorgung) darstellen. Ein solcher Kabelbaum kann dabei separat hergestellt werden, indem die einzelnen elektrischen Leitungen vorkonfektioniert und dann zu einem Strang gebündelt werden, sodass sich der gesamte Kabelbaum und damit einhergehende Verkabelung und Vernetzung des Bordnetzes in einem Arbeitsschritt in das Fahrzeug integrieren lässt. Andernfalls müsste jede elektrische Leitung einzeln in das Fahrzeug verbaut werden, dass allein aus ökonomischen Gründen nicht sinnvoll ist.
Aufgrund der Komplexität der Bordnetze und die damit einhergehende Komplexität der Kabelbäume wird auch heute noch in der Automobilindustrie aber auch in der Luft- und Raumfahrt ein Kabelbaum meist händisch hergestellt und verbaut. Die Prozessschritte des Herstellens des Kabelbaums sowie des Einbaus lassen sich dabei nur äußerst bedingt automatisieren, sodass diese Herstellungsschritte einen nicht unerheblichen Anteil an den Kosten des Bordnetzes tragen . Ein weiterer Nachteil eines klassischen Kabelbaums besteht darin, dass durch die Verkabelung ein nicht unerhebliches Zusatzgewicht in das Fahrzeug eingebracht wird, was bei modernen Fahrzeugen auf 40 bis 60 kg geschätzt werden kann . Gerade bei der konsequenten Verwendung von Leichtbauwerkstoffen, wie bspw. Faserverbundwerkstoffen, steht die Verwendung eines klassischen Kabelbaums diametral dem Leichtbaugedanken gegenüber.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Kabelbaum für Bordnetze anzugeben, mit dem zum einen Gewicht eingespart und zum anderen der Automatisierungsgrad bei der Herstellung des Kabelbaums erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird mit dem Kabelbaum gemäß Anspruch 1 , dem Fahrzeug gemäß Anspruch 7, dem Verfahren zur Herstellung eines Kabelbaums gemäß Anspruch 10 sowie die Verwendung eines Verbundwerkstoffes zur Herstellung eines Kabelbaums gemäß Anspruch 16 erfindungsgemäß gelöst. Gemäß Anspruch 1 wird ein Kabelbaum für Fahrzeuge zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen (Versorgungsspannungen) zwischen den Fahrzeugsteuergeräten und im Fahrzeug verbauten Komponenten bzw. Peripheriegeräten vorgeschlagen, wobei der Kabelbaum eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist.
Unter Fahrzeugsteuergeräten im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Datenverarbeitungseinheiten verstanden, die zur Steuerung und Regelung von das Fahrzeug betreffenden Systemen verwendet werden. Ein Fahrzeugsteuergerät meint dabei jedes signalverarbeitendes Gerät, das einem bestimmten Einsatz oder Aufgabenzweck in Bezug auf das Fahrzeug dient. Solche Fahrzeugsteuergeräte können bspw. Steuergeräte zur Steuerung von Assistenzsystemen, zur Motorsteuerung sowie zur Steuerung von Navigations- und Info- tainment-Systemen dienen.
Unter im Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jene Komponente verstanden, die zur Ein- oder Ausgabe von Daten und Informationen vorgesehen sind. Dies können bspw. Sen- soren und/oder Aktoren sein. In der Regel werden derartige Peripheriegeräte bzw. Fahrzeugkomponenten mit den Fahrzeugsteuergeräten verbunden, sodass die Peripheriegeräte als Eingabegeräte Daten dem Fahrzeugsteuergerät zur Verfügung stellen bzw. als Ausgabegeräte entsprechende Informationen ausgeben oder mittels Aktuatoren entsprechende Stellglieder steuern. Periphe- riegeräte können demnach mechanische Elemente sein, wie bspw. Ventile, aber auch Lichtanlagen, Monitore oder jedwede Art von Sensoren sein.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums durch diskrete Leiterbahnen gebildet werden, die integra- ler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbah- nen bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind.
Demnach wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Leitungen eines Kabelbaums zumindest teilweise durch diskrete Leiterbahnen ersetzt werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur sind, wobei der integrale Aufbau der Fahrzeugstruktur dadurch erreicht wird, dass ein Verbundwerkstoff verwendet wird, der neben isolierenden, nicht leitenden Materialien unter anderem auch ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, das integraler Bestandteil des Verbundwerkstoffes ist und das schließlich bei der Herstellung der lasttra- genden Fahrzeugstruktur aus eben diesem Verbundwerkstoff die diskreten Leiterbahnen integral ausbildet.
Es wird somit vorgeschlagen, dass die lasttragende Fahrzeugstruktur, bspw. karosserietragende Strukturen wie bspw. Holme oder Flügelstrukturen bei Flugzeugen, per se nicht nur die Aufgabe haben, die Fahrzeugstruktur (Form und Geometrie) zu erzeugen und zu halten, sondern gleichzeitig auch Teile des Kabelbaums bilden, wodurch das Einbringen zusätzlicher Verkabelungen, insbesondere der Einbau zusätzlicher Kabelbäume, obsolet wird . Mit anderen Worten, die lasttragende Fahrzeugstruktur ist gleichzeitig auch Teil des Kabel- baums, wodurch ein separater Kabelbaum zur Verkabelung und Bildung des Bordnetzes durch die Fahrzeugstruktur ersetzt wird . Fahrzeugstruktur und Kabelbaum werden durch ein und dasselbe Bauteil realisiert.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass zum einen Gewicht eingespart werden kann, da nunmehr die lasttragende Fahrzeugstruktur eben auch den Kabelbaum bildet und somit eine Doppelverwendung vorliegt. Hierdurch kann sowohl Gewicht eingespart werden, als auch der Automatisierungsgrad bei der Herstellung eines Kabelbaums erhöht werden, da die lasttragenden Fahrzeugstrukturen aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden und somit in einem ein- zigen Prozessschritt sowohl die lasttragende Fahrzeugstruktur einerseits als auch Teile des Kabelbaums andererseits hergestellt werden können . Das Her- stellen von lasttragenden Fahrzeugstrukturen mit Hilfe von Verbundwerkstoffen lässt sich dabei, abhängig vom konkreten Anwendungsfall, stärker automatisieren als der händische Aufbau und die Verlegung eines Kabelbaums. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die diskreten Leiterbahnen durch elektrisch leitfähige Materialschichten eines mehrere Materialschichten aufweisenden Verbundwerkstoffes gebildet, wobei die elektrisch leitfähigen Materialschichten durch elektrische Isolierungsschichten gegeneinander elektrisch isoliert sind. Demnach ist der Verbundwerkstoff schichtweise aufgebaut und besteht, unter Umständen auch aus anderen Materialien, insbesondere aber aus sich abwechselnden Schichten von elektrisch leitfähigen Materialschichten und elektrisch isolierenden Materialschichten . Die einzelnen elektrisch leitfähigen Materialschichten bilden dabei eine oder mehrere Leiterbahnen, wobei pro elektrisch leitfähiger Materialschicht eine oder mehrere Leiterbahnen vorgese- hen sein können. Sind mehrere Leiterbahnen pro elektrisch leitfähiger Materialschicht vorgesehen, so muss diese innerhalb der elektrisch leitfähigen Materialschicht einzeln gegeneinander elektrisch isoliert werden. Zwischen den elektrisch leitfähigen Materialschichten ist eine elektrische Isolierschicht vorgesehen, die die einzelnen elektrisch leitfähigen Materialschichten elektrisch ge- geneinander isoliert, sodass bei mehreren, schichtweise zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Materialschichten somit mehrere übereinander liegende Leiterbahnen gebildet werden können, die dann als Leitungsbündel den Kabelbaum definieren . Es hat sich dabei gezeigt, dass diese elektrisch leitfähigen Materialschichten als Flächenleiter geeignet sind, als Leiterbahnen die Leitungen eines Kabelbaums zu ersetzen, sodass die elektrischen Signale und/oder die Arbeitsströme (Spannungsversorgung) mit Hilfe der elektrisch leitfähigen Materialschichten des Verbundwerkstoffes übertragen werden können, wenn aus dem Ver- bundwerkstoff eine entsprechende lasttragende Fahrzeugstruktur hergestellt wurde. In Form von Flächenleitern können die elektrisch leitfähigen Material- schichten dabei den bei ansonsten recht geringen Leiterquerschnitten erhöhten elektrischen Widerstand kompensieren, sodass eben auch mit den entsprechend spezifizierten Spannungen der Fahrzeugsteuergeräte und Fahrzeugkomponenten weiterhin gearbeitet werden kann .
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform hierzu sind die diskreten Leiterbahnen jeweils durch eine elektrisch leitfähige Materialschicht des Verbundwerkstoffes gebildet, sodass jede elektrisch leitfähige Materialschicht genau eine Leiterbahn bildet. Mit mehreren elektrisch leitfähigen Materialschichten übereinander (elektrisch gegeneinander isoliert) können somit mehrere Leiterbahnen des Kabelbaums realisiert werden, wobei die Aufteilung der Leiterbahnen in Dickenrichtung des Bauteils erfolgt.
In einer Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein Matrixmaterial auf, wobei das elektrisch leitfähige Fasermaterial die diskreten Leiterbahnen bildet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn neben elektrisch leitfähigem Fasermaterial auch elektrisch nicht leitfähiges Fasermaterial als Isolator vorgesehen ist, sodass auch hier der Verbundwerkstoff schichtweise aus elektrisch leitfähigen Fasermaterial einerseits (beispielsweise CFK) und elektrisch nicht leitenden Fasermaterialien (beispielsweise GFK) gebildet wird, wobei ein Matrixmaterial in das leitende und nicht leitende Fasermaterial infundiert und ausgehärtet wird, um die lasttragende Fahrzeugstruktur herzustellen. Die einzelnen Schichten des elektrisch leitenden Fasermaterials bilden dabei die Leiterbahnen des Kabelbaums. Das Matrixmaterial sollte vor- teilhafterweise elektrisch nicht leitend sein.
In einer anderen Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff als Hybridwerkstoff ein nicht leitfähiges Fasermaterial, ein Matrixmaterial und ein elektrisch leitfähiges Metallmaterial auf, wobei das elektrisch leitfähige Metallmaterial die diskreten Leiterbahnen bildet. Auch hier kann das elektrisch leitfähige Metallmaterial schichtweise in dem Verbundwerkstoff aufgebaut sein, wobei zwischen den elektrisch leitfähigen Metallschichten das nicht leitfähige Fasermaterial als elektrischer Isolator vorgesehen ist. Ein solcher hybrider Verbundwerkstoff kann beispielsweise ein glasfaserverstärkter Aluminiumverbund sein, der auch unter dem Namen GLARE (Glass Laminate Aluminium Reinforced Epoxy) be- kannt ist.
Wird als Verbundwerkstoff ein GLARE verwendet, so weist der Verbundwerkstoff mehrere Materialschichten mit sich abwechselnden Aluminiumschichten und Glasfaserschichten auf, wobei die Aluminiumschichten die diskreten Lei- terbahnen bilden. Ein Vorteil dieses hybriden Verbundwerkstoffes liegt in der Tatsache, dass die Impacttoleranz, die Lochleibungsfestigkeit und die Crashabsorption durch die Integration von Aluminiumschichten verbessert werden kann, was sowohl im Automobilbereich als auch im Flugzeugbau besonders vorteilhaft ist. Gleichzeitig können diese Aluminiumschichten eines GLARE Verbundwerkstoffes als Leiterbahnen für einen Kabelbaum verwendet werden, so dass die besonderen vorteilhaften Eigenschaften dieser hybriden Verbundwerkstoffe in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können. Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einem Fahrzeug gemäß Anspruch 7 gelöst, wobei das Fahrzeug ein oder mehrere Fahrzeugsteuergeräte, ein oder mehrere in dem Fahrzeug verbaute Karosseriegeräte bzw. Fahrzeugkomponenten und einen Kabelbaum zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen den Fahrzeugsteuergeräten und den Peripheriegerä- ten aufweist. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug einen zuvor beschrieben Kabelbaum auf, wobei zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums durch diskrete Leiterbahnen gebildet werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur des Fahrzeuges sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind. Demnach weist das Fahrzeug erfindungsgemäß eine lasttragende Fahrzeugstruktur auf, die aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, der ein elektrisch leitfähiges Material aufweist, beispielsweise in Form von mehreren übereinanderliegenden elektrisch leitfähigen Materialschichten, zwischen de- nen eine elektrische Isolierschicht vorgesehen ist. Die elektrisch leitfähigen Materialschichten des Verbundwerkstoffes werden dann mit den Fahrzeugsteuergeräten einerseits und den Peripheriegeräten andererseits elektrisch kontaktiert, so dass nunmehr eine Übertragung von Signalen oder Arbeitsströmen möglich wird.
So ist es beispielsweise denkbar, dass nunmehr eine Übertragung von Signalen und/oder Arbeitsströmen möglich wird.
So ist es beispielsweise denkbar, dass die diskreten Leiterbahnen der Fahr- zeugstruktur, mithin also beispielsweise die elektrisch leitfähigen Materialschichten des Verbundwerkstoffes, mit Verbindungselementen kontaktiert werden, so dass die Steuergeräte und Peripheriegeräte entsprechend an die Fahrzeugstruktur angeschlossen werden können. Darüber hinaus wird die Aufgabe auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst. Gemäß Anspruch 10 wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kabelbaums für Fahrzeuge vorgeschlagen, wobei ein Verbundwerkstoff bereitgestellt wird, der ein Fasermaterial, ein elektrisch leitfähiges Material und ein Matrixmaterial aufweist. Wird ein GLARE Verbundwerkstoff bereitge- stellt, so ist das Fasermaterial ein Glasfasermaterial, während das elektrisch leitfähige Material eine Aluminiumschicht ist. Denkbar ist aber auch, dass Fasermaterial und elektrisch leitfähiges Material ein und dasselbe darstellen .
Nach dem Bereitstellen des Verbundwerkstoffes wird die lasttragende Fahr- zeugstruktur hergestellt, indem beispielsweise der Verbundwerkstoff als Halbzeug in die gewünschte Form gebracht, das Matrixmaterial ggf. in das Faser- material infundiert und anschließend das Matrixmaterial ausgehärtet wird, so dass ein integrales Bauteil besteht, bei dem das elektrisch leitfähige Material integraler Bestandteil des Bauteils und somit der lasttragenden Fahrzeugstruktur ist.
Anschließend werden Verbindungselemente eingebracht, welche das elektrisch leitfähige Material des Verbundwerkstoffes bzw. der hergestellten lasttragenden Fahrzeugstruktur kontaktieren, um die Fahrzeugsteuergeräte und die Peripheriegeräte des Fahrzeugs über die diskreten Leiterbahnen miteinander ver- binden zu können.
Als Verbundwerkstoffe kommen grundsätzlich Faserverbundmaterialien in Verbindung mit Metallfolien in Betracht. Insbesondere im Automobilbereich ist die Verwendung von Hybridmaterialien, wie beispielsweise GLARE als Werkstoff für Karosseriebauteile vorteilhaft. Es ist darüber hinaus denkbar, anstelle der Aluminiumschichten bei einem klassischen GLARE-Verbundwerkstoff dünne Stahlfolien zu verwenden, wodurch die Impactfähigkeit erhöht werden kann. Als Faserverbundwerkstoffe kommen beispielsweise Glasfasergewebe als Isolatoren zur Anwendung. Für leitende Faserverbünde kommen beispielsweise Koh- len stofffasern und Aramidfasern in Betracht. Als Matrixsystem bzw. Matrixmaterial ist beispielsweise ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) denkbar, der gleichzeitig auch eine elektrische Isolationswirkung hat.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur beispielhaft erläutert. Es zeigt: Figur 1 - Schematische Darstellung einer lasttragenden
Fahrzeugstruktur mit mehreren Schichten
Figur 1 zeigt eine lasttragende Fahrzeugstruktur 10, in der integral ein Kabelbaum 1 1 vorgesehen ist. Die lasttragende Fahrzeugstruktur 10 besteht dabei aus einem Verbundwerkstoff, der mehrschichtig aufgebaut ist, wobei sich elektrisch isolierende Materialschichten 12 und elektrisch leitfähige Materialschichten 13 abwechseln .
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ein Querschnitt durch die lasttragende Fahrzeugstruktur 10 gezeigt um den grundsätzlichen Aufbau des Kabelbaums und der Fahrzeugstruktur zu zeigen. Die Anzahl der isolierenden Materialschichten 12 und elektrisch leitfähigen Materialschichten 13 ist dabei nur beispielhaft, ebenso wie die Formen der Fahrzeugstruktur 10. Handelt es sich bei dem Verbundwerkstoff beispielsweise um einen GLARE- Verbundwerkstoff, so sind die isolierenden Materialschichten 12 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, während die elektrisch leitfähigen Materialschichten 13 eine Aluminiumschicht bzw. eine Aluminiumfolie darstellen, wobei die isolierenden Materialschichten 12 und elektrisch leitfähigen Materialschich- ten 13 miteinander verklebt und verpresst sind .
Jede einzelne elektrisch leitfähige Materialschicht 13 bildet dabei genau eine Leiterbahn Li bis U, um elektrische Signale und/oder Arbeitsströme (Spannungsversorgung) leiten zu können.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Leiterbahn Li als Matte (GND) ge- schaltet, während an die Leiterbahnen L2 bis L4 jeweils eine Spannung U1 bis U3 angelegt werden kann . Dabei sind die Leiterbahnen Li und L2 mit einer Lampe als elektrischer Verbraucher kontaktiert, während die Leiterbahnen Li und L3 sowie Li und L4 ebenfalls über einen elektrischen Verbraucher mitei- nander verbunden sind .
Wird nun eine Spannung an die Leiterbahn L2 (U 1 ) angelegt, so wird ein Strom- fluss durch die Leiterbahnen L2, Li sowie durch die Lampe als elektrischen Verbraucher bewirkt, so dass die Lampe leuchtet. Ebenso verfährt es sich mit den übrigen Leiterbahnen L3 und L4.
Damit wird es möglich, die Elemente eines Kabelbaums in eine lasttragende Fahrzeugstruktur zu integrieren, so dass auf einen zusätzlichen Kabelbaum und eine entsprechende Verkabelung im Fahrzeug verzichtet werden kann .
Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist dabei nur beispielhaft zu verstehen. Denkbar ist, dass die Fahrzeugstruktur 10 eine Vielzahl von Leiterbahnen hat, beispielsweise zwanzig oder dreißig, so dass entsprechend elektrische Signale und die Versorgungsspannung hierüber bereitgestellt werden können. Dabei kann die Fahrzeugstruktur mit Fahrzeugsteuergeräten und Karosseriegeräten verbunden werden, um so das Bordnetz über die Fahrzeugstrukturen aufzubauen.
Bezugszeichenliste
10 - lasttragende Fahrzeugstruktur
11 - Kabelbaum
12 - elektrische Isolierschicht
13 - elektrisch leitfähige Materialschicht
Li bis U - Leiterbahnen

Claims

Patentansprüche:
1 . Kabelbaum (1 1 ) für Fahrzeuge zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen Fahrzeugsteuergeräten und im Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten, wobei der Kabelbaum (1 1 ) eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums (1 1 ) durch diskrete Leiterbahnen (Li bis L4) gebildet werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind .
2. Kabelbaum (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) durch elektrisch leitfähige Materialschichten (13) des mehrere Materialschichten aufweisenden Verbundwerkstoffes gebildet sind, wobei die elektrisch leitfähigen Materialschichten (13) durch elektrische Isolierschichten (12) gegeneinander elektrisch isoliert sind.
3. Kabelbaum (1 1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) jeweils durch eine elektrisch leitfähige Materialschicht (13) des Verbundwerkstoffes gebildet sind .
4. Kabelbaum (1 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Faser- material und ein Matrixmaterial aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Fasermaterial die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) bildet.
Kabelbaum (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff als Hybridwerkstoff ein nicht leitfähiges Fasermaterial, ein Matrixmaterial und elektrisch leitfähiges Metallmaterial aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Metallmaterial die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) bildet.
Kabelbaum (1 1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein glasfaserverstärkter Aluminiumverbund ist, der mehrere Materialschichten mit sich abwechselnden Aluminiumschichten und Glasfaserschichten aufweist, wobei die Aluminiumschichten die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) bilden.
Fahrzeug mit einem oder mehreren Fahrzeugsteuergeräten, einem oder mehreren in dem Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten und einem Kabelbaum (1 1 ) zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen den Fahrzeugsteuergeräten und den Peripheriegeräten, wobei der Kabelbaum (1 1 ) eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums (1 1 ) durch diskrete Leiterbahnen (Li bis L4) gebildet werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (1 0) des Fahrzeuges sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind.
8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelbaum (1 1 ) die Merkmale des Kabelbaums (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugsteuergeräte und die im Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten die aus dem elektrisch leitfähigen Material des Verbundwerkstoffes gebildeten diskreten Leiterbahnen (Li bis U) der Fahrzeugstruktur jeweils mittels Verbindungselementen kontaktieren .
Verfahren zur Herstellung eines Kabelbaums (1 1 ) für Fahrzeuge zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen Fahrzeugsteuergeräten und Peripheriegeräten des Fahrzeuges, mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Verbundwerkstoffes, der ein Fasermaterial, ein elektrisch leitfähiges Material und ein Matrixmaterial aufweist, b) Herstellen einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) des Fahrzeuges aus dem bereitgestellten Verbundwerkstoff durch Aushärten des in das Fasermaterial infundierten Matrixmaterial, wobei das elektrisch leitfähige Material des Verbundwerkstoffes integraler Bestandteil der lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) wird und diskrete Leiterbahnen (Li bis L4) bildet, und
c) Einbringen von Verbindungselementen, welche das elektrisch leitfähige Material des Verbundwerkstoffes bzw. der hergestellten lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) kontaktieren, um die Fahrzeugsteuergeräte und die Peripheriegeräte des Fahrzeuges über die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) miteinander verbinden zu können.
Verfahren nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) durch elektrisch leitfähige Materialschichten (13) des mehrere Materialschichten aufweisenden Verbundwerkstoffes gebildet werden, wobei die elektrisch leitfähigen Materialschichten (13) durch elektrische Isolierschichten (12) gegeneinander elektrisch isoliert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (Li bis U) jeweils durch eine elektrisch leitfähige Materialschicht (13) des Verbundwerkstoffes gebildet sind .
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein Matrixmaterial aufweist, wobei die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) aus dem elektrisch leitfähigen Fasermaterial gebildet werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff als Hybridwerkstoff ein nicht leitfähiges Fasermaterial, ein Matrixmaterial und ein elektrisch leitfähiges Metallmaterial aufweist, wobei die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) aus dem elektrisch leitfähigen Metallmaterial gebildet werden .
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein glasfaserverstärkter Aluminiumverbund ist, der mehrere Materialschichten mit sich abwechselnden Aluminiumschichten und Glasfaserschichten aufweist, wobei die diskreten Leiterbahnen (Li bis L4) aus den Aluminiumschichten gebildet werden .
16. Verwendung eines Verbundwerkstoffes, der ein Fasermaterial, ein
elektrisch leitfähiges Material, insbesondere ein Metallmaterial und ein Matrixmaterial aufweist, für die Herstellung einer lasttragenden Fahr- zeugstruktur (10), die gleichzeitig mit dem elektrisch leitfähigen Material als integrale Leiterbahnen (Li bis L4) einen Kabelbaum (1 1 ) bildet.
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