Title:
Kabelbaum für Fahrzeuge sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Kind Code:
A1


Abstract:

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




Inventors:
Pototzky, Alexander (38110, Braunschweig, DE)
Application Number:
DE102015119965A
Publication Date:
05/18/2017
Filing Date:
11/18/2015
Assignee:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., 51147 (DE)
Domestic Patent References:
DE102014213881A1N/A2016-02-18
DE102014005001A1N/A2015-10-01
DE102013101801A1N/A2014-08-28
DE102011109724A1N/A2013-02-07



Attorney, Agent or Firm:
Gramm, Lins & Partner Patent- und Rechtsanwälte PartGmbB, 30173, Hannover, DE
Claims:
1. Kabelbaum (11) für Fahrzeuge zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen Fahrzeugsteuergeräten und im Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten, wobei der Kabelbaum (11) eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums (11) durch diskrete Leiterbahnen (L1 bis L4) gebildet werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind.

2. Kabelbaum (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (L1 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 (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) jeweils durch eine elektrisch leitfähige Materialschicht (13) des Verbundwerkstoffes gebildet sind.

4. Kabelbaum (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein Matrixmaterial aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Fasermaterial die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) bildet.

5. Kabelbaum (11) 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 (L1 bis L4) bildet.

6. Kabelbaum (11) 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 (L1 bis L4) bilden.

7. Fahrzeug mit einem oder mehreren Fahrzeugsteuergeräten, einem oder mehreren in dem Fahrzeug verbauten Peripheriegeräten und einem Kabelbaum (11) zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder Arbeitsströmen zwischen den Fahrzeugsteuergeräten und den Peripheriegeräten, wobei der Kabelbaum (11) eine Mehrzahl von gebündelten Leitungen zum Übertragen der elektrischen Signale und/oder Arbeitsströme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungen des Kabelbaums (11) durch diskrete Leiterbahnen (L1 bis L4) gebildet werden, die integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur (10) des Fahrzeuges sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) bildet, gebildet sind, und die gegenseitig isolierend vorgesehen sind.

8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelbaum (11) die Merkmale des Kabelbaums (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

9. 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 (L1 bis L4) der Fahrzeugstruktur jeweils mittels Verbindungselementen kontaktieren.

10. Verfahren zur Herstellung eines Kabelbaums (11) 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 (L1 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 (L1 bis L4) miteinander verbinden zu können.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (L1 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 11, dadurch gekennzeichnet, dass die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) jeweils durch eine elektrisch leitfähige Materialschicht (13) des Verbundwerkstoffes gebildet sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial und ein Matrixmaterial aufweist, wobei die diskreten Leiterbahnen (L1 bis L4) aus dem elektrisch leitfähigen Fasermaterial gebildet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff als Hybridwerkstoff ein nicht leitfähiges Fasermaterial, ein Matrixmaterial und ein elektrisch leitfähiges Metallmaterial aufweist, wobei die diskreten Leiterbahnen (L1 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 (L1 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 Fahrzeugstruktur (10), die gleichzeitig mit dem elektrisch leitfähigen Material als integrale Leiterbahnen (L1 bis L4) einen Kabelbaum (11) bildet.

Description:

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 Infotainment-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 andererseits 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 Spannungsversorgung) 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 Infotainment-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. Sensoren 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. Peripheriegeräte 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 integraler Bestandteil einer lasttragenden Fahrzeugstruktur sind, die aus einem Verbundwerkstoff mit elektrisch leitfähigem Material, das die diskreten Leiterbahnen 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 lasttragenden 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 Kabelbaums, 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 einzigen Prozessschritt sowohl die lasttragende Fahrzeugstruktur einerseits als auch Teile des Kabelbaums andererseits hergestellt werden können. Das Herstellen 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 vorgesehen 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 gegeneinander 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 Verbundwerkstoff eine entsprechende lasttragende Fahrzeugstruktur hergestellt wurde. In Form von Flächenleitern können die elektrisch leitfähigen Materialschichten 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 vorteilhafterweise 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) bekannt 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 Leiterbahnen 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 Peripheriegeräten 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 denen 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 Fahrzeugstruktur, 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 bereitgestellt, 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 Fahrzeugstruktur hergestellt, indem beispielsweise der Verbundwerkstoff als Halbzeug in die gewünschte Form gebracht, das Matrixmaterial ggf. in das Fasermaterial 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 verbinden 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 Kohlenstofffasern 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:

1 – Schematische Darstellung einer lasttragenden Fahrzeugstruktur mit mehreren Schichten

1 zeigt eine lasttragende Fahrzeugstruktur 10, in der integral ein Kabelbaum 11 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 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 Materialschichten 13 miteinander verklebt und verpresst sind.

Jede einzelne elektrisch leitfähige Materialschicht 13 bildet dabei genau eine Leiterbahn L1 bis L4, um elektrische Signale und/oder Arbeitsströme (Spannungsversorgung) leiten zu können.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Leiterbahn L1 als Matte (GND) geschaltet, während an die Leiterbahnen L2 bis L4 jeweils eine Spannung U1 bis U3 angelegt werden kann. Dabei sind die Leiterbahnen L1 und L2 mit einer Lampe als elektrischer Verbraucher kontaktiert, während die Leiterbahnen L1 und L3 sowie L1 und L4 ebenfalls über einen elektrischen Verbraucher miteinander verbunden sind.

Wird nun eine Spannung an die Leiterbahn L2 (U1) angelegt, so wird ein Stromfluss durch die Leiterbahnen L2, L1 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 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
L1 bis L4
Leiterbahnen