Formstabiler Kabelstrang für die Motorraumverkabelung

Die Anmeldung betrifft einen Kabelstrang zur Motorraumverkabelung eines Kraftfahrzeugs.

Verbrennungsmotoren werden vor dem Einbau in eine Karosse regelmäßig vollständig verkabelt. Bei der Verkabelung wird eine Verbindung zwischen dem Generator, dem Anlasser, den Zündkerzen und weiteren elektrischen Verbrauchern im Motor hergestellt. Ferner werden Anschlussstützpunkte für eine Verkabelung mit einer Batterie sowie für Verkabelung mit weiteren elektrischen Komponenten vorbereitet. Hierzu müssen die Fahrzeugmonteure in aufwendigen und zeitintensiven Verfahren Kabelbäume um den Motorblock herum verlegen, um die notwendige Verkabelung der elektrischen Komponenten zu gewährleisten. Die Verkabelung der elektrischen Komponenten des Motors bzw. des Motorblocks erfolgt mit Hilfe von vorkonfektionierten Kabelbäumen. Bei diesen Kabelbäumen werden die notwendigen Kabel bereits abgelängt zur Verfügung gestellt, so dass lediglich die Anschlussenden der Kabel kontaktiert werden müssen. Dies erfolgt regelmäßig durch Verschrauben oder Verlöten der Anschlussenden der Kabel mit den entsprechenden Kontakten der elektrischen Komponenten im Motorblock.

Bei der Verlegung der Kabelstränge ist es regelmäßig jedoch mühselig, die flexiblen Kabel am Motorblock zu

befestigen. Hierzu werden in der Regel Befestigungsclips oder Befestigungsmanschetten vorgesehen, um die Kabel am Motorblock zu befestigen.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 502 821 ist ein Kabelkanal bekannt, welcher die Verlegung der Kabelstränge innerhalb eines Motorblocks erleichtert. Der Kabelkanal ist formstabil, so dass dieser mit nur wenigen Befestigungen am Motorblock befestigt werden muss. Bei der Montage dieses Kabelkanals ist es jedoch auch notwendig, dass der Monteur den Kabelstrang in den Kabelkanal verlegt und anschließend den Kabelkanal verschließt. Auch dieses Verfahren ist zeitaufwendig.

Aus diesem Grunde lag der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Motorraumverkabelung zu ermöglichen, welche einfach handhabbar ist und schnell installierbar ist.

Die zuvor aufgezeigte und aus dem Stand der Technik hergeleitete Aufgabe wird durch ein Kabelstrang zur Motorraumverkabelung eines Kraftfahrzeugs gelöst, mit einem ersten Anschlusselement, einem zweiten Anschlusselement, einem zwischen den Anschlusselementen gebildeten Flachkabel, wobei das Flachkabel im Wesentlichen formangepasst und formstabil ist.

Insbesondere kann das Flachkabel so gebildet sein, dass es in der Ebene im Wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung biegefest ist, und in einer Ebene im Wesentlichen normal zur Ausbreitungsrichtung formstabil, aber durch äußere Kräfte leichter verformbar ist, als in der Ebene parallel zur Ausbreitungsrichtung. Bei der

Montage am Motorblock behält das Flachkabel seine Form. Hierdurch kann der Monteur es einfach befestigen. Das Flachkabel kann jedoch durch Einwirkung äußerer Kräfte verformt werden, wodurch der Monteur Toleranzen am Motor ausgleichen kann.

Es ist erkannt worden, dass die herkömmlichen Kabelstränge, die aus Rundleitern gebildet sind, durch ihre Flexibilität die Montage erschweren. Zwar können die flexiblen Kabel leicht durch Zwischenräume hindurchgefädelt werden, jedoch führt gerade dies dazu, dass sie unhandlich werden. Durch das zur Verfügungstellen von formangepassten, formstabilen Flachkabeln ist es möglich, den Verlauf der elektrischen Leitung im Vorhinein zu bestimmen. Der Monteur muss das Flachkabel lediglich an den Motor anlegen bzw. andrücken.

Formangepasst im Sinne der Anmeldung kann beispielsweise ein vorgeformtes Flachkabel sein, welches den Bauraumerfordernissen innerhalb des Motorblocks bzw. am Motor angepasst ist. Ein Kabelverlauf ist durch das formangepasste Kabel bereits vorgegeben.

Bauraumerfordernisse können somit erfüllt werden, da der Verlauf des Kabels durch die Formanpassung im Vorhinein bestimmt werden. Enge Radien können durch das formangepasste Kabel zur Verfügung gestellt werden. Schwer zugängliche Bereiche innerhalb des Motorblocks können durch das formangepasste Kabel erreicht werden und der Monteur muss dieses lediglich in diese Bereiche einstecken .

Formstabil im Sinne der Anmeldung kann bedeutet, dass das Flachkabel im unbelasteten Zustand seine vorgegebene Form hält. Das Flachkabel ist, wie zuvor erläutert, formangepasst, was bedeuten kann, dass die notwendigen Biegungen und Krümmungen innerhalb des Kabels bereits während der Herstellung des Kabels erzeugt werden. Das Flachkabel ist derart formstabil, dass die vorgegebenen Krümmungen und Biegungen im unbelasteten Zustand unverändert bleiben. Das Kabel verformt sich durch sein Eigengewicht im Wesentlichen nicht. Die Verformung durch das Eigengewicht liegt bevorzugt unter 10%, bevorzugt unter 5% oder unter 1%.

Der Monteur kann bei der Montage des Motors bzw. des Motorblocks das formangepasste, formstabile Flachkabel ohne zusätzliche Hilfsmittel an der für das Kabel vorgesehenen Stelle an den Motorblock bzw. den Motor anlegen und die Anschlusselemente mit den Kontakten innerhalb des Motors bzw. den Kontaktelementen der am Motor angeordneten elektrischen Elemente ausrichten. Nach Ausrichtung der Anschlusselemente an den Kontakten liegt das formangepasste Flachkabel bereits richtig positioniert am Motor bzw. Motorblock an. Es ist anschließend lediglich erforderlich, die Anschlusselemente mit den Kontakten den elektrischen Elemente elektrisch zu kontaktieren.

Dadurch, dass das Flachkabel formangepasst und formstabil ist, kann es vorkonfektioniert sein. Das bedeutet, dass das Flachkabel bereits vor der Montage den Verlauf hat, welcher im eingebauten Zustand erforderlich ist.

Hierdurch ist es möglich, bei geringem Platzbedarf eine Verkabelung des Motors zu gewährleisten.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels ist das Flachkabel aus Aluminium gebildet. Aluminium ist hinsichtlich seiner Materialeigenschaften derart anpassbar, dass die Formstabilität gewahrt bleibt. Es ist möglich, dass Reinaluminium mit einem Aluminiumgehalt von über 99% gewendet wird. Auch ist es möglich, dass das Flachkabel aus Nichteisenmetall, beispielsweise Kupfer, gebildet ist.

Um die Formstabilität zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Flachkabel aus kaltverfestigtem Aluminium gebildet ist. Beim Kaltverfestigen wird das Halbzeug, beispielsweise ein Aluminiumband bzw. ein Aluminiumblech gepresst oder gezogen. Darüber hinaus kann das Aluminium bei der Herstellung des Flachkabels zusätzlich gezogen werden .

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Aluminium wärmebehandelt ist. Es ist beispielsweise möglich, dass das vorgeformte Aluminium lösungsgeglüht ist. Ferner ist es möglich, dass nach dem Lösungsglühen das Flachkabel kalt ausgelagert wird. Darüber hinaus kann das Flachkabel warm ausgelagert werden. Außerdem ist es möglich, dass das Aluminium entspannt und danach kalt bzw. warm ausgelagert wird.

Das Flachkabel kann, um formstabil zu sein, einen Werkstoffzustand von Hill oder T haben. Diese

Werkstoffzustände gewährleisten eine ausreichende Formstabilität .

Darüber hinaus ist es möglich, dass das Flachkabel eine Zugfestigkeit von 90 N/mm ² bis 120 N/mm ² hat. Diese Zugfestigkeit gewährleistet die notwendige Formstabilität. Auch kann ein RP 0,2 Wert von 30-80 N/mm ² , bevorzugt 40-60 N/mm ² , bevorzugt 55 N/mm ² vorgesehen sein.

Darüber hinaus kann das Flachkabel eine Bruchdehnung von 20-30% haben. Eine solche Bruchdehnung ermöglicht es, Flachkabel mit kleinen Radien herzustellen, um schwierigen Bauraumanforderungen gerecht zu werden.

Wie zuvor bereits erläutert worden ist, kann das Flachkabel bei der Montage durch den Monteur einfach am Motorblock ausgerichtet werden und die Anschlusselementen mit den elektrischen Kontakten kontaktiert werden. Danach könnte eine weitere Befestigung des Flachkabels am Motor bzw. Motorblock entfallen, da die Formstabilität durch das Flachkabel selbst gewährleistet ist. Dies erleichtert die Montage erheblich und verringert die Montagekosten. Der Vorteil eines Flachkabels im Sinne der Anmeldung, insbesondere wenn dieses formangepasst und formstabil ist, kann darin liegen, dass bei der Verheiratung des Motorblocks mit der Karosse ausgeschlossen werden kann, dass sich der Kabelstrang an den Karosse verfängt und beschädigt werden kann. Vielmehr liegt der Kabelstrang anmeldungsgemäß eng am Motorblock bzw. Motor an und die Position des Kabelstrangs ist eindeutig durch das vorgeformte Flachkabel bestimmt. Dadurch kann es sicher

vermieden werden, dass bei der Verheiratung des Motorblocks mit der Karosse der Kabelstrang an der Karosse "einfädelt" und sich in dieser verhackt und eventuell beschädigt wird.

Durch die Formstabilität ist gewährleistet, dass das Flachkabel eng am Motorblock anliegt. Außerdem ermöglicht die Formstabilität, dass das Flachkabel ausschließlich durch die Anschlüsse der Anschlusselemente am Motor gehalten ist.

Um eine ausreichend hohe Stromtragfähigkeit zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, kann der Kabelquerschnitt zwischen 35 und 50 mm ² sein. Die Kabelquerschnitte ermöglichen es, hohe Batterieströme zu tragen .

Besonders einfach lässt sich der Kabelstrang herstellen, wenn die Anschlusselemente und das Anschlusskabel einstückig gebildet sind. In diesem Falle ist es beispielsweise möglich, dass das Flachkabel elektrisch isoliert ist und die Anschlusselemente frei von Isolationsmaterial sind. Auch ist es möglich, dass an den Anschlusselementen Anschlusskonsolen vorgesehen sind, beispielsweise Kabelschuhe oder Bohrungen, um diese mit den Kontakten der elektrischen Elemente innerhalb des Motorblocks zu kontaktieren.

Das Kabel kann mit einem thermoplastischen Elastomer beschichtet sein. Beispielsweise kann eine Isolierung in dem Temperaturklassen D, E, E (180), F liegen.

Innerhalb eines Motors kann die Umgehungstemperatur positionsbedingt stark variieren. So ist es beispielsweise unmittelbar an den Kolben erheblich heißer, als nahe am Lüfter. Um den verschiedenen Temperaturbedingungen innerhalb eines Motors gerecht zu werden, wird vorgeschlagen, dass das Flachkabel temperaturbeständig ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Beschichtung aus einem Polyamid ist. Diese Beschichtung kann beispielsweise durch Extrudieren aufgebracht werden. Das Polyamid kann beispielsweise aus der Temperaturklasse C bis F sein. Somit können Temperaturen zwischen 125 und 200 ⁰ C und Kurzzeittemperaturen (bis 240 ⁰ C) von 150+3-225+4 ohne Beschädigung ausgehalten werden. Das Isolationsmaterial kann auch ein anderes als Polyamid sein. Das Isolationsmaterial kann eine Dicke von 0,1mm bis 5mm haben .

Um den verschiedenen Temperaturen innerhalb des Motorraums gerecht zu werden, wird vorgeschlagen, dass die Temperaturbeständigkeit der Beschichtung variabel ist, derart, dass in Bereichen erhöhter Temperatur die Beschichtung temperaturbeständiger ist als in Bereichen geringerer Temperatur. Dies kann beispielsweise durch Extrudieren mit verschiedenen Materialien ermöglicht werden .

Um den Anforderungen an elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) gerecht zu werden, insbesondere bei der Verwendung in Hybridfahrzeugen als auch in Elektrofahrzeugen, wird vorgeschlagen, dass das Flachkabel geschirmt ist. Die Schirmung kann

beispielsweise durch Einbringen eines Schirmungsleiters in die Isolationsschicht gewährleistet sein. Auch ist es möglich, dass die Schirmung durch eine spezielle Verarbeitung des Isolationsmaterials, beispielsweise durch Einbringen von Metallspähnen in das Isolationsmaterial, gewährleistet wird.

Um verschiedene Anforderungen an das Flachkabel gerecht zu werden, als auch um verschiedenen Kundenwünschen gerecht zu werden, ohne dass für jedes Fahrzeug ein eigener Kabelstrang konfektioniert werden muss, wird vorgeschlagen, dass das Flachkabel modular aus zumindest zwei Elementen zusammenbaubar ist. Diese Elemente können beispielsweise vorgegebene Formfaktoren haben und durch einen Zusammenbau können sich beliebige Formen mit Hilfe des Flachkabels nachbilden.

Wie bereits zuvor erläutert, eignet sich das Flachkabel zur Kontaktierung von elektrischen Elementen innerhalb eines Motorraumes. Auch ist es möglich, elektrische Komponenten innerhalb eines Motorraumes mit außerhalb des Motorraumes angeordneten Komponenten zu ermöglichen. Es wird vorgeschlagen, dass das Flachkabel für eine Verkabelung der Elemente Generator, Anlasser, Zündkerze, Kühler, Relais, Elektromotor, Batterie geformt ist.

Ein weiterer Gegenstand ist ein Motorblock eines Kraftfahrzeugs mit einem zuvor beschriebenen Kabelstrang.

Weiterer Gegenstand ist ein Fahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Motorblock.

Gemäß eines weiteren Aspektes betrifft die Anmeldung ein Verfahren zur Verkabelung eines Motorblocks eines Kraftfahrzeugs mit einem zuvor beschriebenen Kabelstrang, wobei der Kabelstrang derart mit Anschlüssen elektrischer Verbraucher und/oder Versorger innerhalb des Motorblocks verbunden wird, dass der Kabelstrang frei von Halterungen formangepasst am Motorblock anliegt.

Nachfolgend wird der Gegenstand der Anmeldung anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert .

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Kabelstrangs;

Fig. 2 ein Querschnitt eines Kabelstrangs;

Fig. 3 eine Ansicht eines modularen Kabelstrangs;

Fig. 4 eine Ansicht eines Motorblocks mit einem anmeldungsgemäßen Kabelstrang;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der Anmeldung.

Figur 1 zeigt einen Kabelstrang 2 mit einem ersten Anschlusselement 4 und einem zweiten Anschlusselement 6. Zwischen den Anschlusselementen 4, 6 ist ein Flachkabel 8 gebildet. Der Kabelstrang 2 ist bevorzugt isoliert. Das Isolationsmaterial ist im Bereich der Anschlusselemente 4, 6 entfernt, so dass die Seele des Flachkabels 8 frei

liegt. Die Seele des Flachkabels 8 ist bevorzugt aus einem Aluminium, insbesondere aus Reinaluminium AL 99,5% gebildet. Das Aluminium, aus dem die Seele des Flachkabels 8 gebildet ist, ist bevorzugt kaltverfestigt und wärmebehandelt, um einen Werkstoffzustand von Hill oder T zu erreichen. Hierdurch wird eine Zugfestigkeit von 90-120 N/mm ² oder eine Bruchdehnung von 20 - 30% erreicht .

Ein solches Aluminium kann anmeldungsgemäß von einem Blech oder Band in Flachkabel zerschnitten werden. Das geschnittene Flachkabel kann durch einen Extruder geführt werden, um ein Isolationsmaterial aufzubringen. Dieses Isolationsmaterial ist bevorzugt Polyamid.

Nachdem das Flachkabel 8 isoliert worden ist, wird es mit Hilfe von Biegeeinrichtungen vorgeformt. Hierdurch ist es möglich, dem Flachkabel 8 durch Biegungen in alle drei Raumrichtungen eine vorgegebene Form zu geben. Diese Form des Flachkabels 8 entspricht dabei bevorzugt einem vorgegebenen Bauraumerfordernis innerhalb eines Motorraumes. Das vorgeformte Flachkabel 8 ist anmeldungsgemäß formangepasst und formstabil. Im unbelasteten Zustand hält das Flachkabel 8 seine durch das Biegen vorgegebene Form. Eine Verformung des Flachkabels 8 ist nur unter Aufwendung erhöhter Kräfte möglich. Die während der Montage auftretenden Kräfte sind so gering, dass das Flachkabel nur unwesentlich elastisch verformt wird. Eine solche elastische Verformung kann beispielsweise kleiner als 5% sein.

Durch die Formstabilität des Flachkabels 8 wird erreicht, dass, nachdem das Flachkabel 8 an einem Motor montiert ist, bevorzugt keine oder nur eine sehr geringe Anzahl weiterer Halterungen notwendig sind. Auch ist es möglich, dass die Anzahl der Halterungen auf ein bis zwei reduziert ist. Das Flachkabel 8 liegt eng am Motor an und muss nicht oder nur zu einem geringen Anteil durch zusätzliche Befestigungsclips befestigt werden. Für die Befestigung des Flachkabels 8 dienen die Anschlusselemente 4, 6. An den Anschlusselementen 4, 6 können beispielsweise Kabelschuhe, Bohrungen oder sonstige Mittel zur Befestigung an einem Kontakt eines elektrischen Verbrauchers, Akkus oder Generators vorgesehen sein. Bei der Montage wird das Flachkabel 8 derart mit dem Motorblock verbunden, dass an den Anschlusselementen 4, 6 eine elektrische Verbindung mit den Kontakten der elektrischen Verbraucher oder des Generators erzeugt wird. Hierbei ist insbesondere eine Kontaktierung zwischen Generator, Anlasser, Zündkerze, Kühler, Relais, Elektromotor, Batterie oder dergleichen möglich. Das Flachkabel 8 kann so gestaltet sein, dass jeweils zwei der zuvor genannten Elemente miteinander kontaktierbar sind.

Auch ist es möglich, dass der Kabelstrang 2 verzweigt ist, so dass verschiedene Flachkabel 8 verzweigt von einem Anschlusspunkt aus eine elektrischen Verteilung gewährleisten. Wie in Figur 1 zu erkennen ist, ist ein Anschlussbolzen 7 vorgesehen. An diesem Anschlussbolzen 7 kann ein Flachkabel oder eine Rundleitung 9 angebracht sein. Hierdurch können eventuell notwendige flexible

Abzweigungen zu elektrischen Verbrauchern im Motorraum gebildet werden.

Nachdem der Kabelstrang 2 an den Anschlusselementen 4, 6 mit den elektrischen Kontakten der Verbraucher/Generator verbunden worden ist, ist das Flachkabel 8 in seiner Endposition montiert. Es ist nicht notwendig, weitere Befestigungsvorrichtungen am Motorblock vorzusehen.

Fertigungstoleranzen kann der Monteur dadurch ausgleichen, dass er das Flachkabel 7 verbiegt und ihm somit seine endgültige Form gibt.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines Flachkabels 8. Die Seele 10 des Flachkabels 8 ist aus Aluminium gebildet. Um die Seele 10 des Flachkabels ist eine Isolierung 12 vorgesehen. Diese Isolierung kann beispielsweise Polyamid sein oder aus einem anderen temperaturbeständigen Material gebildet sein.

Auf die Isolierungsschicht 12 kann bei Bedarf eine elektrisch leitende Schicht 14 als Schirmung aufgebracht werden. über diese Schirmung 14 kann erneut eine Isolationsschicht 16 aufgebracht werden. Die Isolatoren 12, 16 sind temperaturbeständig, derart, dass Temperaturen innerhalb eines Motorraums zu keiner Beschädigung führen.

Figur 3 zeigt einen modularen Aufbau eines Kabelstrangs 2. Hierbei ist der Kabelstrang 2 aus verschiedenen Flachkabeln 8a, b, c gebildet. Die Flachkabel 8a, b, c können an den übergabepunkten elektrisch miteinander

kontaktiert sein. Die Modularität ermöglicht es, den Kabelstrang 2 mit einer variablen temperaturbeständigen Isolierung zu versehen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Flachkabel 8a, 8c eine temperaturbeständige Beschichtung haben, die für geringere Temperaturen ausgelegt ist, als die Beschichtung des Flachkabels 8b. Beispielsweise ist es möglich, dass das Flachkabel 8b in einem Bereich des Motorblocks geführt ist, welcher erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. In diesem Falle muss das Flachkabel 8b mit einer besseren Temperaturbeschichtung versehen sein, als die Flachkabel 8a, 8c.

Figur 4 zeigt einen Motorblock 26. An dem Motorblock 26 ist ein Kabelstrang 2 angeordnet. Der Kabelstrang 2 ist lediglich im Bereich der Anschlusselemente 4, 6 mit elektrischen Verbrauchern bzw. Generatoren innerhalb des Motorblocks 26 kontaktiert. Durch die Formstabilität des Flachkabels 8 verbleibt der Kabelstrang 2 in der nach der Montage erreichten Position, welche durch die Fixierung der Anschlusselemente 4, 6 erreicht wird. Dies hat den Vorteil, dass bei der Verheiratung des Motorblocks 26 mit der Karosserie ein Verkanten oder Verhaken des Kabelstrangs 2 mit Elementen der Karosserie sicher verhindert werden kann. Außerdem kann durch die enge Führung des Flachkabels 2 am Motorblock 26 ein geringer Platzverbrauch realisiert werden. Außerdem ist es möglich, bei schwierigen Raumanforderungen eine Verkabelung sicher zu stellen.

Auch gezeigt ist eine Abzweigung eines Rundleiters 9 an dem Anschlussbolzen 7. Der Rundleiter 9 ist durch einen

Clip 27 im Motorraum befestigt und zweigt zu einem elektrischen Verbraucher ab.

Figur 5 zeigt den Ablauf einer Verlegung eines Kabelstrangs 2 an einem Motorblock. Zunächst wird der Kabelstrang 2 von einem Monteur derart an den Motorblock geführt (18), dass das Flachkabel 8 im Bereich des vorgesehenen Kabelverlaufs liegt. Dabei ist es eventuell möglich, das Flachkabel 2 durch öffnungen zu fädeln oder in engere Nischen einzuführen.

Nach der groben Ausrichtung wird das Flachkabel 8 derart ausgerichtet (20), dass die Anschlusselemente 4, 6 an den vorgesehenen Kontakten der elektrischen Verbraucher/Generatoren anliegt.

Daraufhin wird eine elektrische und mechanische Kontaktierung, beispielsweise eine kraftschlüssige, formschlüssige oder materialschlüssige Verbindung zwischen den Anschlusselementen 4, 6 und den Kontakten der elektrischen Verbraucher/Generatoren hergestellt. Dies ist beispielsweise durch Verschweißen, Verschrauben, Verlöten, Verclipsen möglich.

Nachdem die Anschlusselemente mit den Kontakten mechanisch und elektrisch verbunden worden sind (22), ist der Kabelstrang 2 in seiner endgültigen Position (24) . Eine weitere Befestigung mit Halterung am Motorblock ist nicht mehr erforderlich. Durch die Formstabilität ist gewährleistet, dass der Kabelstrang 2 tatsächlich in der Position verbleibt, der durch die Formgebung des

Flachkabels gewünscht ist. Ein Verrutschen des Kabels kann sicher verhindert werden.

Durch die anmeldungsgemäße Verkabelung ist es möglich, eine leichte und schnelle Montage von Kabelsträngen in Motorräumen zu realisieren. Das Verheiraten des Motorblocks mit der Karosse wird vereinfacht und die Montagezeiten verkürzt.