Know-how-Schutz schon in der Entwicklung Inhalt - Lehrstuhl für ...

Neue Bordnetze für elektrifizierte Fahrzeuge
In den CiDaD-News 2/2008 wurde das Projekt LEIKO erstmals vorgestellt. Im Rahmen der Kooperationsinitiative
CAR@TUM soll mit LEIKO ein kostenoptimiertes Leichtbau-Hochvoltbordnetz für
zukünftige Fahrzeuggenerationen ermöglicht werden. Das Forscherteam vereint die dafür notwendigen
Kompetenzen der drei Lehrstühle für Hochspannungs- und Anlagentechnik (Prof. Kindersberger),
Umformtechnik und Gießereiwesen (Prof. Hoffmann) sowie Produktentwicklung (Prof. Lindemann)
mit den Erfahrungen und dem Anwendungswissen der entsprechenden BMW-Fachstellen.
Rafael Kirschner
Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung
von Fahrzeugantrieben hat
sich gezeigt, dass durch die bloße
Skalierung bestehender Niedervolt-
Bordnetze keine zufriedenstellende
Lösung für die neu hinzugekommenen
Anforderungen erreicht werden
kann. So verursachen konventionelle
kupferbasierte Bordnetze, die für die
hohen elektrischen Leistungen eines
Hybrid- oder Elektrofahrzeugs ausgelegt
sind, nicht nur erhebliche
Gewichtserhöhungen, sondern – bedingt
durch den hohen Rohstoffpreis –
auch Kostenerhöhungen in der Fertigung.
Durch LEIKO sollen nun Möglichkeiten
aufgezeigt werden, wie eine
signifikante Gewichtssenkung mit
einer gleichzeitigen Kostenoptimierung
einhergehen kann. Die Forschungsarbeit
fokussiert sich auf zwei
Handlungsfelder mit kurz- und mittelfristigem
Horizont.
Weiterentwicklung des
konventionellen Bordnetzes
Mit der „Weiterentwicklung des konventionellen
Bordnetzes“ soll eine
möglichst zeitnahe Umsetzung der
Forschungsergebnisse in konkrete
Produkte ermöglicht werden. In diesem
Handlungsfeld wurden von
Anfang an die praxisnahen Anforderungen
– soweit bereits absehbar - als
Randbedingungen angenommen.
Gemeinsam mit allen beteiligten Partnern
können so mehrere Forschungsund
Entwicklungsfragen intensiv
bearbeitet werden. Zunächst galt es,
die Materialfrage qualifiziert zu beantworten.
Nicht nur die bisher verwendete
Kupferlegierung stand auf dem
Prüfstand, auch die Materialien der
zwei Isolierungsschichten der Kabel
sowie die Zusammensetzung der
Kontakt- und Steckerelemente musste
auf die neuen Hochvolt- und
Hochstromanforderungen abgestimmt
werden. Im Feld der Legie-
rungsanalyse und -neuzusammenstellung
konnte der Lehrstuhl für
Umformtechnik und Gießereiwesen
seine Expertise einbringen und den
Stand der Technik auf diesem Gebiet
durch zahlreiche grundlegende Forschungsergebnisse
bereichern. Im
Bereich der isolierenden Komponenten
eines konventionellen Bordnetzes
konnte dagegen der Lehrstuhl für
Hochspannungs- und Anlagentechnik
das Projekt maßgeblich voranbringen.
Hier mussten neuartige Kunststoffzusammensetzungen
auf die
anspruchsvollen Anforderungen
zukünftiger Hochvoltleitungen im Kfz
untersucht und ausgelegt werden.
Auch in diesem Teilaspekt des
Gesamtprojekts konnten wichtige wissenschaftliche
Erkenntnisse gewonnen
werden. In einem weiteren interdisziplinären
Schritt wurde die Materialqualifikation
aus elektrostatischer
und -dynamischer Sicht durchgeführt.
Beitrag des Lehrstuhls
Der Lehrstuhl für Produktentwicklung
konnte, aufbauend auf diesen wichtigen
Grundlagenergebnissen und in
enger Abstimmung mit den Forschungspartnern,
die systematische
Lösungssuche nach spezifischen
konstruktiven Ausprägungen der
Bordnetzelemente durchführen.
Dabei konnte auf das am Lehrstuhl
entwickelte Münchner Vorgehensmodell
MVM zurückgegriffen werden. Die
Lösungskonkretisierung orientierte
sich dagegen am Münchener Produktkonkretisierungsmodell
MKM,
das im Rahmen von LEIKO ein weiteres
Mal erfolgreich validiert werden
konnte. Aber auch alternative Ansätze
zur Lösungsgenerierung, etwa für
neuartige Verbindungskonzepte
innerhalb des Bordnetzes, wurden
– und werden noch – im Rahmen des
Projektes angewendet und verfeinert.
So wurden bekannte Kreativitätsmethoden
auf Basis aktueller Forschungserkenntnisse
des Lehrstuhls
für Produktentwicklung adaptiert, beispielsweise
über einen Mediensprung
von 2D-Skizzierungs- zu 3D-Modellierungsverfahren
während eines Kreativworkshops.
Auch die weiteren Kernkompetenzen
des Lehrstuhls unterstützen
den Projektfortschritt, sei es
im Bereich der Kostenoptimierung
nach Ehrlenspiel, in der Anwendung
unterschiedlichster RP-Verfahren
oder in der Auslegung und Konstruktion
von Prüfständen für Versuchsreihen
erster Funktionsprototypen.
Neuartige Architektur von
Hochvoltbordnetzen
Neben der Weiterentwicklung des
konventionellen Bordnetzes werden
in LEIKO innovative Ansätze zur Leitung
hoher elektrischer Leistungen
systematisch identifiziert. Damit sollen
weitere Gewichts- und sogar Volumeneinsparungen
in zukünftigen
Fahrzeugarchitekturen ermöglicht
werden.
Die Sensibilität der Ergebnisse, die im
Rahmen dieses Projekts erreicht wurden,
verbietet – noch – eine detailliertere
Publikation. Allerdings kann in
naher Zukunft damit gerechnet werden,
dass konkrete Ergebnisse in den
CiDaD-News vorgestellt werden.
Schlagwörter
- CAR@TUM
- Hochvoltbordnetze
- MVM und MKM
Ansprechpartner
Rafael Kirschner
Tel. 089 289-15141
rafael.kirschner@pe.mw.tum.de
10 CiDaD-News 6 (2009) 2