Kabel auf dem Prüfstand

Wie Kabel verlegt werden dürfen, lässt sich heute durch Simulation bestimmen. Die dafür notwendigen Kennwerte waren allerdings aufwendig zu ermitteln. Ein neuer Prüfstand erledigt das in Stunden.

22. November 2017

In modernen Autos mit allen Komfortfunktionen werden bis zu 3000 Meter Kabel verlegt, um Motoren, Sensoren, Lampen und andere Verbraucher mit Spannung und Signalen zu versorgen. Die Verlegung dieser Kabel erfordert nicht nur Einbauraum, sondern auch Belastungen wie Biegung und Drehung müssen sich für die Kabel in verträglichen Grenzen halten. Wie man Kabel und Schläuche am besten verlegt, lässt sich mit der Software "IPS Cable Simulation" ermitteln. Diese vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und vom Fraunhofer-Chalmers Research Center FCC entwickelte Software ist in der Automobilindustrie seit Jahren verbreitet in Gebrauch. Den Vertrieb der Simulationssoftware führt heute das Spinoff Flexstructures durch.

Die Durchführung der Simulation erfordert, dass man von den Kabeln die physikalischen Kennwerte für Biege-, Torsions- und Zugsteifigkeit kennt. Bisher war die Ermittlung langwierig, da man Kabelproben an ein Materialprüfungslabor schicken musste, dass damit mehrere Versuche durchgeführt hat. Neu ist nun eine  am Fraunhofer ITWM entwickelte hochautomatisierte Prüfmaschine, die die benötigten Materialdaten in nur drei Stunden liefert. Die Messmaschine wird "MeSOMICS" genannt, für "Measurement System for the Optically Monitored Identification of Cable Stiffnesses".  "Mit unserer Anlage können die Kunden ihre Kabel direkt in ihrem Unternehmen vermessen – das spart nicht nur viel Zeit, sondern auch Kosten", sagt Dr.-Ing. Michael Kleer, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut ITWM in Kaiserslautern.

Die Messung läuft automatisch, auch nicht speziell dafür ausgebildete Mitarbeiter können sie übernehmen. Sie müssen das Kabel lediglich in die Maschine einspannen und die Messung starten. Die Maschine deformiert die Kabel in einem speziellen Messzyklus und misst die Kräfte und Momente, die dazu nötig sind. "Der Mess- und Auswerteprozess ist komplett in MeSOMICS verlagert, die Maschine ist somit extrem leicht zu bedienen", verdeutlicht Kleer. Der resultierende Datensatz lässt sich direkt für die Simulation mit IPS Cable Simulation verwenden.

Mit der neuen Maschine wurde die Messung so gestaltet, dass die Einbaukrümmung realistischer als bisher abgebildet wird. Sie biegt das Kabel so weit durch, wie es später auch im Fahrzeug durchgebogen würde. Bislang war dies nicht der Fall: Beim üblichen Drei-Punkt-Biegeversuch wird das Werkstück auf zwei Auflagen gelegt und in der Mitte von einem Prüfstempel ein kleines Stück weit herunter gedrückt. Sinnvoll ist dieser Ansatz allerdings nur für sehr steife Bauteile – für Kabel also weniger. "Wir haben den Versuchsaufbau daher so umgewandelt, dass er wesentlich größere Durchbiegungen zulässt und dadurch Kabel und Schläuche in einem sehr realitätsnahen Verformungszustand vermisst", erläutert Kleer.