Vollgas für Studenten

Titel

Kabelbaumentwicklung – Die Formula Student ist ein riesiger Erfolg, neben der ursprünglichen Verbrennerklasse haben sich die Elektrofahrzeuge fest etabliert. Wichtige Werkzeuge sind dabei die Softwarelösungen, mit denen Eplan eine ganze Reihe von Teams unterstützt. von Ralf Steck

22. Juli 2014

Der in den USA schon seit 1981 unter dem Namens Formula SAE veranstaltete Konstruktionswettbewerb wurde 2006 nach Deutschland geholt. Inzwischen treten bei der Formula Student Germany 75 Teams im Wettbewerb für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor an; seit 2010 wird ein Parallelwettbewerb für elektrisch angetriebene Fahrzeuge veranstaltet, bei dem auch in Deutschland schon 40 Teams teilnehmen. Für beide Wettbewerbe gibt es zudem lange Wartelisten.

Das Reglement ist inzwischen sehr ausgefeilt und beschränkt die Leistung durch eine Drossel im Lufteinlass der Verbrenner; bei den Elektrorennern ist die maximale Energieabgabe aus der Batterie begrenzt. Trotzdem beschleunigen die Autos in weniger als drei Sekunden von 0 auf 100 km/h.

Nicht erst seit dem Start der Formula Student Electric spielt die Elektronik eine große Rolle, schon bei den Verbrennern waren ein Kabelbaum und Steuergeräte zu entwickeln und zu bauen. Da das Gewicht des Fahrzeugs aufgrund der Leistungsbeschränkung der wichtigste Faktor ist, über den das Auto schneller gemacht werden kann, wird mit jedem Zentimeter Kabel gegeizt – ohne eine Kabelbaumsoftware ist das kaum zu schaffen.

Mit der Formula Student Electric hat sich der Stellenwert der elektrischen Seite des Autos natürlich vervielfacht. Die elektrische Sicherheit ist ein eigener Prüfpunkt – mit bis zu 600 Volt im Fahrzeug ist nicht zu spaßen. Die Fahrzeuge müssen eine Isolationsüberwachung besitzen, die den Hochvoltkreis des Autos abschaltet, wenn die Isolierung nicht gewährleistet ist. Nicht zuletzt wird die Verlegung der Kabel begutachtet und ein Regenguss simuliert, dem die Isolierung widerstehen muss.

So sind in den letzten Jahren Elektrotechnik-Studenten immer stärker an die zuvor vom Maschinenbau dominierte Formula Student herangeführt worden und mit ihnen ihre Werkzeuge, beispielsweise die Elektrotechniksoftware Eplan Electric P8 und das Kabelbaumentwicklungssystem Eplan Harness ProD. Eplan unterstützt in diesem Jahr neun Teams, darunter auch das beste deutsche Team des Vorjahres von der Universität Stuttgart.

Julian Hirschke vom GreenTeam der Uni Stuttgart arbeitet mit beiden Systemen und ist sehr überzeugt von der Eplan-Software: »Wir setzen Eplan Electric P8 für den Signalplan ein, der Kabelbaum entsteht dank einer Direktschnittstelle zu Harness ProD ohne großen Aufwand aus dem Schaltplan. Ich habe eine sehr gute Schulung bei Eplan erhalten und bin damit schnell ins System reingekommen. Wir sind dann übrigens in Harness ProD auf ein Problem gestoßen, das vom Hersteller sofort beseitigt wurde – so stellt man sich das als Anwender vor. Wir arbeiten im Formula-Student-Team parallel zum Studium an den Autos, da müssen wir sehr effizient sein. Mit den beiden Eplan-Paketen klappt das sehr gut.«

Matthias Menßen, verantwortlich für Applikation und Auslegung Wiring beim Team Strohm + Söhne/Noris Motorsport der Technischen Hochschule Nürnberg, berichtet von seinen Erfahrungen: »Wir bauen im zweiten Jahr ein Auto der Formula Student Electric. Letztes Jahr entwarfen wir Schaltplan und Kabelbaum sozusagen aus dem Bauch heraus auf und mussten dabei schmerzhaft lernen, wie fehlerträchtig es ist, Änderungen einzubringen oder neue Komponenten hinzuzufügen. Wir mussten den Schaltplan und damit auch den Kabelbaum dreimal komplett neu entwickeln, weil die Verkabelung zu unübersichtlich geworden war. Dieses Jahr arbeiten wir mit Eplan Electric P8, das ist kein Vergleich zu den Excel-Listen des letzten Jahres.«

Menßen weiter: »Auch wenn etwas eingefügt werden muss, ist der Schaltplan immer auf dem neuesten Stand, wir haben einen Überblick über das gesamte Fahrzeug im System. Die Daten in Eplan Electric P8 bilden eine Stoffsammlung, in der alle organisatorischen Dinge – warum ist was wie gelöst – hinterlegt sind. Das ist insbesondere auf das in Bezug auf die Sicherheit strenge Reglement wichtig.«

Menßen hat sich den Umgang mit der Software selbst beigebracht: »Das meiste erschließt sich beim Arbeiten, viele Tipps habe ich auch im Internet gefunden. Jetzt läuft die Arbeit flüssig, besonders effizient arbeitet es sich mit Tastenkombinationen. Im nächsten Jahr werden wir Eplan Harness ProD für die Kabelbaumentwicklung einsetzen. Wir haben bei ersten Tests schon feststellen können, dass die Kabelbaumentwicklung in Harness ProD weitere Vorteile bringt, zum Beispiel den Überblick, wie die Bauteile und Kabel dreidimensional im Auto angeordnet sind.«

Beim Team BTU Motorsport der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg ist die Situation ähnlich, mit Eplan Electric P8 wird produktiv gearbeitet, in Vorbereitung auf die nächste Saison arbeitet sich das Team gerade in Eplan Harness ProD ein.

Guter Eindruck bestätigt sich

Der Kabelbaumverantwortliche Dominic Gerahn kennt Eplan Electric P8 aus der Ausbildung: »Die Software hat damals schon einen guten Eindruck gemacht, und dieser Eindruck hat sich inzwischen in der praktischen Anwendung am Formula-Student-Auto bestätigt. Die Bedienung ist einfach und logisch, Bibliotheken von Zukaufteilen – bis hin zu den Leitungen – sind in vielen Fällen frei verfügbar, und die Pläne, die P8 ausgibt, sind hervorragend.«

Gerahn sieht in Eplan Harness ProD eine wichtige Ergänzung des Workflows: »Der Vorteil von Harness ProD ist, dass wir den Kabelbaum dreidimensional im Modell des Autos platzieren können und der Kabelbaum, der nach den Angaben der Kabelbaumsoftware gefertigt wurde, auf Anhieb passt – das Ziel ist es, den Kabelbaum wie in der Serienfertigung von Autos auf Anhieb an die richtigen Stellen legen zu können. Wir versprechen uns davon weniger Probleme bei der Montage, einen sauberen Aufbau des Autos und eine kürzere Fertigungszeit des Wagens.«

Martin Blodig, Elektrotechnikstudent an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden und beim dortigen Running Snail Racing Team für den Kabelbaum verantwortlich, arbeitete dagegen hauptsächlich mit Eplan Harness ProD: »Wir importieren die Kabellisten aus unserem Elektronik-Entwicklungssystem mit einem Zwischenschritt über Excel, wo wir noch einige Anpassungen vornehmen, in das Kabelbaumsystem. Die 3D-Geometrie des Fahrzeugs kommt aus dem CAD-System in Eplan Harness ProD. Dort können wir jedes Kabel dreidimensional im Wagen verlegen. Das ist viel angenehmer, als die Kabel einzeln durch das Auto zu ziehen.«

Eplan Harness ProD bündelt die einzelnen Kabel und berücksichtigt bei der Darstellung der Kabelstränge und den Verlegeradien die Stärke der enthaltenen Kabel. Das 3D-Modell des Kabelbaums wandert schließlich von Harness ProD wieder zurück ins CAD-System, wo unter anderem für die Sitzverstellung Untersuchungen gemacht werden, ob der Platz ausreicht.

Steht der Plan, erstellt die Kabelbaumsoftware eine 2D-Ansicht des Kabelbaums, mit dem ein Nagelbrett für die Fertigung des Kabelbaums gebaut werden kann. Die Ansicht wird ausgedruckt, die Kabel auf diesem Plan um Nägel gelegt und die Bündel schließlich zusammengefasst.

Beim Team Fast Forest von der Technischen Hochschule Deggendorf hat man schon einige Jahre Erfahrung mit dem Einsatz von Eplan Electric P8. Johannes Hundschell, Verantwortlicher für den Gesamtschaltplan, ist vor allem mit dem Funktionsumfang und der Bedienungsfreundlichkeit der Software zufrieden: »Ich kenne kein vergleichbares Tool, das es uns wie Eplan Electric P8 ermöglichen würde, komplexe Schaltpläne abzubilden. Und es ist einfach bedienbar, weil es sehr gut an die Arbeitsabläufe der Elektrotechnik und die Denkweise der E-Techniker angepasst ist. Zudem ist Eplan Electric P8 in der Industrie sehr verbreitet, weshalb viele Bauteilbibliotheken von den Herstellern der Komponenten zur Verfügung gestellt werden.«

Am CAD-Modell verkabeln

An der Westsächsischen Hochschule Zwickau arbeitet das WHZ Racing Team mit Harness ProD, wie KFZ-Elektronik-Student Christian Sauerbrey erläutert: »Wir können das Catia-Modell des Rennwagens problemlos importieren. Am Modell platzieren wir dann die Stecker und verlegen die Kabel. Das Definieren eigener Stecker ist sehr einfach, und diese Stecker stehen nach dem Generieren sofort in der Bibliothek zur Verfügung. Ich habe die Bedienung von Harness ProD von den erfahreneren Kollegen gelernt, ich muss sagen, dass man sehr schnell in die Software hineinfinden kann, da sie logisch aufgebaut ist – es erschließt sich schnell, wo man hinklicken muss.«

Die Zusammenarbeit mit dem Hersteller erlebte Sauerbrey sehr positiv: »Der Support ist gut, schnell und kompetent, die Zusammenarbeit war immer sehr unkompliziert. Beim Fertigen des Kabelbaums ist die Nagelbrettzeichnung eine große Hilfe, da die Kabellängen genau angezeigt werden. Wir haben den Kabelbaum auch schon eingebaut, und er passt sehr gut!«

Es dürfte wohl kaum eine bessere Vorbereitung auf das Arbeitsleben geben als die Formula Student – hinzu kommt der Stolz, selbst ein Auto entwickelt zu haben.

Formula Student

- Jedes Team stellt eine fiktive Rennsportfirma dar, die den Auftrag bekommt, einen preiswerten einsitzigen Rennwagen für Hobbyrennfahrer zu entwickeln.

- Der Sieger ist nicht unbedingt das Team mit dem schnellsten Auto, darüber hinaus werden kommerzielle Kriterien – Preis, Verwendung möglichst vieler Standardkomponenten und Sicherheit – bewertet.

- Die Bewertung der Teams erfolgt deshalb in sogenannten statischen und dynamischen Disziplinen während eines von acht weltweiten Events, das deutsche Formula Student Event findet jedes Jahr Ende Juli/Anfang August in Hockenheim statt.

Erschienen in Ausgabe: 05/2014