Wie geht das? Über die „Nervennetzwerke moderner Fahrzeuge“

Wie geht das? Über die „Nervennetzwerke moderner Fahrzeuge“

Wolfsburger Neurologen für Kabel, Stecker und Kontakte

Über die Nervenbahnen des modernen Automobils

Thomas Schmidt dreht die Startkurbel an seinem Oldtimer. Langsam erwacht der Motor mit mechanischem Rumpeln zum Leben. Schmidt ist leidenschaftlicher Automobilist. Mit seinem Klassiker aus den 1920er Jahren fährt er jedes Wochenende. Schmidt nennt das „artgerechte Haltung“: „Der Reiz liegt für mich in den alt hergebrachten und bewährten Technologien. Auch das Fahren mit Zwischengas und ohne elektronische Helfer, wie zum Beispiel eine Servolenkung, hat etwas Nostalgisches“, schwärmt er von seinem Hobby. Doch im Alltag möchte Thomas Schmidt dann doch nicht mehr auf moderne Annehmlichkeiten verzichten, die seine langen Dienstfahrten quer durch Deutschland so entspannt machen. Schon vor Fahrtantritt werden 90 Jahre Entwicklungsarbeit im Automobilbau deutlich.

So genügt heute – KESSY sei Dank – ein Knopfdruck, um einen modernen Volkswagen zum Leben zu erwecken. Wenn der Wagen mit dem optionalen „Keyless Entry and Start System“ ausgerüstet ist, entfällt die lästige Suche nach dem Autoschlüssel.

Starten per Knopfdruck: KESSY macht‘s möglich.

Tritt der Fahrer an das Fahrzeug und greift nach dem Türgriff, sucht eine der bis zu drei Außenantennen das Funksignal des passenden Schlüssels. Erst nach dem erfolgreichen und blitzschnellen Dialog der Systeme werden Türen und Kofferraumklappe entriegelt. Sobald der Fahrer dann hinter dem Lenkrad Platz genommen hat und den „Start-Engine“-Knopf gedrückt hat, beginnen maximal drei Innenraum-Antennen ihre Arbeit: Sie senden Funksignale an den Schlüssel. Wenn der dann seine positive Antwort geschickt hat, wird das Nervensystem des Volkswagen zum Leben erweckt. Dieser Prozess kann in Zukunft noch deutlich komfortabler gestaltet werden: Dann kann der Kunde seinen Volkswagen per Smartphone öffnen und starten. „Vor 90 Jahren dachte noch niemand an solche Innovationen“, schmunzelt Thomas Schmidt, während er die Tür zuzieht und mit seinem Passat vom Hof rollt.

„Meterware“ für Milliarden von Varianten

Steuergeräte und Verteilungssysteme gelten als Hirn- und Nervensystem des modernen Automobils. Sie sind die Schaltzentralen und verwalten die verfügbare Energiemenge. Sie steuern den Stromkreislauf, der im Fahrzeug für jede Funktion benötigt wird.

Aus der Sicht eines klassischen Automobils aus den 1920ern gehören solche technischen Errungenschaften in den Bereich der Science Fiction. Aber ähnlich wie bei den einzigartigen Fahrzeugaufbauten der „Carrossiers“ von vor 90 Jahren ist heutzutage wahrscheinlich jedes Automobil aufgrund der Vielfalt der elektrischen Funktionen für Sicherheit, Komfort und Unterhaltung ebenfalls ein Unikat – insbesondere beim Kabelstrang.

Kein Kabel zu viel und kein Kabel zu wenig: Jeder Leitungsstrang ist ein Unikat.

Volkswagen stellt die Leitungsstränge kundenspezifisch her. Dabei werden für sämtliche Wünsche individuelle Leitungen gelegt und miteinander verbunden. Kein Kabel zu viel und kein Kabel zu wenig. Aus den Kennzahlen aller verwendeten Kabel, Stecker und Kontakte entsteht dann ein Code. Er repräsentiert den einmaligen Leitungsstrang und ein ebenso einmaliges Fahrzeug. Dabei gibt es Milliarden von Varianten – eine für jeden Polo, Golf oder Passat. Diese unglaublich hohe Anzahl ist allerdings nur aufgrund eines ausgeklügelten Entwicklungs- und Steuerungssystems beherrschbar.

Leidenschaftliche Ingenieure wie Melanie Sohnemann und Andreas Boy sind im Bereich der technischen Entwicklung für Leitungsnetze und entsprechenden Komponenten verantwortlich. Statt „Kabel“ sprechen die Spezialisten von „Meterware“.

Meterweise Meterware: Heike Baranek aus dem Versuchsbau braucht aber nicht ganz so viel.

In einem Golf 1 wurden 1980 insgesamt 191 Leitungen mit einer Gesamtlänge von 214 Metern verbaut. Im aktuellen Golf sind es fast 1.000 verschiedene Leitungen. Inzwischen wird aber eher in Kilometern gemessen: Die Länge des Kabelnetzes eines durchschnittlich ausgestatteten Golf beträgt fast 1,6 Kilometer.

Da fehlt doch was? Ein aktueller Golf mit durchschnittlicher Ausstattung benötigt fast 1,6 Kilometer Kabel.

1980 gab es in Deutschland für den Golf – je nach Ausstattung – rund 460 verschiedene Leitungssätze. Heute wird nach der Bestellung eines Polo, Tiguan oder Touran der spezifische Kabelstrang produziert und direkt an die Fertigungslinie geliefert. Allein für den Golf sind – theoretisch – 425 Milliarden Varianten möglich. Und auf speziellen Wunsch und für die speziellen Bedürfnisse eines Kunden könnte eine dieser Varianten dann auch gebaut werden. Vielleicht nur dieses einzige Mal in der gesamten Modellgeschichte?

Leben mit dem Widerspruch: Weniger Gewicht, aber mehr Innovationen

Bis vor wenigen Jahren nahm das Gewicht der verbauten Leitungen stets zu. Inzwischen sorgen nachhaltige Materialien für leichtere Fahrzeuge und damit für niedrigeren Verbrauch.

In Zeiten des technischen Wandels und vor dem Hintergrund Emissionen einzusparen, sind Leichtbau und Kraftstoffersparnis unabdingbar. Solche Gedanken spielten zur Geburtsstunde von Thomas Schmidts Oldtimer nur eine untergeordnete Rolle, kam es doch bei damaligen Automobilen primär auf Eleganz und Schönheit an. Melanie Sohnemann, technische Entwicklerin in der Abteilung Bordnetze und Komponenten, unterstreicht: „Wir wollen natürlich mit jedem neuen Modell mehr Innovationen zeigen. Dabei sehen wir immer noch unwahrscheinlich viel Potential, das Gewicht kontinuierlich weiter zu reduzieren.“

Frisch von der Rolle: Dr. Thomas Hänsel und Melanie Sohnemann suchen nach dem optimalen Kabel.

Beispielsweise wurde der Querschnitt der Signalleitungen in aktuellen Testfahrzeugen von 0,35 (Kupfer) auf 0,13 (Kupfer-Zinn) Quadratmillimeter verkleinert. Dazu kam eine neuartige Kupfer-Zinn-Legierung. Insgesamt brachten diese Maßnahmen eine Einsparung von rund einem halben Kilo.

Einfach geht anders: Immer weniger Kabel für immer mehr Funktionen.

Zum Vergleich: Eine Signalleitung besteht aus sieben Drähten, plus Isolation. Sie ist einen Millimeter dick. Das ist ungefähr so viel wie ein Bündel von 14 menschlichen Haaren. Sohnemann ergänzt: „Wir fragen uns täglich: Welches Material kann ich an welcher Stelle einsetzen, um weitere Gramm zu sparen?“

Draußen: Minus 40 Grad und drinnen 200 Grad plus

Umfangreiche Tests, drinnen im Klimalabor und draußen auf den Straßen, in heißen und kalten Ländern, gehören zum Alltag. Produktionsbedingt gibt es zwar eine Trennung zwischen dem Kabelbaum im Motorraum und dem für den Innenraum. Nicht jedes Kabel muss also Temperaturen von weit über 200 Grad Celsius in der Nähe des Zylinderkopfes aushalten. Aber alle Kontakte müssen ihre Signale korrekt übermitteln, sowohl in der Hitze der Wüste, als auch im arktischen Winter. Allein diese Anforderung führt, je nach Einsatzort am Fahrzeug, zu verzinnten, versilberten oder auch vergoldeten Bauteilen. Der größte Feind der Entwickler ist jedoch das Wasser. Als ultimativer Extremtest wird ein Eimer Wasser in den Fußraum gekippt, um den Schneematsch des kanadischen Winters an den Schuhen der Insassen zu simulieren.

Neben der permanent angestrebten Gewichts- und Kostenreduzierung ist auch der Raum für den Einbau der Kabel begrenzt.

Perfektion auf engstem Raum: Golf sieben und sein Kabelbaum.

Autonomes Fahren bringt neue Herausforderungen

Im Extremfall muss sogar das Design eines neuen Modells der Funktion der vor Ort notwendigen Kabel folgen. Die Experten nennen dies „form follows function“. Vor mehr als 90 Jahren war das teilweise umgekehrt. Zugegeben: bei Klassikern wie dem von Thomas Schmidt ist noch genug Platz unter dem Blech, da beim Bau seines Autos nicht den Sicherheitsvorschriften der heutigen Zeit mit diversen elektronischen Helfern wie ABS oder ESP gefolgt werden musste. Zurück in die Gegenwart: Auch das autonome Fahren wirft bei den „Bordnetzern“, wie sie sich selbst mit einem Augenzwinkern nennen, seine Schatten voraus. Andreas Boy, aus dem Bereich der Bordnetzverlegung, berichtet: „Die Fertigung und Verlegung der Kabelstränge muss hohen Ansprüchen genügen. Zu diesem Anspruch kommt dann bei den selbstfahrenden Autos noch ein Aspekt dazu: Doppelt vorhandene Systeme würden eine deutlich höhere Zuverlässigkeit bieten, zur Sicherheit der Menschen, innerhalb und außerhalb des Fahrzeuges. Wir werden also in Zukunft auf engstem Raum noch mal deutlich mehr Leitungen als heute schon unterbringen müssen.“

Lampen, Schalter, Knöpfe: Andreas Boy (links) und Andreas Thiele am Prüfstand für Steuergeräte.

Auch in Zukunft spielt er eine Hauptrolle: Der Strom im Fahrzeug

Das autonome Fahren beweist: Die Träume von gestern sind die Realität von morgen. Dafür müssen jedoch zahlreiche Energien gebündelt werden – die persönlichen wie die elektrischen. Denn speziell das vernetzte Automobil muss vorher „ordentlich verdrahtet“ werden. Thomas Schmidt ist dabei mit seinem Passat up to date. Aber bei den Ausfahrten mit seinem Oldtimer genießt er das Erlebnis der historischen Technik. Sie stammt aus der Zeit des amerikanischen Visionärs und Strompioniers, Thomas Alva Edison (1847 -1931). Ihm gelang es im neunzehnten Jahrhundert, den Alltag mit Hilfe der Elektrizität grundlegend neu zu gestalten: Strom treibt uns an, er überwacht und schützt, rettet und reguliert.

Gestern, heute und in Zukunft: Kabel und Leitungen werden auch im nächsten Golf eine Hauptrolle spielen.

Seine Energie wird genutzt, um den menschlichen Herzschlag zu steuern, genau wie den Antrieb der Automobile. Er erweckt die Funktionen zum Leben. Nichts bewegt sich ohne Strom und die passenden Leitungsstränge, die ihm, wie ein Verkehrsnetz, den Weg ebnen, um auch in den Fahrzeugen von morgen eine Hauptrolle zu spielen.