Software

Brückenschlag beim Aufbau des Kabelbaums

Mit dem Konzept-Tool E3.topology erleichtert Zuken den Aufbau der Elektrik bereits in einer frühen Phase der Produktentwicklung. Ursprünglich ‚für alles was fährt und fliegt‘ gedacht, eignet sich die Software auch für die Bewertung von Verkabelungskonzepten im Maschinenbau. Denn die Aufgabenstellung ist vergleichbar, hier wie dort können über eine optimierte Verkabelung die Kosten deutlich sinken. Für große Teile der Automobilindustrie ist ein kundenspezifischer Kabelbaum bereits heute unverzichtbar.
Mit E3.topology könne der Maschinenbauer eine Funktion einplanen – ohne diese genau spezifizieren zu müssen, betonen Joachim Frank, Director E3.business bei Zuken E3 (rechts) und Produktmanager Ulrich Prottung. Dennoch liefere ihm das Tool bereits eine recht gute Abschätzung zu Kosten, Gewicht und Länge der Verkabelung. (Bild: CAD-CAM REPORT)

Michael Corban, CAD-CAM REPORT

„Vor der konkreten Erstellung von Schaltplänen, Kabelbäumen oder dem Schaltschrank-Design wollen Entwickler ein Konzept des Systemaufbaus entwerfen“, berichtet Ulrich Prottung, Produktmanager bei der Zuken E3 GmbH in Ulm. „Dabei wollen sie alternative Ideen durchspielen und vergleichen können – anhand möglichst genauer Vorabberechnungen, insbesondere hinsichtlich der Kosten der Verkabelung.“ Im August letzten Jahres stellte das Unternehmen deswegen das Modul E3.topology der E-CAD/CAE-Software E3.series vor – eine Planungsumgebung, in der sich beispielsweise in einem Fahrzeug zunächst Funktionen wie ‚Batterie‘ oder ‚Sicherungskasten‘ sowie auch schon Komponenten wie Steuergeräte für Subsysteme (etwa für Motorsteuerung und Bremsen) sehr einfach in einer hinterlegten 2D-Ansicht platzieren lassen. Der Vorteil: „So lässt sich mit geringem Aufwand die Anzahl der Kabelbäume und deren Partitionierung bestimmen und der Anwender kann frühzeitig Kabellänge, Gewicht und Kosten abschätzen – und bereits zu diesem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung die günstigste Variante wählen.“ Das grenzt das Topologie-Modul auch vom schon bekannten ‚Functional Design‘ ab, mit dem sich zwar eine Aufteilung nach Funktionen abbilden lässt, aber eben nicht die räumliche Anordnung der Komponenten selbst.

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Dem Kabelbaum kommt hinsichtlich der Kosten eine hohe Bedeutung zu, weil sich seine Herstellung kaum automatisieren lässt (bis heute wird hierzu das Nagelbrett eingesetzt) und nicht zuletzt das Material – vor allem Kupfer – teuer und schwer ist. Ziel ist deshalb, nur die Verbindungen vorzusehen, die auch wirklich erforderlich sind und die Gesamtlänge der Kabel möglichst gering zu halten. Diese Forderungen gälten aber nicht nur bei allem ‚was fährt und fliegt‘, so Prottung weiter. „Auch der Maschinenbau will die Verkabelung so effizient wie möglich ausführen.“ In E3.topology habe man deswegen darauf geachtet, auch alle für diese Branche relevanten Elemente abbilden zu können.

Der Anwender im Maschinenbau will üblicherweise mehrere Schaltschränke platzieren, die mit Aktoren im Feld verbunden sind – bezüglich der Konzepterstellung macht das keinen Unterschied. „E3.topology eignet sich also gleichermaßen für die Luftfahrt-und Fahrzeugindustrie als auch für den Maschinenbau“, betont Joachim Frank, Director E3.business und Prokurist bei Zuken E3. „Wir können alle in Frage kommenden Elemente richtig behandeln, auch bezüglich der internen Datenverarbeitung.“

Mit der Verteilung im Feld ‚spielen‘

Dem Maschinenbauer bieten sich mit dem Softwaremodul eine Reihe von Möglichkeiten. So kann er beispielsweise bereits zu Beginn der Planung einer Verpackungsstraße die Frage beantworten, ob es Sinn macht, eine Steuerung zentral oder dezentral im Feld zu platzieren. Neben Kriterien wie etwa der Kühlung dürften hierbei wieder vor allem die Kosten der Verkabelung entscheidend sein – und diese lassen sich mit E3.topology relativ genau abschätzen. Dabei erleichtert der Umgang mit dem System das ‚Durchspielen‘ verschiedener Ideen: Die einzelnen Elemente werden einfach per Drag&Drop im hinterlegten Layout der Anlage verschoben, die Auswertung bezüglich der Kabelstränge zieht das Programm automatisch nach. Wichtig ist, dass dazu eben noch kein detaillierter Schaltplan (beziehungsweise Pläne für die einzelnen Subsysteme) vorliegen muss – der Grad der Detaillierung der Planung kann also erst nach und nach verfeinert werden. Motoren, Schaltschränke, Aktoren oder auch Notausschalter lassen sich zunächst beliebig verschieben, bis der bestmögliche Kompromiss gefunden ist. „Erst danach beginnt dann die Ausarbeitung der Schaltpläne – basierend auf der vorliegenden Planung“, erläutert Joachim Frank. „Und da E3.topology ein Modul von E3.series ist, kann der Anwender ohne Medienbruch im gleichen System weiterarbeiten.“ Der Aufwand für das Übertragen aus den üblicherweise parallel zum E-CAD-System eingesetzten Programmen entfällt, mögliche Fehlerquellen werden von vornherein ausgeschlossen. Zudem lassen sich auch zu einem späteren Zeitpunkt noch Änderungen mit dem Topologie-Tool prüfen – auch wenn dann natürlich der Aufwand für Änderungen schon bedeutend höher sein kann.

„Vorteile ergeben sich für den Anwender im Maschinenbau auch aus dem auf diese Weise möglichen Know-how-Transfer“, fährt der Zuken-E3-Manager fort. „Erfahrungen aus dem Flug- und Fahrzeugbau können genutzt werden.“ Interessant ist das vor allem deswegen, weil sich gerade im Automobilbau die Kabelbaum-Spezialisten untereinander austauschen. Kein Kunde kauft ein Auto wegen der ‚besseren‘ Verkabelung – was den Informationsaustausch schon innerhalb der Branche sehr vereinfacht (praktischerweise liegt Ulm auch genau zwischen München und Stuttgart). „Hinzu kommt, dass insbesondere im Automobilbau Standardlösungen gefragt sind: Kundenspezifische Anpassungen der Software sollen nach Möglichkeit nur 20 Prozent des Systems umfassen – früher war dieses Verhältnis umgekehrt, mit entsprechend hohem Aufwand bei Releasewechseln.“

Austausch mit M-CAD ist gewünscht

Konzept-Tools wie das Topologie-Modul von Zuken – das neben der Elektroplanung auch die Fluidtechnik unterstützt – ermöglichen auch das Zusammenspiel mit der Mechanik-Entwicklung. „Über die 3D-Bridges von E3 zu M-CAD-Systemen wie etwa Catia oder NX ist ein Datenaustausch möglich“, erläutert Ulrich Prottung. „Interessant ist das vor allem, um den erforderlichen Bauraum im Mechanik-System zu reservieren.“ Die hohe Zahl an Einzeldrähten – in Automobilen einige hundert bis 1.000 oder mehr – wolle dafür keiner im M-CAD ‚nachmodellieren‘, denn es gehe ja nur um die Dicke des Kabelstrangs. „Diese Funktion haben wir nun erstmals realisiert: Wir übergeben zunächst alle Elemente an das M-CAD und erhalten damit die Struktur zurück, die das E3 bei der Verbindungsplanung entsprechend berücksichtigt.“ Die Verteilung der einzelnen Leitungen wird dann so optimiert, dass der jeweilige Segmentdurchmesser möglichst minimal bleibt. Dieser ergibt sich dabei als Hüllkurve um den Kabelstrang – bislang mit kreisförmigem Querschnitt. „Diese Daten werden wiederum zurück an das Mechanik-System gesendet, das nun den erforderlichen Bauraum für den Kabelstrang belegen kann.“

Auch eine Kopplung zum Leiterplattendesign ist möglich, etwa zu Zukens CR-8000. Das ist besonders dann von Interesse, wenn ein Hersteller beide Aufgaben selbst erledigt. Da sowohl das E3 als auch das CR-8000 dann auf dieselbe Datenbasis zugreifen, entfällt der teilweise sehr hohe Abstimmungsaufwand zwischen den jeweiligen Abteilungen. Probleme ergeben sich hier beispielsweise schon aus abweichenden Bezeichnungen: Sind etwa GND, Ground und 0 V austauschbar oder dürfen die Kontakte nicht verbunden werden? Fragen wie diese lassen sich von vornherein vermeiden, wenn die Systeme die ‚gleiche Sprache‘ sprechen.

Übrigens: Bei der Arbeit mit dem Topologie-Modul kann der Anwender individuell erprobte Arbeitsweisen einbinden. Existiert beispielsweise für bestimmte Subsysteme schon ein Stromlaufplan, lässt sich dieser auch in E3.topology einlesen – umgekehrt kann auch erst aufbauend auf dem Funktionsplan der Stromlaufplan nach und nach abgeleitet werden. Auch das Arbeiten mit unterschiedlichen Entwicklungsständen ist wie oben erwähnt möglich. Einzelne systembezogene Pläne, etwa für Licht- oder Bremsanlage können zudem zusammengeführt werden, so dass daraus ein Kabelbaummodul resultiert. Grundidee von E3.topology ist dabei stets, die Verteilung der Elemente im Fahrzeug – oder eben in einer Maschine – zu optimieren.

Zuken E3 GmbH, Ulm Tel. 07305/9309-0, http://www.zuken.com/e3topology

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