Analyse wasserdichter Kabelbäume für Kraftfahrzeuge

Automobilkabelbäume entsprechen dem Nervensystem von Fahrzeugen. Sie verbinden immer mehr elektrische Geräte miteinander und spielen eine entscheidende Rolle bei der Energieübertragung und Signalkommunikation. Dies wirkt sich direkt auf die Qualität und Leistung des Fahrzeugs aus. Daher sind nicht nur die grundlegenden Leistungsanforderungen des Fahrzeugs erfüllt, sondern auch die Qualitätsanforderungen an den Kabelbaum selbst sehr hoch. Unter diesen ist die Wasserdichtigkeit einer der Schlüsselindikatoren für die Bewertung der Qualität von Kabelbäumen und spielt eine entscheidende Rolle.

In diesem Artikel werden einige gängige Maßnahmen zur Verbesserung der Wasserdichtigkeit von Automobilkabelbäumen vorgestellt.

1. Abteilung für wasserdichte Zonen in der Automobilindustrie

Das Fahrzeug kann in Nasszonen und Trockenzonen unterteilt werden. Gemäß QC/T 29106-2014, Technische Bedingungen für Kfz-Kabelbäume, bezieht sich eine Trockenzone auf Bereiche, in denen der Kabelbaum keiner besonderen wasserdichten Behandlung bedarf, wie z. B. die Kabine, den Fahrgastraum und den Kofferraum. Dazu gehören Kabelbäume für das Armaturenbrett, das Dach, die Mittelkonsole und die hintere Stoßstange. Nasszonen sind Bereiche außerhalb der Trockenzonen, in denen der Kabelbaum speziell wasserdicht behandelt werden muss, einschließlich des Motorraums und der vier Türen. Beispiele hierfür sind Motorgurte, Kabelbäume für die vordere Stoßstange, Batteriekabel und Türgurte.

1.1 Definition der Schutzklasse Wasserdichtigkeit

Die Norm ISO 20653, Straßenfahrzeuge — Schutzgrade (IP-Code) — Schutz elektrischer Geräte vor Fremdkörpern, Wasser und Berührung, führt das Konzept der Schutzstufen ein. Diese Stufen definieren den Grad des Schutzes vor äußeren Einflüssen wie Wasser und werden durch standardisierte Testmethoden überprüft. Die spezifischen Definitionen der Wasserdichtigkeitsgrade sind in Tabelle 1 aufgeführt.

1.2 Klassifizierung der Wasserdichtigkeitsklassen

Auf der Grundlage dieser Definitionen und der Umweltstabilität verschiedener Zonen enthält ISO 20653 Beispiele für die Einstufung der Wasserdichtigkeit in verschiedenen Bereichen der Automobilindustrie, wie in Tabelle 2 dargestellt. Darüber hinaus legt QC/T 413-2002, Grundlegende technische Bedingungen für elektrische Kraftfahrzeugausrüstung, detaillierte Anforderungen an die Wasserdichtigkeit in verschiedenen Zonen fest:

Produkte, die sich unter der Motorhaube oder im Freien befinden, müssen die Schutzart IPX4 erfüllen und die Spritzwassertests bestehen.

Produkte in der Kabine oder im Kofferraum müssen die Schutzart IPX3 erfüllen und die Sprühwassertests bestehen.

Darüber hinaus sollten Steuerungen, Stecker und zugehörige Komponenten nicht in einem Abstand von 100 mm über dem Boden positioniert werden. Wenn dies unvermeidlich ist, müssen angemessene Abdichtungsmaßnahmen getroffen werden.

1.3 Definition der Wattiefe

Bei der Fahrzeugentwicklung muss bei Szenarien wie dem Fahren durch überflutete Straßen oder tief liegende Gebiete die Watfähigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Damit wird das Konzept der „Watlinie“ eingeführt, die die maximale Tiefe darstellt, die das Fahrzeug bei einer bestimmten Geschwindigkeit sicher durchqueren kann. Für Fahrzeuge mit herkömmlichem Kraftstoff gibt es keine nationale Norm, die dies vorgibt; sie wird von den Herstellern festgelegt. Abbildung 1 zeigt die Wattiefe für ein bestimmtes Modell.

Für Elektrofahrzeuge sind die Watstandards strenger. In Shanghai beispielsweise verlangt die Norm für Fahrzeuge mit neuer Energie, dass das Fahrzeug bei folgenden Punkten waten muss:

15 cm Tiefe bei ≥30 km/h für 10 Minuten.

30 cm Tiefe bei ≥5 km/h (vorwärts und rückwärts) für 10 Minuten.

2. Wasserdichte Abdichtungsmaßnahmen für Kabelbäume

Um die Anforderungen an die Wasserdichtigkeit in verschiedenen Zonen zu erfüllen, müssen Kabelbäume in erster Linie in nassen Zonen und an trocken/nassen Übergangsbereichen geschützt werden. Die aktuellen Maßnahmen zur Wasserdichtigkeit lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Auswahl der Komponenten und Planung der Kabelführung.

2.1 Auswahl der Komponenten

Steckverbinder

Wasserdichte Steckverbinder werden häufig in Nasszonen verwendet. Diese Steckverbinder gewährleisten die mechanische und elektrische Integrität unter bestimmten Wasserdruckbedingungen. Zu den Funktionen gehören:

Gummidichtungen: Sorgen Sie für die Abdichtung zwischen Steckern und Steckern.

Wasserdichte Stecker und Blindstopfen: Verhindern Sie das Eindringen von Wasser durch ungenutzte Anschlüsse. Diese müssen der Drahtstärke entsprechen. (Siehe Abbildung 2 und 3).

Rohre, die durch Hitze schrumpfen

Bereiche wie Kabelverbindungen und Erdungsanschlüsse in Nasszonen erfordern selbstklebende Wärmeschrumpfrohre, um Korrosion zu verhindern und die Isolierung zu gewährleisten. Die Auswahl der Rohre hängt vom Drahtdurchmesser und der Betriebstemperatur ab (z. B. ≥125 °C im Motorraum). Zur richtigen Anwendung gehört die Kontrolle über:

Schrumpfende Temperatur

Positionierung

Schrumpfungsverhältnis (siehe Abbildung 4).

Bauteile aus Gummi

Gummibauteile werden in Übergangsbereichen (z. B. Brandwänden, Türen) zur Isolierung nasser und trockener Zonen eingesetzt. Die Abmessungen müssen unter Berücksichtigung radialer Toleranzen eine enge Passung zwischen Gummiteilen und Blech gewährleisten.

Wasserdichte Clips

Bei Clips an Übergängen zwischen trockenem und nassem Wasser sollten Blechperforationen vermieden werden. Falls dies unvermeidlich ist, müssen wasserdichte Clips verwendet werden, die für glatte Oberflächen sorgen und eine effektive Abdichtung gewährleisten. (Siehe Abbildung 5).

ABS-Kabelbäume

Die ABS-Verkabelung muss Bewegungen, Spritzwasser und Eintauchen standhalten. Die Abdichtung wird durch Gummidichtungen und umspritzte Bauteile erreicht. Hersteller führen zur Validierung häufig Drucklufttests durch.

2.2 Planung der Leitungsführung

Neben der Auswahl der Komponenten wirkt sich auch das Leitungsdesign auf die Wasserdichtigkeit aus:

Ausrichtung der Komponenten: Die Steckverbinder für den Nassbereich sollten nach unten zeigen oder horizontal sein, um zu verhindern, dass sich Wasser ansammelt und eindringt.

Verlegewege: Die Kabelbäume müssen Folgendes gewährleisten:

Kabelbäume für die Nasszone sind niedriger angeordnet als Kabelbäume für trockene Zonen, um eine Übertragung von Wasser zu verhindern.

Unverpackte Abschnitte in der Nähe der Übergänge verhindern Kapillareffekte und es werden nicht absorbierende Materialien wie PVC verwendet.

Zusätzliche Entwässerungspunkte erhöhen die Zuverlässigkeit (siehe Abbildung 6).

3. Prüfung und Validierung der Wasserdichtigkeit

3.1 Validierung von Komponenten

Das Testen beinhaltet:

Temperaturwechsel-, Sprühwasser-, Tauch- und Druckdifferenztests.

Gummikomponenten werden Wassersprühtests mit 0,3 MPa unterzogen, um sicherzustellen, dass keine Leckagen entstehen.

Der Isolationswiderstand von Verbindungsstücken in Nasszonen sollte nach Eintauchtests 100 MΩ überschreiten. (Siehe Abbildungen 7 und 8).

3.2 Validierung auf Fahrzeugebene

Die Fahrzeugprüfung umfasst:

Tests zur wasserdichten Versiegelung: Simulieren Sie reale Szenarien (z. B. Sprühkammern, Autowaschanlagen, Hochdruckreinigung). Gurte in der Trockenzone werden nach dem Test auf Beschädigungen überprüft.

Wattests: Beurteilen Sie die Leistung bei unterschiedlichen Wassertiefen und Geschwindigkeiten.

Prädiktive Tests: Simulieren Sie zufällige Szenarien wie z. B. verschüttete Flüssigkeiten in Kabinen und Kofferräumen (siehe Abbildungen 9 und 10).

4. Fazit

In diesem Artikel werden die Auswirkungen der Komponentenauswahl und des Leitungsdesigns auf die Wasserdichtigkeit von Kabelbäumen analysiert. Es werden praktische Maßnahmen und Validierungstests beschrieben, die als Leitfaden für zukünftige Verbesserungen bei der Konstruktion von Automobilkabelbäumen dienen sollen.