„Der Kabelbaum der Zukunft wird anders hergestellt werden“

Der Kabelbaum zählt zu den komplexesten und am schwierigsten zu automatisierenden Komponenten eines modernen Automobils. Er durchzieht nahezu das gesamte Fahrzeug, verbindet Sensoren, Aktoren und Steuergeräte und muss unterschiedlichste Ausstattungsvarianten abbilden. Während zahlreiche andere Fertigungsprozesse in der Automobilindustrie längst hochautomatisiert ablaufen, ist die Leitungssatzproduktion weiterhin von manuellen Arbeitsschritten geprägt. Doch der Übergang zu zonalen Elektrik-/Elektronikarchitekturen könnte die Voraussetzungen grundlegend verändern. Kürzere Leitungswege, kleinere Module und klar definierte Schnittstellen versprechen nicht nur weniger Gewicht und Komplexität, sondern auch neue Möglichkeiten für eine automatisierte Fertigung. Für Ole Mende, Leiter der Bord- und Energienetzentwicklung bei Audi, steht deshalb fest: „Nur wenn wir Produkt und Produktion gemeinsam denken, können wir die Automatisierung von Leitungssätzen auf ein industrielles Niveau heben.“

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Zonale E/E-Architekturen als Schlüssel für einfachere Bordnetze

Die zunehmende Zentralisierung von Rechenfunktionen und der Übergang zu zonalen E/E-Architekturen verändern die elektrische Struktur moderner Fahrzeuge. Vor allem für das physische Bordnetz ergeben sich dadurch neue Möglichkeiten. „Wir können mit zonalen E/E-Architekturen enorme Potenziale für das Bordnetzdesign heben“, sagt Mende. Durch die konsequente Zuordnung von Sensoren, Aktoren, Steuergeräten und Energieverteilung zu räumlich definierten Fahrzeugzonen ließen sich Leitungslängen reduzieren und damit Gewicht, Bauraumbedarf und Komplexität verringern. Gleichzeitig entstehen klar definierte elektrische und mechanische Schnittstellen, die auch die Fertigung und Montage erleichtern können.

Mende unterscheidet dabei zwischen einem funktional geprägten und einem geometrischen Architekturansatz. Während der funktionale Ansatz die etablierte Domänenarchitektur weiterentwickelt, ist für das physische Bordnetz vor allem die geometrische Zonenarchitektur entscheidend. Typische Fahrzeugzonen sind etwa Front links und rechts, Cockpit sowie Heck links und rechts. Innerhalb dieser Bereiche bündeln Zonencontroller die Datenkommunikation und gegebenenfalls Funktionen der Energieverteilung. Die Verbindung zu zentralen Rechenplattformen erfolgt über einen leistungsfähigen Daten- und Versorgungsbackbone. Erst die konsequente räumliche Zuordnung ermöglicht es, kleinere und standardisierbare Leitungssatzmodule zu entwickeln. Mende betont: „Erst diese konsequente Umsetzung ermöglicht es, die genannten Potenziale für Bordnetz und Leitungssatz voll auszuschöpfen.“

Warum der Kabelbaum die Automatisierung so schwierig macht

Trotz erheblicher Fortschritte in der Fertigungstechnik bleibt die automatisierte Herstellung von Fahrzeugleitungssätzen eine Herausforderung. „Leitungssätze gehören zu den komplexesten Komponenten eines Fahrzeugs – und genau das macht die Automatisierung so herausfordernd“, erklärt Mende. Anders als starre Bauteile besitzen Kabel und Leitungen keine feste Form. Hinzu kommen zahlreiche Kontaktierungsvarianten, unterschiedliche Komponenten und eine hohe kundenabhängige Variantenvielfalt. Auch die fehlende Durchgängigkeit und Konsistenz von Produkt- und Prozessdaten erschwert die Automatisierung. Die Vorstellung einer vollständig automatisierten Fertigung sämtlicher individueller Kabelbäume hält Mende deshalb für unrealistisch: „Wir werden nicht den kompletten kundenspezifischen Kabelsatz automatisieren können.“

Stattdessen setzt Audi auf kleinere, besser beherrschbare Leitungssatzmodule. Solche Einheiten existieren bereits heute, lassen sich aufgrund ihrer überschaubaren Abmessungen und definierten Schnittstellen jedoch wesentlich leichter automatisiert fertigen und montieren. Wie das praktisch funktionieren kann, hat Audi gemeinsam mit zehn Industriepartnern im Forschungsprojekt Next2OEM untersucht. Dabei wurde die automatisierte Fertigung und Montage eines Leitungssatzmoduls der Mittelkonsole demonstriert. „Eine zentrale Erkenntnis war, dass wir künftig hochflexible Konfektionssysteme, durchgängige End-to-End-Datenstrukturen und gleichzeitig vereinfachte Produktstrukturen benötigen“, berichtet Mende. Im Projekt konnten bereits erste technische Lösungsansätze erfolgreich entwickelt und erprobt werden.

Ist der Kabelbaum endlich bereit für den Robotereinsatz?

Die Produktion von Kabelbäumen zählt nach wie vor zu den arbeitsintensivsten Bereichen der Automobilfertigung. Doch automatisierte Vormontage, zonale E/E-Architekturen und neue Produktdesigns könnten das grundlegend verändern.

Automatisierung beginnt bereits beim Produktdesign

Die Erkenntnisse aus Next2OEM verdeutlichen, dass eine höhere Automatisierung nicht allein durch neue Fertigungsanlagen erreicht werden kann. Vielmehr muss die Produktionsfähigkeit bereits bei der Entwicklung des Leitungssatzes berücksichtigt werden. „Automatisierung entsteht nicht dadurch, dass Hersteller auf neue Maschinen warten oder Maschinenbauer auf automatisierbare Leitungssätze“, stellt Mende klar. Beide Seiten müssten sich parallel weiterentwickeln: Automobilhersteller durch ein konsequent automatisierungsgerechtes Produktdesign, Maschinenbauer durch flexible und anpassbare Fertigungsanlagen. Entscheidend ist dabei das Prinzip Design for Manufacturing and Assembly, bei dem Anforderungen aus Entwicklung, Produktion und Montage von Anfang an gemeinsam betrachtet werden.

„Für ein erfolgreiches „Design for Manufacturing and Assembly“ müssen also Produktarchitektur, Kontaktierungskonzepte, Zugänglichkeiten, Prüfstrategien und Datenmodelle von Anfang an gemeinsam mit den Anforderungen neuartiger und flexibler Produktionssysteme entwickelt werden“, erläutert Mende. Einen wesentlichen Beitrag kann dabei die geometrische Zonenarchitektur leisten. Durch die räumliche Zuordnung von Funktionen entstehen kleinere, wiederverwendbare Leitungssatzmodule, die weniger Varianten aufweisen und sich leichter automatisiert konfektionieren und im Fahrzeug montieren lassen. Die Architekturentscheidung wird damit zugleich zu einer wichtigen Voraussetzung für eine effizientere Produktion.

Standardisierung reduziert die Komplexität

Neben der Modularisierung kommt der Standardisierung eine Schlüsselrolle zu. „Automatisierung braucht Standardisierung“, bringt Mende die Anforderung auf den Punkt. Je geringer die Variantenvielfalt durch eindeutig spezifizierte Kontaktierungs- und Stecksysteme ausfällt, desto einfacher lassen sich Komponenten automatisiert bereitstellen, positionieren und montieren. Das gilt sowohl für die Konfektionierung der Leitungssätze als auch für deren spätere Integration ins Fahrzeug. Standardisierte Schnittstellen und wiederverwendbare Module können dazu beitragen, Fertigungsprozesse stärker zu vereinheitlichen, ohne dass sämtliche Fahrzeugvarianten identische Bordnetze benötigen.

Gleichzeitig müssen die digitalen Grundlagen stimmen. Für automatisierte Prozesse sind konsistente Produkt- und Prozessdaten erforderlich, die entlang der gesamten Wertschöpfungskette verfügbar sind. Die Erfahrungen aus Next2OEM zeigen, dass durchgängige Datenmodelle, ein hoher Standardisierungsgrad und die digitale Vernetzung der beteiligten Unternehmen eng zusammengehören. Die technische Auslegung des Leitungssatzes und seine digitale Beschreibung müssen daher gemeinsam mit den späteren Produktionsprozessen entwickelt werden.

Neu: Der kostenfreie Themenkompass zu Bordnetzen

Das Bordnetz entscheidet zunehmend darüber, ob neue Fahrzeugarchitekturen technisch funktionieren, wirtschaftlich skalieren und in der Serie beherrschbar bleiben. Unser redaktioneller Themenkompass ordnet ein, warum Leitungssatz, Stecksysteme, Energieverteilung und Automatisierung zur strategischen Aufgabe für OEMs und Zulieferer werden.

Engere Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette

Die notwendigen Veränderungen betreffen nicht nur das Produkt, sondern auch die Zusammenarbeit zwischen Automobilherstellern, Zulieferern, Komponentenherstellern und Maschinenbauern. „Die Automatisierung des Bordnetzes wird nicht von einem Unternehmen allein gelöst werden“, betont Mende. Während OEMs die Fahrzeug- und Bordnetzarchitektur definieren, bringen Zulieferer ihre Produkt- und Fertigungskompetenz ein. Komponentenhersteller entwickeln geeignete Verbindungssysteme, Automatisierungspartner die entsprechenden Anlagen und Prozesse. Damit diese Bereiche ineinandergreifen, müssen Anforderungen und Daten deutlich früher miteinander abgestimmt werden.

„Der Schlüssel liegt in einer engen, frühen und datenbasierten Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette“, sagt Mende. Entscheidend sei eine gemeinsame Informationsbasis, auf der sich Produkt- und Produktionskonzepte parallel entwickeln lassen. Davon verspricht sich der Audi-Experte erhebliche Fortschritte: „Ich bin überzeugt, dass wir das volle Automatisierungspotenzial erschließen können, wenn OEMs, Zulieferer, Komponentenhersteller und Automatisierungspartner auf einer gemeinsamen Datenbasis arbeiten und Fertigungs- und Montageprozesse gemeinsam denken.“

Der Kabelbaum der nächsten Fahrzeuggeneration

Für Mende zeichnet sich damit eine klare Entwicklungsrichtung ab: „Der Kabelbaum der Zukunft wird anders aussehen und anders hergestellt werden: Er wird kleiner, modularer, stärker zonenorientiert aufgebaut sein und konsequent für die Automatisierung auf neuen Anlagengenerationen entwickelt.“ Das Forschungsprojekt Next2OEM hat hierfür drei wesentliche Erfolgsfaktoren identifiziert: durchgängige Datenmodelle, einen hohen Grad an Standardisierung und eine digitale Vernetzung über die gesamte Wertschöpfungskette. Erst ihr Zusammenspiel schafft die Voraussetzungen, um das Potenzial einer automatisierten Leitungssatzfertigung besser auszuschöpfen.

Der Wandel betrifft somit weit mehr als die Form und Struktur des Kabelbaums. Künftig müssen Fahrzeugarchitektur, Leitungssatzdesign und Fertigungstechnologie noch enger aufeinander abgestimmt werden. Die Automatisierung beginnt nicht erst an der Produktionsanlage, sondern bereits mit den grundlegenden Entscheidungen der Bordnetzentwicklung. Deshalb ist es nach Mendes Einschätzung entscheidend, „dass OEMs, Bordnetzzulieferer und Automatisierungspartner deutlich enger zusammenarbeiten als heute – von der Entwicklung neuer Anlagen bis zur Montage im Fahrzeug.“

Zur Person: Ole Mende

Dr. Ole Mende ist promovierter Elektrotechniker der Fachrichtung Halbleitertechnologie und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Automobilindustrie bei Herstellern und Zulieferern. Nach Stationen in Forschung, Entwicklung, Qualitätssicherung und Innovation verantwortet er seit 2019 die Bordnetzentwicklung bei Audi. Internationale Erfahrung sammelte er an Entwicklungsstandorten in den USA, Brasilien und China.

Zu seinen aktuellen Schwerpunkten zählen Bord- und Energienetzarchitekturen, die 12V/48V-Energieversorgung und das Energiemanagement sowie Organisationsentwicklung und die Führung interdisziplinärer Entwicklungsteams.