Einstieg in das Kabelbaumdesign mit Altium Designer 25

Das Design von Kabelbäumen ist ein integraler Bestandteil der Entwicklung moderner elektronischer Geräte. Es spielt eine besonders wichtige Rolle bei Projekten mit mehreren Platinen, bei denen das gesamte System aus mehreren zusammenarbeitenden Modulen besteht, wie z.B. einer Stromversorgung, Frontplatte, Steuerplatine, Backplane und anderen.

In komplexen Umgebungen wird die präzise Planung von Kabelverbindungen entscheidend für die Zuverlässigkeit des Systems. Ein schlecht entworfener Kabelbaum kann zu Störungen, Wartungsschwierigkeiten oder sogar zu Schäden am Gerät führen. Deshalb ist es so wichtig, Kabelbäume von Anfang an durchdacht zu entwerfen, unter Berücksichtigung sowohl der elektrischen als auch der mechanischen Anforderungen.

Ordentlich vorbereitete Kabeldokumentation minimiert nicht nur das Risiko von Fehlern während des Prototypings, sondern erleichtert auch deutlich die späteren Stadien der Projektentwicklung. Die Integration des Kabelbaumdesigns mit dem Hauptprojekt in Altium Designer hilft, Konsistenz, Klarheit und Ordnung in der technischen Dokumentation zu bewahren, was zu einer größeren Effizienz des Designteams führt.

Kabelbaumdesign – Wie sieht der Arbeitsablauf aus?

Das Design von Kabelbäumen kann mit dem klassischen PCB-Designprozess verglichen werden. In einem standardmäßigen PCB-Designablauf unterscheiden wir drei Hauptphasen:

1. Erstellen eines Schaltplans – Definition logischer Verbindungen zwischen den Komponenten.
2. Design des PCB-Layouts – Platzieren der Komponenten und Verlegen der Leiterbahnen auf der Platine.
3. Erstellung der Projektdokumentation – einschließlich der Stückliste, technischer Zeichnungen und Produktionsdateien.

Beim Entwurf von Kabelbäumen ist der Arbeitsablauf recht ähnlich: Er basiert ebenfalls auf einer logischen Struktur und der visuellen Darstellung von Verbindungen. Die Hauptelemente eines Kabelbaumprojekts in Altium Designer sind:

Abbildung 1: Übersicht über die Inhalte des Kabelbaumprojekts in Altium Designer

Schaltplan des Kabelbaums (*.WirDoc)

Die *.WirDoc-Datei präsentiert das logische Verdrahtungsdiagramm des Kabelbaums innerhalb des entworfenen Kabelbaumprojekts. Sie erfüllt eine ähnliche Funktion wie ein traditionelles elektrisches Schaltbild in PCB-Projekten – sie definiert, wie die Drähte verbunden werden sollen, in welcher Konfiguration und welche Arten von Steckverbindern verwendet werden müssen.

Abbildung 2: Verdrahtungsdiagramm (logische Verbindung) unter Einbeziehung von Abschirmung und verdrillten Paarleitungen

Das Verdrahtungsdiagramm (*.WirDoc) definiert die logische Struktur des Kabelbaums. Es zeigt, wie einzelne Drähte innerhalb des Systems miteinander verbunden sind und wie sie mit bestimmten Steckerstiften oder Klemmen verbunden sind. Jeder Draht kann Eigenschaften wie Typ (z.B. einadrig, abgeschirmt, mehradrig), Querschnitt, Isolationsfarbe und Signal funktion (z.B. GND, VCC, CAN_H, CAN_L) zugewiesen werden.

Ein wesentlicher Aspekt dieses Dokuments ist, dass es nicht die physische Verlegung der Kabel zeigt, sondern nur die logischen Beziehungen zwischen den Elementen. Dies ermöglicht es dem Designer, sich auf die funktionale Verbindung zwischen den Komponenten zu konzentrieren, unabhängig davon, wie das Kabelbaum tatsächlich aussehen wird. Die *.WirDoc bildet die Grundlage für weiteres physisches Layoutdesign (*.LdrDoc) und die Erstellung von Produktionsdokumentationen.

Darüber hinaus ermöglicht Altium Designer eine automatische Verbindungsvalidierung (Electrical Rule Check), was die Projektsicherheit weiter erhöht und das Risiko von Fehlern vor dem Übergang zur Layoutdesignphase reduziert.

Layout des Kabelbaums (*.LdrDoc)

Die *.LdrDoc-Datei ist ein grafisches Dokument, das das physische Layout des Kabelbaums darstellt, d.h. seine tatsächliche Form, die Anordnung der Kabel, Steckverbinder und Montageelemente. Im Gegensatz zum Schaltplan (*.WirDoc), der nur logische Verbindungen zeigt, bietet die *.LdrDoc eine 2D-Darstellung des physischen Layouts des Kabelbaums – und veranschaulicht, wie er auf einem Panel, in einem Gehäuse oder entlang einer Montagefläche in einem tatsächlichen Gerät oder System angeordnet wird.

In dieser Ansicht werden Drähte gestreckt und räumlich angeordnet, wobei ihre Länge, Biegeradien, Steckverbinderpositionen und Verzweigungspunkte berücksichtigt werden. Man kann auch Beschreibungen von Kabelbindern, Schutzklebebändern, Schrumpfschläuchen und anderen Montagezubehör hinzufügen. Drähte werden innerhalb definierter Bündel verlegt, und ihre Längen werden automatisch basierend auf dem Weg, den sie im 2D-Layout folgen, abgeleitet. Dies hilft, genaue Fertigungsdaten zu gewährleisten, während die physische Organisation des Kabelbaums widergespiegelt wird.

In Altium Designer wird das *.LdrDoc-Layout basierend auf Daten aus dem *.WirDoc-Schaltplan erstellt, was eine automatische Zuordnung von logischen Verbindungen im physischen Layout ermöglicht. Dies stellt sicher, dass alles mit der beabsichtigten Funktion übereinstimmt, während auch die Optimierung des Kabelbaum-Layouts für Ergonomie, Montagefreundlichkeit und Fertigungsanforderungen ermöglicht wird.

Ein zusätzlicher Vorteil ist die Fähigkeit, 2D-Dokumentationen (z.B. für Hersteller oder Montagearbeiter) zu generieren, die alle notwendigen Informationen enthalten: Kabellängen, Steckverbindertypen, Montagepunkte und Toleranzen.

Abbildung 3: Kabelbaum-Layout unter Verwendung der physischen Ansicht der Steckverbinder

Projektdokumentation – Was beinhaltet sie?

Um das Projekt abzuschließen, muss eine angemessene Dokumentation vorbereitet werden. Im Fall des Kabelbaum-Designs in Altium Designer werden üblicherweise die folgenden Dokumente verwendet:

ActiveBOM (*.BomDoc)

Die *.BomDoc-Datei enthält eine detaillierte Stückliste, die alle Komponenten und Elemente auflistet, die im Projekt verwendet werden. Sie umfasst Lieferanteninformationen, Mengen, Teilenummern, Verfügbarkeit und Preise. ActiveBOM ermöglicht das dynamische Verfolgen von Änderungen und automatische Datenaktualisierungen, was die Zusammenarbeit mit den Einkaufs- und Produktionsabteilungen erheblich verbessert.

Abbildung 4: Active BOM des Beispiel-Kabelbaums

Entwurfszeichnung des Kabelbaums (*.HarDwf)

Die *.HarDwf-Datei ist eine detaillierte technische Zeichnung des Kabelbaums, die im Draftsman-Modul erstellt wurde. Ihr Hauptzweck ist es, vollständige Montage- und Fertigungsdokumentationen für Produktionsteams, Montagearbeiter und Systemintegratoren bereitzustellen.

Abbildung 5: Beispiel einer Entwurfszeichnung des Kabelbaums in Altium Designer

Im Gegensatz zum Schaltplan (*.WirDoc) und Layout (*.LdrDoc), die hauptsächlich für den Designer bestimmt sind, enthält die *.HarDwf-Datei eine klare, grafische Darstellung des gesamten Kabelbaums, bereit zum Drucken oder Exportieren (z.B. nach PDF, DXF, DWG). Eine solche Zeichnung kann umfassen:

• Eine genaue physische Ansicht des Kabelbaums mit angegebenen Kabellängen,
• Kabelbeschriftungen, Farben, Kanalnummern und Anschlusspunkten,
• Kabel- und Steckertabellen,
• Informationen über Kabeltypen, Hersteller und Teilenummern, Montageanweisungen (z.B. Platzierung von Kabelbindern, Biegeradien),
• Ein Änderungsblock und Projektdaten.
• Montageanweisungen & Fertigungsnotizen mit besonderen Handhabungs- oder Werkzeuganforderungen.

Die *.HarDwf-Datei wird auf Basis der Daten aus den anderen Kabelbaum-Design-Dokumenten erstellt und gewährleistet vollständige Konsistenz zwischen den logischen, physischen und Dokumentationsebenen. Änderungen in *.WirDoc und *.LdrDoc können automatisch innerhalb von Draftsman synchronisiert werden.

Wichtig ist, dass Draftsman es ermöglicht, benutzerdefinierte Zeichnungsvorlagen zu erstellen, die beispielsweise Firmenlogos, Projekttitel, Revisionsfelder, Standardbeschreibungen und andere erforderliche Elemente enthalten. Dies stellt sicher, dass die Dokumentation nicht nur vollständig, sondern auch klar und professionell ist, unabhängig vom Empfänger.

Schlussfolgerung

Wie Sie sehen können, bietet Altium Designer einen umfassenden Satz an Werkzeugen für das Kabelbaum-Design – von der ersten Einrichtung bis zur abschließenden Dokumentation, alles in einer einheitlichen Umgebung. Beginnen Sie heute Ihre kostenlose Testphase und erleben Sie die Leistungsfähigkeit der branchenführenden Software für Ihr nächstes Kabelbaum-Designprojekt.