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Die Erfindung betrifft eine elektrische Steckverbindung für Bordnetze in einem Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In Kraftfahrzeugen werden für den Anschluß von elektrischen Geräten Steckverbindungen
verwendet, die aus einer hülsenförmigen Steckdose und einem entsprechend geraden,
zapfenförmigen Stecker bestehen. Die Steckdose kann beispielsweise zum Ausschluß eines
Mobiltelefons, einer Kühldose oder zum Einstecken eines Zigarettenanzünders verwendet
werden.
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Aus der DE 195 42 167 A1 ist eine elektrische Steckvorrichtung mit einer Steckdose für die
Hausleittechnik bekannt, die einen an einem Halter befestigten Sockel mit Steckklemmen
und Anschlußklemmen für Netzleitungen und eine dem Halter vorgesetzte Abdeckung
aufweist, wobei in der Abdeckung ein Fenster zum lichtmäßigen Ankoppeln eines
steckerseitig vorgesehenen Lichtwellenleiters an die Steckdose angeordnet ist, wobei in der
Steckdose mindestens eine lichtelektronischer Wandler angeordnet ist, an den der
steckseitig vorgesehene Lichtwellenleiter durch das Fenster hindurch optisch koppelbar ist
und der elektronisch an einem elektronischen Busankoppler angeschlossen ist, welcher mit
einer Busleitung verbindbar ist. Über dieses Busleitungssystem ist es möglich elektrische
Geräte in einem Gebäude zu überwachen, fernzusteuern oder zu schalten.
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Aus der DE 199 15 637 A1 ist eine Steckverbindung für Bordnetze von Kraftfahrzeugen mit
einer hülsenförmigen Steckdose bekannt, die innen an der Hülsenwandung eine erste
Kontaktfläche für einen ersten Spannungspol und im Bereich des Steckdosenbodens
wenigstens eine erste Polklemme für eine erste Bordnetzspannung hat, und in die ein
gerader, zapfenförmiger Stecker einsteckbar ist, der an seiner Umfangsfläche wenigstens
ein Kontaktelement für einen ersten Spannungspol und an seinem vorderen Ende
wenigstens ein Kontaktelement mit einer umlaufenden Ring-Kontaktfläche für eine erste
Bordnetzspannung hat, wobei die Steckdose gegenüber der ersten Polklemme für die erste
Bordnetzspannung eine tiefer in der Steckdose angeordnete zweite Polklemme für eine
zweite Bordnetzspannung hat, und daß die zweite Polklemme mit einem an der Stirnseite
des Steckers abstehenden Kontaktstift bei in die Steckdose eingestecktem Stecker in
Kontaktverbindung steht.
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Im Gegensatz zur Hausleittechnik stellt sich in einem Kraftfahrzeugbordnetz das Problem,
das zündungsabhängige Verbraucher wie beispielsweise eine Kühlbox eine an
Kraftfahrzeugbordnetz angeschlossene Batterie entladen können. Des weiteren besteht auch
das Bedürfnis, nachträglich elektrische Geräte anzuschließen, die mit anderen Geräten des
Kraftfahrzeugbordnetzes kommunizieren müssen.
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine elektrische
Steckverbindung für Bordnetze in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der mittels einer
einzigen Steckdose elektrische Verbraucher mit einem Stecker für die ausschließliche
Energiezufuhr und elektrische Verbraucher zur Kommunikation mit anderen Komponenten
anschließbar sind.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Hierzu umfaßt die Steckdose mindestens eine zweite Kontaktfläche, die mit dem
Kommunikationsnetzwerk in dem Kraftfahrzeug verbunden ist, wobei die zweite elektrische
Kontaktfläche derart angeordnet ist, daß diese von Steckern mit Kontaktelementen zur
ausschließlichen Energiezufuhr nicht berührt wird und ein Stecker mit Kontaktelementen für
die Energiezufuhr und die Kommunikation derart gestaltet ist, daß das Kontaktelement für
die Kommunikation des Steckers mit der zweiten Kontaktfläche der Steckdose verbindbar ist,
ohne die erste Kontaktfläche für das Kraftfahrzeugbordnetz zu berühren. Hierdurch wird
einerseits eine vollständige Abwärtskompatibilität zu den bereits vorhandenen elektrischen
Geräten mit Steckern zur ausschließlichen Energiezufuhr erreicht und andererseits die
Verwendung neuartiger intelligenter Geräte ermöglicht, die auch Daten mit dem
Kraftfahrzeug austauschen können, wobei sicher gestellt ist, daß die Elektronik in diesen
Geräten nicht durch Kontakt mit der Bordnetzspannung zerstört wird. Die Richtung der
Kommunikation kann dabei uni- oder bidirektional sein. Ein Beispiel für eine unidirektionale
Kommunikation ist ein elektrischer Verbraucher, der über das Kommunikationsnetzwerk den
Ladezustand einer Batterie übermittelt bekommt und in Abhängigkeit von dem übermittelten
Ladezustand selbsttätig seine Leistungsaufnahme reduziert oder sich selbst abgeschaltet.
Damit wird ein vollständiges Entladen der Batterie verhindert und der Wiederstart des
Kraftfahrzeuges gesichert. Ein weiteres denkbares Beispiel ist ein Fahrtenschreiber, der
beispielsweise von der Werkstatt angeschlossen wird und während der Testfahrt die
relevanten Fahrzeugdaten aufzeichnet. Der Vorteil liegt zum einen in der einfachen
Anschlussmöglichkeit und zum anderen muß der Fahrtenschreiber nicht ständig und in
jedem Kraftfahrzeug eingebaut sein. Denkbar ist auch die umgekehrte Richtung des
Datenflusses, d. h. von intelligenten Zubehörartikeln zum Kraftfahrzeug, um beispielsweise
eine Bandprogrammierung vorzunehmen oder um zu Diagnosezwecken gezielt Verbraucher
ein- und auszuschalten. Der Vorteil einer galvanischen Verbindung ist dabei gegenüber
optischen Übergangsstrecken deren einfache und kostengünstige Integration in vorhandene
Kommunikationsnetzwerke bei ausreichend großer Bandbreite.
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Um einen Mißbrauch der Kommunikation zu verhindern, müssen geeignete
Sicherheitsmechanismen wie beispielsweise Authentifizierung getroffen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steckdose hülsenförmig ausgebildet, die innen
an der Hülsenwandung eine erste Kontaktfläche für einen ersten Spannungspol und im
Bereich des Steckdosenbodens wenigstens eine zweite Kontaktfläche für einen zweiten
Spannungspol der Bordnetzspannung aufweist, in die ein gerader, zapfenförmiger Stecker
einsteckbar ist, der an seiner Umfangsfläche wenigstens ein Kontaktelement für die erste
Kontaktfläche und an seinem vorderen Ende wenigstens ein Kontaktelement für die zweite
Kontaktfläche aufweist, wobei die beiden Kontaktelemente elektronisch voneinander isoliert
sind, und gegenüber der zweiten Kontaktfläche mindestens eine weitere Kontaktfläche tiefer
in der Steckdose angeordnet ist, die mit dem Kommunikationsnetzwerk des Kraftfahrzeuges
verbunden ist und ein Stecker hierzu an seinem vorderen Ende mit einem weiteren
Kontaktelement ausgebildet ist, das von den übrigen Kontaktelementen des Steckers isoliert
ist, um die weitere Kontaktfläche zu kontaktieren. Durch die tieferliegende Anordnung der
weiteren Kontaktfläche ist diese sicher gegen Berührung der Kontaktelemente
herkömmlicher Stecker geschützt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die weiteren Kontaktelemente koaxial
zur Steckerlängsachse ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die zweite Kontaktfläche durch zwei
gegenüberliegende Buchsenfedern gebildet, die einen größeren Abstand zueinander
aufweisen als der Durchmesser des weiteren Kontaktelementes des Steckers, so daß beim
Einführen des Steckers sichergestellt ist, daß es nicht zu einem unerwünschten Kontakt
kommt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine
Steckverbindung.
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In der Fig. 1 ist eine elektronische Steckverbindung 1 im Querschnitt dargestellt. Die
elektronische Steckverbindung 1 umfaßt eine hülsenförmige Steckdose 2, an deren
Innenwand eine erste Kontaktfläche 3 angeordnet ist und an deren erster Bodenplatte 4 eine
zweite Kontaktfläche 5 angeordnet ist, wobei die erste Kontaktfläche 3 und die zweite
Kontaktfläche 5 voneinander elektrisch getrennt sind. Mittig ist die Bodenplatte 4 mit einem
Durchbruch 6 ausgebildet. Hinter dem Durchbruch 6 ist an der Innenwand eine dritte
Kontaktfläche 7 und an einer zweiten Bodenplatte 8 eine vierte Kontaktfläche 9 angeordnet,
wobei die dritte und vierte Kontaktfläche 7, 9 auch wieder voneinander elektrisch getrennt
sind.
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In der Steckdose 2 ist ein gesteckter Stecker 10 eines elektrischen Gerätes 11 dargestellt.
Der Stecker 10 umfaßt zunächst einen ersten zapfenförmigen Bereich, auf dessen
Umfangsfläche 12 ein erstes Kontaktelement 13 angeordnet ist. An diesen zapfenförmigen
Bereich schließen sich drei weitere Kontaktelemente 14, 15, 16 an, die jeweils voneinander
elektrisch isoliert sind und sich vom Durchmesser jeweils verjüngen. Der dargestellte Stecker
10 dient sowohl zur Energieübertragung als auch zur Datenkommunikation. Dabei dient die
erste Kontaktfläche 3, die mit dem ersten Kontaktelement 13 verbunden ist als
Masseanschluß und die zweite Kontaktfläche 5 zur Verbindung mit einer
spannungsführenden Leitung des Bordnetzes. Zur Erzielung einer ausreichenden
Kontaktgüte ist dabei das erste Kontaktelement 13 federnd vorgespannt. Die zweite
Kontaktfläche 5 wird aus dem gleichen Grund vorzugsweise durch zwei gegenüberliegende
Buchsenfedern gebildet, die sich mit einer gewissen Federkraft gegen das Kontaktelement
14 pressen. Die elektrische Isolierung zwischen den beiden Kontaktelementen 13 und 14
kann dabei auf verschiedene Arten realisiert werden. So kann beispielsweise der
zapfenförmige Grundkörper aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein, auf
dessen Umfangsfläche das federnde Kontaktelement 13 und an dessen Spitze das
Kontaktelement 14 angeordnet sind. Die Ausbildung der Kontaktelemente 13 und 14 bzw.
der Kontaktflächen 3 und 5 stellt dabei eine elektrische Steckverbindung zur
ausschließlichen Energieübertragung nach dem Stand der Technik dar.
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Die beiden Kontaktelemente 15, 16 dienen dagegen zur Verbindung mit den Kontaktflächen 7
und 9, die mit einem Kommunikationsnetzwerk des Kraftfahrzeuges verbunden sind. Dabei
ist anzumerken, daß wenn das Kraftfahrzeugkommunikationsnetzwerk ein Ein-Draht-
Netzwerk ist, selbstverständlich jeweils eine Kontaktfläche bzw. ein Kontaktelement
entbehrlich ist. Des weiteren können auch die beiden Kontaktflächen 7 und 9 nebeneinander
angeordnet werden, beispielsweise durch zwei benachbarte Paare Buchsenfedern, die auf
der Bodenplatte 8 angeordnet sind. Entsprechend werden dann die beiden Kontaktelemente
15, 16 als zwei nebeneinander angeordnete Kontaktstifte ausgebildet, wobei dann nur durch
Führungen oder Markierungen ein vertauschen verhindert werden muß. Da auf jeden Fall die
beiden Kontaktelemente 15, 16 einen kleineren Durchmesser als die beiden Kontaktelemente
13, 14 aufweisen, kommen die Kontaktelemente 15, 16 für die Datenkommunikation beim
Einführen nicht mit den Kontaktflächen 3, 5 der Versorgungsspannung in Berührung, so daß
die Elektronik des Gerätes 11 vor Zerstörung geschützt ist.
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Weiter kann vorgesehen sein, daß den Kontaktflächen 7, 9 Abschlußwiderstände zugeordnet
sind, die durch die Kontaktelemente 15, 16 verdrängt oder kurzgeschlossen werden, so daß
das Kommunikationsnetzwerk bei einem Stecker ohne diese Kontaktelemente 15, 16 definiert
abgeschlossen ist.