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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler, sowie einen Stromverteiler für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Stromverteiler bilden Knotenpunkte für das elektrische Netzwerk in Kraftfahrzeugen. Sie enthalten mehrere Anschlüsse zur Verbindung mit Verbrauchern des Kraftfahrzeugs und/oder einem oder mehreren Kabelbäumen, sowie verschiedene elektrische Bauelemente, wie beispielsweise Sicherungen und Relais oder andere elektronische Bauelemente.
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Im Stand der Technik sind zwei Aufbautechniken für Stromverteiler in einem Kraftfahrzeug bekannt.
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Bei einer ersten, rein elektrischen Aufbautechnik mittels einer Stromschiene, die in einem Stromverteiler geeignet angeordnet ist, und eines Kontaktsystems für Stromschiene und Direktverdrahtung wird die Schaltfunktion durch ein Relais ausgebildet. Die Stromschiene kann hier beispielsweise durch ein Stanzgitter ausgebildet werden, das derart ausgelegt werden kann, dass ein direkter Anschluss an einen Kabelsatz, z. B. über mehrpolige Steckverbinder möglich ist. Die elektrischen Komponenten, wie zum Beispiel Relais oder Sicherungen, können durch Bereitstellen geeigneter Verbindungselemente montiert werden.
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Ein anderer Ansatz besteht aus einer vollständig auf Leiterplatten basierenden Aufbautechnik. In dieser zweiten Technik wird, wie in 9 gezeigt, eine Leiterplatte, wie beispielsweise eine Platine oder gedruckte Schaltung, als Schaltungsträger bereitgestellt, auf der ein Relais (siehe 9) oder Halbleiterschalter, die Logik zum Ansteuern des Leistungs-MOSFET, die Sicherungen, sowie eine Vielzahl von Elementen zur Steckeraufnahme für die Leitungen bzw. Kabelbäume bereitgestellt werden. Insbesondere wird bei Verwendung eines Halbleiterschalters eine Platinen-basierende Aufbautechnik mit Reflow-Lötprozess angewandt, was spezielle und teure Platinen benötigt.
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Ein derartiger Aufbau hat einen komplizierten Verbindungsaufbau und weist verschiedene Nachteile auf. So ist aufgrund der vergleichsweise langen Strompfade auf der Leiterplatte für die Leistungsaufnahme von elektrischen Strömen im Bereich von 30–70 A eine Dickschichtplatine erforderlich, die zum Beispiel aus Kupfer besteht. Aufgrund der entstehenden thermischen Energie infolge hoher elektrischer Ströme auf der Leiterplatte, die unter anderem auch zu großen Verlusten führen kann, ist daher nur eine geringe Packungsdichte möglich, was wiederum die Größe der Stromverteiler beeinträchtigt und zu einem höheren Gewicht durch höheren Kupferverbrauch führt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltvorrichtung für einen Fahrzeugstromverteiler sowie einen verbesserten Stromverteiler bereitzustellen, mit der die Probleme im Stand der Technik behoben werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Stromverteiler für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler eine Leiterplatte und mindestens einen darauf angeordneten Leistungshalbleiter, und einen Sicherungsträger zum Aufnehmen von einer Vielzahl von Sicherungen, wobei die Leiterplatte einerseits mit einer Stromschiene des Fahrzeugstromverteiler verbindbar ist und anderseits mit dem Sicherungsträger verbunden ist, und der Leistungshalbleiter ausgebildet ist zum Schalten, so dass ein elektrischer Strom von der Stromschiene zu dem Sicherungsträger über den mindestens einen Leistungshalbleiter fließt.
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Die vorliegende Hybridlösung aus elektrischen Stromversorgungs- und Sicherungssystem einerseits mit einem elektronischen Schaltsystem andererseits stellt eine Schaltvorrichtung für einen Stromverteiler bereit, die im Vergleich zu einer reinen Leiterplatten-basierten Schaltvorrichtung einfacher und preiswerter ist und im Vergleich zu einer Relais-basierten Schaltvorrichtungen mechanische Geräusche vermeidet und kompakter ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Sicherungsträger eine direktverdrahtbare Sicherungsleiste, die auch als Sicherungsriegel bekannt ist.
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Durch die separate Bereitstellung der Sicherungsleiste müssen auf der Leiterplatte keine Kontakte für die Aufnahme von Sicherungen und/oder Steckverbindungen bereitgestellt werden, was zu einer einfacheren Entflechtung im Vergleich zu einer rein Leiterplatten-basierten Lösung führt. Die Sicherungsleiste weißt vorzugsweise ein Kontaktmesser für die Stromeinspeisung auf. Dieses Kontaktmesser wird in einen Hochstromkontakt des Elektronischen Schaltsystems eingeführt. Für diesen Zweck weißt das Elektronische Schaltsystem N-viele Hochstromkontakte auf, damit N-viele Sicherungsleisten kontaktiert werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die direktverdrahtbare Sicherungsleiste Kammern auf, die jeweils ausgebildet sind zum Einführen, vorzugsweise Einrasten und Verriegeln, fahrseitiger elektrischer Leitungen, insbesondere deren Kontakte, zu einem Verbraucher. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine der Kammern derart ausgebildet, dass ein Ende mindestens einer der fahrseitigen elektrischen Leitung vorzugsweise mit ihrem Kontakt in mindestens eine Kammer einführbar ist und dort eine direkte und mechanisch feste Kontaktierung mit der aufgenommenen Sicherung eingeht. Die Sicherung nutzt dann für ihre abgangsseitige Kontaktierung zum Kabelsatz direkt den Leitungskontakt, der in einer Kammer des Sicherungsstreifens eingerastet ist.
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Die fahrseitigen elektrischen Leitungen bzw. deren Kontakte werden also beim Konfektionieren des Kabelsatzes nicht in einen Stecker (zum Kontaktieren eines Stromverteilers) eingeführt, sondern in einen Sicherungsstreifen. Die Sicherungsstreifen können somit einfach durch Einklicken an der Schaltvorrichtung angebracht und mittels ihres eingangsseitigen Messerkontaktes kontaktiert und mit dieser verriegelt werden. Die Montage der Schaltvorrichtung in einem Fahrzeug wird somit im Vergleich zu einer rein Leiterplatten-basierten Lösung vereinfacht. Das Aufstecken leitungssatz-seitiger Stecker zur Kontaktierung des Kabelbaums wird durch das Einklinken der Leitungssatz-seitigen Sicherungsstreifen ersetzt. Die Stecker und die Aufnahmen für die Sicherungen auf der Leiterplatte können somit im Vergleich zu konventionellen, Leiterplatten-basierenden Stromverteilern entfallen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterplatte mit der Stromschiene des Fahrzeugstromverteilers und/oder dem Sicherungsträger lösbar, insbesondere durch einen Klemmmechanismus, verbindbar. Die Stromschiene ist vorzugsweise eine einspeisende Stromschiene des Fahrzeugstromverteilers.
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Der lösbare Klemmmechanismus ermöglicht eine einfache Entfernung bzw. Montage der Leiterplatte von bzw. auf der Schaltvorrichtung, so dass bei einer Fehlfunktion des Leistungshalbleiters nur die Leiterplatte ausgetauscht werden muss.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Leiterplatte mit der Stromschiene und dem Sicherungsriegel über Lamellenkontakte lösbar verbindbar.
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Lamellenkontakte stellen hierbei besonders einfache und preiswerte Kontakte her, die sich durch eine hohe Stromtragbarkeit und mechanische Stabilität auszeichnen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterplatte Steckkontakte zur Verbindung mit der Stromschiene und/oder dem Sicherungsträger bzw. den Sicherungsstreifen auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform führen die Steckkontakte eine lösbar anbringbare Verbindung mit Lamellenkontakten herbei, so dass eine elektrische Verbindung von der Stromschiene zu Strompfaden bzw. von Strompfaden zu dem Sicherungsträger bereitgestellt wird.
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Durch den Aufbau geeigneter Steckkontakte auf der Leiterplatte wird eine einfache und mechanisch stabile Verbindung der Leiterplatte an einem Lamellenkontakt ermöglicht. Ferner wird durch den geeigneten Aufbau der Steckkontakte an den Strompfaden eine elektrische Verbindung hergestellt, so dass ein Aufstecken der Leiterplatte zu einer kompakten Hybridschaltvorrichtung führt, bei der ein elektronisch schaltbarer Stromfluss von Stromschiene zu dem Sicherungsträger bereitgestellt wird. Natürlich können die Anschlusselemente auch gerade vertauscht werden, d. h. ein Lamellenkontakt kann auf einer Leiterplatte angebracht werden und der Steckkontakt an der Stromschiene.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Steckkontakte oder Lamellenkontakte derart an der Leiterplatte angeordnet, dass die Länge eines elektrischen Strompfades auf der Leiterplatte minimiert wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Leiterplatte für den Stromfluss elektrische Strompfade auf, die derart dimensioniert sind, dass eine Stromtragfähigkeit der Strompfade durch eine Länge erreicht wird, so dass eine Dicke der Strompfade geringer ist als eine Dicke ist, die durch ein Dickschichtverfahren bereitgestellt wird.
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Im Vergleich zu einer Schaltvorrichtung in einem reinen Leiterplatten-basierten Stromverteiler, bei dem zur Bereitstellung einer ausreichenden Stromtragfähigkeit der Leiterplattenstrompfade ein Kupfer-Dickschichtverfahren eingesetzt werden muss, zeichnet sich die Hybridlösung der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass die Strompfade geeignet kurz sind. Somit wird ein entsprechend geringer elektrischer Widerstand bereits durch eine kurze Strecke der Strompfade erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens ein erster und zweiter Leistungshalbleiter für jeweils unterschiedliche Fahrzeugverbraucherklassen ausgebildet, wobei diese mit entsprechend unterschiedlichen Sicherungsträgern verbunden sind.
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Diese vorteilhafte Ausführungsform ermöglicht das gezielte Schalten, insbesondere Unterbrechen, eines Stromflusses für Fahrzeugverbraucherklassen, die in kritischen Momenten weniger wichtig sind. Somit kann die Energieversorgung für besonders wichtige Verbraucherklassen (Motor, Getriebe, und dergleichen) garantiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stromverteiler für ein Fahrzeug eine der oben beschriebenen Schaltvorrichtungen, eine Stromschiene, anschließbar an eine Energieversorgungseinheit des Fahrzeugs; und ein Gehäuse zum Aufnehmen der Stromschiene und der Schaltvorrichtung.
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Somit wird ein Hybrid-Stromverteiler bereitgestellt, der die oben dargestellten Vorteile kombiniert.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen und in den angehängten Ansprüchen offenbart.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler gemäß einer Ausführungsform.
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2 zeigt schematisch einen Sicherungsträger zum Aufnehmen von Sicherungen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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3 zeigt schematisch einen Klemmmechanismus zum lösbaren Verbinden gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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4 zeigt schematisch eine Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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5 zeigt schematisch einen Stromverteiler für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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6 zeigt schematisch eine Verbindung über Lamellenkontakte zwischen einer Leiterplatte und einer Stromschiene gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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7A und 7B zeigen schematisch einen Stromverteiler gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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8 zeigt schematisch einen Stromverteiler gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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9 zeigt einen vollständig auf Leiterplatten-basierten Stromverteiler im Stand der Technik.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei sind in verschiedenen Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente jeweils mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die im Folgenden detailliert beschrieben werden, werden ausführlich mit Bezug auf eine Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler beschrieben. Jedoch wird bemerkt, dass die folgende Beschreibung nur Beispiele enthält und nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden sollte.
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1 zeigt schematisch eine Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler. Gemäß 1 umfasst die Schaltvorrichtung eine Leiterplatte 10 und einen Sicherungsträger 30.
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Auf der Leiterplatte 10, wie z. B. einer Leiterplatine oder einem anderen Schaltungsträger, ist ein elektronisches Schaltmodul angeordnet, das mindestens einen Leistungshalbleiter 20 umfasst. Der bzw. die Leistungshalbleiter 20 sind einzeln oder zusammen durch eine logische Schaltung (nicht gezeigt) ansteuerbar.
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Der Leistungshalbleiter 20 kann dabei derart durch eine nicht-gezeigte Logik angesteuert werden, dass in einem ersten Zustand der Stromfluss zu dem Sicherungsträger 30 hergestellt wird, und Verbraucher im Bordnetz des Fahrzeugs durch eine von den Sicherungen 40 geschützte fahrzeugseitige Leitung mit elektrischer Energie versorgt werden. In einem zweiten Zustand kann der Leistungshalbleiter 20 ferner derart angesteuert werden, dass der Stromfluss zu dem Sicherungsträger 30 und somit zu den fahrzeugseitigen Leitungen reduziert oder gestoppt wird.
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Der Sicherungsträger 30 dient zum Aufnehmen einer Vielzahl von Sicherungen 40, insbesondere von Fahrzeugsicherungen, die zum Beispiel auf den Sicherungsträger geeignet aufgesteckt und dort mechanisch fest aufgenommen werden können. 1 zeigt ein Beispiel eines Sicherungsträgers, bei dem die Sicherungen quer zur Länge des Sicherungsträgers nebeneinander eingesteckt werden können. 1 zeigt hier insbesondere ein Beispiel, bei dem 4 Fahrzeugsicherungen 40 von oben in den Sicherungsträger aufgesteckt werden.
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Der Sicherungsträger 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein separates Element der Schaltvorrichtung. Insbesondere befinden sich der Sicherungsträger 30 und die Leiterplatine 10 nicht auf einem gemeinsamen Schaltungsträger.
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2 zeigt schematisch einen Sicherungsträger 30 entlang eines Querschnitts entlang der dargestellten Linie AA' und zeigt dabei insbesondere den Aufbau einer exemplarischen direktverdrahteten Sicherungsleiste 30, die auch als Sicherungsriegel bezeichnet werden kann. Gemäß der beispielhaften Sicherungsleiste in 2 wird die Sicherung 40 von oben in eine Aufnahmekammer der Sicherungsleiste aufgesteckt und dort verriegelt. Ferner weist die exemplarische Sicherungsleiste Kammern 32 auf der entgegengesetzten Seite auf, die derart ausgebildet sind, dass fahrzeugseitige Leitungen 70, ggf. auch Leitungskontakte, in die Sicherheitsleiste eingeführt werden können. Die fahrzeugseitigen Leitungen 70 stellen einen elektrischen Kontakt mit Verbrauchern im Bordnetz des Fahrzeugs bereit wobei diese Leitungen 70 durch die in der Sicherungsleiste 30 aufgenommenen Sicherungen 40 geschützt werden.
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Gemäß 2 ist die Kammer 32 ferner derart ausgebildet, dass ein Ende 75 der fahrzeugseitigen Leitung 70 in der Kammer 32 eine direkte und mechanisch feste Kontaktierung mit der aufgenommenen Sicherung 40 eingeht. Zum Beispiel kann das Ende 75 der fahrzeugseitigen Leitung 70 einen Steckanschluss aufweisen, so dass das Ende 75 der fahrzeugseitigen Leitung 70 in die Kammer 32 eingeführt werden kann und dort durch einen geeigneten Verbindungsmechanismus, zum Beispiel einen Steckmechanismus oder dergleichen, eine direktverdrahtete Verbindung mit einem Eingang der Sicherung 40 herbeigeführt wird. Der andere Eingang der Sicherung 40 ist über einen geeigneten Verbindungsmechanismus, wie zum Beispiel einem in 2 gezeigten Lamellenkontakt oder dergleichen, mit einer Zuleitung 35 für elektrischen Strom in der Sicherungsleiste, wie zum Beispiel einem Stanzgitter, einer Stromschiene oder dergleichen, verbunden.
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Gemäß 1 kann die Leiterplatte 10 ferner einerseits mit einer Stromschiene 50 des Fahrzeugstromverteilers verbunden werden und ist andererseits mit dem Sicherungsträger 30 verbunden. Die Leiterplatte 10 ist dabei derart in ihrer Fläche dimensioniert, dass die Leiterplatte 10 mit der in einem Stromverteiler angeordneten stromzuführenden Stromschiene 50 und dem in dem Stromverteiler angeordneten Sicherungsriegel 30 zum Beispiel durch Aufstecken verbunden werden kann.
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Durch diese Ausbildung der Schaltvorrichtung gemäß 1 kann über die Leiterplatte 10 eine elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene 50 des Fahrzeugstromverteilers und dem Sicherungsträger 30 hergestellt werden, so dass der Leistungshalbleiter 20, bei dem es sich zum Beispiel um einen Leistungs-MOSFET handeln kann, einen Schaltvorgang durchführen kann, so dass ein elektrischer Strom von der Stromschiene 50 zu dem Sicherungsträger 30 über den Leistungshalbleiter 20 fließt.
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Die Leiterplatte 10 ist dabei, wie in 1 angedeutet, mit der Stromschiene 50 des Stromverteilers und/oder dem Sicherungsträger 30 lösbar verbunden. Eine derart lösbare Verbindung kann zum Beispiel durch einen geeigneten Klemmmechanismus 60 ausgebildet werden, bei dem es sich beispielweise um Lamellenkontakte 60 oder dergleichen handeln kann.
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Die Lamellenkontakte 60 stellen dabei gemäß 1 einen Klemmmechanismus bereit, mit dem die Leiterplatte 10 einen direkten elektrischen Kontakt mit der Stromschiene 50 herstellen kann und einen direkten elektrischen Kontakt mit dem Sicherungsträger 30, insbesondere der Zuleitung 35 für elektrischen Strom in dem Sicherungsträger 30, herstellen kann. Neben dem elektrischen Kontakt stellen die Lamellenkontakte 60 auch eine mechanisch stabile Verbindung bereit, so dass die Leiterplatte 10 einfach aufgesteckt und im Schadensfall einfach wieder entfernt werden kann. Somit muss bei einem Ausfall der elektronischen Komponente der Schaltvorrichtung nur die Leiterplatte 10 ausgetauscht werden, auf der sich der oder die Leistungshalbleiter 20 befindet bzw. befinden.
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3 zeigt schematisch weitere Details des Klemmmechanismus zum lösbaren Verbinden gemäß einer weiteren Ausführungsform. Insbesondere zeigt 3 eine Leiterplatte 10 mit einem darauf angeordneten steuerbaren Leistungshalbleiter 20, einen Strompfad 12, einen Steckkontakt 14, einen Lamellenkontakt 60 und eine Stromschiene 50.
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Der Steckkontakt 14 wird auf der Leiterplatte 10 derart aufgebracht, dass ein mechanisch stabiler und elektrisch leitender Kontakt mit dem Lamellenkontakt 60 hergestellt wird. Dazu wird der Steckkontakt 14 beispielsweise durch einen Pin in Paste Reflow-Prozess oder dergleichen auf der Leiterplatte 10 aufgelötet, so dass die montierte Leiterplatte einfach in den Lamellenkontakt der Stromschiene eingesteckt werden kann. Ein weiterer Steckkontakt 14 (nicht gezeigt) wird auf der Leiterplatte 10 für einen Kontakt mit dem Sicherungsträger 30 bereitgestellt. Natürlich können die die Verbindung herstellenden Anschlusselemente auch gerade vertauscht werden, d. h. ein Lamellenkontakt kann auf einer Leiterplatte angebracht werden und ein Steckkontakt an der Stromschiene, wenn auch dadurch der Herstellungsprozess ein wenig komplizierter wird.
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Zwischen dem Steckkontakt 14 und dem Leistungshalbleiter 20 wird gemäß 3 auf der Leiterplatte 10 ein Strompfad 12 bereitgestellt, so dass ein Stromfluss von der Stromschiene 50 über den Leistungshalbleiter 20 zu dem Sicherungsträger ermöglicht wird. Die Lamellenkontakte 60 bzw. die Steckkontakte 14 sind dabei derart an der Leiterplatte 10 angeordnet, dass die Länge eines elektrischen Strompfades 12 auf der Leiterplatte 10 klein gehalten werden kann.
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Insbesondere werden die Strompfade vorzugsweise derart dimensioniert, dass eine erforderliche Stromtragfähigkeit der Strompfade 12 durch eine Länge zwischen dem Steckkontakt und dem Leistungshalbleiter erreicht wird, die es erlaubt, für den Querschnitt der Strompfade 12 eine Dicke zu wählen, die nicht durch ein Dickschichtverfahren bereitgestellt werden muss. Somit können beispielsweise Strompfade 12 aus Kupfer bereitgestellt werden, die durch ein Dünnschichtverfahren oder dergleichen auf der Leiterplatte 10 aufgebracht werden.
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Der für die geforderte Stromtragfähigkeit erforderliche Widerstand der Strompfade wird gemäß dieser Ausführungsform, somit hauptsächlich über eine entsprechend kurze Längendimension erreicht Dies ist in der vollständig auf Leiterplatten basierende Aufbautechnik im Stand der Technik nicht möglich, da aufgrund der vergleichsweise langen Strompfade auf der Leiterplatte eine erforderliche Stromtragfähigkeit nur durch eine entsprechend große Dicke der Kupferstrompfade erreicht werden kann, was zu deutlich höheren Kosten führt.
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4 zeigt eine Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt dabei eine Leiterplatte 10 mit drei Leistungshalbleitern 20, 21 und 22, drei Sicherungsträgern 30, 30a und 30b, und Lamellenkontakten 60 zum Aufbau einer elektrischen Verbindung zwischen der Stromschiene 50 des Stromverteilers und den Sicherungsträgern.
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Die Sicherungsträger 30, 30a und 30b können dabei bevorzugt unterschiedlichen Verbraucherklassen zugeordnet werden, so dass fahrzeugseitige Leitungen der jeweiligen Sicherungsträger 30, 30a bzw. 30b mit Verbrauchern jeweils unterschiedlicher Verbraucherklassen verbunden werden können. Vorzugsweise können die Leistungshalbleiter 20, 21 und 22 dann derart angesteuert werden, dass ein Stromfluss entsprechend einer Verbraucherklasse unterbrochen wird.
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Beispielsweise werden an dem Sicherungsträger 32 Sicherungen für eine dritte Verbraucherklasse bereitgestellt, wie zum Beispiel für eine Fahrzeugunterhaltungsvorrichtung, wohingegen an dem Sicherungsträger 30 Sicherungen für eine erste besonders wichtige Verbraucherklasse bereitgestellt werden, wie zum Beispiel das Scheinwerferlicht oder dergleichen. Die Leistungshalbleiter 20, 21 und 22 können dann bevorzugt derart angesteuert werden, dass geeignet zuerst die untere Verbraucherklasse geschaltet wird, so dass eine Stromverteilung an die besonders wichtige Verbraucherklasse noch gewährleistet bleibt.
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5 zeigt schematisch einen Stromverteiler 100 für ein Fahrzeug. Diese räumliche Dimension des Stromverteilers wird durch ein Gehäuse 110 definiert, in dem die oben beschriebene Schaltvorrichtung angeordnet ist. Der Stromverteiler gemäß dieser Ausführungsform ist zum Beispiel eine S-Box (Schaltbox bzw. Sicherungsbox) für ein Fahrzeug.
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Das Gehäuse bzw. der Rahmen 110 ist für die Aufnahme einer Vielzahl von Sicherungsträgern sowie der Stromschiene ausgebildet. Die Stromschiene, die auch als Verteilerschiene bezeichnet wird, wird zum Beispiel über eine Öffnung in dem Rahmen geeignet eingebracht und dort befestigt. Ferner weist die Stromschiene an einem Ende außerhalb des Rahmens einen geeigneten Kontakt auf, mit dem die Stromschiene bei Einbau des Stromverteilers in ein Fahrzeug mit der Fahrzeugbatterie, beispielsweise der Klemme 30, verbunden werden kann. Gemäß 5 werden dann in den Rahmen 110 Sicherungsträger, zum Beispiel von unten, eingesetzt und darin befestigt.
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Danach kann von oben eine austauschbare Leiterplatte 10 aufgesetzt werden. Diese Leiterplatte 10, die beispielsweise eine Ansteuerplatine umfasst, beinhaltet mindestens einen, hier drei Leistungshalbleiter, zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET, um eine Klemmenschaltung aufzubauen.
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Der Stromverteiler ist somit durch eine Hybrid-Lösung aus voneinander separierbaren elektrischen Komponenten (Stromschiene 50, Sicherungsträger 30) einerseits und elektronischen Komponenten (Leistungshalbleiter 20) zur Steuerung andererseits gekennzeichnet.
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Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass die elektronischen Komponenten, d. h. die Leiterplatte 10, austauschbar und somit einzeln und separat von den elektrischen Komponenten ersetzt werden kann.
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6 zeigt weitere Details der Verbindung über Lamellenkontakte zwischen einer Leiterplatte 10 mit Leistungshalbleiter 20 und logischen Ansteuerelementen (FR4 Logik) an einer Stromschiene gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß 6 wird die Leiterplatte mit drei Stromschienen verbunden, wobei eine Stromschiene (zum Beispiel die Stromschiene links in 6) einen Stromfluss hin zu einem Leistungshalbleiter bereitstellt, wohingegen die beiden anderen Stromschienen einen Stromfluss weg von dem Leistungshalbleiter bereitstellen. Ferner werden gemäß 6 Signalkontakte, insbesondere für die Ansteuerung der Leistungshalbleiter bereitgestellt. Darüber hinaus kann die Leiterplatte 10 ferner eine Local-Interconnected-Network- bzw. LIN-Schnittstelle und/oder eine Controller-Area-Network- bzw. CAN-Schnittstelle aufweisen. Über diese Schnittstellen werden beispielsweise die Schaltzustände der Schaltelemente (MOSFETs oder Relais) kommandiert und eine Diagnose bereitgestellt. Ferner kann die Leiterplatte auch Sensoren, wie zum Beispiel PTC-Widerstände, aufnehmen.
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7A und 7B zeigen schematisch einen Stromverteiler 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Insbesondere zeigt 7A einen Stromverteiler mit Stromschiene 50 und mehreren Sicherungsträgern 30, 30a, 30b, 30c in einem Zustand vor dem Aufstecken der Leiterplatte für die elektronische Steuerung. In dieser Ausführungsform wird der Stromverteiler derart ausgebildet, dass ein Sicherungsträger 30e im oberen Slot direkt mit der Stromschiene verbunden wird. Dieser Sicherungsträger 30e wird somit immer mit Strom versorgt und nicht durch eine elektronische Steuerung geschaltet. Über diesen Sicherungsträger 30e kann dann unter z. B. die Versorgung von Klemme 30 Verbrauchern erfolgen, die immer mit dem Batteriepotential verbunden sein müssen. Darüber hinaus ist gemäß 7A im unteren Slot ein elektronisches Verteilermodul 38 vorgesehen, das zum Beispiel Transistoren und dergleichen aufweist.
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7B zeigt einen Zustand des in 7A gezeigten Stromverteilers 100, bei dem die austauschbare Leiterplatte 10 auf den Stromverteiler 100 aufgesetzt wird und über die Lamellenkontakte 60 eine elektrische und mechanische Verbindung mit der Stromschiene und den Sicherungsträgern herstellt. Für diese Klemmenschaltung nimmt ein erster Lamellenkontakt 60, der auf der Leiterplatte 10 vor dem Leistungs-MOSFET 20 angeordnet ist, einen Strom von der Stromschiene auf. Über eine Leiterbahn auf der Leiterplatte, die wie oben beschrieben eine kurze Strecke aufweist, wird dieser Strom dem Leistungs-MOSFET 20 zugeführt. Ein zweiter Lamellenkontakt 60, der auf der Leiterplatine nach dem Leistungs-MOSFET 20 angeordnet ist, gibt den elektrischen Strom, der über eine weitere Leiterbahn von dem Leistungs-MOSFET 20 abgegeben wird, an einen der Sicherungsriegel bzw. Sicherungsleiste 30, 30a, 30b, 30c weiter. Der erste Kontakt, der Leistungs-MOSFET, sowie der zweite Kontakt sind somit entlang einer geraden Linie verbunden und so angeordnet, dass die Gesamtstromstrecke kurz ist. Somit wird ein optimal kurzer Stromweg über die Platine ausgebildet, während der Hauptweg über die Stromschiene führt.
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Durch die Leiterplatte 10 wird eine große Flexibilität bezüglich der Verteilung von Signalen und elektrischen Potentialen erreicht. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass die Leiterplatte 10 nur eine kleine Fläche aufweisen muss und nicht mit einem Kupfer-Dickschichtverfahren hergestellt werden muss. Im Vergleich zu einem reinen Leiterplatten-basierten Stromverteiler, bei dem gemäß 9 auch noch die Sicherungen auf der Leiterplatte aufgenommen werden, wird durch die Hybridlösung aus Leiterplatten-basierten Schaltung und Stromschienen-basierten Stromleiter, ein entscheidender Kostenvorteil erzielt.
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8 zeigt schematisch einen Stromverteiler gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird ein oben beschriebenes Leistungsmodul mit einer Leiterplatte und darauf angeordnetem elektronischen Leistungshalbleiter über einen Lamellenkontakt direkt an der Stromschiene eines herkömmlichen Stromverteilers befestigt. Wie 8 insbesondere zeigt, wird die elektronische Schaltfunktion in einen Stromschienen-basierenden Verteiler, zum Beispiel einer S-Box, vorteilhaft integriert. Hierfür wird ein Leistungsmodul (Leistungs-MOSFET, Logik, usw.) auf einem Schaltungsträger, z. B. einer FR4 Platine (mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatten und dergleichen, Materialkennung FR4) oder einer IMS-Metallkernplatine, befestigt. Der Schaltungsträger weist ferner Kontakte auf, welche durch Pin-in-Paste in einem Reflow-Prozess aufgelötet werden, so dass das Leistungsmodul auf dem Schaltungsträger dann einfach in Lamellenkontakte der Stromschiene gesteckt werden kann. Somit können in der S-Box elektronische Steuerungen modular aufgenommen werden.
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Auch die Ausführungsform gemäß 8 stellt eine vorteilhafte Hybridlösung aus Elektrik, d. h. Stromschienen-basierter Stromverteiler, und Elektronik, d. h. Leiterplatten-basierter elektronischer Schaltung, bereit.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der Schaltvorrichtung und der Stromverteiler durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Ferner wurde die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bestimmte Beispiele beschrieben, die jedoch nur zum verbesserten Verständnis der Erfindung dienen sollen, und diese nicht einschränken sollen.
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Der Fachmann erkennt auch sofort, dass viele verschiedene Kombinationen der Elemente zur Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Deshalb wird der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gekennzeichnet.
