DE102013016073B4 - Device for signal transmission in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug, mit mehreren Signalleitern (2, 2a) undeinem mehrschichtigen Flachleiter (1),wobei die Signalleiter (2, 2a) auf jeweils einer planen Oberfläche einer von mehreren Schichten (3a, 3b) des Flachleiters (1) aufgebracht sind und jeweils eine den Signalleiter (2, 2a) umgebende Isolationsschicht (4, 4a) zur Bildung einer Kontaktfläche (7) unterbrochen ist,wobei die Kontaktfläche (7) kraft-, form- oder stoffschlüssig mit einem Kontaktelement (I, J, K, H) verbunden ist, und wobei zumindest zwei Signalleiter (2, 2a) auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und sich überkreuzen, wobei die Kontaktflache (7) über die Konturen des Flachleiters (1) auf der Schmal- oder Breitseite hinaussteht, wobei die Kontaktflache (7) aus einer Schmalseite des Flachleiters (1)herausragt und mit nur einer Schicht (3c) des Flachleiters (1) hinterlegt ist.Device for signal transmission in a vehicle, with a plurality of signal conductors (2, 2a) and a multi-layer flat conductor (1), the signal conductors (2, 2a) each being applied to a flat surface of one of several layers (3a, 3b) of the flat conductor (1). are and in each case an insulation layer (4, 4a) surrounding the signal conductor (2, 2a) is interrupted to form a contact surface (7), the contact surface (7) being non-positively, positively or materially connected to a contact element (I, J, K , H) is connected, and wherein at least two signal conductors (2, 2a) are arranged on different levels and cross each other, the contact surface (7) protruding beyond the contours of the flat conductor (1) on the narrow or broad side, the contact surface (7) protrudes from a narrow side of the flat conductor (1) and is backed with only one layer (3c) of the flat conductor (1).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug mit einem mehrschichtigen Flachleiter und zumindest einem Signalleiter, der auf einer planen Oberfläche des Flachleiters aufgebracht ist. Damit können neuartige Kombinationen von Stromversorgung und Signalübertragungsverkabelung in einem Fahrzeug realisiert werden, wenn entsprechende Kontaktierungsmöglichkeiten zur Verfügung gestellt werden. Solche Vorrichtungen werden insbesondere in Fahrzeugen im Automobilbereich, in der Luftfahrt, im schienengebunden Transport und der Schifffahrt benötigt.The invention relates to a device for signal transmission in a vehicle with a multilayer flat conductor and at least one signal conductor which is applied to a flat surface of the flat conductor. This means that new combinations of power supply and signal transmission cabling can be implemented in a vehicle if appropriate contact options are made available. Such devices are particularly needed in vehicles in the automotive sector, in aviation, in rail transport and shipping.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Bei der Verwendung von herkömmlichen Kabelbäumen in Form von Rundleitern in Fahrzeuganwendungen werden große Kabellängen mit großen Durchmessern und entsprechend erheblichen Gewichten verwendet.When using conventional cable harnesses in the form of round conductors in vehicle applications, long cable lengths with large diameters and correspondingly significant weights are used.
Durch die Anwendung von Flachleitern, insbesondere aus Aluminium, können der Einbauraum und das Leitergewicht deutlich reduziert werden. Der Flachleiter wird hierbei z.B. entlang der Bodengruppenkontur vom Hinterraum bis zum Motorraum verlegt.By using flat ladders, especially made of aluminum, the installation space and the weight of the ladder can be significantly reduced. The flat conductor is laid, for example, along the floor group contour from the rear compartment to the engine compartment.
Weiterhin hat die geometrische Form der Flachleiter elektrotechnische Vorteile gegenüber Rundleitern. Durch einen mehrschichtigen Flachleiter kann neben der Energie- und Signalversorgung auch die Masserückführung unabhängig von den Karosseriewerkstoffen im Fahrzeug erfolgen. Durch den geschichteten, flachen Aufbau werden zusätzlich die elektromagnetischen Felder außerhalb des Mehrschichtleiters verringert.Furthermore, the geometric shape of the flat conductors has electrical advantages over round conductors. In addition to the energy and signal supply, a multi-layer flat conductor can also be used for ground return, regardless of the body materials in the vehicle. The layered, flat structure also reduces the electromagnetic fields outside the multilayer conductor.
Die
Die zuverlässige und unter den Bedingungen von Fahrzeugen mit Vibrationen und gegenüber der Zugänglichkeit von Wasser und Schmutz robuste Kontaktierung wurde jedoch nicht gelöst.However, the reliable contacting that is robust under the conditions of vehicles with vibrations and the accessibility of water and dirt has not been solved.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Signalübertragung anzugeben, die für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet ist und die vorgenannten Nachteile überwindet.It is an object of the invention to provide a device for signal transmission that is suitable for use in vehicles and overcomes the aforementioned disadvantages.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Patentansprüchen aufgeführt.The task is solved with a device having the features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalübertragung in einem Fahrzeug enthält einen Signalleiter, einen mehrschichtigen Flachleiter, wobei der Signalleiter auf einer planen Oberfläche einer von mehreren Schichten des Flachleiters aufgebracht ist und eine den Signalleiter umgebende Isolationsschicht, die zur Bildung einer Kontaktfläche unterbrochen ist. Die Kontaktfläche ist kraft-, form- oder stoffschlüssig mit einem Kontaktelement verbunden, um standardisierte Kontakte herzustellen. Der mehrschichtige Flachleiter und die zusätzliche Isolation des Signalleiters bieten guten Schutz gegenüber den mechanischen Belastungen der Signalleitungen im Fahrzeug und gegen ungewollte elektrische Verbindungen. Die plane Oberfläche mit aufgetragenen Signalleitungen erfordert kaum zusätzlichen Bauraum für die über die gesamte Breite des Flachleiters verteilbaren Signalleitungen, die kaum auftragen. Nur an eingeschränkten Stellen weist die Isolationsschicht eine Unterbrechung auf, die damit eine Kontaktfläche zulässt.The device according to the invention for signal transmission in a vehicle contains a signal nalleiter, a multilayer flat conductor, the signal conductor being applied to a flat surface of one of several layers of the flat conductor and an insulation layer surrounding the signal conductor, which is interrupted to form a contact surface. The contact surface is non-positively, positively or materially connected to a contact element in order to produce standardized contacts. The multi-layer flat conductor and the additional insulation of the signal conductor offer good protection against mechanical stress on the signal lines in the vehicle and against unwanted electrical connections. The flat surface with applied signal lines requires hardly any additional installation space for the signal lines, which can be distributed over the entire width of the flat conductor and are hardly bulky. Only in limited places does the insulation layer have an interruption, which allows a contact surface.
Die Dicke des Signalleiters ist vorteilhafterweise ein Bruchteil der Dicke des Flachleiters, um eine geringe zusätzliche Aufbauhöhe zu erzielen, beispielsweise 1/50 bis 1/3, die Breite des Flachleiters ist zumindest 2 cm, vorzugsweise 2 - 6 cm mit einem Querschnitt von 40 - 60 mm2 bei einem Aluminiumleiter.The thickness of the signal conductor is advantageously a fraction of the thickness of the flat conductor in order to achieve a small additional installation height, for example 1/50 to 1/3, the width of the flat conductor is at least 2 cm, preferably 2 - 6 cm with a cross section of 40 - 60 mm 2 for an aluminum conductor.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient der Flachleiter der Stromversorgung des Fahrzeugs und enthält zumindest einen Masseleiter und einen ersten Stromversorgungsleiter, die in unterschiedlichen Schichten angeordnet sind. Dadurch kommt es zu einer kapazitiven Schirmung und Verringerung der elektromagnetischen Felder im Fahrzeug. Vorteilhafterweise ist der Masseleiter auf der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite des Flachleiters angeordnet, sodass Fahrer und Fahrgast, sowie elektronische Geräte im Fahrzeuginnenraum gegen eventuelle Abstrahlungen der Stromversorgung abgeschirmt sind.According to an advantageous development of the invention, the flat conductor serves to supply power to the vehicle and contains at least a ground conductor and a first power supply conductor, which are arranged in different layers. This results in capacitive shielding and a reduction in electromagnetic fields in the vehicle. The ground conductor is advantageously arranged on the side of the flat conductor facing the vehicle interior, so that the driver and passenger, as well as electronic devices in the vehicle interior, are shielded against any radiation from the power supply.
Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass der Flachleiter einen zweiten Stromversorgungsleiter enthält, wobei der erste Stromversorgungsleiter eine Bordspannung von 12 V und der zweite Stromversorgungsleiter beispielsweise eine Bordspannung von 48 V führt. Die Anordnung kann damit mehrere Bordnetze unterstützen und vorteilhafterweise auch einen Stromversorgungsleiter enthalten, der eine Bordspannung von 12 V führt und Verbraucher bedient, die starke Lastschwankungen aufweisen. Damit können innerhalb der Stromversorgung unterschiedliche Verbrauchertypen gruppiert werden und entsprechend ihrem Profil mit einer angepassten Absicherung versehen werden. Jedem Stromversorgungsleiter ist entsprechend dieser Ausführung ein separater Masseleiter zugeordnet.A further development of the invention provides that the flat conductor contains a second power supply conductor, the first power supply conductor carrying an on-board voltage of 12 V and the second power supply conductor, for example, carrying an on-board voltage of 48 V. The arrangement can therefore support several on-board electrical systems and advantageously also contain a power supply conductor that carries an on-board voltage of 12 V and serves consumers that have strong load fluctuations. This means that different types of consumers can be grouped within the power supply and provided with appropriate protection according to their profile. According to this version, each power supply conductor is assigned a separate ground conductor.
Um eine Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichen Kabelbäumen aus Kupferleitungen zu erzielen, besteht gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zumindest eine Schicht des Flachleiters aus Aluminium, umgeben von einer ersten Isolationsschicht.In order to achieve a weight reduction compared to conventional cable harnesses made of copper lines, according to a further development of the invention, at least one layer of the flat conductor is made of aluminum, surrounded by a first insulation layer.
Die Kontaktfläche soll einerseits leicht herzustellen und andererseits gut geschützt sein. Zur verbesserten Zugänglichkeit ist der Signalleiter auf einer Deckschicht des mehrschichtigen Flachleiters aufgebracht. Der Signalleiter ist damit leicht zugänglich zum Anbringen von Verbindungen am Kontaktteil. Weiterhin ist durch den schichtartigen Aufbau der Flachleiter zu den Außenseiten des mehrschichtigen Flachleiters hin eine sehr gute elektromagnetische Schirmung gewährleistet, welche insbesondere die Signalleiter vor Störungen schützt. Alternativ ist der Signalleiter auf einer ersten im Inneren des mehrschichtigen Flachleiters befindlichen Schicht aufgebracht und von einer zweiten Schicht bedeckt. Hier steht der Schutz gegen mechanische Belastungen und Witterungseinflüsse im Vordergrund.The contact surface should be easy to produce on the one hand and well protected on the other. For improved accessibility, the signal conductor is applied to a cover layer of the multilayer flat conductor. The signal conductor is therefore easily accessible for making connections on the contact part. Furthermore, the layered structure of the flat conductors towards the outer sides of the multilayer flat conductor ensures very good electromagnetic shielding, which protects the signal conductors in particular from interference. Alternatively, the signal conductor is applied to a first layer located inside the multilayer flat conductor and covered by a second layer. The focus here is on protection against mechanical stress and weather influences.
Wird ein preiswertes Material genutzt, kann ohne großen Mehraufwand entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Signalleiter zumindest teilweise in ein Ausgleichsmaterial einbettet werden, das aus einem sich vom Isolationsmaterial unterscheidenden Material aus thermoplastischen oder vernetzenden Kunststoffen besteht und eine maximale Schichtdicke aufweist, die eine Dicke des Signalleiters nur geringfügig übersteigt. Hiermit können insbesondere für im Innenraum des mehrschichten Flachleiters befindliche Signalleitungen der Eintritt von Wasser und anderen ungewünschten Medien weiter verringert und die Stabilität des Flachleiters verbessert werden, besonders wenn das Ausgleichsmaterial unterschiedliche Auftragungen eines oder mehrerer Signalleiter auf eine einheitliche Schichtdicke zwischen zwei Schichten des Flachleiters nivelliert.If an inexpensive material is used, the signal conductor can be at least partially embedded in a compensating material without much additional effort in accordance with a further embodiment of the invention, which consists of a material made of thermoplastic or cross-linking plastics that differs from the insulation material and has a maximum layer thickness that is a thickness of the Signal conductor only slightly exceeds. This makes it possible to further reduce the entry of water and other undesirable media and improve the stability of the flat conductor, particularly for signal lines located in the interior of the multilayer flat conductor, especially if the compensating material levels different applications of one or more signal conductors to a uniform layer thickness between two layers of the flat conductor.
Die Signalleiter sind durch eine etwaige Oberflächenbehandlung des Flachleiters für eine Bedruckung oder Verklebung wie beispielsweise Plasmabehandlung, Coronabehandlung oder Haftvermittlung (Primerung) zumindest an den Stellen des Aufbringens der Signalleiter fest mit dem Flachleiter verbunden, so dass der Flachleiter nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ohne Beschädigung der Signalleiter verformbar ist und in eine Kontur verformt wird, die dem Innenraum des Fahrzeugs angepasst ist, insbesondere der Bodenkontur des Fahrzeugs. Geeignete Verfahren dazu sind in
Geeignete Verfahren zum Aufbringen des Signalleiters auf den Flachleiter sind Drucken, Aufsprühen, Aufgießen. Bei solchen Verfahren können Leiter und Isolationsschicht nacheinander aufgebracht werden. Alternativ ist der Signalleiter Teil einer auf den Flachleiter aufgeklebten oder auflaminierten Folie, die leitende Schichten und isolierende Schichten umfasst. Die Folie wird hierbei entsprechen der Dimensionen des Flachleiters vorgefertigt. Sie kann dabei aus mehreren Schichten bestehen und damit auch komplexe Schaltungen mit Schaltern, Relais, Signalsender oder -empfänger aufnehmen und Leitungskreuzungen zulassen.Suitable methods for applying the signal conductor to the flat conductor are printing, spraying, and pouring. In such procedures, Conductor and insulation layer are applied one after the other. Alternatively, the signal conductor is part of a film that is glued or laminated to the flat conductor and comprises conductive layers and insulating layers. The film is prefabricated to match the dimensions of the flat conductor. It can consist of several layers and can therefore also accommodate complex circuits with switches, relays, signal transmitters or receivers and allow cable crossings.
Insbesondere die Drucktechnik bzw. 3D-Drucktechnik (generative Fertigungsverfahren) eignet sich zur Herstellung der Signalleiterbahnen, Isolationen, elektromagnetische Schirmung, Ausgleichsschichten und auch der Kontaktelemente.In particular, printing technology or 3D printing technology (generative manufacturing processes) is suitable for producing signal conductor tracks, insulation, electromagnetic shielding, compensating layers and also contact elements.
Zur verbesserten Kontaktierbarkeit steht die Kontaktfläche entsprechend der Erfindung über die Konturen des Flachleiters auf der Schmal- oder Breitseite hinaus.Die Kontaktfläche ragt aus einer Schmalseite des Flachleiters heraus und ist mit nur einer Schicht des Flachleiters zumindest partiell hinterlegt. Damit entstehen mechanisch feste Kontaktstrukturen an die standardisierte Kontakte anbringbar sind. Die Festigkeit und Steifigkeit der Schicht des Flachleiters wird hierbei zur Klemmkontaktierung genutzt.For improved contactability, the contact surface according to the invention protrudes beyond the contours of the flat conductor on the narrow or broad side. The contact surface protrudes from a narrow side of the flat conductor and is at least partially backed with only one layer of the flat conductor. This creates mechanically solid contact structures to which standardized contacts can be attached. The strength and rigidity of the layer of the flat conductor is used for clamp contacting.
Falls eine Kontaktierung von der Breitseite des Flachleiters benötig wird, ist vorteilhafterweise die dem Signalleiter hinterlegte Schicht des Flachleiters außerhalb der Struktur des Flachleiters im Wesentlichen orthogonal abgebogen.If contact from the broad side of the flat conductor is required, the layer of the flat conductor underlying the signal conductor is advantageously bent essentially orthogonally outside the structure of the flat conductor.
Damit ergeben sich eine Vielzahl von Kontaktmöglichkeiten, wobei vorteilhafterweise das Kontaktelement auf die Kontaktfläche der Signalleitung aufgeklemmt oder eingeklemmt und mit einer Isolationsschicht umgeben ist oder aufgesetzt und stoffschlüssig mit der Signalleitung verbunden ist.This results in a variety of contact options, with the contact element advantageously being clamped or clamped onto the contact surface of the signal line and surrounded by an insulating layer or placed on and materially connected to the signal line.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
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1 zeigt einen mehrschichtigen Flachleiter.1 shows a multilayer flat conductor. -
2 und3 zeigen Flachleiter mit mehreren Signalleitungen auf einer Deckschicht.2 and3 show flat conductors with several signal lines on a cover layer. -
4 zeigt einen Flachleiter mit mehreren Signalleitungen auf einer innen gelegenen Schicht.4 shows a flat conductor with several signal lines on an internal layer. -
5 zeigt einen nicht erfindungsgemäßen Flachleiter mit Signalleitungen, die Kontaktelemente enthalten.5 shows a flat conductor not according to the invention with signal lines that contain contact elements. -
6 und7 zeigen erfindungsgemäße Flachleiter mit Signalleitungen, die Kontaktelemente enthalten.6 and7 show flat conductors according to the invention with signal lines that contain contact elements. -
8a ,8b zeigt eine Folie mit Signalleitungen, die auf einen Flachleiter aufgebracht ist.8a ,8b shows a film with signal lines that is applied to a flat conductor. -
9 zeigt einen Flachleiter mit Signalleitungen auf mehreren Schichten und ein diese Signalleitungen gemeinsam abgreifendes Kontaktelement.9 shows a flat conductor with signal lines on several layers and a contact element that taps these signal lines together. -
10 zeigt einen der Bodenkontur eines Fahrzeugs angepassten Flachleiter.10 shows a flat conductor adapted to the floor contour of a vehicle.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXAMPLES OF EMBODIMENTS
Die einzelnen Leiter im Mehrschichtverbund sind grundsätzlich nach außen hin elektrisch isoliert, so dass direkt auf jeden der Schichten eine Signalleitung aufgebracht werden kann.The individual conductors in the multilayer composite are basically electrically insulated from the outside, so that a signal line can be applied directly to each of the layers.
Der mehrschichtige Flachleiter nach
Die nicht erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalübertragung mit einem mehrschichtigen Flachleiter nach
Weiterhin ist ein Kontaktstift K auf eine zweite Kontaktfläche 7 aufgesetzt und damit mit einer Signalleitung 2a verbunden. Diese Verbindung ist stoffschlüssig, der Kontaktstift K wurde durch Löten oder Schweißen auf der Kontaktfläche 7 befestigt.Furthermore, a contact pin K is placed on a second contact surface 7 and thus connected to a signal line 2a. This connection is cohesive; the contact pin K was attached to the contact surface 7 by soldering or welding.
Als dritte Kontaktierungsart ist ein Kontaktelement H hinterschnittig einem Signalleiter 2a hinterlegt und mit diesen elektrisch kontaktiert. Hierbei liegt eine formschlüssige Verbindung vor, die zusätzlich stoffschlüssig gestaltet werden kann, wenn Signalleiter 2a und Kontaktelement H verlötet, verschweisst oder verklebt sind. Das Kontaktelement H ist bis auf eine von der Oberfläche des Flachleiters abstehende Kontaktfahne mit einer Isolation 4a umgeben.As a third type of contacting, a contact element H is undercut on a signal conductor 2a and is electrically contacted with it. This is a form-fitting connection, which can also be designed to be cohesive if signal conductor 2a and contact element H are soldered, welded or glued. The contact element H is surrounded by insulation 4a except for a contact tab protruding from the surface of the flat conductor.
Die Signalleiter 2a mit den Kontaktelementen können vor der Verbindung mit der Deckschicht 3a auf eine Folie bzw. Trägerschicht 24 aufgebracht sein.The signal conductors 2a with the contact elements can be applied to a film or carrier layer 24 before being connected to the cover layer 3a.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalübertragung nach
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalübertragung gemäß
Durch das Aufbringen der Signalleiter 2 auf eine plane Oberfläche eines Flachleiters, siehe
Die
Der Mehrschichtflachleiter 1 wird darauffolgend, beispielsweise nach der Lehre der
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