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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verteilersysteme
für elektrischen Strom
und betrifft im Spezielleren modulare Stromverteilersysteme.
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Die
elektrische Stromverteilung an elektrische Stromkreise ist für den Betrieb
von Systemen und Untersystemen von Vorrichtungen, wie z. B. Kraftfahrzeugen,
erforderlich. Für
die Stromverteilung erforderliche Komponenten beinhalten typischerweise
verschiedene elektrische Komponenten, wie Sicherungen, Relais, Dioden,
Ausschalter usw., die typischerweise in einem einzigen Behälter oder Gehäuse zur
Verbindung mit der Batterie, der Lichtmaschine und einem Hauptkabelbaum
untergebracht sind. Die Anzahl und die Art der elektrischen Komponenten,
die für
die Stromverteilung erforderlich sind, sind von den elektrischen
Anforderungen des speziellen Kraftfahrzeugs abhängig.
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Derzeit
werden Stromverteiler-Gehäusekästen speziell
für das
jeweilige Fahrzeugmodell ausgebildet. Ferner kann es für das gleiche
Fahrzeugmodell verschiedene Konfigurationen entsprechend den angebotenen
Merkmalspaketen geben. Die Kunden wählen verschiedene Pakete auf
der Basis der Kosten und/oder Präferenzen
aus, wobei die Luxus-Pakete typischerweise zusätzliche elektrische Komponenten
und somit Stromverteilergehäuse
in größerer Ausführung erforderlich
machen. Das Problem besteht darin, dass unabhängig von der ausgewählten Konfiguration
der gleiche Stromverteiler-Gehäusekasten
für jedes
Kraftfahrzeug verwendet wird, so dass es sowohl zur Verschwendung
von Material als auch von Platz für Konfigurationen von Stromverteiler-Gehäusekästen kommt,
bei denen die zusätzlichen elektrischen
Komponenten nicht erforderlich sind.
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Die
Lösung
wird durch eine Stromverteilerkonstruktion der in der vorliegenden
Anmeldung beschriebenen Art geschaffen, die aus Modulen besteht,
die ein Minimum an Raum und Material für jede von vielen möglichen
Versionen eines elektrisch gespeisten Kraftfahrzeugs erforderlich
sind. Die vorliegende Offenbarung betrifft eine modulare elektrische Stromverteileranordnung
sowie ein Verfahren zum Herstellen einer modularen elektrischen
Stromverteileranordnung. Die An ordnung beinhaltet eine Mehrzahl
modularer Behälter,
die jeweils zum Aufnehmen von elektrischen Komponenten konfiguriert
sind, um eine Verbindung mit elektrischen Systemen einer vorbestimmten
Konfiguration zu schaffen. Dabei ist die Mehrzahl von Behältern für eine gegenseitige
mechanische Verbindung konfiguriert.
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Die
Erfindung wird im folgenden in exemplarischer Weise unter Bezugnahme
auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
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1 und 1A entgegengesetzte
perspektivische Draufsichten auf ein Ausführungsbeispiel eines modularen
Behälters
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Schnittdarstellung entlang der
Linie 2-2 der 1 bei der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
perspektivische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines modularen
Behälters gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 und 4A perspektivische
Draufsichten auf Ausführungsbeispiele
eines Festlegemoduls gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 bis 7 perspektivische
Draufsichten auf alternative Ausführungsbeispiele von elektrischen
Stromverteileranordnungen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 eine
Ansicht von unten eines Ausführungsbeispiels
einer elektrischen Stromverteileranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
mit angebrachtem Kabelbaum;
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9 eine
perspektivische Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines modularen Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf die 5 bis 7 sind elektrische
Stromverteileranordnungen 10, 100, 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung für
die Verwendung bei der Schaffung einer elektrischen Stromverteilung
an elektrische System konfiguriert, wie z. B. elektrische Systeme
einer Vorrichtung (nicht gezeigt). Bei einem Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Vorrichtung um ein Fahrzeug, das am Boden,
im Wasser oder in der Luft verwendbar ist, wie z. B. ein Kraftfahrzeug,
ein Boot, ein Flugzeug oder eine andere Konstruktion mit einem Rahmen, der
eine Vortriebsvorrichtung trägt,
sowie elektrische Systeme zur Verwendung bei elektrischen Komponenten
der Vorrichtung aufweist. Die elektrischen Stromverteileranordnungen 10, 100, 200 (s. 5 bis 7)
verwenden unterschiedliche Kombinationen von modularen Behältern 12, 14 und
Festlegemodulen 16 (5) und 16' (6),
um unterschiedliche Sätze
von elektrischen Anforderungen oder Versionen für das gleiche Fahrzeug zu erfüllen. Das heißt, ein
Fahrzeug kann unterschiedliche Ausrüstungspakete bei verschiedenen
Modellen oder Versionen des gleichen Fahrzeugs aufweisen. Aufgrund verschiedener
modularer Behälter
können
unterschiedliche elektrische Anforderungen erfüllt werden, wobei gleichzeitig
der Platzbedarf in dem Fahrzeug sowie der Materialverbrauch optimiert
sind, da die Größe der modularen
Behälter
minimiert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind die modularen Behälter
dadurch minimiert, dass die modularen Behälter derart konfiguriert werden,
dass sie voll mit elektrischen Komponenten bestückt werden. Mit anderen Worten
kann bei diesem Ausführungsbeispiel
der gesamte verfügbare
Raum jedes modularen Behälters mit
elektrischen Komponenten gefüllt
werden, wobei jede einzelne elektrische Komponente eine Funktion in
der Fahrzeugelektrik erfüllt.
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Die 1 und 1A veranschaulichen
einen modularen Behälter 12,
der dafür
konfiguriert ist, elektrische Komponenten, wie Sicherungen 18,
Dioden 20 und Ausschalter 22, aufzunehmen bzw.
mit diesen bestückt
zu werden. Der modulare Behälter 12 ist
aus einem dielektrischen Material gebildet, wie z. B. einem hitzebeständigen Kunststoff
oder einem anderen geeigneten Material. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der modulare Behälter 12 mit
untereinander austauschbaren internen Merkmalen zum Aufnehmen von
gleichen elektrischen Komponenten ausgestattet. Beispiele für gleiche
Komponenten beinhalten Sicherungen 18, Dioden 20 und
Ausschalter 22 mit unterschiedlichen Strom- oder Spannungseigenschaften,
sind jedoch nicht darauf beschränkt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
beinhaltet der modulare Behälter 12 zwei
Sätze einander
gegenüberliegender
Seiten 28, 30 und 34, 36. Angrenzend
an die Seite 36 ist eine Aussparung 24 in dem
modularen Behälter 12 gebildet,
so dass ein Steg 38 gebildet ist, der mindestens eine Öffnung 26 zum
Aufnehmen eines Befestigungselements (nicht gezeigt) aufweist, um
den modularen Behälter 12 in
einer in dem Fahrzeug installierten Position zu befestigen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
des modularen Behälters 12,
wie es in 2 gezeigt ist, bei der es
sich um eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der 1 handelt,
ist eine strukturelle Anordnung zum Aufnehmen einer Reihe von Sicherungen 18 in einer
in dem Behälter 12 ausgebildeten
Aussparung 50 vorgesehen. In dem modularen Behälter 12 sind Anordnungspaare
von Anschlussöffnungen 44, 46 ausgebildet,
um eine der beiden entsprechenden Leitungen 19 für jede Sicherung 18 aufzunehmen.
Ein Buchsenanschluss 42 ist in das Innere jeder Öffnung 44 eingesetzt,
um eine Leitung 19 der Sicherung 18 aufzunehmen.
In ähnlicher
Weise ist ein Buchsenanschluss 52 in das Innere jeder Öffnung 46 eingesetzt, um
die andere Leitung 19 der Sicherung 18 aufzunehmen.
Eine Leitung 48 eines Fahrzeug-Kabelbaums (siehe z. B.
den Kabelbaum 106 in 8) ist gegenüber von
der Aussparung 50 in die Öffnung 44 eingeführt und
mit dem Anschluss 42 verbunden. Eine Stromschiene 54 mit
einem flachsteckerartigen Anschluss 56 gegenüber von
der Aussparung 50 ist zur Verbindung mit dem Anschluss 52 in
die Öffnung 46 eingeführt. Festhaltemittel
zum Festhalten der verschiedenen Komponenten in ihrer Position sind
in der Technik bekannt und werden hier nicht weiter erläutert.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 1 und 2 weist der modulare Behälter 12 eine
Verbindungseinrichtung 40 (1A) auf,
die der Seite 30 zugeordnet ist. Die Verbindungseinrichtung 40,
die bei einem Ausführungsbeispiel
ein Schwalbenschwanzprofil bildet, ist dafür konfiguriert, eine gegenseitige
Verbindung mit einer Verbindungseinrichtung 72 herzustellen,
die in einer Seite 62 eines modularen Behälters 14 (s. 3)
ausgebildet ist, wobei die in 5 gezeigten,
miteinander verbundenen modularen Behälter 12, 14 in
ineinander greifender Weise verbunden sind. Es versteht sich, dass
auch andere Verbindungseinrichtungskonstruktionen verwendet werden
können,
um die einander benachbarten modularen Behälter miteinander zu verbinden oder
zu verriegeln oder einander benachbarte modulare Behälter in
einer anderen Weise in Eingriff zu bringen, und dass eine oder mehrere
der modularen Behälter
eine oder mehrere Einrichtungen aufweisen können, die einer oder mehreren
Seiten des modularen Behälters
entsprechend vorgesehen sind, um mehrere modulare Behälter miteinander
zu verbinden, miteinander zu verriegeln oder anderweitig miteinander
in Eingriff zu bringen.
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Wie
ferner in den 3, 5 und 6 gezeigt
ist, beinhaltet der modulare Verbinder 14 Paare einander
gegenüberliegender
Seiten 58, 60 und 62, 64, wobei
er zum Auf nehmen elektrischer Komponenten 74, wie z. B.
Relais, konfiguriert ist, wie dies in der Technik bekannt ist. Wie
ferner in 3 gezeigt ist, ist eine Einrichtung 73 ähnlich der Verbindungseinrichtung 40 in 2 der einen Seite 60 zugeordnet,
um eine Koppelung mit einer Verbindungseinrichtung 88 eines
Festlegemoduls 16 (4) herzustellen,
das in 5 im gekoppelten Zustand dargestellt ist. Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel
des Festlegemoduls 16 enthält ein Festlegemodul 16' elektrische
Komponenten und sorgt ähnlich
dem Modul 16 für
eine verbesserte strukturelle Halterung für die zusammengebaute elektrische
Verteileranordnung 10, 100 (5 und 6).
Bei einem Ausführungsbeispiel
sind diese Verbindungseinrichtungen untereinander austauschbar,
so dass sie mit Verbindungseinrichtungen von anderen modularen Behälterkonstruktionen
verbindbar sind. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist eine Aussparung 66 (6) in einem
modularen Behälter 14 gebildet,
so dass ein Steg 68 gebildet ist, der mindestens eine Öffnung 70 zum
Aufnehmen von Befestigungselementen (nicht gezeigt) aufweist, um
den modularen Behälter
in einer installierten Position in dem Fahrzeug zu befestigen.
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Wie
ferner in 4 gezeigt ist, kann das Festlegemodul 16 dafür verwendet
werden, eine zusätzliche
Halterung für
miteinander gekoppelte elektrische Stromverteileranordnungen zu
schaffen, wie dies für
die elektrische Stromverteileranordnung 10 in 5 gezeigt
ist. Das heißt,
in den 5, 6 schaffen jeweilige Festlegemodule 16, 16' eine strukturelle
Halterung, um eine freitragende Anordnung für die elektrische Stromverteileranordnung 10, 100 zu
vermeiden. Mit anderen Worten sind ohne das Festlegemodul 16 oder 16' (4 oder 4A),
die Öffnung 26 des
modularen Behälters 26 sowie
die Öffnungen 70 des
modularen Behälters 14,
die Befestigungselemente für
die Halterung der Stromverteileranordnung 10, 100 aufnehmen,
auf nur einer Seite der Stromverteileranordnung 10 angeordnet. Wie
in der Zeichnung gezeigt ist, beinhaltet das Festlegemodul 16 Seiten 76, 77, 78, 80.
Angrenzend an die Seite 76 ist eine Aussparung 82 in
dem Festlegemodule 16 gebildet, so dass ein Steg 84 gebildet wird,
der mindestens eine Öffnung 86 zum
Aufnehmen eines Befestigungselements (nicht gezeigt) aufweist, um
das Festlegemodul 16 in einer installierten Position in
dem Fahrzeug zu befestigen. Das Festlegemodul 16 kann mit
einer beliebigen geeigneten Größe und/oder
Formgebung hergestellt werden, um dem Raum Rechnung zu tragen, in
dem die elektrische Stromverteileranordnung 10 installiert
werden soll. Das Festlegemodul 16 stellt eine Koppelung
mit benachbarten modularen Behältern
her, so dass die zusammengebaute elektrische Stromverteileranordnung
eine verbesserte Verbin dungs-Schnittstelle zu dem Fahrzeug erhält und somit
die anderen modularen Behälter
derart gefertigt werden können,
dass sie nur in einem Bereich des modularen Behälters eine Konstruktion zum
Befestigen des modularen Behälters
an einem Fahrzeug aufweisen (s. Stege 38, 68 in den 1, 3 für die entsprechenden
modularen Behälter 12, 14).
Bei einem Ausführungsbeispiel
können
mehrere Festlegemodule 16 für die Koppelung mit gegenüberliegenden
Seiten von zusammengebauten elektrischen Stromverteileranordnungen
verwendet werden, so dass keiner der modularen Behälter Stege
mit Öffnungen
zum Aufnehmen von Befestigungselementen für die Befestigung der elektrischen
Stromverteileranordnung aufweisen müsste. Bei einer derartigen
Konstruktion könnten
die modularen Behälter
in einer kompakteren Anordnung ausgebildet werden, insbesondere
bei Verwendung von mehreren modularen Behältern.
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Wie
in 5 gezeigt ist, sind die modularen Behälter 12, 14 miteinander
gekoppelt, wobei der modulare Behälter 14 auch mit dem
Festlegemodul 16 gekoppelt ist, um eine zusammengebaute
elektrische Stromverteileranordnung 10 zu bilden. Die elektrische
Stromverteileranordnung 10 entspricht den in einem Modell
oder einer Version eines Fahrzeugs installierten elektrischen Systemkomponenten.
Eine Drahtführung 90 ist
an Oberflächen
der modularen Behälter 12, 14 befestigt,
die den in den Behältern angebrachten
elektrischen Komponenten entgegengesetzt ist, und dient als Hilfe
beim Einführen
der Leitungen des Fahrzeug-Kabelbaums in die entsprechenden Öffnungen
der modularen Behälter. 8 zeigt
eine Bodenansicht einer elektrischen Stromverteileranordnung 300,
bei der Leitungen eines Kabelbaums 106 durch die Drahtführung 114 in
die entsprechenden Öffnungen
der modularen Behälter 108, 110, 112 hineingeführt sind.
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Wie
in 6 gezeigt ist, sind die modularen Behälter 12, 14 miteinander
gekoppelt, wobei der modulare Behälter 14 auch mit dem
Festlegemodul 16' gekoppelt
ist, um eine zusammengebaute elektrische Stromverteileranordnung 100 zu
bilden. Die elektrische Stromverteileranordnung 100 entspricht den
in einem Modell oder einer Version eines Fahrzeugs installierten
elektrischen Systemkomponenten. Eine Drahtführung 90 ist an Oberflächen der
modularen Behälter 12, 14 befestigt,
die den in den Behältern
angebrachten elektrischen Komponenten entgegengesetzt ist, und dient
als Hilfe beim Einführen
der Leitungen des Fahrzeug-Kabelbaums
in die entsprechenden Öffnungen
der modularen Behälter.
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7 zeigt
ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer zusammengebauten elektrischen Stromverteileranordnung 200,
bei dem ein Paar modularer Behälter 14 miteinander
sowie auch mit einem modularen Behälter 12 gekoppelt
sind. Die elektrische Stromverteileranordnung 200 entspricht
den in einem anderen Modell oder einer anderen Version des gleichen
Fahrzeugs installierten elektrischen Systemkomponenten, das die
elektrische Stromverteileranordnung 100 verwendet. Eine
Drahtführung 92 ist
an Oberflächen
der modularen Behälter 12, 14, 14 befestigt,
die den in den Behältern
angebrachten elektrischen Komponenten entgegengesetzt ist, und dient
als Hilfe beim Einführen
der Leitungen des Fahrzeug-Kabelbaums
in die entsprechenden Öffnungen
der modularen Behälter.
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Es
versteht sich, dass die modularen Behälter 12, 14, 16' eine Anschlusspositions-Gewährleistung
(TPA) enthalten können,
wie dies in der Technik bekannt ist und hier nicht weiter erläutert wird,
um sicherzustellen, dass die Anschlüsse in den modularen Behältern korrekt
installiert werden.
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Obwohl
die dargestellten modularen Behälteranordnungen
rechteckig ausgebildet sind, versteht es sich, dass auch andere
Geometrien verwendet werden können.
In ähnlicher
Weise können
auch andere Festlegemodul-Geometrien verwendet werden.
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9 zeigt
einen modularen Behälter 118, bei
dem es sich um ein alternatives Ausführungsbeispiel handelt und
der im Übrigen
dem modularen Behälter 12 ähnlich ist.
Der modulare Behälter 118 ist derart
konfiguriert, dass elektrische Leitungen, die den jeweiligen elektrischen
Komponenten entsprechen, zu einem elektrischen Verbinder 120 geführt sind.
Der elektrische Verbinder 120 und Einrichtungen 122 sind
der Seite 28 entsprechend vorgesehen, können jedoch bei anderen Ausführungsbeispielen einer
oder mehreren von den anderen Seiten entsprechen. Ein entsprechender
modularer Behälter 128 beinhaltet
einen komplementären
elektrischen Verbinder und komplementäre Einrichtungen. Es versteht
sich, dass bei Koppelung mit einem benachbarten modularen Behälter 128 entlang
der Seite 28 des modularen Behälters 118 der benachbarte
modulare Behälter 128 nicht
nur eine mechanische Koppelung mit dem modularen Behälter 118 herstellt,
sondern auch eine elektrische Verbindung mit dem modularen Behälter 118 herstellt.
Darüber
hinaus kann der modulare Behälter 128 einen
elektrischen Verbinder 132 für die Verbindung mit dem Fahrzeug-Kabelbaum aufweisen,
so dass sich die Verbindung zwischen der elektrischen Stromverteileranordnung
und dem Fahrzeug-Kabelbaum vereinfachen lässt.
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Die
Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
beschrieben worden, jedoch versteht es sich für den Fachmann, dass verschieden Änderungen
vorgenommen werden können
und Elemente durch Äquivalente
ersetzt werden können,
ohne dass man den Umfang der vorliegenden Erfindung verlässt. Außerdem sind viele
Modifikationen möglich,
um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die
Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass man den wesentlichen
Umfang von dieser verlässt.
Die Erfindung soll somit nicht auf das spezielle Ausführungsbeispiel
beschränkt
werden, das als bestmöglich
erachtetes Beispiel zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung offenbart ist, sondern die Erfindung
soll alle Ausführungsformen
mit umfassen, die im Umfang der nachfolgenden Patentansprüche liegen.
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Zusammenfassung
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Es
wird eine modulare elektrische Stromverteileranordnung (10)
geschaffen. Die Anordnung beinhaltet eine Mehrzahl modularer Behälter (12, 14, 16),
wobei jeder Behälter
zum Aufnehmen von elektrischen Komponenten konfiguriert ist, um
eine Verbindung mit elektrischen Systemen einer vorbestimmten Konfiguration
zu schaffen. Die Mehrzahl der Behälter ist für eine gegenseitige mechanische Verbindung
konfiguriert.