DE19837314A1 - Vorrichtung für den Masseanschluß elektrischer Komponenten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Masseanschluß elektrischer Komponenten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen auf Massepotential liegenden, an der Karosserie befestigbaren Bolzen (1) und ein mit dem Bolzen (1) lösbar verbindbares Anschlußelement (2), an dem eine Vielzahl der elektrischen Komponenten anschließbar ist, umfaßt. Um eine einfach zusammenbaubare Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, an der nur niedrige, nach oben begrenzte Spannungsabfälle bzw. Masseversätze auftreten, wird vorgesehen, daß das Anschlußelement (2) rastend mit dem Bolzen (1) verbindbar ist und daß mindestens ein Teil der Mantelfläche (1b) des Bolzens (1) eine leitende Verbindung mit einer zugeordneten Fläche des Anschlußelementes (2) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Masseanschluß elektrischer Komponenten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen auf Massepotential liegenden, an der Karosserie, insbesondere unlösbar, befestigbaren Bolzen und ein mit dem Bolzen lösbar verbindbares Anschlußelement, an dem eine Vielzahl der elektrischen Komponenten anschließbar ist, umfaßt.

Im Fahrzeugbau wird üblicherweise für die Verbindung enthaltener elektrischer Komponenten mit dem Massepotential ein Gewindebolzen auf den Fahrzeugkörper geschweißt. Über diese Gewindebolzen werden dann jeweils Ringkabelschuhe gelegt und diese durch eine Schraubverbindung, beispielsweise mit einer Kragenmutter, fixiert. Die von den elektrischen Komponenten kommenden Kabel, die auf das Massepotential gelegt werden sollen, werden dann mit den Ringkabelschuhen verbunden. Massepunkte, an denen solche Vorrichtungen vorgesehen sind, werden entweder an geeigneten Stellen über das Fahrzeug verteilt oder aber an einem zentralen Basispunkt, z. B. im Motorraum, angebracht.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei derartigen Vorrichtungen, die auf einer Schraubverbindung basieren, hohe und nicht definierbare Spannungsabfälle bzw.

Masseversätze auftreten, was zu erheblichen Problemen vor allem auch bei dem Einsatz moderner Bussysteme führen kann. So erlaubt die Verwendung von CAN-BUS Systemen in Fahrzeugen einen maximalen definierten Spannungsabfall von 1,15V, der durch die bislang verwendeten Systeme nicht prozeßsicher gewährleistet werden kann. Hinzu kommt, daß das Zusammenschrauben einen komplizierten Schritt im Montageprozeß des Fahrzeugs darstellt, der Qualitätsprobleme zur Folge haben kann. Auch entstehen durch das zeitaufwendige und komplizierte Zusammenschrauben hohe Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zusammenbaubare Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, an der nur niedrige, nach oben begrenzte Spannungsabfälle bzw. Masseversätze auftreten.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anschlußelement mechanisch rastend mit dem Bolzen verbindbar ist und daß mindestens ein Teil der Mantelfläche des Bolzens eine elektrisch leitende Verbindung mit einer zugeordneten Fläche des Anschlußelementes bildet.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch die Fertigung durch rastendes Zusammenstecken ohne Verschrauben ein sehr einfacher Zusammenbau ermöglicht wird, der Zeit und Kosten spart und die Entstehung von Qualitätsproblemen vermeidet. Bei der Montage sind keinerlei Montagewerkzeuge erforderlich, und die radiale Belastung des bisherigen Bolzens (Drehmoment) entfällt gänzlich. Dadurch, daß ein Großteil der Mantelfläche des Bolzens eine leitende Verbindung mit einer korrespondierenden Fläche des Anschlußelements bildet, sobald Bolzen und Anschlußelement verrastet sind, wird durch den so gegenüber der Verbindung nach dem Stand der Technik verringerten Übergangswiderstand zudem ein begrenzter und geringer Spannungsabfall erreicht, der beispielsweise einen sicheren Einsatz von CAN-BUS Systemen in einem Fahrzeug erlaubt: Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist flexibel an unterschiedliche Stellen des Fahrzeugs einsetzbar. Ein definierter Spannungsabfall bzw. Masseversatz ist dadurch nicht mehr von der jeweiligen Montage, dem Drehmoment, abhängig.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden zusätzlich zu dem Anschlußelement Zusatzmodule vorgesehen, die mit dem Anschlußelement an dafür vorgesehenen Kontaktstellen so miteinander verbunden werden können, daß über das Anschlußelement eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zusatzmodul und dem Bolzen entsteht. Die Zusatzmodule weisen dabei wie auch das Anschlußelement Anschlußstellen für den Anschluß von elektrischen Komponenten auf. Alternativ können auch lediglich die Zusatzmodule über Anschlußstellen für elektrische Komponenten verfügen und das Anschlußelement selber nur Kontaktstellen für den Anschluß von Zusatzmodulen, nicht aber direkte Anschlüsse für die elektrischen Komponenten, aufweisen.

Die Verbindung zwischen einem Zusatzmodul und einem Anschlußelement ist vorzugsweise eine lösbare Verbindung, zum Beispiel eine Steckverbindung.

Ein solches aus einem Anschlußelement und je nach Bedarf hinzugefügten Zusatzmodulen gebildetes modulares System ermöglicht eine flexible Lösung für eine unterschiedliche Anzahl von anzuschließenden elektrischen Komponenten an verschiedenen Massepunkten. Insbesondere kann hierdurch die Anzahl ungenutzter Anschlüsse an Massepunkten mit geringer anzuschließender Komponentenzahl verringert werden.

Darüber hinaus kann die Gesamtzahl an Massepunkten im Fahrzeug verringert werden, da mit dem erfindungsgemäßen modularen System eine sehr große Anzahl an Anschlußstellen an einem einzigen Massepunkt zur Verfügung gestellt werden kann.

Für jedes hinzufügbare Zusatzmodul muß das Anschlußelement eine Kontaktstelle aufweisen, so daß die maximale Anzahl der hinzufügbaren Zusatzmodule durch die Anzahl der vorgesehenen Kontaktstellen festgelegt ist. In der Regel wird ein guter Ausgleich zwischen möglichst großer Flexibilität und einer nicht zu großen Anzahl an vorzusehenden Kontaktstellen des Anschlußelements mit einer Vorrichtung mit einem Maximum von vier Modulen, die sich aus einem Anschlußelement und bis zu drei Zusatzmodulen zusammensetzen, getroffen.

Der Anschluß der mit dem Massepotential zu verbindenden Komponenten an das Anschlußelement oder an ein mit diesem verbundenen Zusatzmodul erfolgt vorzugsweise durch eine Steckverbindung mit an dem Anschlußelement.

Zusätzlich zu standardmäßig benötigten Anschlußstellen können das Anschlußelement und die Module weitere Anschlußstellen für den Anschluß von weiteren Optionen oder Diensten aufweisen, die nur für Sonderausstattungen eingesetzt werden.

Es kann leicht eine flexible Lösung für unterschiedliche Kabelquerschnitte erreicht werden, beispielsweise indem Steckzungen (Tabs) verschiedener Breiten, insbesondere Breiten von 1,5mm und 2,8mm, an dem Anschlußelement bzw. an den Modulen vorhanden sind.

Insbesondere bei Karosserien aus Kunststoff oder Aluminium oder bei Hybrid-Körpern werden vorzugsweise alle eingesetzten erfindungsgemäßen Vorrichtungen an dem jeweiligen Bolzen oder dem jeweiligen Anschlußelement über ein Kabel mit dem negativen Pol der die elektrischen Komponenten versorgenden Spannungsquelle verbunden, so daß kein Strom über die Karosserie zu fließen braucht. Auf diese Weise wird ein besonders niedriger Spannungsabfall erreicht (Masserückleitung).

Vorteilhafterweise sitzt das Anschlußelement und jedes Zusatzmodul in einem eigenen Gehäuse. Werden des weiteren Führungselemente an den Gehäusen vorgesehen, wobei jeweils die Führungselemente eines Zusatzmoduls mit Führungselementen eines Anschlußelements zusammenwirken können, so kann die elektrische Verbindung zwischen dem Zusatzmodul und dem Anschlußelement auf einfache Weise durch Zusammenschieben der Gehäuse hergestellt werden, wobei bei dem Zusammenschieben gleichzeitig eine Kontaktstelle des Anschlußelements mit der Kontaktstelle des betroffenen Zusatzmoduls in einen elektrischen Kontakt tritt. Damit die Gehäuse in der Folge nicht ungewollt wieder auseinandergeschoben werden und somit der Kontakt unterbrochen wird, können, beispielsweise am Anschlußelement, Gehäuseverriegelungen vorgesehen werden, mit denen jeweils ein mit dem Gehäuse des Anschlußelements zusammengeschobenes Gehäuse eines Zusatzgehäuses arretiert werden kann. Die Steckkräfte sind so gewählt, daß dieser Steckprozeß manuell in der Nontagelinie des Fahrzeugherstellers geschehen kann.

Weitere vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Anschluß von elektrischen Komponenten über Kabelsätze an Massepunkten ist vor allem im Kraftfahrzeugbereich zu sehen. Es sind jedoch auch andere Einsatzgebiete denkbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Übersichtsdarstellung des Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines an die Karosserie eines Fahrzeuges zu schweißenden Bolzen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Anschlußelements gemäß dem Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Zusatzmoduls gemäß dem Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Anschlußelements mit Gehäuse und

Fig. 6 eine beispielhafte Verteilung des Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem Kraftfahrzeug.

Fig. 1 stellt eine Übersicht zum dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, aus der die Zuordnung der verschiedenen Teile zueinander deutlich wird. Die zu der Vorrichtung gehörigen Kunststoffelemente wurden in dieser Ansicht weggelassen.

Noch ohne Verbindung zu den anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Bolzen 1 dargestellt, der bereits auf die Karosserie eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeuges geschweißt ist.

Ein ebenfalls dargestelltes Anschlußelement 2 weist ein Verbindungselement 3 auf, über das das Anschlußelement 2 rastend mit dem Bolzen 1 verbunden werden kann. Das Anschlußelement 2 verfügt ferner über mehrere Anschlußstellen 4a, 4b für den Anschluß von Kabeln (nicht dargestellt) von auf Massepotential zu legenden Komponenten des Fahrzeugs. Ebenso sind an dem Anschlußelement 2 drei Kontaktstellen 5 für die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit jeweils einem Zusatzelement 6 angebracht.

An jeder der Kontaktstellen 5 ist ein Zusatzelement 6 angeschlossen. Jedes der Zusatzelemente 6 weist weitere Anschlüsse für den Anschluß von Kabeln auf. Die Zusatzelemente 6 sind in diesem Fall alle identisch ausgeführt, wodurch ein besonders einfaches modulares System erreicht wird. Je nach Anforderung können jedoch auch verschieden ausgebildete Zusatzmodule eingesetzt werden.

Die einzelnen Komponenten der Fig. 1 werden im folgenden unter Bezugnahmen auf die Fig. 2 bis 4 detaillierter beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen Bolzen 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Bolzen 1 weist an seinem unteren Ende einen Schweißbereich 1a auf, an dem der Bolzen 1 an die Karosserie eines Kraftfahrzeuges geschweißt werden kann, um ihn zu befestigen und auf Massepotential zu legen. Im mittleren Bereich 1b ist der Bolzen 1 zylinderförmig. Dieser Bereich 1b stellt einen Kontaktierungsbereich für einen Hochstromkontakt mit dem Anschlußelement 2 aus Fig. 1 dar. Am oberen Ende des Bolzens 1 befindet sich eine Nut 1c, über die ein Einrasten mit dem zugeordneten Element des Anschlußelementes 2 erfolgen kann.

Das Anschlußelementes 2 ist in Fig. 3 separat zu sehen. Im mittleren Bereich ist ein im wesentlichen hohlzylinderförmiger Element 3 angeordnet. Das Anschlußelement 2 und das hohlzylinderförmige Element 3 sind unlösbar miteinander verbunden. Dieses Element wird für das Anbringen des Anschlußelementes 2 auf dem Bolzen 1 verwendet. Das Anbringen erfolgt dabei durch ein Einrasten des Verbindungselements 3 über eine nicht näher dargestellte, der Nut 1c des Bolzens 1 zugeordneten Ausgestaltung des Verbindungselements 3. Im eingerasteten Zustand liegt die Innenfläche des hohlzylinderförmigen Verbindungselements 3 dicht an der Mantelfläche des Bolzens 1, insbesondere in dessen Kontaktierungsbereich 1b, an. Auf diese Weise wird ein niederohmiger Übergang von dem Anschlußelement 2 zu dem auf Massepotential liegenden Bolzen 1 geschaffen. Eine solche Art der Verbindung kann im Fertigungsprozeß sehr einfach hergestellt werden, da kein aufwendigen Zusammenschrauben, sondern lediglich ein Zusammenstecken erforderlich ist.

Das Anschlußelement 2 verfügt ferner über eine Anzahl von Anschlußmöglichkeiten für auf Massepotential zu legende elektrische Komponenten des Fahrzeugs. Für solche Anschlußmöglichkeiten eignen sich vor allem Steckzungen 4a verschiedener Breiten, wie z. B. 1,5mm und 2,8mm, und Bereiche 4b, die für ein Ultraschall-Anschweißen von Kabeln vorgesehen sind.

Schließlich sind an dem Anschlußelement 2 drei Kontaktbereiche 5 angebracht, auf die Zusatzmodule 6 an den entsprechenden Kontaktbereichen aufgesteckt werden können.

Fig. 4 zeigt eines der Zusatzmodule 6 aus Fig. 1. Wie auch das Anschlußelement 2 aus Fig. 1 und Fig. 3 besitzt das Zusatzmodul 6 verschiedene Anschlußstellen für elektrischen Komponenten, die auf Massepotential gelegt werden sollen. Als Anschlußstellen sind auch hier Steckzungen 6a und ein Bereich 6b für ein Ultraschall- Verschweißen vorgesehen. Korrespondierend zu einem der Kontaktbereiche 5 des Anschlußelements 2 weist das Zusatzmodul 6 eine Kontaktzunge 6c auf. Das Zusatzmodul 6 wird mit dieser Kontaktzunge 6c auf einen der Kontaktbereiche 5 des Anschlußelements 2 gesteckt, wie aus Fig. 1 deutlich wird.

In Fig. 5 ist ein Anschlußelement 2 aus Fig. 1 oder 3 mit Gehäuse 2a dargestellt. Das Gehäuse 2a gibt Zugang zu den Anschlußstellen in Form von Steckzungen 4a und einem Bereich für Ultraschallverschweißung 4b für den Anschluß von elektrischen Komponenten, sowie zu den Kontaktierungsbereichen 5 zu den Zusatzmodulen 6. Außerdem lassen sich Führungsschienen 2b erkennen, über die Zusatzmodule 6 mit entsprechend versehenem Gehäuse mit dem Anschlußelement 2 zusammengeschoben werden können, so daß sich eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem Zusatzmodul 6 und einer der Kontaktierungsbereiche 5 des Anschlußelements 2 ergibt. Das Gehäuse 2a ist zudem mit Gehäuseverriegelungen 2c versehen, die die Verbindung des Gehäuses des Anschlußelements 2 und der mit diesem zusammengeschobenen Gehäusen von Zusatzmodulen verriegeln, wodurch ein unbeabsichtigtes Auseinanderschieben kombinierter Teile verhindert wird.

Fig. 6 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer möglichen Verteilung von erfindungsgemäßen Vorrichtungen in dem Fahrzeug mit Ausnahme des Motorraums. An den Massepunkten M ist jeweils ein Bolzen 1 mit der Karosserie verbunden und mit einem Anschlußelement 2 versehen. Je nach Bedarf an Anschlüssen an den einzelnen Massepunkten M ist das Anschlußelement 2 mit keinem bis drei Zusatzmodulen 6 versehen. Durch das modulare System, mit dem über einen einzigen Bolzen 1 eine große Anzahl an Anschlüssen zur Verfügung gestellt werden kann, ist es möglich, die Anzahl der Massepunkte M, an denen eine Vorrichtung für den Masseanschluß elektrischer Komponenten angebracht wird, geringer zu halten, als dies mit bekannten Vorrichtungen der Fall ist.

Claims (14)

1. Vorrichtung für den Masseanschluß elektrischer Komponenten, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die einen auf Massepotential liegenden, an der Karosserie, insbesondere unlösbar, befestigbaren Bolzen (1) und ein mit dem Bolzen (1) lösbar verbindbares Anschlußelement (2), an dem eine Vielzahl der elektrischen Komponenten anschließbar ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) mechanisch rastend mit dem Bolzen (1) verbindbar ist und daß mindestens ein Teil der Mantelfläche (1b) des Bolzens (1) eine elektrisch leitende Verbindung mit einer zugeordneten Fläche des Anschlußelementes (2) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (1) an der Karosserie im Schweißverfahren befestigbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzmodule (6) vorgesehen sind, die einen Kontaktbereich (6c) sowie Anschlußstellen (6a, 6b) für den Anschluß von elektrischen Komponenten aufweisen, und daß das Anschlußelement (2) Kontaktbereiche (5) aufweist, wobei die Zusatzmodule (6) derart durch eine Verbindung mit dem Anschlußelement (2) verbunden werden können, daß jeweils über einen Kontaktbereich (5) des Anschlußelements (2) und den Kontaktbereich (6c) eines Zusatzmoduls (6) eine elektrisch leitende Verbindung geschaffen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmodule (6) mit dem Anschlußelement (2) durch eine lösbare Verbindung, insbesondere durch eine Steckverbindung, elektrisch leitend verbindbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Zusatzmodule (6) mit einem Anschlußelement (2) elektrisch leitend verbindbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktbereich (6c) durch eine Flachsteckzunge für elektrische Kontaktierungen gebildet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) und/oder die Zusatzmodule (6) Flachsteckzungen (4a, 6a) und/oder Schweißbereiche (4b, 6b) für ein Ultraschall- Schweißen aufweisen, über die die elektrischen Komponenten mit dem Anschlußelement (2) und/oder den Modulen (6) elektrisch leitend verbindbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) und/oder die Zusatzmodule (6) Anschlüsse für unterschiedliche Kabelquerschnitte und/oder für unterschiedliche Kabelquerschnittskombinationen und/oder für unterschiedliche Leitungsanzahlen aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) und/oder die Zusatzmodule (6) jeweils Steckzungen (4a, 6a) verschiedener Breiten, insbesondere 1,5mm und 2,8mm, aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (1) über die Karosserie des Fahrzeuges mit dem negativem Batteriepol verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (1) über die Schweißbereiche (4b) und/oder die jeweiligen Steckzungen (4a) mit dem negativem Batteriepol verbunden ist

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (2) und jedes der Zusatzmodule (6) über ein eigenes Gehäuse verfügen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2a) des Anschlußelements (2) und die Gehäuse der Zusatzmodule (6) Führungselemente für den Montageprozeß aufweisen, mittels derer die Gehäuse eines Anschlußelements (2) und eines Zusatzmoduls (6) zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen dem Anschlußelement (2) und einem Zusatzmodul (6) zusammenschiebbar und wieder demontierbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2a) des Anschlußelements (2) und/oder die Gehäuse der Zusatzmodule (6) Verriegelungsmittel (2c) zur Verriegelung zusammengesteckter Gehäuse aufweisen.