DE202004012318U1

DE202004012318U1 - Knoten- oder Verteilerelement für ein CAN-Bussystem zum Einsatz in insbesondere militärischen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE202004012318U1
Application number: DE200420012318
Authority: DE
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2014-08-07

Abstract

Knoten- oder Verteilerelement für ein CAN-Bussystem zum Einsatz in insbesondere militärischen Fahrzeugen, mit einem Gehäuse, in dem eine Leiterplatte angeordnet ist, auf welcher elektronische Bauelemente einschließlich mindestens eines Leistungstransistors angeordnet sind und welches Anschlusselemente zum Anschluss der Bauelemente an von außen kommende Kabel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als flaches Gehäuse (1) mit im wesentlichen rechteckigem Grundriss aufgebaut ist, mit einem Unterteil (1.1) und einem deckelartigen Oberteil (1.2), wobei im Gehäuse (1) eine Leiterplatte (2) derart angeordnet ist, dass sie bei zusammengesetztem Gehäuse mindestens in ihren Endbereichen zwischen Oberteil (1.2) und Unterteil (1.1) festgeklemmt ist, wobei Wärmeableitelemente (4.1) im Bereich der Leistungstransistoren (3.1) mit Wärmeableitflächen (4.2) der Leiterplatte (2) verbunden sind, welche in direktem Kontakt mit Wärmeaufnahmeflächen des Gehäuses stehen, und das Gehäuse (1) über wärmeleitende Verbindungselemente (5) mit einer Metallstruktur (S) des Fahrzeugs verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Knoten- oder Verteilerelement für ein CAN-Bussystem zum Einsatz in insbesondere militärischen Fahrzeugen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
CAN-Bussysteme, die insbesondere zum Einsatz in militärischen Fahrzeugen dienen, sind an sich bekannt und beispielsweise in DE 199 44 132 A1 beschrieben.
Bei bekannten CAN-Bussystemen werden im allgemeinen in einem Fahrzeug einige wenige CAN-Knoten an gut geeigneten Einbauorten angeordnet, an welche relativ viele Verbraucher angeschlossen sind. Damit wird das Bauvolumen des Knotens relativ groß und der Einbau wegen des im allgemeinen sehr engen Einbauraums schwierig. Auch die Zugänglichkeit zu Wartungs- und Instandsetzungszwecken ist kritisch. Da an einem Knoten relativ viele Verbraucher angeschlossen sind, ist der Aufbau und die Verkabelung des Knotens relativ komplex, womit die Ausfallwahrscheinlichkeit stark ansteigt.
Ein besonderes Problem bei derartigen Knoten- oder Verteilerelementen stellt die Ableitung der Verlustwärme und die Abschirmung in bezug auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knoten- oder Verteilerelement für ein CAN-Bussystem mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 so auszugestalten, dass bei geringem Konstruktionsaufwand ein Höchstmass an Sicherheit bezüglich des Ausfalls von Funktionen am Fahrzeug sowie eine hohe Wartungsfreundlichkeit erreicht werden und eine optimale Ableitung der Verlustwärme sowie eine gute Abschirmung in bezug auf EMV sichergestellt sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, das Gehäuse relativ klein und flach auszubilden und in jedem Gehäuse eine Leiterplatte derart in der Trennebene von Oberteil und Unterteil anzuordnen, dass sie bei zusammengesetztem Gehäuse mindestens in ihren Endbereichen zwischen Oberteil und Unterteil festgeklemmt ist. Für besondere Zwecke kann auf diese Leiterplatte eine zweite Leiterplatte aufgesteckt sein, auf der bestimmte Steuerkreise angeordnet sind. Dieser Aufbau führt dazu, dass in einem Fahrzeug viele kleine CAN-Knoten angeordnet sind, welche dann nur einzelne Verbraucher betreiben.
Durch den Aufbau des Gehäuses aus zwei Halbschalen, zwischen denen die Leiterplatte eingeklemmt ist, wird erreicht, dass eine Wärmeableitung auf zwei Wegen möglich ist. Es besteht zum einen eine direkte Wäremeableitung vom Leistungstransistor über die Leiterplatte und das Gehäuse über wärmeleitende Verbindungselemente direkt auf eine Metallstruktur des Fahrzeugs. Ein anderer Teil der Wärme kann über die Verrippung am Gehäuse direkt an die Umgebungsluft abgegeben werden.
Wie weiter unten anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, kann das Gehäuse so ausgeführt sein, dass drei verschiedene EMV-mäßig voneinander getrennte Kammern entstehen, wobei in einer mittleren Kammer, die die elektronischen Bauelemente enthält, ein EMV-mäßig abgeschirmter Bereich entsteht. Damit ist es möglich, die Anforderungen an die EMV mit sehr geringem mechanischen Aufwand auch bei der kleinen Bauform des Gehäuses zu realisieren.
Der Einbau des Gehäuses in das Fahrzeug ist in verschiedener Weise möglich. Es können entweder die Signalleitungen direkt an die Leiterplatte im Gehäuse angeschlossen sein und werden dann in Kabeln durch Durchbrüche an den Gehäuseenden geführt. Es müssen dann an den Anschlusskabeln an geeigneten Stellen Trennstellen vorgesehen sein, damit der Knoten samt der damit fest verbundenen Teile der Anschlusskabel zu Instandsetzungszwecken ausgetauscht werden kann. Diese Lösung hat den Vorteil geringerer Kosten und dass keine speziellen Steckersysteme benötigt werden, um die Anschlüsse an Gehäusen mit geringer Baugröße zu realisieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Signalleitungen einerseits direkt an die Leiterplatte und andererseits in Durchbrüchen der Gehäuseenden angeordnete Steckverbindungen angeschlossen sind, an welche über Stecker die von außen kommenden Kabel anschließbar sind. Bei dieser Lösung ist der Montageaufwand etwas geringer, weil auf die Konfektionierung der Anschlusskabel und die Verklebung der Formteile mit dem Gehäuse verzichtet werden kann. Es können zwar standardisierte Bauelemente verwendet werden, es entstehen aber erhöhte Kosten, weil die Zahl der benötigten Bauelemente höher ist.
Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für ein Knoten- oder Verteilerelement nach der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in einer perspektivischen Außenansicht im zusammengebauten Zustand das Gehäuse für einen CAN-Knoten;
2 in einem schematisierten Längsschnitt ein Knotenelement mit einem Gehäuse nach 1 mit angesetzten Formteilen;
3A das Gehäuse nach 2 in einem Schnitt parallel zur Trennebene der Gehäusehälften;
3B das Gehäuse nach 2 im explodierten Schnitt in Längsrichtung senkrecht zur Trennebene der Gehäusehälften;
4 das Gehäuse nach 2 im schematisierten Querschnitt bei angehobenem Oberteil;
5 das Gehäuse nach 2 im Längsschnitt bei angehobenem Oberteil;
5A den Bereich V aus 5 in vergrößerter Darstellung;
6 ein Knotenelement im Längsschnitt mit integrierten Steckverbindungen.
Das in den Zeichnungen dargestellte Knotenelement besitzt ein flaches Gehäuse 1 mit rechteckigem Grundriss mit einem Unterteil 1.1 und einem deckelartigen Oberteil 1.2, die durch Verschraubungen aneinander befestigt sind.
Das Unterteil ist an seiner Außenseite mit Kühlrippen 1.11 und das Oberteil mit Kühlrippen 1.21 versehen. Am Unterteil sind Befestigungslaschen 1.5 angeordnet, mittels derer das Gehäuse 1, wie beispielsweise in 4 zu erkennen, auf Schweißbutzen 5 aufgeschraubt werden kann, die mit der Metallstruktur S eines Fahrzeugs verbunden sind.
Das Gehäuse 1 weist an beiden Enden Durchbrüche 1.3 bzw. 1.4 auf, die mit mechanischen Anschlusselementen versehen sind, an welche, wie in 2 dargestellt, Formteile 13.1 und 13.2 angesetzt werden können.
Im Gehäuse 1 ist eine einzige Leiterplatte 2 angeordnet, die elektronische Bauelemente 3.1, 3.2, 3.3 trägt und im zusammengesetzten Zustand zwischen dem Oberteil 1.2 und dem Unterteil 1.1 eingeklemmt ist. Eine zusätzliche Befestigung der Leiterplatte ist nicht erforderlich.
Zur Ableitung der Verlustwärme sind zwei Wege vorgesehen, die in 4 genauer dargestellt sind. Es besteht einmal eine direkte Wärmeableitung vom Leistungstransistor 3.1 über ein als Durchkontaktierung ausgeführtes Wärmeableitelement 4.1 auf eine an der Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnete Wärmeableitfläche bzw. Kühlfläche 4.2, die in direktem Kontakt mit einer Wärmeaufnahmefläche an der Innenseite des Unterteils 1.1 steht. Es ergibt sich der in 4 dargestellte Wärmeabfluss L vom Transistor 2.1 durch die Leiterplatte 2 hindurch auf das Unterteil 1.1 des Gehäuses und über den Schweißbutzen 5 in die Metallstruktur S des Fahrzeugs. Durch die besondere Anordnung ist die Kühlfläche 4.2 elektrisch isoliert aber gut wärmeleitend mit dem Unterteil 1.1 des Gehäuses 1 verbunden.
Ein zweiter Weg der Wärmeableitung ist in 4 mit dem Pfeil A angedeutet. Die vom Transistor auf das Gehäuse übergegangene Wärme wird vom Gehäuse über die in 4 nicht dargestellten, aus 1 ersichtlichen Kühlrippen 1.11 und 1.21 abgestrahlt.
Die Befestigung der Leiterplatte 2 im Gehäuse 1 dient gleichzeitig zur Abschirmung im Hinblick auf EMV. In den Durchbrüchen 1.3 und 1.4 an den beiden Gehäuseenden ist jeweils eine elektrisch leitende Dichtung 9 eingelegt, die Masseflächen 7.1 und 7.2 auf der Leiterplatte 2 mit dem Gehäuseunterteil 1.1 bzw. dem Gehäuseoberteil 1.2 verbindet. Die Signalleitungen 6 sind auf den Innenlagen der Leiterplatte 2 unter den Massenflächen nach außen durchgeführt und auf beiden Seiten mit SMD-Kondensatoren 8 auf Masse gelegt.
Damit ist der Aufbau des Gehäuses mit einer "heißen" Kammer und zwei "kalten" Kammern einfach und kostengünstig realisiert.
Zum Anschluss an den CAN-Bus können entweder die Signalleitungen direkt an die Leiterplatte 2 angeschlossen sein, und es werden die Kabel durch die Durchbrüche 1.3 bzw. 1.4 nach außen geführt, oder es können, wie in 6 dargestellt, in den Durchbrüchen 1.3 bzw. 1.4 Steckverbindungen 10 angeordnet sein. In diesem Fall sind die Signalleitungen einerseits an die Leiterplatte 2 angeschlossen und andererseits an die Steckverbindungen 10. Dabei ist die Massefläche der Leiterplatte an die Masseleitungen der Steckverbindungen angeschlossen. An die Steckverbindungen 10 sind außen Stecker 11 anschließbar. Die Steckverbindungen 10 im Gehäuse werden von den jeweils zwei Halbschalen an den Gehäuseenden eingeklemmt, mit einem O-Ring 12 abgedichtet und mit einer Nut gegen Verdrehen und Zugbelastung gesichert.
Durch die besondere Anschlusstechnik sind im Inneren des Gehäuses 1 keine internen Steckverbindungen erforderlich, die bei Vibrationen zu Schwierigkeiten führen könnten. Die Vorrichtung wird dadurch sehr vibrationsunempfindlich.
Wegen der relativ geringen Abmessungen des Gehäuses 1 wird die Vorrichtung auch gegen eventuelle Verwindungen der Fahrzeugteile, an denen sie befestigt ist, unempfindlicher.

Claims

Knoten- oder Verteilerelement für ein CAN-Bussystem zum Einsatz in insbesondere militärischen Fahrzeugen, mit einem Gehäuse, in dem eine Leiterplatte angeordnet ist, auf welcher elektronische Bauelemente einschließlich mindestens eines Leistungstransistors angeordnet sind und welches Anschlusselemente zum Anschluss der Bauelemente an von außen kommende Kabel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse als flaches Gehäuse (1) mit im wesentlichen rechteckigem Grundriss aufgebaut ist, mit einem Unterteil (1.1) und einem deckelartigen Oberteil (1.2), wobei im Gehäuse (1) eine Leiterplatte (2) derart angeordnet ist, dass sie bei zusammengesetztem Gehäuse mindestens in ihren Endbereichen zwischen Oberteil (1.2) und Unterteil (1.1) festgeklemmt ist, wobei Wärmeableitelemente (4.1) im Bereich der Leistungstransistoren (3.1) mit Wärmeableitflächen (4.2) der Leiterplatte (2) verbunden sind, welche in direktem Kontakt mit Wärmeaufnahmeflächen des Gehäuses stehen, und das Gehäuse (1) über wärmeleitende Verbindungselemente (5) mit einer Metallstruktur (S) des Fahrzeugs verbunden ist.
Knoten- oder Verteilerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil (1.1) des Gehäuses (1) über Schweißbutzen (5) mit der Metallstruktur (S) des Fahrzeugs verbunden ist.
Knoten- oder Verteilerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Oberteil (1.2) des Gehäuses an seiner Außenseite mit Kühlrippen (1.21) versehen ist.
Knoten- oder Verteilerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (2) mindestens eine sich über ihre ganze Länge erstreckende Massefläche (7.1, 7.2) angeordnet ist und in Durchbrüchen (1.3, 1.4) an beiden Enden des Gehäuses (1) zur Anbringung von Steckverbindungen (10) oder zur Durchführung von Kabeln jeweils eine elektrisch leitfähige Dichtung (9) angeordnet ist, durch welche die Massefläche (7.1, 7.2) mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Knoten- oder Verteilerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitungen (6) auf den Innenlagen der Leiterplatte (2) unter der Massefläche (7.1, 7.2) nach außen geführt und auf beiden Seiten mit SMD-Kondensatoren (8) auf Masse gelegt sind.
Knoten- oder Verteilerelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitungen direkt an die Leiterplatte (2) angeschlossen sind und in Kabeln durch die Durchbrüche (1.3, 1.4) an den Gehäuseenden geführt sind.
Knoten- oder Verteilerelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitungen (6) einerseits direkt an die Leiterplatte und andererseits an in den Durchbrüchen (1.3, 1.4) der Gehäuseenden angeordnete Steckverbindungen (10) angeschlossen sind, an welche über Stecker (11) die von außen kommenden Kabel anschließbar sind, wobei die Massefläche (7.1, 7.2) der Leiterplatte (2) an die Masseleiter der Steckverbindungen angeschlossen ist.