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Die Erfindung betrifft einen Stromverteiler eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise eine Landmaschine oder eine Baumaschine.
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Anzahl an Nebenaggregaten auf, die mittels eines Elektromotors betrieben sind. Ein derartiges Nebenaggregat ist, sofern das Kraftfahrzeug beispielsweise eine Landmaschine oder Baumaschine ist, ein Hydrauliksystem, mittels derer weitere Aktoren angetrieben sind. Mit anderen Worten dient das Nebenaggregat dem Ausführen einer bestimmten Funktion des Kraftfahrzeugs. Auch sind meist sonstige Nebenaggregate vorhanden, die dem Komfort des Benutzers des Kraftfahrzeugs dienen, wie eine Sitzheizung oder ein Heizgebläse.
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Die zum Betrieb der Nebenaggregate erforderliche elektrische Energie wird üblicherweise mittels einer Batterie bereitgestellt, die je nach Ausgestaltung eine Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V aufweist. Üblicherweise ist an die Batterie eine Anzahl an Leitungen angeschlossen, von denen jede zu dem jeweiligen Nebenaggregat reicht. Jede der Leitungen ist meist mittels einer zugeordneten Sicherung abgesichert. Hierbei wird mittels der Sicherung ein Überstrom über die jeweilige Leitung überwacht, der beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion des jeweiligen Nebenaggregats hervorgerufen wird.
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Zur Verringerung eines Verkabelungsaufwand werden sogenannte Stromverteiler herangezogen. Hierbei ist zwischen der Batterie und dem Stromverteiler lediglich eine einzige elektrische Leitung vorhanden, und die einzelnen Nebenaggregate sind an den Stromverteiler angeschlossen. In dem Stromverteiler sind üblicherweise die etwaigen Sicherungen oder zumindest Halterungen für die Sicherungen vorgesehen, sodass der Stromverteiler auch als Sicherungskasten dient.
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Sofern eine der Sicherungen ausgelöst wird, ist dies für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs lediglich aufgrund eines Ausfalls des jeweiligen Nebenaggregats wahrnehmbar. Sofern das Nebenaggregat hierbei nicht direkt überwacht werden kann, wird der Ausfall vergleichsweise spät bemerkt, was zu einem erhöhten Aufwand führen kann. Wird beispielsweise ein Ausfall einer Sähvorrichtung oder dergleichen bei einer Landmaschine zu spät bemerkt, muss ein Teil des zu besähenden Felds nochmals mit der Landmaschine befahren werden. Auch ist bei einem Ausfall des jeweiligen Nebenaggregats für den Benutzer nicht sofort ersichtlich, dass die Sicherung ausgelöst wurde. Vielmehr ist es erforderlich, dass der Benutzer eine Vielzahl an unterschiedlichen Fehlerquellen überprüfen muss, wobei die ausgelöste Sicherung lediglich eine einzige dieser Optionen darstellt. Somit ist ein Betriebs- und Wartungsaufwand erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Stromverteiler eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere eine Anpassbarkeit erhöht ist, und wobei zweckmäßigerweise eine Montage/Überwachung vereinfacht ist, und wobei vorzugsweise ein Gewicht verringert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Der Stromverteiler ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, das zweckmäßigerweise landgebunden ist. Hierfür weist das Kraftfahrzeug insbesondere eine Anzahl an Rädern auf, die mittels eines Antriebs angetrieben sind. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise nicht schienengebundenen ausgestaltet und weist zum Beispiel eine Anzahl an steuerbaren Rädern auf, mittels derer eine Fortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs eingestellt werden kann.
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Das Kraftfahrzeug ist insbesondere eine Landmaschine, wie ein Traktor, also ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug, ein Mähdrescher, eine Pflanzmaschine oder ein Düngerstreuer. Alternativ hierzu ist das Kraftfahrzeug insbesondere eine Baumaschine, wie ein Bagger, ein Frontlader, ein Muldenkipper, ein Seitenkipper, ein Gabelstapler oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Alternativ hierzu ist das Kraftfahrzeug beispielsweise ein Personenkraftwagen (Pkw).
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Der Stromverteiler dient insbesondere dem Führen von elektrischer Energie. Hierfür ist im Montagezustand der Stromverteiler zweckmäßigerweise zwischen einer Batterie des Kraftfahrzeugs und einem Aggregat des Kraftfahrzeugs angeordnet, und die benötigte elektrische Energie des Aggregats wird mittels des Stromverteilers zumindest teilweise geführt. Das Nebenaggregat ist beispielsweise ein Hauptantrieb des Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt jedoch handelt es sich um ein Nebenaggregat, das also insbesondere nicht dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient, sondern der Durchführung einer weiteren Funktion. Beispielsweise dient das Nebenaggregat der Erhöhung eines Komforts eines Fahrers des Kraftfahrzeugs. Besonders bevorzugt jedoch wird mittels des Nebenaggregats eine bestimmte Funktion durchgeführt, für die das Kraftfahrzeug vorgesehen ist, insbesondere sofern das Kraftfahrzeug eine Land- oder Baumaschine ist. Zum Beispiel ist das Nebenaggregat eine Hydraulikpumpe, mittels derer ein Hydraulikkreislauf angetrieben ist.
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Der Stromverteiler weist einen Stromeingang auf. Der Stromeingang ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, elektrisch mit einem Energiespeicher kontaktiert zu werden, wie insbesondere einer Batterie. Hierbei ist vorzugsweise zwischen dem Energiespeicher und dem Stromeingang eine Leitung, wie ein Kabel, angeordnet, sodass die elektrische Kontaktierung indirekt mittels des Kabels erfolgt. Hierfür ist der Stromeingang geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Beispielsweise ist der Stromeingang mittels eines Bolzens zumindest teilweise gebildet, an dem im Montagezustand ein Kabelschuh angebunden ist. Beispielsweise wird der Kabelschuh mittels einer Mutter gehalten, und der Bolzen weist vorzugsweise ein korrespondierendes Außengewinde auf, sodass die Mutter auf diesen geschraubt werden kann. Vorzugsweise wird mittels des Energiespeichers eine Gleichspannung bereitgestellt, und der Stromverteiler ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Die Gleichspannung weist beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V auf. Vorzugsweise ist der Stromverteiler geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, einen Gleichstrom zu tragen. Vorzugsweise ist des Stromverteiler geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet, einen elektrischer Strom von maximal zwischen 50 A und 200 A oder zwischen 100 A und 150 A zutragen.
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Ferner weist der Stromverteiler einen Stromausgang auf, der zum Beispiel geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist, an ein Nebenaggregat angeschlossen zu werden. Insbesondere bei Montage an den Stromausgang ein Anschluss einer Leitung, vorzugsweise eines Kabels, mittels dessen somit der Stromausgang mit dem etwaigen Nebenaggregat verbunden ist. Mittels des Stromverteilers erfolgt beispielsweise eine Veränderung der elektrischen Spannung, sodass an dem Stromausgang eine geringere oder größere Spannung anliegt als am Stromeingang. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt mittels des Stromverteilers keine Beeinflussung der anliegenden elektrischen Spannung. Vorzugsweise erfolgt mittels des Stromverteilers eine Begrenzung eines über den Stromausgang geführten elektrischen Stroms. Hierfür ist der Stromverteiler insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Somit wird mittels des Stromverteilers zum Beispiel ein Überstrom zu dem etwaigen Nebenaggregat vermieden.
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Der Stromverteiler weist ferner ein Schaltelement auf, das zwischen den Stromeingang und den Stromausgang geschaltet ist. Mittels Betätigung des Schaltelements ist somit eine Unterbrechung eines elektrischen Stromflusses von dem Stromeingang zu dem Stromausgang möglich. Der Stromverteiler umfasst ferner eine Steuereinheit, die signaltechnisch mit dem Schaltelement gekoppelt ist. Somit ist ein Austausch von Signalen und/oder Daten zwischen dem Schaltelement und der Steuereinheit möglich. Insbesondere erfolgt zumindest teilweise eine Überwachung des Schaltelements mittels der Steuereinheit. Aufgrund der signaltechnischen Kopplung ist somit eine Beeinflussung von Funktionen des Schaltelements zumindest teilweise möglich. Hierfür ist die Steuereinheit geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet.
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Zudem ist die Steuereinheit mit einer Schnittstelle signaltechnisch gekoppelt. Die Schnittstelle dient der signaltechnischen Ankopplung an ein Bussystem des Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Schnittstelle geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise erfüllt die Schnittstelle den jeweiligen Bus -Standard des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise ist das Bussystem ein CAN-Bussystem oder ein Flexray-Bussystem. Vorzugsweise wird die Schnittstelle mittels der Steuereinheit betrieben. Aufgrund der Schnittstelle ist somit eine Kommunikation mit weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs möglich. Hierbei ist es möglich, dass die Steuereinheit mit den weiteren Bestandteilen über die Schnittstelle kommuniziert und somit ein Datenaustausch vorhanden ist.
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Da die Steuereinheit zudem mit dem Schaltelement signaltechnisch gekoppelt ist, ist es somit möglich, über das Bussystem einen Zustand des Schaltelements oder zumindest eine Informationen über den Zustand des Schaltelements zu übertragen, wobei mittels der Steuereinheit beispielsweise der Zustand des Schaltelements bzw. die Informationen über den Zustand des Schaltelements direkt in das Bussystem eingespeist wird. Alternativ hierzu erfolgt beispielsweise eine Bearbeitung der Information bezüglich des Zustandes und/oder eine Kategorisierung. Hierbei wird bei Betrieb vorzugsweise die jeweilige Kategorie mittels der Schnittstelle in das Bussystem eingespeist. Somit ist eine zu übertragende Datenmenge verringert. Auch ist es möglich, mittels der Bussystems Daten zu empfangen, anhand derer beispielsweise zumindest teilweise eine Umprogrammierung der Steuereinheit und/oder eine Anpassung von Funktionen der Steuereinheit erfolgt. Insbesondere werden hierbei bestimmte Parameter angepasst. Alternativ oder in Kombination hierzu erfolgt eine Beeinflussung von Funktionen des Schaltelements in Abhängigkeit von über das Bussystem empfangenen Daten. Beispielsweise wird der Schalter entsprechend von aktuellen Anforderungen parametrisiert.
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Somit erfolgt eine Beeinflussung des Nebenaggregats mittels des Stromverteilers, wobei ein direkter mechanischer und/oder signaltechnischer Kontakt mit diesem nicht erforderlich ist. Folglich sind ein Verkabelungsaufwand und ein Steueraufwand verringert. Daher ist auch ein Gewicht verringert und eine Montage vereinfacht. Zudem ist eine Anpassung der Steuereinheit und/oder des Schaltelements erleichtert.
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Beispielsweise ist die Steuereinheit mittels eines anwendungspezifischen Schaltkreises (ASIC) gebildet. Besonders bevorzugt weist die Steuereinheit zusätzlich oder alternativ einen programmierbaren Mikroprozessor auf. Aufgrund der Programmierbarkeit ist eine Anpassbarkeit weiter verbessert. So ist beispielsweise bei einem Austausch des Nebenaggregats, das an den Stromanschluss angeschlossen ist, eine Anpassung des Stromverteilers über das Bussystem an geänderte Vorgaben vergleichsweise zeitsparend möglich. Besonders bevorzugt wird bei Betrieb mittels der Steuereinheit zumindest teilweise eine Diagnosefunktion durchgeführt, und das Ergebnis wird in das Bussystem eingespeist, beispielsweise jedes Mal bei Durchführung der Diagnosefunktion oder in Abhängigkeit des Ergebnisses der Diagnosefunktion. Somit ist das Wissen um den Zustand des Stromverteilers, insbesondere des Schaltelements, in dem Kraftfahrzeug vorhanden. Beispielsweise wird der Zustand des Stromverteilers, insbesondere des Schaltelements, auf einem etwaigen Display des Kraftfahrzeugs bei Betrieb ausgegeben. Somit ist für den Benutzer des Kraftfahrzeugs der Zustand des etwaigen Nebenaggregats im Wesentlichen sofort ersichtlich, was einen Komfort erhöht.
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Beispielsweise weist der Stromverteiler einen weiteren Dateneingang auf, mittels dessen eine Beeinflussung erfolgt werden kann, insbesondere der Steuereinheit. Zweckmäßigerweise erfolgt über den weiteren Dateneingang, sofern dieser vorhanden ist, eine Programmierung der Steuereinheit, sofern diese programmierbar ausgestaltet ist. Eine Programmierung über das Bussystem ist hierbei vorzugsweise nicht möglich. Auf diese Weise ist bei einer Fehlfunktion des Bussystems ein Fehlverhalten des Stromverteilers ausgeschlossen oder zumindest eine Änderung der Steuereinheit, was zu einem unsicheren Verhalten führen könnte. Folglich ist eine Sicherheit erhöht. Hierbei ist mittels des weiteren Dateneingangs jedoch auch weiterhin eine Beeinflussung des Stromverteilers möglich, beispielsweise bei einer Wartung des Kraftfahrzeugs.
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Beispielsweise weist der Stromverteiler eine Sicherung auf. Vorzugsweise ist die Sicherung elektrisch in Reihe zwischen das Schaltelement und den Stromeingang geschaltet. Mittels der Sicherung ist somit eine Beschädigung des Schaltelements verhindert.
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Vorzugsweise weist das Schaltelement ein Steuereingang auf, der mit der Steuereinheit wirkverbunden ist. Über den Steuereingang erfolgt zweckmäßigerweise eine Ansteuerung des Schaltelements. Vorzugsweise wird bei Ansteuerung des Steuereingangs mittels der Steuereinheit ein Schaltzustand des Schaltelements verändert und dieser beispielsweise in einen elektrisch leitenden oder in einen elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt. Alternativ oder in Kombination hierzu ist beispielsweise eine Erhöhung eines Widerstands des Schaltelements über den Steuereingang möglich. Zweckmäßigerweise wird zur Ansteuerung des Schaltelements, insbesondere zur Änderung des Schaltzustands, eine elektrische Spannung an den Steuereingang angelegt, wobei der Schaltzustand abhängig von dem Wert der angelegten elektrischen Spannung ist. Somit ist bei dem Schaltelement keine zusätzliche Steuerung erforderlich, was Herstellungskosten reduziert.
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Vorzugsweise umfasst der Stromverteiler einen Stromsensor. Hierbei ist die Steuereinheit zweckmäßigerweise mit dem Stromsensor verbunden. Somit ist es möglich, mittels der Steuereinheit einen elektrischen Strom zu erfassen. Der Stromsensor ist vorzugsweise ein Bestandteil des Schaltelements, sodass mittels der Steuereinheit ein mittels des Schaltelements geführter elektrischer Strom erfasst werden kann. Beispielsweise weist das Schaltelement hierfür eine geeignete Verschaltung einzelner Bauelemente zur Realisierung des Stromsensors auf. Vorzugsweise ist der Stromsensor zumindest teilweise mittels eines Shunts gebildet. Aufgrund des Stromsensors ist es somit möglich, einen Zustand des Schaltelements und/oder eines zu dem etwaigen Nebenaggregat geführten elektrischen Stroms zu erfassen. Mit anderen Worten wird insbesondere überprüft, wie groß der mittels des Stromverteilers geführte elektrische Strom ist. Somit ist eine Überwachung verbessert und insbesondere eine Diagnose vereinfacht. In einer Alternative hierzu ist der Stromsensor beispielsweise separat von dem Schaltelement. Hierbei dient der Stromsensor jedoch vorzugsweise ebenfalls dem Messen des mittels des Schaltelements geführten elektrischen Stroms. Beispielsweise ist hierfür der Stromsensor in Reihe zu dem Schaltelement geschaltet.
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Zum Beispiel wird mittels der Steuereinheit ein Wert des mittels des Schaltelements geführten elektrischen Stroms zur Schnittstelle und von dort in das Bussystem eingespeist. Vorzugsweise erfolgt ein derartiger Betrieb der Steuereinheit. Hierbei wird beispielsweise der Wert des elektrischen Stroms in bestimmten zeitlichen Abständen ausgesandt, wobei die zeitlichen Abstände zweckmäßigerweise konstant sind. Alternativ hierzu erfolgt ein Aussenden, wenn der elektrische Strom sich um mehr als einen bestimmten Wert ändert. Alternativ oder in Kombination hierzu wird der Wert des elektrischen Stroms in das Bussystem eingespeist, wenn eine Anfrage zum Aussenden des fließenden elektrischen Stroms empfangen wird. Insbesondere wird eine derartige Anfrage über die Schnittstelle aus dem Bussystem empfangen.
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Beispielsweise weist das Schaltelement ein Relais auf. Besonders bevorzugt ist das Schaltelement mittels des Relais gebildet. Alternativ hierzu ist beispielsweise das Schaltelement mittels des Relais sowie des etwaigen Stromsensors gebildet, die vorzugsweise elektrisch in Reihe geschaltet sind. Aufgrund der Verwendung des Relais ist ein vergleichsweise geringer elektrischer Widerstand vorhanden und somit ein Betrieb mit vergleichsweise geringen Verlusten ermöglicht. Vorzugsweise umfasst hierbei der Stromverteiler einen Aufnahmestecker, in den das Relais lösbar gesteckt ist. Somit ist ein Austausch des Relais möglich. Alternativ hierzu ist das Relais beispielsweise mit weiteren Bestandteilen des Stromverteilers verlötet.
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In einer Alternative weist das Schaltelement einen Halbleiter auf. Zweckmäßigerweise ist der Halbleiter mit weiteren Bestandteilen des Stromverteilers verlötet, was eine Robustheit erhöht. Insbesondere weist der Halbleiter den etwaig vorhandenen Stromsensor auf. Der Halbleiter ist insbesondere ein Halbleiterschalter, beispielsweise ein Leistungshalbleiterschalter. Vorzugsweise wird als Halbleiterschalter ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET oder ein IGBT herangezogen. Somit ist mittels des Schaltelements auch ein Tragen eines vergleichsweise großen elektrischen Stroms und ein Schalten von diesem ermöglicht. Zudem ist ein Schalten des elektrischen Stroms ohne Ausbildung eines Lichtbogens oder sonstiger Funken ermöglicht, was eine Sicherheit erhöht. Beispielsweise ist das Schaltelement mittels des Halbleiters, insbesondere des Halbleiterschalters, gebildet. Alternativ hierzu weist das Schaltelement noch weitere Bestandteile auf, wie insbesondere das Relais. Beispielsweise sind diese elektrisch in Reihe oder elektrisch parallel geschaltet.
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Vorzugsweise ist das Schaltelement ein Schutzschalter oder umfasst zumindest einen Schutzschalter. Mittels des Schutzschalters werden zweckmäßigerweise eine anliegende elektrische Spannung und/oder ein fließender elektrischer Strom erfasst. Sofern einer dieser Werte einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder eine Änderung hiervon größer als ein weiterer Grenzwert ist, wird insbesondere ein elektrischer Stromfluß unterbrochen und somit der Schutzschalter in den elektrisch nicht leitenden Zustand versetzt. Somit erfolgt eine selbstständige Auslösung des Schaltelements unabhängig von der Steuereinheit, was eine Sicherheit erhöht. Mittels der Steuereinheit erfolgt bei Betrieb vorzugsweise eine Überprüfung des Status des Schutzschalters. Alternativ oder in Kombination hierzu erfolgt eine Vorgabe einer Auslösecharakteristik des Schutzschalters, also insbesondere der Schwellwerte für den elektrische Strom bzw. für die elektrische Spannung, ab der der Schutzschalter auslöst, also in den elektrisch nicht leitenden Zustand schaltet. Alternativ oder in Kombination hierzu wird beispielsweise eine anderweitige Auslösecharakteristik beeinflusst, die zum Auslösen des Schutzschalters führt, wie insbesondere ein Stromanstieg oder ein Anstieg der elektrischen Spannung. Hierbei ist mittels der Steuereinheit über das Bussystem eine Anpassung an aktuelle Anforderungen möglich und/oder eine Anpassung, sofern der Schutzschalter beispielsweise ausgetauscht wird. Somit sind eine Sicherheit und eine Zuverlässigkeit erhöht.
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Vorzugsweise weist der Stromverteiler einen Speicher auf. Der Speicher ist beispielsweise beschreibbar oder nichtbeschreibbar ausgestaltet. Insbesondere ist in dem Speicher ein Kalibrierwert hinterlegt. Vorzugsweise wird der Kalibrierwert bei Herstellung des Stromverteilers oder zumindest bei Montage des Schutzschalters erstellt. Bei Montage wird insbesondere ein von dem Stromeingang zum Stromausgang fließender elektrischer Strom eingestellt, vorzugsweise geregelt. Dieser wird vorzugsweise mit dem Schutzschalter und/oder dem etwaigen vorhandenen Stromsensor erfasst. Etwaige Abweichungen zwischen diesen Werten ergeben sich somit aufgrund von Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile des Stromverteilers. Mittels des Kalibrierwerts wird insbesondere diese Abweichung oder ein hierzu korrespondierender Wert in dem Speicher hinterlegt. Vorzugsweise wird bei Betrieb der Kalibrierwert berücksichtigt. Somit ist es möglich, Bauelemente mit vergleichsweise hohen Fertigungstoleranzen heranzuziehen, was Herstellungskosten reduziert. Dabei ist eine Einstellung von etwaigen Auslöseschwellen, also der Grenzwerten, vergleichsweise genau möglich, was eine Sicherheit und auch eine Zuverlässigkeit erhöht.
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Vorzugsweise weist der Stromverteiler eine Leiterplatte auf, an der die Steuereinheit und das Schaltelement angebunden sind. Beispielsweise ist die Steuereinheit und/oder das Schaltelements mit der Leiterplatte verlötet. Auf diese Weise ist eine Robustheit erhöht. Vorzugsweise erfolgt ein Verlöten in einem SMD-Lötprozess (Oberflächenmontage), und die Steuereinheit sowie das Schaltelement sind als oberflächenmontierbare Bauteile (SMD-Bauteile) ausgestaltet. Hierbei ist das Schaltelement zweckmäßigerweise ein Halbleiter oder umfasst zumindest diesen. Somit ist eine Montage vereinfacht und Herstellungskosten reduziert. Sofern das Schaltelement beispielsweise ein Relais umfasst, ist dieses zum Beispiel mittels eines THT-Lötprozesses an der Leiterplatte befestigt. Besonders bevorzugt ist, sofern Schaltelement ein Relais aufweist oder mittels dessen gebildet ist, der etwaige Aufnahmestecker mittels eines THT-Lötprozesses an der Leiterplatte befestigt.
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Zweckmäßigerweise ist die Leiterplatte innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das beispielsweise aus einem Kunststoff erstellt ist, vorzugsweise in einem Kunststoffspritzgussverfahren. Insbesondere ist das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet, was eine Montage an weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs erleichtert. Das Gehäuse weist zweckmäßigerweise eine Oberschale und einer Unterschale auf, die vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Tiefe aufweisen. Somit ist eine Erstellung der beiden Schalen vereinfacht. Innerhalb der Schalen ist im Montagezustand insbesondere die Leiterplatte angeordnet. Zum Beispiel weist zumindest eine der Schalen einen Durchbruch auf durch den die Schnittstelle, der Stromeingang und/oder der Stromausgang geführt sind.
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Beispielsweise liegt die Leiterplatte im Montagezustand auf einem Abstandshalter zumindest einer der Schalen auf. Vorzugsweise wird im Montagezustand die Leiterplatte zwischen Abstandshaltern der beiden Schalen gehalten, sodass diese von den Wänden der Schalen, also des Gehäuses, beabstandet ist. Somit ist auch bei einer Krafteinwirkung auf das Gehäuse eine Beschädigung der Leiterplatte verhindert. Aufgrund der Abstandselemente ist zudem eine Bewegung der Leiterplatte bezüglich des Gehäuses vermieden.
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Beispielsweise sind die beiden Schalen miteinander verklebt oder verschweißt, insbesondere laserverschweißt. Besonders bevorzugt jedoch sind die beiden Schalen miteinander verrastet. Somit ist eine Herstellung vereinfacht. Geeigneterweise weist hierfür zumindest eine der Schalen Rastmittel auf. Vorzugsweise weist eine der Schalen sämtliche Rastnasen und die andere die korrespondierenden Rastzungen oder dergleichen auf, mittels derer im Montagezustand die Rastnasen umgegriffen wird. Somit ist eine Montage ohne vergleichsweise kostenintensives Werkzeug ermöglicht, was Herstellungskosten reduziert. Insbesondere ist eine manuelle Montage möglich. Zudem ist es möglich, die Verrastung aufzuheben, was eine Wartung vereinfacht. Auch ist bei Betrieb oder zumindest nach Montage ein Austausch von einzelnen, innerhalb des Gehäuses angeordneten Elementen, wie des Schaltelements ermöglicht.
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Vorzugsweise ist zwischen der Oberschale und der Unterschale eine Dichtung angeordnet. Aufgrund der Dichtung ist ein Eindringen von Fremdpartikeln, insbesondere Flüssigkeiten, verhindert, was eine Zuverlässigkeit erhöht. Somit ist es möglich, den Stromverteiler auch an exponierten Stellen anzuordnen, beispielsweise an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs. Daher sind eine Montage sowie eine Wartung vereinfacht. Insbesondere weist eine der Schalen eine umlaufende Nut auf, deren Öffnung auf die verbleibende Schale gerichtet ist. Innerhalb dieser liegen zweckmäßigerweise die Dichtung sowie eine umlaufende Feder der verbleibenden Schale ein. Vorzugsweise erfolgt aufgrund der Verrastung eine Verformung der Dichtung, was eine Dichtheit erhöht. Insbesondere ist die Dichtung aus einem elastisch verformbaren Material, wie einem Gummi, erstellt. Vorzugsweise ist die Dichtung als O-Ring ausgestaltet, was Herstellungskosten reduziert. Alternativ ist die Dichtung eine Flachdichtung.
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Beispielsweise weist die Oberschale einen Durchbruch auf, innerhalb dessen zumindest teilweise der Stromeingang angeordnet ist. Der Stromeingang ist insbesondere mittels eines Bolzens realisiert, der zumindest teilweise durch den Durchbruch ragt. Vorzugsweise ist zwischen dem Bolzen und der Oberschale im Bereich des Durchbruchs eine weitere Dichtung, zweckmäßigerweise ein O-Ring oder eine Flachdichtung, angeordnet, was eine Dichtigkeit weiter erhöht. Insbesondere weist der Bolzen eine umlaufende Nut auf, innerhalb derer zweckmäßigerweise der O-Ring/Flachdichtung einliegt. Vorzugsweise ist der Bolzen freiendseitig an dessen Außenseite mit einem Gewinde versehen, sodass eine Mutter oder dergleichen dort angeschraubt werden kann. Folglich ist es möglich, einen Kabelschuh, eine Mutter oder dergleichen an dem Bolzen zu befestigen. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu weist der Stromverteiler einen Masseanschluss auf. Insbesondere ist der Masseanschluss in ähnlicher Weise wie der Stromeingang ausgestaltet, sodass Gleichteile oder zumindest ähnliche Teile sowie ähnliche Montageschritte verwendet werden können. Insbesondere weist der Masseanschluss einen Bolzen auf, der in einem geeigneten Durchbruch oder Aussparung der Oberschale angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist hierbei zwischen dem Masseanschluss und der Schale eine Dichtung, wie ein O-Ring oder eine Flachdichtung angeordnet, der zweckmäßigerweise in einer Nut des Masseanschlusses angeordnet ist.
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Aufgrund des Masseanschluss ist es somit möglich, Bestandteile des Stromverteilers, wie die Leiterplatte, die Steuereinheit und/oder das Schaltelement zumindest teilweise gegen Masse zu führen, was eine Zuverlässigkeit und eine Sicherheit erhöht. Vorzugsweise befinden sich der Stromeingang und der Masseanschluss in einem gleichen Abschnitt der Oberschale. Mit anderen Worten ist ein Abstand zwischen diesen vergleichsweise gering und beispielsweise lediglich maximal ein Viertel der Ausdehnung der Oberschale. Vorzugsweise ist zwischen dem Stromeingang und dem Masseanschluss eine Wand angeordnet. Aufgrund der Wand wird ein Überspringen eines Funkens und somit ein Ausbilden von eines Lichtbogens vermieden. Somit ist eine Sicherheit erhöht.
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Besonders bevorzugt weist das Gehäuse eine Anzahl an Laschen auf, insbesondere vier Laschen. Beispielsweise weist jede der Laschen ein Loch auf, in dem im Montagezustand jeweils eine Montageschraube angeordnet ist. Somit ist eine Anbindung des Stromverteilers an weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs möglich. Beispielsweise sind hierbei Kompressionsbegrenzer innerhalb der Löcher vorhanden. Mittels dieser wird ein übermäßiges Anzugsdrehmoment von den etwaigen in den Löchern angeordneten Montageschrauben abgefangen. Mit anderen Worten werden mittels dieser übermäßige Anschraubkräfte abgefangen, sodass eine Beschädigung des Gehäuses vermieden ist.
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Die Laschen sind zweckmäßigerweise zumindest teilweise mittels der Oberschale und teilweise mittels der Unterschale gebildet. Somit werden bei Montage der Montageschrauben die beiden Schalen zusätzlich mittels der Schrauben aufeinander gepresst, was eine Dichtigkeit dazwischen und ein Ablösen der einzelnen Schalen voneinander verhindert.
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Die Laschen sind zweckmäßigerweise nach außen vorspringend und beispielsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet. Mit anderen Worten weisen zwei der sich gegenüberliegenden Seiten jeweils zwei derartige Laschen auf. Aufgrund einer derartigen Anordnung der Laschen können mehrere Stromverteiler zueinander versetzt angeordnet werden, wobei insbesondere bei benachbarten Stromverteilern die Laschen aufeinander zu gerichtet sind. Hierbei liegen die Löcher zweckmäßigerweise auf einer gemeinsamen Geraden, sodass ein Abstand zwischen den Stromverteilern verringert ist.
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Alternativ sind die Laschen beispielsweise in jeweils einem Eckbereich des Gehäuses angeordnet. Somit werden an den Seiten des Gehäuses vorhandene Elemente, wie insbesondere die Rastelemente, mittels der Laschen geschützt. Zumindest jedoch ist eine Beschädigung bei Montage verhindert. In einer Alternative hierzu weist das Gehäuse beispielsweise keine Laschen auf, und die Löcher ragen durch das Gehäuse hindurch, insbesondere durch einen Innenraum des Gehäuses. Somit ist eine Kompaktheit erhöht.
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Beispielsweise umfasst die Oberschale eine Öffnung, die mittels eines Deckels verschlossen ist. Insbesondere ist die Öffnung zumindest teilweise hohlzylindrisch ausgestaltet, und der Deckel beispielsweise topfförmig. Hierbei überlappen insbesondere die jeweiligen Seitenwände zumindest teilweise und liegen geeigneterweise aneinander an. Vorzugsweise umgreift der Deckel zumindest teilweise den Hohlzylinder. Insbesondere ist der Deckel mit der Oberschale verrastet. Hierfür weist der Deckel und/oder die Oberschale geeignete Rastelemente auf. Insbesondere sind an dem Deckel die Rastzungen angebunden, und etwaige Rastnasen befinden sich an der Oberschale. Somit ist bei Abbrechen einer der Rastzungen lediglich ein Austausch des Deckels erforderlich, wohingegen die Oberschale weiterverwendet werden kann. Insbesondere ist somit kein Ablösen der Oberschale von der Unterschale erforderlich.
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Der Deckel befindet sich insbesondere im Bereich des Schaltelements. Vorzugsweise ist das Schaltelement zumindest teilweise in der hohlzylindrisch ausgestalteten Öffnung angeordnet. Somit ist mittels Entfernen des Deckels eine optische Inspizierung des Schaltelements ermöglicht und/oder ein Austausch hiervon. Vorzugsweise ist der Deckel aus dem gleichen Material wie die Oberschale gefertigt, insbesondere einem Kunststoff und/oder in einem Kunststoffspritzgussverfahren. Somit sind Herstellungskosten reduziert.
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Sofern das Schaltelement kein Relais aufweist und insbesondere mittels des Halbleiters gebildet ist, ist beispielsweise die Öffnung nicht vorhanden. Insbesondere ist hierbei ebenfalls der Hohlzylinder zumindest teilweise vorhanden, jedoch endseitig geschlossen. Somit ist es möglich, die Oberschale mit dem gleichen Werkzeug zu fertigen, unabhängig davon, ob das Schaltelement das Relais oder den Halbleiter aufweist. Hierbei wird insbesondere in das zur Erstellung erforderliche Werkzeug ein geeigneter Wechseleinsatz eingesetzt. Die Änderung der Unterschale oder sonstiger Bestandteile, wie der Leiterplatte hingegen ist in diesem Fall nicht erforderlich. Somit ist es möglich, zwei unterschiedliche Arten von Stromverteiler zu fertigen, wobei für diese bei der Herstellung die gleichen Formen verwendet werden können, was Herstellungskosten reduziert.
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Vorzugsweise ist oder umfasst der etwaige Stromsensor einen auf der etwaigen Leiterplatte angeordneten Shunt, der zweckmäßigerweise elektrisch in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet ist, wenn dieses insbesondere ein Relais aufweist oder mittels dessen gebildet ist. Falls das Schaltelement den Halbleiter umfasst und/oder mittels dessen gebildet ist, ist der Stromsensor zweckmäßigerweise ein Bestandteil des Halbleiters, der zweckmäßigerweise an die etwaige Leiterplatte gelötet ist.
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Beispielsweise ist der Stromausgang mechanisch von der Schnittstelle getrennt. Somit ist ein elektrischer Kurzschluss ausgeschlossen und eine Sicherheit erhöht. Besonders bevorzugt jedoch sind der Stromausgang und die Schnittstelle mittels eines gemeinsamen Steckers gebildet. Somit ist bei Montage lediglich ein Anschließen eines entsprechenden Gegensteckers an den Stecker erforderlich, wobei eine elektrische Kontaktierung mit dem Stromausgang sowie eine signaltechnischen Kopplung mit der Schnittstelle erfolgt. Somit ist eine Montage vereinfacht.
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Besonders bevorzugt weist der Stromverteiler einen weiteren Stromausgang und ein weiteres Schaltelement auf. Das weitere Schaltelement ist hierbei zwischen den Stromeingang und den weiteren Stromausgang geschaltet und signaltechnisch mit der Steuereinheit gekoppelt. Insbesondere ist das weitere Schaltelement baugleich zu dem Schaltelement oder zumindest ähnlich zu diesem ausgestaltet, wobei sich diese beispielsweise lediglich aufgrund des maximal tragbaren elektrischen Stroms unterscheiden. Alternativ ist beispielsweise eines der Schaltelemente als Relais und das verbliebene als Schutzschalter ausgestaltet oder umfasst zumindest jeweils das jeweilige Bauelement. Vorzugsweise ist der weitere Stromausgang ebenfalls mittels des etwaigen gemeinsamen Steckers gebildet, was eine Montage weiter vereinfacht. Vorzugsweise weist der Stromverteiler mehrere derartige Stromausgänge sowie entsprechend angeordnete Schaltelement auf. Vorzugsweise ist die Anzahl der Stromausgänge gleich der Anzahl der Schaltelemente. Vorzugsweise weist der Stromverteiler insgesamt 8, 10 oder 12 derartige Stromausgänge/Schaltelemente auf. Somit ist mittels des Stromverteilers eine Vernetzung einer vergleichsweise großen Anzahl an etwaigen Nebenaggregaten ermöglicht. Hierbei ist zweckmäßigerweise ein Teil der Schaltelemente als Relais und der verbleibende Teil als Schutzschalter ausgestaltet.
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Bevorzugt ist der Stromverteiler gemäß einem Verfahren betrieben. Insbesondere weist der Stromverteiler die Steuereinheit auf, die signaltechnisch mit etwaigen Steuereingängen der Schaltelemente wirkverbunden ist. Mit anderen Worten ist es möglich, mittels der Steuereinheit den Schaltzustand der Schaltelemente zu verändern und diese beispielsweise von einem elektrisch leitenden in einen elektrisch nicht leitenden Zustand zu überführen. Vorzugsweise umfasst der Stromverteiler zusätzlich einen Stromsensor, mittels dessen beispielsweise ein mittels des Stromverteilers geführter elektrischer Strom erfasst wird. Beispielsweise wird dabei der vollständige geführte elektrische Strom oder der mittels der jeweiligen Schaltelemente geführte elektrische Strom erfasst.
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Das Verfahren wird beispielsweise mittels der Steuereinheit zumindest teilweise durchgeführt. Hierfür ist die Steuereinheit geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das Verfahren sieht vor, dass eine Überlastung erfasst wird. Beispielsweise liegt die Überlastung bei einer vergleichsweise hohen anliegenden elektrischen Spannung oder besonders bevorzugt bei einem elektrischen Strom vor, der größer als ein bestimmter Grenzwert ist. Wenn die Überlastung erfasst wird, wird eine insbesondere Priorisierung abgerufen. In Abhängigkeit der Priorisierung wird zumindest eines der Schaltelemente abgeschaltet, sodass mittels dessen kein elektrischer Strom mehr geführt wird. Somit sinkt der mittels des Stromverteilers geführte elektrische Strom, und die Überlastung wird aufgehoben. Hierbei ist auch weiterhin ein Betrieb des Kraftfahrzeugs sichergestellt. Beispielsweise weisen Nebenaggregate, die lediglich zur Erhöhung eines Komforts dienen, wie eine Sitzheizung, eine vergleichsweise niedrige Priorisierung auf. Dahingegen weisen Nebenaggregate, die der Durchführung einer bestimmten erforderlichen Funktion des Kraftfahrzeugs dienen, wie eine Hydraulikölpumpe, eine vergleichsweise hohe Priorisierung auf. Mittels der Steuereinheit wird bei Überlastung das dem Nebenaggregat mit der niedrigeren Priorisierung zugeordnete Schaltelement abgeschaltet, sodass das niederpriorisierte Nebenaggregat nicht weiter betrieben wird. Somit ist auch bei einer Überlastung die Funktion des Kraftfahrzeugs sichergestellt.
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Insbesondere werden solange die Schaltelemente in Abhängigkeit der Priorisierung bzw. der Priorisierung des jeweils zugeordneten Nebenaggregats, abgeschaltet, bis die Überlastung beendet ist. Somit werden zunächst die Nebenaggregate, denen eine vergleichsweise niedrige Priorisierung zugeordnet ist, abgeschaltet. Die Priorisierung ist insbesondere zumindest teilweise in der Steuereinheit hinterlegt und beispielsweise fest vorgegeben oder auf aktuelle Anforderungen angepasst.
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Ein weiteres Verfahren, das insbesondere zusätzlich ausgeführt wird, sieht vor, dass ein Status des Schaltelements über die Schnittstelle ausgesandt wird. Vorzugsweise wird mittels der Steuereinheit zunächst der Status des Schaltelements abgefragt und die Schnittstelle entsprechend zum Aussenden des Zustands des Schaltelements angesteuert. Insbesondere wird hierfür der Status von der Steuereinheit zur Schnittstelle übertragen. Vorzugsweise wird der Status ausgesandt, wenn sich eine an dem Schaltelement anliegende elektrische Spannung um mehr als einen Grenzwert ändert. Alternativ oder in Kombination hierzu wird der Status ausgesandt, wenn ein über das Schaltelement fließender elektrischer Strom, also der mittels des Schaltelements getragene elektrische Strom, sich mehr als um den Grenzwert ändert. Somit ist in weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs, wie einer zentralen Steuerung, das Wissen um eine Änderung des Status des Schaltelements, und insbesondere des damit getragenen elektrischen Stroms, vorhanden. Somit kann insbesondere überprüft werden, ob das Nebenaggregat ordnungsgemäß betrieben ist.
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Alternativ oder in Kombination hierzu wird dann, wenn über die Schnittstelle eine Aufforderung empfangen wird, mittels der Steuereinheit ein Status des Schaltelements abgefragt und dieser über die Schnittstelle ausgesandt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird der Status des Schaltelements in bestimmten zeitlichen Abständen ausgesandt, wobei die zeitlichen Abstände vorzugsweise konstant sind.
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Zweckmäßigerweise wird der Stromverteiler verwendet, zumindest eines der Verfahren durchzuführen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Stromverteiler,
- 2 perspektivisch den Stromverteiler,
- 3 gemäß 3 den Stromverteiler mit angeschlossenen Leitungen,
- 4 den Stromverteiler gemäß 3 einer Draufsicht,
- 5 den Stromverteiler gemäß 2 mit einem abgenommenen Deckel,
- 6 den Stromverteiler perspektivisch in einer teilweisen Schnittdarstellung,
- 7 ein Verfahren zum Betrieb des Stromverteiler,
- 8 in einer Draufsicht eine alternative Ausgestaltungsform des Stromverteilers, und
- 9 in einem teilweisen Aufriss den Stromverteiler gemäß 8.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form einer Landmaschine gezeigt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, die mittels eines nicht näher dargestellten Antriebs angetrieben sind. Mittels des Antriebs ist zudem über einen Generator eine Batterie 6 gespeist, mittels derer eine Gleichspannung mit 24 V bereitgestellt ist. Die Batterie 6 ist mittels eines Kabels 8 mit einem Stromverteiler 10 elektrisch verbunden. Das Kabel 8 ist einadrig oder zweiadrig aufgebaut, und aufgrund des Kabels 8 liegt somit an dem Stromverteiler 10 ebenfalls die Gleichspannung an.
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Der Stromverteiler 10 ist mittels einer ersten Leitung 12 mit einem ersten Nebenaggregat 14 sowie mittels einer zweiten Leitung 16 mit einem zweiten Nebenaggregat 18 elektrisch kontaktiert. Somit erfolgt eine Bestromung des ersten Nebenaggregats 14 sowie des zweiten Nebenaggregats 18 mittels des Stromverteilers 10. Das erste Nebenaggregat 14 ist eine Sitzheizung, und das zweite Nebenaggregat 18 ist eine Hydraulikpumpe, mittels derer ein nicht näher dargestellter Hydraulikkreislauf angetrieben ist.
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Ferner ist der Stromverteiler 10 an ein Bussystem 20 des Kraftfahrzeugs 2 angeschlossen, das ein CAN-Bussystem ist. Mit dem Bussystem 20 ist ferner ein Bordcomputer 22 signaltechnisch verbunden, der eine zentrale Steuerung des Kraftfahrzeugs 2 ist. Somit ist es mittels des Bussystems 20 möglich, Signale und/oder Daten zwischen dem Bordcomputer 22 und dem Stromverteiler 10 auszutauschen.
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Eine erste Ausgestaltungsform des Stromverteilers 10 ist perspektivisch in 2 in einem nicht montierten Zustand und in 3 im angeschlossenen Zustand dargestellt. In 4 ist der Stromverteiler 10 in einer Draufsicht gezeigt. Der Stromverteiler 10 weist ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 24 auf, das eine Oberschale 26 sowie eine Unterschale 28 umfasst, die mittels Rastelementen 30 miteinander verrastet sind. Hierbei befindet sich an vier unterschiedlichen Seiten des Gehäuses 24 jeweils eines der Rastelemente 30, die jeweils eine Rastnase 32 sowie eine U-förmige Rastzunge 34 umfassen. Die U-förmigen Rastzungen 34 sind ein Bestandteil der Unterschale 28, und die Rastnasen 32 sind jeweils mittels der Oberschale 26 gebildet.
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Zudem weist das Gehäuse 24 insgesamt vier Laschen 36 auf, die sich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 24 befinden. Hierbei sind jeder der beiden Seiten jeweils zwei der Laschen 36 zugeordnet, die nach außen gerichtet sind. Die der gleichen Seite zugeordneten Rastelemente 30 befinden sich zwischen den Laschen 36, die sowohl mittels der Ober- als auch mittels der Unterschale 26, 28 teilweise gebildet sind. Die Laschen 36 weisen jeweils ein Loch 38 auf, innerhalb derer im Montagezustand jeweils eine Montageschraube 40 angeordnet ist. Zudem ist innerhalb jedes Lochs 38 ein Kompressionsbegrenzer 42 angeordnet, mittels dessen eine mittels der jeweiligen Montageschraube 40 auf das Gehäuse 24 aufgebrachte Kraft begrenzt wird.
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Die Montageschrauben 40 sind im Montagezustand mit deren Freiende in einen weiteren Bestandteil des Kraftfahrzeugs 2, wie dessen Karosserie oder dergleichen, eingeschraubt, sodass der Stromverteiler 10 mittels der vier Montageschrauben 40 vergleichsweise sicher gehalten ist. Aufgrund der Kompressionsbegrenzer 42 erfolgt dabei eine Begrenzung einer auf das Gehäuse 24 wirkenden Kraft, sodass eine Verformung ausgeschlossen ist.
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Die Oberschale 26 weist einen Stecker 44 auf, an dem im Montagezustand das Bussystem 20 sowie die beiden Leitungen 12, 16 angeschlossen sind. Hierfür umfasst der Stecker 44 eine Schnittstelle 46 sowie mehrere Stromausgänge 48. Mit der Schnittstelle 46 ist im Montagezustand das Bussystem 20 signaltechnisch gekoppelt. Mit jedem der Stromausgänge 48 ist im Montagezustand elektrisch eine der Leitungen 12, 16 elektrisch kontaktiert. Mit anderen Worten ist jedem der Stromausgänge 48 jeweils eine der Leitungen 12,16 zugeordnet. Zusammenfassend sind die Schnittstelle 46 sowie die Stromausgänge 48 mittels des gemeinsamen Steckers 44 gebildet. Im Montagezustand ist in den Stecker 44 ein entsprechender Gegenstecker 50 eingesteckt, der zumindest teilweise die beiden Leitungen 12,16 aufweist. Der Stromverteiler 12 umfasst insgesamt 12 derartige Stromausgänge 48. Mit anderen Worten ist es möglich, insgesamt zwölf Nebenaggregate mit dem Stromverteiler 10 zu versorgen.
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Ferner ist an der Oberschale 26 mittels weiterer Rastelemente 52 ein Deckel 54 lösbar angebunden. Die Oberschale 26, die Unterschale 28 sowie der Deckel 54 sind aus dem gleichen Kunststoff in jeweils einem Kunststoffspritzgussverfahren erstellt. Der Deckel 54 ist topfförmig ausgestaltet, und weist die Rastzungen 56 der weiteren Rastelemente 52 auf, die entsprechende Rastnasen 58 der Oberschale 26 umgreifen. Zudem weist die Oberschale 26 insgesamt zwei Durchbrüche 60 auf, innerhalb derer jeweils ein Bolzen 62 angeordnet ist. Jeder der Bolzen 62 weist endseitig ein Außengewinde auf, auf den im Montagezustand jeweils eine Mutter 64 geschraubt ist. Hierbei ist mittels der jeweiligen Mutter 64 ein Kabelschuh 66 gehalten, der auf den jeweiligen Bolzen 62 aufgesetzt ist.
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Einer der Bolzen 62 bildet einen Stromeingang 68, und an diesem ist das Kabel 8 im Montagezustand angeschlossen. Der verbleibende Bolzen 62 bildet einen Masseanschluss 70, an den im Montagezustand ein Massekabel 72 angeschlossen ist, von dem in 3 lediglich der Kabelschuh 66 gezeigt ist. Mittels des Massekabels 72 ist eine nicht näher dargestellte Karosserie des Kraftfahrzeugs 2 kontaktiert, sodass der Masseanschluss 70 im Montagezustand gegen Erde geführt ist. Zwischen den beiden Bolzen 72 ist eine S-förmige Wand 74 angeordnet, die an der Oberfläche der Oberschale 26 angeformt ist. Mittels der Wand 74 ist ein Überspringen eines Funkens und somit eine Ausbildung eines Kurzschlusses zwischen den beiden Bolzen 62 unterbunden, also zwischen dem Stromeingang 68 und dem Masseanschluss 70. Aufgrund der S-förmigen Ausgestaltung der Wand 74 ist, wie in 4 dargestellt, ein Anschlag für das Kabel 8 sowie das Massekabel 72 bereitgestellt. Ein weiterer Anschlag ist mittels des Deckels 54 bzw. des Gegensteckers 50 gebildet. Somit ist es möglich, das Kabel 8 sowie den Masseanschluss 70 bezüglich des jeweiligen Bolzens 72 in einem begrenzten Bereich zu verschwenken, was eine Montage des Stromverteilers 10 in dem Kraftfahrzeug erleichtert.
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In 5 ist perspektivisch der Stromverteiler 10 mit abgenommenen Deckel 54 gezeigt. Im Montagezustand verschließt der Deckel 54 eine hohlzylindrische Öffnung 76, die einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist. Hierbei liegt der topfförmige Deckels 54 mit dessen seitlichen Wänden umfangsseitig an der hohlzylindrischen Begrenzung 78 der Öffnung an. Innerhalb der Öffnung 76 befindet sich eine Anzahl an Schaltelementen 80, die jeweils als Schutzschalter, als Relais oder als beides ausgestaltet sind. Mit anderen Worten umfassend die Schutzschalter 80 beispielsweise jeweils ein Relais. In dem Beispiel sind 5 jeweils gleichartige Schutzschalter und 7 jeweils gleichartige Relais vorhanden als Schaltelemente 80. Die Schaltelemente 80 und sind in entsprechende Aufnahmestecker 82 des Stromverteilers 10 eingesteckt. Mittels Abnahme des Deckels 54 ist es möglich, die Schaltelemente 80 aus den Aufnahmesteckern 82 zu entfernen und durch ein anderes Schaltelement 80 zu ersetzen.
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In 6 ist in einem Aufriss der Stromverteiler 10 gezeigt. Die Aufnahmestecker 82 sind an einer Leiterplatte 84 angelötet. Somit sind die Schaltelemente 80 an der Leiterplatte 84 angebunden, die innerhalb des Gehäuses 24 angeordnet ist. An der Oberschale 26 sowie an der Unterschale 28 sind nach innenweisende Abstandshalter 86 angeformt, mittels derer die Leiterplatte 84 stabil zwischen den beiden Schalen 26, 28 gehalten ist, wobei diese von den seitlichen Wänden beabstandet ist.
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Die Unterschale 28 weist an deren Rand eine umlaufende Nut 88 auf, in die eine korrespondierende Feder 90 der Oberschale 26 eingreift. Zwischen diesen ist eine Dichtung 92 in Form eines O-Rings angeordnet. In einer nicht näher gezeigten Variante wird als Dichtung 92 eine Flachdichtung herangezogen. Aufgrund der Verrastung der beiden Schalen mittels der Rastelemente 30 wird die Dichtung 92 elastisch verformt, sodass die beiden Schalen 26, 28 dichtend miteinander verbunden sind. Auch ist auf die hohlzylindrischen Begrenzung 78 der Öffnung 76 freiendseitig eine weitere Dichtung 94 aufgesetzt, die ebenfalls als O-Ring ausgestaltet ist. In einer nicht näher gezeigten Variante wird als weitere Dichtung 94 eine Flachdichtung verwendet. Dieser wird mittels des Deckels 54 umgegriffen, der in diesem Bereich eine Stufe 96 aufweist. Auch hier wird aufgrund der weiteren Rastelemente 52 die weitere Dichtung 94 elastisch und/oder plastisch verformt, sodass ein Eindringen von Feuchtigkeit oder sonstigen Fremdpartikeln unterbunden ist.
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Die Bolzen 62 weisen ebenfalls eine umlaufende Nut 98 auf, innerhalb derer eine zusätzliche Dichtung 100 ein liegt. Die zusätzliche Dichtung 100 ist ebenfalls als O-Ring ausgestaltet und liegt außenseitig an einer Begrenzung des Durchbruchs 60 an. Somit ist auch ein Eindringen von Fremdpartikeln oder einer Flüssigkeit durch den Durchbruch 60 vermieden.
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Ferner ist an der Leiterplatte 84 eine Steuereinheit 102 mit mehreren einzelnen Chips sowie einem programmierbaren Prozessor angelötet. Die Steuereinheit 102 ist über nicht näher dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 84 sowie über die Anschlussstecker 82 mit einem Steuereingang 104 jedes der Schaltelemente 80 verbunden. Somit ist es möglich, mittels der Steuereinheit 102 einen Schaltzustand der Schaltelemente 80 sowie eine Auslösecharakteristik der Schaltelemente 80 zu beeinflussen. So ist es insbesondere möglich, die Auslösecharakteristik der als Schutzschalter ausgestalteten Schaltelemente 80 mittels der Steuereinheit 102 zu verändern und beispielsweise umzuprogrammieren. Zumindest jedoch ist eine Einstellung von Parameter möglich. Zudem ist die Steuereinheit 102 ebenfalls über die Leiterbahnen sowie die Anschlussstecker 82 mit einem Stromsensor 106 der Schaltelemente 80 verbunden. Mittels der Stromsensors 106 wird bei Betrieb der mittels jedes der Schaltelemente 80 geführte elektrische Strom erfasst, und insbesondere in Abhängigkeit hiervon ein Schaltzustand der als Schutzschalter ausgestalteten Schaltelemente 80 verändert. Der Wert des erfassten elektrischen Stroms wird somit nicht nur lediglich zur Verarbeitung innerhalb des Schaltelements 80 herangezogen, sondern auch an die Steuereinheit 102 geleitet. Die Stromsensoren 106 sind beispielsweise ein intrinsischer Bestandteil des etwaigen Relais/Schutzschalters oder mittels eines Shunts gebildet, der zweckmäßigerweise direkt auf der Leiterplatte 84 angeordnet sind. Vorzugsweise ist jeder der Stromsensoren 106 ein Bestandteil jeweils eines der Schaltelemente 80, das somit jeweils einen von der Leiterplatte 84 entfernbaren Bestandteil, nämlich das in den Aufnahmen Stecker 82 eingesteckte Relais/Schutzschalter, sowie einen nicht entfernbaren Bestandteil, nämlich den Stromsensor 106, aufweist. In einer Alternative hierzu sind die Stromsensoren 106 von den Schaltelementen 80 separate Bauteile.
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Zusammenfassend sind die Schaltelemente 80 signaltechnisch mit der Steuereinheit 102 gekoppelt, die über die nicht näher dargestellten Leiterbahnen zudem mit der Schnittstelle 46 signaltechnisch gekoppelt ist. Somit ist es mittels der Steuereinheit 102 möglich, über das Bussystem 20 Daten zu empfangen, anhand derer insbesondere eine Auslösecharakteristik der Schutzschalter 80 verändert wird. Hierfür werden mittels der Steuereinheit 102 die Schutzschalter 80 beispielsweise umprogrammiert oder aber zumindest dort hinterlegte Parameter verändert. Auch ist es möglich, mittels der Steuereinheit 102 über die Schnittstelle 46 Daten in das Bussystem 20 einzuspeisen, die zum Beispiel zu einem Zustand der Schutzschalter 80 korrespondieren. Ferner ist es möglich, mittels der Steuereinheit 102 den Zustand der Schaltelemente 80 zu verändern und diese beispielsweise in einen elektrisch leitenden oder in einen elektrisch nicht leitenden Zustand zu versetzen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise anhand von mittels des Bordcomputers 22 in das Bussystem 20 eingespeisten Befehlen, die mittels der Schnittstelle 46 empfangen werden.
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Jeder des Schaltelements 80 ist elektrisch zwischen den gemeinsamen Stromeingang 62 sowie den jeweiligen Stromausgang 48 geschaltet. Somit weist der gemeinsame Stecker 44 genauso viele Stromausgänge 48 auf, wie Schaltelemente 80 vorhanden sind. Mittels Einschaltens der Schaltelement 80 wird somit ein Stromfluß zu dem jeweiligen Stromausgang 48 erstellt, wobei bei Abschalten des jeweiligen Schaltelements 48 der Stromfluß zu dem jeweiligen Stromausgang 48 unterbrochen wird. Somit wird mittels der Schaltelemente 80 das an den jeweils zugeordneten Stromausgang 48 angeschlossene Nebenaggregat bestromt.
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In 7 ist ein Verfahren 108 zum Betrieb des Stromverteilers 10 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 110 wird eine Aufforderung über die Schnittstelle 46 empfangen, sämtliche Nebenaggregate 14, 16 zu bestromen. Dieses Signal wird beispielsweise bei Inbetriebsetzung des Kraftfahrzeugs 2 oder bei Einschalten einer Zündung mittels des Bordcomputers 22 erstellt und in das Bussystem 20 eingespeist. Diese Aufforderung wird mittels der Schnittstelle 46 empfangen und mittels der Steuereinheit 102 verarbeitet. Infolgedessen wird mittels der Steuereinheit 102 eine geeignete Spannung an die Steuereingänge 104 der Schaltelemente 80 angelegt, sodass diese in den elektrisch leitenden Zustand versetzt werden. Somit wird zu den Stromausgängen 48 ein Stromfluß über die Schaltelemente 80 von dem Stromeingang 62 erstellt.
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In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 112, der insbesondere zyklisch wiederholt wird, wird mittels der Steuereinheit 102 der Wert des mittels der Stromsensoren 106 erfassten, über das jeweilige Schaltelement 80 fließenden elektrischen Stroms abgefragt. Dieser Wert wird in das Bussystem 20 mittels der Schnittstelle 46 eingespeist, sodass dieser Wert von dem Bordcomputer 22 erfasst werden kann. Somit ist eine Überprüfung der Bestromung der Nebenaggregate 14, 18 durch den Bordcomputer 22 ermöglicht, wobei ein direktes Abfragen des Zustands bei den Nebenaggregaten 14,18 nicht erforderlich ist.
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In einem dritten Arbeitsschritt 114, der insbesondere zeitgleich zu dem zweiten Arbeitsschritt 112 und/oder durchgehend nach dem ersten Arbeitsschritt 110 ausgeführt wird, wird überprüft, ob die an einem der Schaltelemente 80 anliegende elektrische Spannung sich um mehr als einen Grenzwert ändert. Zudem wird überwacht, ob der über die Schaltelemente 80 fließende elektrische Strom sich um mehr als einen Grenzwert ändert. Die Grenzwerte sind hierbei derart gewählt, dass ein Überschreiten lediglich bei einer Fehlfunktion des jeweils zugeordneten Nebenaggregats 14, 16 erfolgt.
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Sofern die elektrische Spannung bzw. der elektrische Strom den Grenzwert überschreitet, wird ein vierter Arbeitsschritt 116 durchgeführt, bei dem das jeweilige Schaltelement 80 in den elektrisch nicht leitenden Zustand geschaltet wird. Dies erfolgt insbesondere unabhängig von der Steuereinheit 102 aufgrund der Ausgestaltung der Schaltelemente 80 als Schutzschalter. Zudem wird in dem vierten Arbeitsschritt 116 der Status desjenigen Schaltelements 80 über die Schnittstelle 46 ausgesandt, bei dem eine derartige Änderung erfolgt ist. Somit ist in dem Bordcomputer 22 das Wissen um die Änderung der elektrischen Spannung bzw. der Änderung des elektrischen Stromflusses vorhanden, sodass ein Benutzer des Kraftfahrzeugs 2 auf die Fehlfunktion hingewiesen werden kann.
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Ferner sieht das Verfahren 108 vor, dass ein fünfter Arbeitsschritt 118 durchgeführt wird. Dieser wird insbesondere zeitgleich zu dem zweiten und/oder dritten Arbeitsschritt 112, 114 durchgeführt. In dem fünften Arbeitsschritt 118 wird eine Überlastung 120 erfasst. Diese ergibt sich beispielsweise aufgrund eines kritischen Stromflusses über den Stromverteiler 10, wobei der über die Schaltelemente 80 fließende elektrische Strom jeweils geringer als der zum Auslösen des Schutzschalters erforderliche elektrische Strom ist. Mit anderen Worten verbleibt der elektrische Strom jeweils unterhalb des Grenzwerts.
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In einem sich anschließenden sechsten Arbeitsschritt 122 wird eine Priorisierung 124 abgerufen, die in einem nicht näher dargestellten Speicher der Steuereinheit 102 hinterlegt ist. Die Priorisierung 124 ist beispielsweise mittels des Bordcomputers 22 vorgegeben und wird vorzugsweise in Abhängigkeit von aktuellen Gegebenheiten angepasst. Alternativ hierzu erfolgt die Bestimmung der Priorisierung 124 bei Montage der Nebenaggregat 14, 18. Hierbei ist in dem ersten Nebenaggregat 14, das die Sitzheizung ist, eine niedrige Priorität zugeordnet, wohingegen dem zweiten Nebenaggregat 18 eine hohe Priorität zugeordnet ist. Diese Priorität wird auch für die Schaltelemente 80 verwendet, mittels derer der jeweilige Stromausgang 48 geschaltet ist.
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In einem sich anschließenden siebten Arbeitsschritt 126 werden in Abhängigkeit der Priorisierung die Schaltelemente 80 abgeschaltet. Hierbei wird zunächst das Schaltelement 80 abgeschaltet, das die niedrigste Priorität aufweist. Dieser Schritt wird so lange wiederholt, bis die Überlastung 120 beendet ist. Sofern folglich mehrere Nebenaggregate vorhanden sind, werden diese sukzessive abgeschaltet, bis der mittels des Stromverteilers 10 geführte elektrische Strom wieder unterhalb eines kritischen Stromflusses ist. Sofern dies erfolgt ist, wird ein achter Arbeitsschritt 128 durchgeführt und ein Schaltzustand der Schaltelemente 80 nicht weiter verändert. Sofern der mittels des Stromverteilers 10 geführte elektrische Strom weiter absinkt, werden insbesondere mittels der Steuereinheit 102 in umgekehrter Reihenfolge die Schaltelemente 80 so lange betätigt, bis bei einer weiteren Betätigung eines zusätzlichen Schaltelements 80 erneut die Überlastung 120 eintreten würde. Insbesondere wird die Anzahl der eingeschalteten Schaltelemente 80 solange erhöht, bis der mittels des Stromverteilers 10 geführte elektrische Strom knapp unterhalb des kritischen elektrischen Stromflusses ist.
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In 8 ist perspektivisch in einer Draufsicht und in 9 in einem Aufriss eine zweite Ausführungsform des Stromverteilers 10 gezeigt. Die Laschen 36 mit den Löchern 38 befinden sich an den Ecken des Gehäuses 24 und sind wiederum sowohl mit der Oberschale 26 als auch mit der Unterschale 28 teilweise gebildet. Zudem ist der Deckel 54 und die Öffnung 76 nicht vorhanden, und die Oberschale 26 ist im Bereich der Öffnung 76 der vorherigen Ausgestaltungsform verschlossen, wobei dort eine Stufe 130 vorhanden ist. Eine anderweitige Änderung des Gehäuses 24 hingegen erfolgt nicht, sodass die einzelnen Elemente mit dem gleichen Werkzeug gefertigt werden können, wobei im Bereich der Öffnung 76 ein geänderter Wechseleinsatz bei dem Kunststoffspritzgussverfahren herangezogen wird.
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Innerhalb des Gehäuses 24 ist weiterhin die Leiterplatte 84 angeordnet, an der die Schaltelemente 80 angebunden sind. Diese sind wiederum jeweils zwischen den Stromeingang 68 sowie den jeweils zugeordneten Stromausgang 48 elektrisch geschaltet. Im Vergleich zur vorherigen Ausgestaltungsform sind die Schaltelemente 80 jedoch Halbleiter, nämlich MOSFETs, die zweckmäßigerweise die etwaigen Stromsensoren 106 umfassen. Die Steuereinheit dieser Ausgestaltungsform des Stromverteilers 10 ist, mit Ausnahme der geänderten Treiberschaltung für die Schaltelemente 80, nicht abgeändert und entspricht der vorherigen Ausgestaltungsform. Lediglich die Schaltelemente 80 sind somit als Halbleitern ausgestaltet, und das Gehäuse 24 ist auf diese Ausgestaltungsform abgestimmt. In eine nicht näher dargestellten Variante sind die Laschen 36 bei dieser Ausführungsform entsprechend der ersten Ausführungsform ausgestaltet, und bei einer weiteren Ausgestaltungsform sind bei der ersten Ausgestaltungsform des Stromverteilers 10 die Laschen 36 in den Eckbereichen des Gehäuses 44 angeordnet.
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Zusammenfassend weist der Stromverteiler 10 die Leiterplatte 84 auf, die mit den Aufnahmesteckern 82 bestückt ist, die somit Stecksockel sind. Mittels der Steuereinheit 102 erfolgt über die Schnittstelle 46 eine Anbindung an das Bussystem 20. Die Steuereinheit 102 dient somit der Kommunikation und der Ansteuerung der Schaltelemente 80. Ferner werden über die Schnittstelle 46 Diagnosefunktionen, wie ein Laststrom, eine Spannung oder ein Status der Ausgänge abgefragt, wobei die entsprechende Anfrage mittels der Steuereinheit 102 erstellt/bearbeitet werden und die jeweiligen Ergebnisse von der Steuereinheit 102 in das Bussystem 20 über die Schnittstelle 46 eingespeist werden. Somit erfolgt eine Vernetzung des Kraftfahrzeugs 2 und die Funktionen sind in einem vergleichsweise kompakten Gehäuse 24 implementiert.
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Ferner ist es möglich, nach bereits erfolgtem Einbau mittels der Schnittstelle 46 über die Steuereinheit 102 die einzelnen Funktionen der Schaltelemente 80 zu konfigurieren. So sind insbesondere möglich, einen Nennstrom, eine Kennlinie und/oder die Priorisierung 124 zu verändern, wobei die entsprechenden Befehle über das Bussystem 20 empfangen werden. Mittels der Dichtungen 92, 94, 100 ist das Gehäuse 24 dicht verschlossen. Aufgrund der weiteren Rastelemente 52 ist ein manuelles Öffnen des Gehäuses 24 auch ohne Werkzeug möglich.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Rad
- 6
- Batterie
- 8
- Kabel
- 10
- Stromverteiler
- 12
- erste Leitung
- 14
- erstes Nebenaggregat
- 16
- zweite Leitung
- 18
- zweites Nebenaggregat
- 20
- Bussystem
- 22
- Bordcomputer
- 24
- Gehäuse
- 26
- Oberschale
- 28
- Unterschale
- 30
- Rastelement
- 32
- Rastnase
- 34
- Rastzunge
- 36
- Laschen
- 38
- Loch
- 40
- Montageschraube
- 42
- Kompressionsbegrenzer
- 44
- Stecker
- 46
- Schnittstelle
- 48
- Stromausgang
- 50
- Gegenstecker
- 52
- weiteres Rastelement
- 54
- Deckel
- 56
- Rastzunge
- 58
- Rastnase
- 60
- Durchbruch
- 62
- Bolzen
- 64
- Mutter
- 66
- Kabelschuh
- 68
- Stromeingang
- 70
- Masseanschluss
- 72
- Massekabel
- 74
- Wand
- 76
- Öffnung
- 78
- Begrenzung
- 80
- Schaltelement
- 82
- Aufnahmestecker
- 84
- Leiterplatte
- 86
- Abstandshalter
- 88
- Nut
- 90
- Feder
- 92
- Dichtung
- 94
- weitere Dichtung
- 96
- Stufe
- 98
- Nut
- 100
- zusätzliche Dichtung
- 102
- Steuereinheit
- 104
- Steuereingang
- 106
- Stromsensor
- 108
- Verfahren
- 110
- erster Arbeitsschritt
- 112
- zweiter Arbeitsschritt
- 114
- dritter Arbeitsschritt
- 116
- vierter Arbeitsschritt
- 118
- fünfter Arbeitsschritt
- 120
- Überlastung
- 122
- sechster Arbeitsschritt
- 124
- Priorisierung
- 126
- siebter Arbeitsschritt
- 128
- achter Arbeitsschritt
- 130
- Stufe
