DE4401819A1

DE4401819A1 - Kabelanordnung

Info

Publication number: DE4401819A1
Application number: DE4401819A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Probst; Juergen Sczesny; Bernward Ossenkopp; Reinhard Berfelde; Bernd Leinwetter
Original assignee: Hans Kolbe and Co; Fuba Hans Kolbe and Co
Current assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 1994-01-22
Filing date: 1994-01-22
Publication date: 1995-07-27

Description

Die Erfindung betrifft Kabel und Leitungsanordnungen für die Stromversorgung und den Betrieb von elektrischen Geräten oder Baugruppen, bei denen der Versorgungsspannung HF-Energie überlagert wird bzw. bei denen eine solche Überlagerung verhindert oder auf bestimmte Bereiche, z. B. bestimmte Frequenzbänder, begrenzt werden soll.

Es ist bekannt, auf Leitungen der Energieübertragung zusätzlich HF-Signale, z. B. Steuerungssignale für bestimmte Verbraucher, zu übertragen. Die Einkopplung der HF-Energie wie auch die Auskopplung erfolgt galvanisch, über besondere Anschlüsse, oder auf kapazitivem bzw. induktivem Weg. Ein Sonderfall sind Leitungsanordnungen (auch: Strukturen), die, neben einer elektrischen Funktion, als Empfangselemente für Rundfunksignale und zum Empfangen/Senden von Funksignalen verwendet werden, d. h. gleichzeitig Schnittstellen zur elektromagnetischen Freiraumwelle (Antennen) bilden, und die zugehörigen HF-Leitungen.

Im folgenden werden die mit einer derartigen Mehrfachnutzung von Leitungen (Kabeln) und Leitungsanordnungen verbundenen Besonderheiten am Beispiel einer Kraftfahrzeug-Heizscheibe, deren Heizleiter-Struktur zusätzlich als Antennenelement für Rundfunk oder auch für Funk genutzt wird, betrachtet.

Für die Verwendung von Heizleiter-Strukturen in Kraftfahr zeugscheiben als Antennenelement für den Empfang und auch zum Senden von HF-Signalen ist eine große Zahl von Vorschlägen bekannt.

Die Empfangseigenschaften einer solchen Struktur (Gewinn, Signal/Rausch-Abstand und Richtcharakteristik) hängen u. a. davon ab, in welchem Maß es gelingt, die Spezifika des Fahrzeugaufbaus zu erkennen - das Fahrzeug beeinflußt ja seinerseits das umgebende elektromagnetische Feld - und sie für die Ein- bzw. Auskopplung der HF-Energie in optimaler Weise zu nutzen bzw. negative Einflußfaktoren weitgehend zu kompensieren.

Unter günstigen Voraussetzungen ist es möglich, Scheiben heizungsstrukturen als passive Antenne zu betreiben; dann ist der Anschlußpunkt für das Antennenkabel gleichzeitig der Fußpunkt der Antenne, und es ist HF-seitig nur eine Anschlußschaltung aus passiven Bauelementen erforderlich, um innerhalb des Nutzfrequenz-Bereichs eine Impedanzanpassung an den Wellenwiderstand des Antennenkabels zu bewirken.

Im allgemeinen wird jedoch das Prinzip der aktiven Antenne angewendet. Die Antenne besteht dabei aus der Heizleiter struktur - als passive Komponente - und der an den HF-Abgriff der Struktur unmittelbar, d. h. ohne eine Schnittstelle mit der Impedanz des Wellenwiderstands einer HF-Leitung, anschließenden Verstärkungs- und Anpaßschaltung. Die Antenne bildet eine komplexe Baugruppe, in die der Verstärker integriert ist, und sein Signalausgang ist der Fußpunkt der aktiven Antenne.

In beiden Fällen der Nutzung der Heizleiterstruktur zum Ein- und bzw. oder Auskoppeln von HF-Signalen müssen der Heizstromkreis des Fahrzeugs und der Antennenkreis an den beiden Gleichstromanschlüssen der Heizleiterstruktur gegeneinander entkoppelt werden. Eine wesentliche Aufgabe besteht auch darin, die von den Fahrzeugaggregaten und der Motorelektronik erzeugten hochfrequenten Störströme, die dem Heizgleichstrom überlagert sind, wirkungsvoll zu dämpfen. Die Trennung erfolgt durch Netzwerke, die für den Heizgleich strom durchlässig sein und für die HF-Energie auf beiden Seiten - für das antennenseitige Nutzsignal wie für die fahrzeugseitige Störung - breitbandig eine hohe, möglichst verlustarme Impedanz bilden sollen. Dazu werden z. B. in die beiden Adern der Heizleitung passive Bauelemente, wie Spulen, Kernspulen und Kondensatoren, und auch Parallelschwingkreise eingebunden.

Bei der Wahl, der Dimensionierung und der Verschaltung der Bauelemente, ist zu berücksichtigen, daß die Heizleiter struktur und die einzelnen Bauelemente und auch deren Leistungsgrößen für die unterschiedlichen Frequenzbereiche unterschiedliche Eigenschaften besitzen und daß sich optimale Verhältnisse meist nur für einen bevorzugten Bereich einstellen lassen. So werden die Trennschaltungen für den reinen Rundfunkempfang über die Heizleiterstruktur im allgemeinen auf den UKW-Bereich abgestimmt.

Es ist jedoch möglich, die Struktur daneben auch für den Empfang im LMK-Bereich zu nutzen. Die Trennschaltungen werden zu diesem Zweck mit für die zusätzlichen Frequenzbereiche wirksamen Bauelementen ergänzt (für die FM-Bereiche sind das Spulen mit entsprechend hoher Induktivität, in Reihe geschaltet).

Die Trennschaltungen werden bei den Lösungen des bekannten Stands der Technik auf je einer Platine in der Gleichstrom zuführung und im Masseanschluß der Heizleiterstruktur angeordnet und sind mit festen Gehäusen versehen. Die Gehäuse sind meist mit Kupplungselementen zum Kabel anschluß ausgestattet. -
Die Heizleiterstruktur auf der Scheibe besteht im allgemeinen aus jeweils zwei Sammelleitern, die an gegenüberliegenden Scheibenrändern, meist parallel zu den Dachholmen, angeordnet sind, und den dazwischen verlaufenden eigentlichen Heiz leitern. Zu den Sammelleitern sind, auf jeder Seite, die Gleichstrom-seitigen Anschlüsse geführt.

Das Prinzip bietet keine Möglichkeiten, den mechanischen und Schaltungsaufwand für die Trennschaltungen, etwa durch Zusammenfassen der Bausteine, zu verringern.

Darin sind gleichzeitig die wesentlichen und gravierenden Nachteile dieses Prinzips begründet: Es sind der technische und technologische Aufwand und damit der Kostenaufwand für die separaten Schaltungen und Gehäuse und für die Schnitt stellen zu den Anschlußkabeln und außerdem der Platzbedarf für die gesamte Anordnung, der noch durch die Steckverbin dungen der Kabel erhöht wird.

Diese Aussage gilt ähnlich für alle Leitungsanordnungen mit zusätzlicher Ein- und Auskopplung und Übertragung von HF- Nutzsignalen bzw. mit Sperrung gegen Störungen im HF-Bereich. Das "Baustein- und Moduldenken" führt zur Separierung von Wirkungseinheiten, die nicht der Hauptaufgabe des Systems zuzuordnen sind und ggf. auch noch mit unerwünschten Nebenwirkungen behaftet sind, wie Erwärmung bei Drosseln und Widerständen.

Andererseits bietet der Stand der Technik für zusätzliche Funktionen bei elektrischen Anordnungen bisher keine andere gangbare Lösung als die zusätzliche Schaltung im speziellen Gehäuse oder die Erweiterung vorhandener Schaltungen mit entsprechenden Änderungen auf der Gehäuseseite.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektrischen Leitungen, die zusätzlich für HF-Zwecke genutzt werden bzw. im Wirkzusammenhang mit HF-Systemen stehen, den Schaltungs- und den mechanischen Aufwand, der für Trenn- und Filterzwecke zur Gewährleistung der HF-Funktionen erforderlich ist, zu senken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsdetails.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin begründet, daß auf die zusätzliche Schaltungsplatine mit eigenem Gehäuse bzw. die Erweiterung und zusätzliche Belegung vorhandener Platinen komplett verzichtet werden kann. Die Erfindung vereinfacht den-elektrischen wie auch den mechanischen Aufbau sowie Fertigung und Montage.

Zu der Senkung des Arbeits- und Kosten- und des Platzaufwands kommt der günstige Effekt, daß Nebenbedingungen und Neben wirkungen, die mit den Bauelementen für die zusätzliche HF- Funktion verbunden sind, eine geringere Rolle als bei den Lösungen des Stands der Technik spielen. So muß z. B. nicht auf die Erwärmung der Spulen Rücksicht genommen werden, bzw. es sind keine besonderen Maßnahmen zur Wärmeabführung mehr notwendig, oder, anders gesagt - es gibt keine Zwänge hinsichtlich der Dimensionierung und Anordnung solcher Bauteile mehr.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungs beispielen erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1. Kraftfahrzeug-Heckscheibe mit Heizleiter-Struktur und Anschluß zur Nutzung als Antennenelement, Aufbau gemaß dem Stand der Technik

Fig. 2. Scheibe wie in Fig. 1, mit erfindungsgemäßer Integration der Trenn- und Filterschaltung in die Gleichstromleitungen für die Scheibenheizung

Fig. 3. Konfektionierte Heizungsleitung mit integrierter Trenn- und Filterschaltung, realisierte Ausführung.

Bezugszeichenliste

1 Scheibe,
2 Sammelleiter der Scheibenheizung,
3 Heizleiter,
4 Kabel für Gleichstrom,
5 Schaltungsgehäuse,
6 Spule,
7 Kondensator,
8 Gleichstromanschluß,
9 Masseanschluß,
10 Anschlußpunkt der Antenne,
11 Umhüllung,
12 Steckerhülse,
13 Steckergehäuse,
14 Öse für Masseanschluß.

Die Erfindung wird, ebenfalls, an Hand der beheizbaren Kraftfahrzeugscheibe erläutert.

Die Kabel 4 für den Heiz-Gleichstrom sind beiderseits der Scheibe 1 mit den Sammelleitern 2 verbunden. Bei der in Fig. 1 gezeigten Lösung des Stands der Technik befindet sich nahe den Sammelleitern 2 je ein Gehäuse 5, in denen Platinen mit den Bauelementen der Trennschaltung angeordnet sind. Bei diesem Beispiel sind es Spulen 6 und Kondensatoren 7.

Mit den Spulen wird ein Abfließen des empfangenen bzw. des abzustrahlenden Nutzsignals in Richtung Batterie und Karosserie verhindert; die Kondensatoren bilden eine Sperre gegen die karosserieseitigen hochfrequenten Störungen, die sonst über das Kabel 4 in die Heizleiterstruktur eingekoppelt würden.

Die Spulen 6 werden gewählt, um den HF-Abschluß möglichst breitbandig zu gestalten. Sie werden zur Begrenzung der Leistungsverluste meist als Kernspulen ausgeführt.

Für die Trennung in den höheren Frequenzbereichen, wie UKW, können an Stelle der Spulen Resonanzkreise , z. B. Parallel schwingkreise, vorgesehen werden. Die HF-Leistungsverluste sind dann noch geringer. Andererseits ist die Filter- bzw. Trennwirkung schmalbandiger. Die Anordnung bietet dort besondere Vorteile, wo eine höhere Selektivität gefordert wird.

Die für die Trennschaltungen eingesetzten Kondensatoren, die ebenfalls vergleichsweise schmalbandig wirken, werden in Zahl und Parametern auf den Gesamtbereich der Nutzsignalbänder abgestimmt.

Die Gehäuse 5 mit den Schaltungsplatinen und Steckanschlüssen stellen zwar technologisch kein Problem dar; sie sind jedoch ein Kostenfaktor und erfordern außerdem Platz - der z. B. gerade in der Umgebung einer Kfz-Scheibe, etwa in den Holmen oder im Rahmen einer Heckklappe, knapp bemessen ist. So war es z. B. unumgänglich, für unterschiedliche Fahrzeuge immer wieder neue, auf die speziellen Platzverhältnisse zugeschnittene Gehäuse auszubilden.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch den Verzicht auf Platine und Gehäuse - bei zumindest gleichem Gebrauchswert - wesentlich kostengünstiger und platzsparend. Die in die Kabelführung integrierten Bauelemente können über die Kabellänge verteilt werden, und die dabei entstehenden partiellen Verdickungen sind vergleichsweise unerheblich. Der in Fig. 2 gezeigte Schaltungsaufbau stellt nur eine der vielen Möglichkeiten dar. Es wird jedoch deutlich, daß die nicht mehr notwendige punktuale Zusammenfassung neue Freiheiten in der Wahl und in der Kombination der Bauteile und in ihrer optimalen Zuordnung zum Fahrzeug begründet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten, komplett vorgefertigten Kabel-Baugruppe wurden die auch sonst erforderlichen Arbeitsgänge

- Ablängen des Kabels + und
- Anschluß der Steckerhülsen 11 durch die Arbeitsgänge
- Einbinden der Spulen 6 und der Kondensatoren 7 in den Leitungsverlauf, an geeigneter Stelle, und
- Umhüllen der Bauteile und der Anschlüsse ergänzt.

Der Fertigungsaufwand ist geringer als bei der Lösung mit separatem Gehäuse, und bei der Montage entfällt zumindest das Einpassen und eventuelle Befestigen der Trennschaltungs- Gehäuse, z. B. durch Anschrauben o. ä..

Die Baugruppe Kabel mit integrierter Trennschaltung′ kann auch in konfektionierter Ausführung in einen vorhandenen Kabelbaum eingebunden werden.

Als zusätzliche Verbesserung hat sich erwiesen, die Bauelemente 6, 7 direkt an die Steckerhülsen anzuschließen. Es entfällt dann die Aufteilung des Kabels in kleinere Abschnitte, und es wird jeweils eine Verbindungsstelle überflüssig.

Als Umhüllung 10 ist z. B. eine im Fertigzustand weich elastische Vergußmasse günstig; es genügt jedoch auch selbstklebender Schrumpfschlauch.

Claims

1. Elektrische Kabel und Leitungsanordnungen, die zumindest partiell zusätzlich der Übertragung von HF-Signalen und Daten dienen, wobei vorzugsweise separate elektrische und HF-Anschlüsse vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- in den Verlauf des Kabels (4) oder der Leitungsanordnung sind passive Bauelemente integriert, mit denen bestimmte Bereiche oder Anschlüsse des Kabels oder der Leitungs anordnung für die HF-Signale gesperrt sind oder mit denen eine Selektion für bestimmte Frequenzbereiche bewirkt wird,
- als passive Bauelemente, die als HF-seitige Sperren oder Filter wirken, werden Spulen (6) und Kondensatoren (7), auch in der Schaltung als Resonanzkreise, verwendet,
- die passiven Bauelemente werden in Reihen- und bzw. oder in Parallelschaltung eingesetzt,
- die passiven Bauelemente werden vorzugsweise unmittelbar im Anschluß an mechanisch/elektrische Verbindungs elemente, insbesondere Steckerhülsen (12), in das Kabel (4) oder die Leitungsanordnung eingefügt.

2. Kabel und Leitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußfahnen oder -teile der HF-wirksamen passiven Bauelemente (6, 7) mit den Anschluß enden des Kabels (4) oder der Leitungsanordnung oder den Anschlußteilen der Verbindungselemente (12) durch Kraft schluß (Krimpen) oder durch Stoffschluß (Löten, Schweißen) galvanisch verbunden werden.

3. Kabel und Leitungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die in das Kabel (4) oder die Leitungsanordnung eingeschalteten Bauelemente und die anschließenden Kabelenden mit einer isolierenden Umhüllung (11) versehen sind, und daß die Umhüllung (11) vorzugs weise von einem Schrumpfschlauch oder von einer im Aushärtungszustand weich-elastischen Vergußmasse gebildet wird.

4. Kabel und Leitungsanordnung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch die Verwendung der Erfindung bei einem Kabel (4) zur Stromversorgung für eine Heizleiter-Struktur (2, 3) in einer Kraftfahrzeug-Scheibe (1), die gleich zeitig als Antennen-Element für Rundfunkempfang genutzt wird, wobei mit in das Kabel (4) integrierten Spulen (6) die Heizleiter-Struktur (2, 3) für die HF-Nutzsignale vom Heizstrom-Anschluß getrennt wird und mit Kondensatoren (7) die Einkopplung von HF-Störungen über den Heizgleichstrom- Anschluß (8) in die Heizleiter-Struktur (2, 3) verhindert wird.