EP0939959B1 - Elektrisch leitendes kabel - Google Patents

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EP0939959B1
EP0939959B1 EP98952512A EP98952512A EP0939959B1 EP 0939959 B1 EP0939959 B1 EP 0939959B1 EP 98952512 A EP98952512 A EP 98952512A EP 98952512 A EP98952512 A EP 98952512A EP 0939959 B1 EP0939959 B1 EP 0939959B1
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EP
European Patent Office
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cable
electrically conductive
loads
branches
overload
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EP98952512A
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English (en)
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EP0939959A1 (de
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Hans Gegusch-Brunner
Bernd Aupperle
Joachim Schenk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0045—Cable-harnesses

Definitions

  • the invention relates to an electrically conductive cable for Connection of consumers and one Power supply device, especially in Connection with a vehicle electrical system, according to the genus of the main claim.
  • connection of consumers in one Power supply system for example in one Vehicle electrical system with the power supply, for example the battery or with a plug that in turn connects to the Battery connected, is usually done today over harnesses.
  • Such wire harnesses include a variety of electrical lines that are parallel to each other and together to the plug or the battery or one Generator are connected, each on the other One load or one side of the line electrical consumer is connected.
  • the wire harnesses usually contain lines different cross-section, the cross-section in each case is adapted to the power consumption of the consumer, so that high current consumers over lines with large Cross-section are supplied while consumers are using low power consumption supplied via thinner cables become.
  • the Power supply system for example the Vehicle electrical system
  • de-energized cables are said to through the use of the electrically conductive Avoid cables.
  • the electrically conductive cable according to the invention with the Features of claim 1 has the advantage that a maximum Utilization of the cable is possible as only minimal Line sections are de-energized. It is still there advantageous that a reduction in line losses is achievable because the maximum cable cross section for small streams is available. Still is advantageous that no isolation of single wires of the Wiring harness is required, making savings Material, for example copper is possible because the Design of the cross section can be optimized and overall is lower than for single cables. As a result of smaller cross-section, more flexible installation is possible and it is advantageously a saving of Contacts, for example when securing against Short circuits possible.
  • Figure 1 shows a conventional wire harness.
  • FIG. 1 shows a conventional wiring harness 10, which consists of four sections A, B, C, E and one Collective plug 11 is connected via a connection 12 with a voltage supply unit 13, for example a battery of a motor vehicle or a generator communicates.
  • a voltage supply unit 13 for example a battery of a motor vehicle or a generator communicates.
  • the wiring harness 10 consists of 9 Individual lines 10a, b, ... i, which if necessary have different cross sections. These lines or single cores are routed in parallel and lead to central controlled loads 1 to 8. Of the loads are partial two combined, namely 1 and 2, 3 and 4, and 6 and 7. 8 is a single load, the load 5 has a redundant one Supply via two separate single wires.
  • the load 5 can be an electrical consumer, its functional path is particularly relevant to security, for example one electric brake or a control unit for one Anti-skid control.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention shown and this embodiment has the same Consumers 1 through 8.
  • the wiring harness is connected again to a common plug 11, which is connected 12 in connection with the voltage supply device 13 stands, or directly with the battery, the generator or is connected to a distributor.
  • the wire harness 14 is made thereby from a cable trunk in which the Single wire cross sections in areas A, B and C are summarized. In area A is the cross section of the Cable harness largest, in area B the second largest and in Area C is the third largest. In area E is like the Example according to Figure 1 only a single wire is available.
  • overload protected amplifiers A 1/2, B 3/4/5 and C / 5/6/7/8 installed. These overload-protected power amplifiers are controlled externally, for example by a central control unit. They switch the assigned to them Loads on the relevant area of the wiring harness.
  • the Overload protected power amplifiers also ensure that no short circuits or similar occur.
  • the load 5 is about in the embodiment of Figure 2 different wiring harness branches B and C and the associated ones overload-protected power amplifiers are supplied redundantly.
  • This redundant supply through different Wire harness branches will be a particularly safe and reliable Power supply even if there are any Guaranteed interference.
  • FIG 3 is a second embodiment of the invention shown with a wiring harness 15 that extends to area B corresponds to the embodiment of Figure 2.
  • a wiring harness 15 that extends to area B corresponds to the embodiment of Figure 2.
  • the wiring harness B leads over the Cable branch C with a thinner cross section to that overload protected switch B5 / 6/7/8.
  • On this overload protected switches are both loads 6 and 7 as well as the load A connected via the single wire E as also the load 5, which is also above the overload protected Switch B3 / 4/5 and the wiring harness branch B1 a with the overload-protected switch B1 is connected.
  • the Consumers 3 and 4 are also on the overload protected switch B3 / 4/5 supplied.
  • the adjustment of the cross sections of the wiring harness trunk A as well the wiring harness branches B1 and C can in turn be based on the expected consumption performance of individual consumers be determined. With that shown in Figure 3 Cable harness with cable trunk and cable branches becomes possible Saving potential for the conductor material completely exploited.
  • a particularly inexpensive solution for building the Harness can be achieved by the overload-protected semiconductor switches in the actuators be relocated and at the branches of the single wires Core or the cable branch directly over a short section run as a backup. If a short circuit arises, the single wire would have to be connected to a fuse element the cable trunk or the cable branch. In order to can save fuses and contacts that are currently needed in wiring harnesses in motor vehicles which each consumer is individually protected, one Many of these fuses in the normal operating state never to become active.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Kabel zur Verbindung von Verbrauchern und einer Spannungsversorgungseinrichtung, insbesondere im Zusammenhang mit einem Fahrzeugbordnetz, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Die Verbindung von Verbrauchern in einem Spannungsversorgungssystem, beispielsweise in einem Fahrzeugbordnetz mit der Spannungsversorgung, beispielsweise der Batterie oder mit einem Stecker, der seinerseits mit der Batterie in Verbindung steht, erfolgt heute üblicherweise über Kabelbäume. Solche Kabelbäume umfassen eine Vielzahl von elektrischen Leitungen die parallel zueinander liegen und gemeinsam an den Stecker oder die Batterie oder einem Generator angeschlossen sind, wobei jeweils auf der anderen Seite der Leitung eine einzige Last bzw. ein einziger elektrischer Verbraucher angeschlossen wird. Die Kabelbäume enthalten dabei üblicherweise Leitungen mit unterschiedlichem Querschnitt, wobei der Querschnitt jeweils an die Leistungsaufnahme des Verbrauchers angepaßt ist, so daß Hochstromverbraucher über Leitungen mit großem Querschnitt versorgt werden, während Verbraucher mit geringer Leistungsaufnahme über dünnere Kabel versorgt werden. Während des üblichen Betriebes des Spannungsversorgungssystems, beispielsweise des Fahrzeugbordnetzes, ist nur ein geringer Teil der Verbraucher eingeschaltet, so daß die meisten der Leitungen überhaupt keinen Strom führen. Diese stromlosen Kabel sollen durch den Einsatz des erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Kabels vermieden werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße elektrisch leitende Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine maximale Ausnutzung des Kabels möglich ist, da nur minimale Leitungsabschnitte stromlos sind. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, daß eine Verringerung der Leitungsverluste erzielbar ist, da der maximale Kabelquerschnitt auch für kleine Ströme zur Verfügung steht. Weiterhin ist vorteilhaft, daß keine Isolation von Einzeladern des Kabelbaumes erforderlich ist, so daß eine Einsparung an Material, beispielsweise Kupfer möglich ist, da die Auslegung des Querschnittes optimiert werden kann und insgesamt geringer ist als bei Einzelkabeln. Infolge des geringeren Querschnitts ist ein flexiblerer Einbau möglich und es ist in vorteilhafter Weise eine Einsparung von Kontakten, beispielsweise bei der Absicherung gegenüber Kurzschlüssen möglich.
Durch die Einsparung der Isolation für Einzelkabel sowie die Materialeinsparung läßt sich in vorteilhafter Weise eine Gewichtsreduzierung realisieren.
Erzielt werden diese Vorteile, indem die Ausgestaltung des Kabels so erfolgt, daß auf der Anschlußseite, die mit der Spannungsversorgung bzw. mit einem Stecker, der zur Spannungsversorgung führt, verbunden ist, der größte Kabelquerschnitt auftritt. Dieser Kabelquerschnitt erstreckt sich über einen ersten Bereich, an dessen Ende die ersten Verzweigungen auftreten. Im nächsten Abschnitt weist das Kabel einen geringeren Querschnitt auf und im übernächsten Abschnitt, nach weiteren Verzweigungen wird der Querschnitt des Kabels weiter reduziert. An den Verzweigungsstellen befinden sich jeweils überlastgeschützte Schaltmittel, beispielsweise Halbleiter, die die am Ende der abzweigenden Einzelader befindlichen Lasten schalten und/oder steuern. Diese Halbleiter werden vorteilhafterweise als Highsideschalter ausgelegt, wodurch eine direkte Montage der Halbleiter auf dem Leitermaterial, also beispielsweise dem Kupfer möglich wird, so daß dieses zusätzlich als Kühlkörper genutzt werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen in einer hohen Flexibilität bei gleichzeitigem Einsatz eines Datenbusses. Dabei ist eine individuelle Erweiterbarkeit des Kabels denkbar. Eine Diagnose des Kabelbaumes kann in vorteilhafter Weise realisiert werden. Durch die halbleitergeschalteten Kabelzweige können Sicherungen entfallen, falls sie durch intelligente Endstufen ersetzt werden. Es besteht eine Abschaltmöglichkeit von Teilzweigen, beispielsweise bei Generatorüberlastung u. ä.. Damit kann in vorteilhafter Weise ein Teil des Bordnetzes direkt abgekoppelt werden, falls Probleme mit der Energieversorgung dies erforderlich machen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Kabelastsicherung durch Minimalquerschnitt sowie die generell mögliche Einsparung von Sicherungen.
Vorteilhafterweise sind verschiedene Konfigurationen von Kabelbäumen, Kabelbereichen, Kabelstämmen, Kabelästen und Einzeladern möglich.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 2 und 3 der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen herkömmlichen Kabelbaum.
Beschreibung
In Figur 1 ist ein herkömmlicher Kabelbaum 10 dargestellt, der aus vier Teilbereichen A, B, C, E besteht und an einen Sammelstecker 11 angeschlossen ist, der über eine Verbindung 12 mit einer Spannungsversorgungseinheit 13, beispielsweise einer Batterie eines Kraftfahrzeuges oder eines Generators in Verbindung steht.
Der Kabelbaum 10 besteht im Beispiel nach Figur 1 aus 9 Einzelleitungen 10a, b, ... i, die gegebenenfalls unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Diese Leitungen oder Einzeladern sind parallel geführt und führen zu zentral gesteuerten Lasten 1 bis 8. Von den Lasten sind teilweise zwei zusammengefaßt, nämlich 1 und 2, 3 und 4, sowie 6 und 7. 8 ist eine Einzellast, die Last 5 besitzt eine redundante Versorgung über zwei getrennte Einzeladern. Die Last 5 kann dabei ein elektrischer Verbraucher sein, dessen Funktionsweg besonders sicherheitsrelevant ist, beispielsweise eine elektrische Bremse oder eine Steuereinheit für eine Antiblockierregelung.
In Figur 2 ist ein erstes Ausführugsbeispiel der Erfindung dargestellt und dieses Ausführungsbeispiel weist dieselben Verbraucher 1 bis 8 auf. Der Anschluß des Kabelbaums erfolgt wiederum an einen Sammelstecker 11, der über eine Verbindung 12 mit der Spannungsversorgungseinrichtung 13 in Verbindung steht, oder direkt mit der Batterie, dem Generator oder einem Verteiler verbunden ist. Der Kabelbaum 14 besteht dabei aus einem Kabelstamm, bei dem die Einzeladerquerschnitte in den Bereichen A, B und C zusammengefaßt sind. Im Bereich A ist der Querschnitt des Kabelbaums am größten, im Bereich B am zweitgrößten und im Bereich C am drittgrößten. Im Bereich E ist wie beim Beispiel nach Figur 1 lediglich eine Einzelader vorhanden.
Zwischen dem Kabelbaum und den Lasten bzw. Verbrauchern 1 bis 8 sind überlastgeschützte Endstufen A 1/2, B 3/4/5 und C/5/6/7/8 eingebaut. Diese überlast-geschützten Endstufen werden extern angesteuert, beispielsweise von einem zentralen Steuergerät. Sie schalten die ihnen zugeordneten Lasten an den betreffenden Bereich des Kabelbaumes. Die überlastgeschützten Endstufen stellen außerdem sicher, daß keine Kurzschlüsse o.ä. auftreten.
Die Last 5 wird beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 über unterschiedliche Kabelbaumäste B und C sowie die zugehörigen überlastgeschützten Endstufen redundant versorgt. Durch diese redundante Versorgung über unterschiedliche Kabelbaumäste wird eine besonders sichere und zuverlässige Spannungsversorgung auch bei möglicherweise auftretenden Störungen gewährleistet.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Kabelbaum 15 dargestellt, das bis zum Bereich B dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 entspricht. Am Ende des Kabelbaumastes bzw. des Bereiches B befindet sich hier eine überlastgeschützte Endstufe B1, die über einen weiteren Kabelbaumast bzw. Bereich B1 a mit der Endstufe B3/4/5 verbunden ist. Weiterhin führt der Kabelbaumast B über den Kabelbaumast C mit dünnerem Querschnitt zu dem überlastgeschützten Schalter B5/6/7/8. An diesen überlastgeschützten Schalter sind sowohl die Lasten 6 und 7 als auch die Last A über die Einzelader E angeschlossen als auch die Last 5, die außerdem über den überlastgeschützten Schalter B3/4/5 und den Kabelbaumast B1 a mit dem überlastgeschützten Schalter B1 in Verbindung steht. Die Verbraucher 3 und 4 werden ebenfalls über den überlastgeschützten Schalter B3/4/5 versorgt.
Die Anpassung der Querschnitte des Kabelbaumstamms A sowie der Kabelbaumäste B1 und C können wiederum anhand der zu erwartenden Verbrauchsleistungen der einzelnen Verbraucher festgelegt werden. Mit dem in Figur 3 dargestellten Kabelbaum mit Kabelstamm und Kabelästen wird das mögliche Einsparungspotential für das Leitermaterial vollständig ausgenutzt.
Eine besonders kostengünstige Lösung für den Aufbau des Kabelbaums kann dadurch erreicht werden, daß die überlastgeschützten Halbleiterschalter in die Stellglieder verlagert werden und an den Abzweigungen der Einzeladern die Ader bzw. der Kabelast direkt über einen kurzen Abschnitt als Sicherung ausgeführt werden. Falls ein Kurzschluß entsteht, müßte die Einzelader über ein Sicherungselement an den Kabelstamm oder den Kabelast angeschlagen werden. Damit können Sicherungen und Kontakte eingespart werden, die derzeit in Kabelbäumen im Kraftfahrzeug benötigt werden, bei denen jeder Verbraucher einzeln abgesichert ist, wobei eine Vielzahl dieser Sicherungen im üblichen Betriebszustand nie aktiv werden.

Claims (9)

  1. Elektrisch leitendes Kabel zur Herstellung einer Verbindung zwischen Verbrauchern und einer Spannungsversorgungseinrichtung, mit einem gemeinsamen Stecker, an den die elektrischen Verbraucher anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel in Abschnitte unterteilt ist, in denen es unterschiedliche Querschnitte aufweist, wobei die Querschnitte vom Stecker zu den Verbrauchern hin abnehmen.
  2. Elektrisch leitendes Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Abschnittsenden Verzweigungsstellen befinden, an denen jeweils überlastgeschützte Schaltmittel angeordnet sind, die am Ende der abzweigenden Einzelader befindlichen Lasten Schalten und/oder steuern.
  3. Elektrisch leitendes Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überlastgeschützten Schaltern Halbleiterschalter sind, insbesondere als Highsideschalter ausgelegte Halbleiter.
  4. Elektrisch leitendes Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschalter direkt auf dem leitenden Material des Kabels angeordnet sind.
  5. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel einen Kabelbaum mit Kabelstamm und Kabelästen bildet, wobei wenigstens einer der Kabeläste über eine Verzweigungsstelle und einen zugehörigen überlastgeschützten Halbleiter ausgekoppelt ist und der Kabelstamm sowie die Kabeläste unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
  6. Elektrisch leitendes Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Kabeläste zur Versorgung verschiedener Verbraucher und/oder zur redundanten Versorgung eines einzigen, insbesondere eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers dienen.
  7. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß die überlastgeschützten Halbleiter in Stellglieder verlagert werden, die den Lasten zugeordnet sind und an den Abzweigungen der Einzeladern jede Ader direkt über einen kurzen Abschnitt als Sicherung ausgeführt ist.
  8. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter direkt auf dem Kabelbaumkupfer als verpackte Bauelemente oder als Chips, zur Verlustleistungsabführung, verbunden sind.
  9. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Fahrzeug eingesetzt wird, zur Herstellung der Spannungsversorgung der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes aus der Batterie und/oder des Generators, oder einem Verteilerpunkt.
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