WO1999016085A1 - Elektrisch leitendes kabel - Google Patents

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Bernd Aupperle
Joachim Schenk
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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 connecting consumers and one
  • Power supply device in particular in connection with a vehicle electrical system, according to the preamble of the main claim.
  • the connection of consumers in a voltage supply system, for example in a vehicle electrical system, to the voltage supply, for example the battery or to a plug, which in turn is connected to the battery, is usually carried out today via cable harnesses.
  • Such cable harnesses comprise a multiplicity of electrical lines which are parallel to one another and are jointly connected to the plug or the battery or a generator, a single load or a single electrical consumer being connected on the other side of the line.
  • the cable harnesses usually contain lines with different cross-sections, the cross-section being adapted to the power consumption of the consumer, so that high-current consumers are supplied via lines with a large cross-section, while consumers with low power consumption can be supplied via thinner cables.
  • the voltage supply system for example the vehicle electrical system
  • only a small part of the consumers is switched on, so that most of the lines carry no current at all.
  • the electrically conductive cable according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that maximum utilization of the cable is possible since only minimal line sections are without current. It is furthermore advantageous that a reduction in line losses can be achieved, since the maximum cable cross section is also available for small currents. It is also advantageous that no insulation of individual wires of the cable harness is required, so that a saving in material, for example copper, is possible since the design of the cross section can be optimized and is generally less than with individual cables. As a result of the smaller cross section, a more flexible installation is possible and it is advantageous to save
  • the saving in insulation for individual cables and the saving in material make it possible to advantageously reduce the weight.
  • These advantages are achieved by designing the cable in such a way that the largest cable cross section occurs on the connection side which is connected to the voltage supply or to a plug which leads to the voltage supply.
  • This cable cross section extends over a first area, at the end of which the first branches appear. In the next section, the cable has a smaller cross-section and in the section after next, after further branches, the cross-section of the cable is further reduced.
  • These semiconductors are advantageously designed as high-side switches, which enables direct mounting of the semiconductors on the conductor material, for example the copper, so that it can also be used as a heat sink.
  • the semi-conductor-switched cable branches mean that fuses can be omitted if they are replaced by intelligent power amplifiers. It is possible to switch off partial branches, for example in the event of generator overload and. Part of the on-board electrical system can thus advantageously be decoupled directly if problems with the energy supply make this necessary.
  • Another advantage of the invention results from the cable branch protection through minimum cross-section and the generally possible saving of fuses.
  • Figure 1 shows a conventional wire harness.
  • FIG. 1 shows a conventional cable harness 10, which consists of four sub-areas A, B, C, E and is connected to a common plug 11, which is connected via a connection 12 to a voltage supply unit 13, for example a battery of a motor vehicle or a generator stands .
  • the wiring harness 10 consists of 9 individual lines 10a, b,... I, which may have different cross sections. These lines or single wires are routed in parallel and lead to centrally controlled loads 1 to 8. Two of the loads are sometimes 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 safety, for example an electric brake or a control unit for an anti-lock control.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention and this exemplary embodiment has the same consumers 1 to 8.
  • the wiring harness is in turn connected to a common plug 11, which is connected to the voltage supply device 13 via a connection 12, or is connected directly to the battery, the generator or a distributor.
  • the cable harness 14 consists of a cable trunk, in which the single wire cross sections in the areas A, B and C are combined.
  • the area of the wire harness is largest in area A, the second largest in area B and the third largest in area C.
  • area E as in the example according to FIG. 1, there is only a single wire.
  • Overload-protected power amplifiers A 1/2, B 3/4/5 and C / 5/6/7/8 are installed between the wiring harness and the loads or consumers 1 to 8. These overload-protected output stages are controlled externally, for example by a central control unit. You switch the loads assigned to them to the relevant area of the wiring harness. The overload-protected output stages also ensure that no short circuits or the like occur.
  • the load 5 is supplied redundantly via different wiring harness branches B and C and the associated overload-protected output stages.
  • This redundant supply via different wiring harness branches makes it particularly safe and reliable Power supply guaranteed even in the event of malfunctions.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the invention with a cable harness 15 which corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 2 up to area B.
  • a cable harness 15 which corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 2 up to area B.
  • an overload-protected output stage Bl which is connected to the output stage B3 / 4/5 via a further wiring harness branch or area Bl a.
  • the wiring harness branch B leads via the wiring harness branch C with a thinner cross section to the overload-protected switch B5 / 6/7/8.
  • Both the loads 6 and 7 and the load A are connected to this overload-protected switch via the single wire E as well as the load 5, which is also connected to the overload-protected switch Bl via the overload-protected switch B3 / 4/5 and the wiring harness Bl a stands. Consumers 3 and 4 are also supplied via the overload-protected switch B3 / 4/5.
  • the adaptation of the cross sections of the wiring harness trunk A and the wiring harness branches Bl and C can in turn be determined on the basis of the expected consumption performance of the individual consumers. With the cable harness shown in Figure 3 with cable trunk and cable branches, the potential savings potential for the conductor material is fully exploited.
  • a particularly cost-effective solution for the construction of the cable harness can be achieved in that the overload-protected semiconductor switches are shifted into the actuators and at the branches of the individual wires
  • the wire or the cable branch can be run directly over a short section as a fuse. If a short circuit occurs, the single wire would have to be attached to the cable trunk or the cable branch using a securing element. This saves fuses and contacts that are currently required in wiring harnesses in the motor vehicle, in which each consumer is individually protected, a large number of these fuses never becoming active in the normal operating state.

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Es wird ein elektrisches Kabel zur Herstellung einer Verbindung zwischen einer Spannungsversorgungseinheit und verschiedenen Verbrauchern vorgeschlagen, das in verschiedene Bereiche unterteilt ist und in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Querschnitte aufweist. Die Auswahl der Querschnitte erfolgt dann in Abhängigkeit von den zu versorgenden Verbrauchern und wird so gewählt, daß das Kabel auf der Seite, die der Spannungsversorgungseinrichtung am nächsten liegt, den größten Querschnitt hat. An den Verzweigungsstellen des Kabels befinden sich jeweils überlastgeschützte Halbleiter, die die am Ende der abzweigenden Einzelader befindlichen Lasten schalten und/oder steuern.

Description

Elektrisch leitendes Kabel
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 uberlastgeschützte 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 überlastgeschützten 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.a. 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 uberlastgeschützte Endstufe Bl, die über einen weiteren Kabelbaumast bzw. Bereich Bl 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 Bl a mit dem überlastgeschützten Schalter Bl 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 Bl 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

Ansprüche
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 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 wenigstens zwei Bereiche vorhanden sind, die jeweils unterschiedliche Querschnitte aufweisen.
6. 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.
7. Elektrisch leitendes Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Kabeläste zur
Versorgung verschiedener Verbraucher und/oder zur redundanten Versorgung eines einzigen, insbesondere eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers dienen.
8. 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.
9. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
10. Elektrisch leitendes Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter direkt auf dem Kabelbaumkupfer als verpackte Bauelemente oder als Chips, zur Verlustleistungsabführung, verbunden sind.
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