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Die Anmeldung betrifft im Allgemeinen einen Stromverteiler für Kraftfahrzeug mit einem Stromverteilkörper, wobei der Stromverteilkörper zumindest einen Energiespeicheranschluss umfasst und wobei der Stromverteilkörper zumindest zwei Verbraucheranschlüsse umfasst. Darüber hinaus betrifft die Anmeldung ein Kraftfahrzeug mit einem Stromverteiler und ein Verfahren zum Schützen eines Kraftfahrzeugbordnetzes vor einer Verpolung.
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Bordnetze in Kraftfahrzeugen werden immer umfangreicher. Sie umfassen in der heutigen Zeit eine Vielzahl an Verbrauchern. Die elektrische Anbindung der Verbraucher an die Fahrzeugbatterie erfolgt im Allgemeinen über einen Stromverteiler. Ein derartiger Stromverteiler umfasst einen Stromverteilkörper mit einem Anschluss zu einem Pol der Fahrzeugbatterie. Darüber hinaus sind an dem Stromverteilkörper eine Vielzahl an Verbraucheranschlüssen vorgesehen. Der Stromverteilkörper ist in der Regel derart dimensioniert, dass eine ausreichende Ableitung der durch einen hohen Stromfluss entstehenden thermischen Wärme erfolgen kann.
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Viele der in den Verbraucher verbauten elektrischen Komponenten, wie beispielsweise Halbleiterschalter oder auch Elektrolydkondensatoren, sind gegenüber einer Verpolung empfindlich. Insbesondere bei einer falschen Polung der angeschlossenen Versorgungsbatterie oder bei einer falschen Polung einer Fremdstartbatterie können diese Verbraucher zerstört oder beschädigt werden. Bei Elektrolydkondensatoren besteht darüber hinaus die Gefahr, dass weitere Bauelemente zerstört werden können, da die Elektrolydkondensatoren bei einer Verpolung explodieren können. Eine derartige Verpolung kann insbesondere beim Anschließen einer Fremdbatterie für einen Fremdstart auftreten.
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Ferner sind unter dem Begriff Verpolung Überspannungen zu verstehen, die bei Verbrauchern ebenfalls zu Beschädigung führen können. Beim Überschreiten maximal zulässiger Spannungsgrenzen werden einige Verbraucher zerstört oder zumindest beschädigt. Eine derartige Verpolung kann bei einem Fremdstart auftreten. Wenn beispielsweise eine Pkw Batterie an eine Lkw Batterie angeschlossen wird, die eine deutlich höhere Spannung als die Pkw Batterie aufweist, können Verbraucher des Bordnetzes des Pkws zerstört bzw. beschädigt werden.
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Zum Schutz des Bordnetzes vor derartigen Verpolungen werden gemäß dem Stand der Technik zentrale Verpolschutzschaltungen zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Stromverteiler angeordnet. Beispielsweise offenbart die Druckschrift
DE 101 11 252 A1 eine Verpolschutzschaltung mit einem pyrotechnischen Trennelement. Im Falle einer detektierten Verpolung zündet das pyrotechnische Trennelement und die Verbindung zwischen der Batterie und dem Bordnetz wird unterbrochen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass sowohl die Detektoreinrichtung als auch die Trennvorrichtung zerstört werden.
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Die
DE 100 59 800 A1 zeigt ganz allgemein einen Verpolschutz, ohne konstruktive Angaben.
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Die
DE 195 01 985 A1 zeigt einen Verpolschutz in allgemeiner Form, ohne konstruktive Angaben zu machen.
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Um eine aufwendige und kostenintensive Reparatur zu vermeiden können andere Detektoreinrichtungen, beispielsweise Dioden, eingesetzt werden. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 100 19 588 A1 eine Fremdstarteinrichtung bekannt, bei der mit Hilfe der am Generator vorhandenen Dioden der durch die Verpolung auftretende Strom abgeleitet werden kann. Somit kann eine Zerstörung von Bauelementen des Bordnetzes und der Verpolschutzeinrichtung vermieden werden. Nachteilig an der Nutzung der Dioden der Generatoreinrichtung ist jedoch, dass diese Dioden nicht für einen hohen Strom ausgelegt sind. Bei einer Verpolung können Ströme von über 650 Ampere und mehr auftreten, die nahezu unmittelbar zu einer Zerstörung der Dioden führen. Insbesondere kann die durch den Stromfluss in den Dioden erzeugte thermische Wärme nicht ausreichend schnell abgeführt werden.
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Ferner können in Hybridfahrzeugen zumindest zwei unterschiedliche Batterien zum Einsatz kommen, wobei eine dieser Batterien eine Hochvoltbatterie ist und hohe Spannung (z. B. über 100 Volt bis 1 Kilovolt) für den Elektroantrieb liefern kann. Währenddessen versorgt eine Niedrigvoltbatterie das Bordnetz mit einer geringeren Spannung (z. B. 12 Volt, 24 Volt, 48 Volt). Allgemein ist der Generator mit den Dioden zwischen Verbrennungsmotor und Hochvoltbatterie angeordnet und kann diesen laden. Die Bordnetzbatterie ist über einen Wechselrichter und einen Gleichspannungswandler mit dem Generator verbunden. Der Fremdstartstützpunkt ist jedoch direkt mit der Bordnetzbatterie verbunden. Infolgedessen steht die Gleichrichterschaltung des Generators bei Hybridfahrzeugen für ein Verpolschutz nicht mehr zur Verfügung.
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Daher liegt der Anmeldung die technische Aufgabe zugrunde, eine Verpolschutzeinrichtung zum Schutz von Verbrauchern zur Verfügung zu stellen, die einen hohen Schutz der Verbraucher im Falle einer Verpolung gewährleistet, und gleichzeitig eine aufwendige und kostenintensive Herstellung verhindert, sowie eine Reparatur erübrigt.
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Diese und weitere Aufgaben werden gegenständlich gelöst durch einen Stromverteiler für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 1
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Der Stromverteiler gemäß der vorliegenden Anmeldung kann zwischen der Fahrzeugbatterie und zumindest zwei Verbrauchern angeordnet sein. Da im Allgemeinen der negative Pol der Fahrzeugbatterie mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, kann der Energiespeicheranschluss des Stromverteilkörpers mit dem positiven Pol einer Fahrzeugbatterie verbunden sein. Über den Stromverteilkörper können Verbraucher eines Bordnetzes mit Energie versorgt werden. Hierzu weist der Stromverteilkörper zumindest zwei Verbraucheranschlüsse auf. Es versteht sich jedoch, dass der Stromverteilkörper auch drei oder mehr Verbraucheranschlüsse aufweisen kann. Beispielsweise können alle Verbraucher des Bordnetzes über eine entsprechende Anzahl an Verbraucheranschlüsse mit dem Stromverteilkörper verbunden sein. Es versteht sich, dass ein Verbraucheranschluss auch zum Anschluss einer Mehrzahl an Verbrauchern verwendet werden kann.
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Gemäß des Gegenstandes ist erkannt worden, dass auf eine zusätzliche Verpolschutzeinrichtung verzichtet werden kann, wenn die Detektoreinrichtung direkt in den Stromverteilkörpern integriert ist. Zur Aufnahme der Detektoreinrichtung weist der Stromverteilkörper zumindest eine erste Aufnahme auf. In die Aufnahme kann die Detektoreinrichtung zumindest formschlüssig eingesetzt werden. Die Detektoreinrichtung ist einerseits mit dem Stromverteilkörper und andererseits mit einem auf dem Potential der Fahrzeugkarosserie liegenden Anschlusselement elektrisch verbunden. Diese Verbindung ist derart gestaltet, dass im Falle einer korrekten Polung einer angeschlossenen Fahrzeugbatterie der Strompfad vom Stromverteilkörper über die Detektoreinrichtung zum Anschlusselement unterbrochen ist. Das Anschlusselement ist in diesem Fall von dem Stromverteilkörper isoliert. Mit anderen Worten, es existiert lediglich ein Strompfad zwischen der Fahrzeugbatterie und den angeschlossenen Verbrauchern über den gegenständlichen Stromverteiler.
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Im Falle einer Verpolung ist der Stromverteilkörper über die Detektoreinrichtung mit dem auf dem Potential der Fahrzeugbatterie liegenden Anschlusselement elektrisch verbunden. Der bei der Verpolung auftretende Strom wird über die Detektoreinrichtung abgeleitet. Die in Folge des hohen Stromflusses in der Detektoreinrichtung auftretende Wärme kann insbesondere durch die formschlüssige Anordnung der Detektoreinrichtung in dem Stromverteilkörper über den Stromverteilkörper nach Außen abgeführt werden. Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist erkannt worden, dass sich der Stromverteilkörper aufgrund seiner guten thermischen Eigenschaften besonders zur Abführung dieser erzeugten Wärme eignet. Der Strompfad über die Detektoreinrichtung kann gegenständlich Verpolschutz zu gewährleisten. Beschädigungen oder Zerstörungen von Verbrauchern im Bordnetz können vermieden werden.
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Gemäß der gegenständlichen Verpolschutzeinrichtung ist ein pyrotechnischer Schalter nicht erforderlich. Damit entfallen hohe Kosten in Folge einer Reparatur des pyrotechnischen Schalters und etwaiger weiterer durch eine Verpolung zerstörter Bauelemente. Gleichwohl kann ein mehr als ausreichender Schutz der Verbraucher des Bordnetzes bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten und einem einfachen Einbau anmeldungsgemäß sichergestellt werden.
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Die Detektoreinrichtung ist derart gebildet, dass sie zerstörungsfrei betreibbar ist, insbesondere zumindest für zwei Sekunden einen Strom von zumindest 650 Ampere trägt. Tests haben gezeigt, dass eine Stromtragfähigkeit von zumindest 650 Ampere für zumindest zwei Sekunden ausreichend ist, um eine hinreichende Sicherheit des Bordnetzes zu gewährleisten. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung die Dimensionierung der Detektoreinrichtung auch derart gewählt werden kann, dass ein zerstörungsfreier Betrieb für eine längere Zeit, beispielsweise drei Sekunden, erzielt werden kann. Ebenso kann durch eine andere Dimensionierung der Detektoreinrichtung eine höhere Stromtragfähigkeit, beispielsweise von bis zu 1000 Ampere, erreicht werden.
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Um einen Stromfluss vom Stromverteilkörper zu einem auf dem Potential der Fahrzeugkarosserie liegenden Anschlusselement bei einer korrekten Polung der angeschlossenen Fahrzeugkarosserie zu verhindern, kann die Detektoreinrichtung zumindest eine Diode umfassen. Eine Diode weist den Vorteil auf, dass sie nur in eine Richtung einen Stromfluss erlaubt, während sie in der anderen Richtung sperrt. Demzufolge kann die Diode derart als Detektoreinrichtung eingesetzt werden, dass sie im Falle einer korrekten Polung der angeschlossenen Fahrzeugbatterie sperrt und im Falle einer Verpolung der Fahrzeugbatterie einen Stromfluss ermöglicht. Wie bereits zuvor erläutert wurde, kann die Diode zumindest formschlüssig in der Aufnahme des Stromverteilkörpers angeordnet sein, sodass die durch den Stromfluss erzeugte Wärme nach Außen abgeführt werden kann. Ein zerstörungsfreier und sicherer Verpolschutz ist sichergestellt. Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der Anmeldung als Detektoreinrichtung auch andere Bauteile, wie zum Beispiel Transistoren, verwendet werden können.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung können zumindest zwei Dioden parallel zueinander geschaltet sein. Durch die Parallelschaltung der Dioden wird der Gesamtstrom, der bei einer Verpolung auftritt, auf die einzelnen Dioden aufgeteilt. Die durch den Einzelstrom in der jeweiligen Diode erzeugte Wärme ist einerseits geringer und kann andererseits schneller nach Außen abgeführt werden. Insbesondere kann die Gesamtkontaktfläche zwischen den Dioden und dem Stromverteilkörper erhöht und somit eine bessere thermische Kopplung erzielt werden. Die Anzahl der verwendeten Dioden kann in Abhängigkeit der Art der Dioden, der zu erwartenden Stromstärke im Falle einer Verpolung und/oder der vorgegebenen zerstörungsfreien Betriebszeit der Detektoreinrichtung gewählt werden.
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Um Beschädigungen und Zerstörungen von Verbrauchen im Bordnetz aufgrund von Überspannungen in Folge einer Verpolung zu verhindern, kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung die Diode eine Leistungszenerdiode sein. Eine Leistungszenerdiode weist den Vorteil auf, dass sie nicht nur einen Stromfluss in Flussrichtung bei einem falsch angeschlossenen Pol erlaubt, sondern dass sie auch bei Überschreiten einer vorgebbaren Spannung, der so genannten Durchbruchsspannung, einen Stromfluss in Sperrrichtung ermöglicht. Die Wahl der Leistungszenerdioden bzw. deren Durchbruchsspannung kann sich nach der Empfindlichkeit der im Bordnetz installierten Verbraucher gegenüber Überspannungen richten. Im Falle eines Pkws können beispielsweise Leistungszenerdioden mit einer Durchbruchsspannung von 20 Volt verwendet werden, um einen ausreichenden Schutz gegenüber einer zu hohen Spannung in Folge einer angeschlossenen Lkw Batterie, die eine Spannung von 24 Volt aufweisen kann, zu erreichen. Diese Spannungsangaben sind lediglich beispielhaft.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung kann die Detektoreinrichtung ein erstes zu der Aufnahme des Stromverteilkörpers korrespondierendes Endstück aufweisen, derart, dass die Detektoreinrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stromverteilkörper verbunden sein kann. Insbesondere durch eine kraftschlüssige Verbindung der Detektoreinrichtung mit dem Stromverteilkörper kann eine gute thermische Kopplung zwischen beiden Elementen erzielt werden. Beispielsweise kann die Detektoreinrichtung mit ihrem zur Aufnahme korrespondierenden Endstück in diese Aufnahme des Stromverteilkörpers eingepresst werden. Neben einer guten thermischen Kopplung, ist eine kostengünstige Herstellung der Verbindung möglich.
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Für eine einfach herzustellende Verbindung zwischen der Detektoreinrichtung und dem auf dem Potential der Fahrzeugkarosserie liegenden Anschlusselement kann gemäß einem weitern Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung das Anschlusselement ein zumindest eine die Detektoreinrichtung aufnehmende Aufnahme aufweisendes Masseanschluss sein. Der Masseanschluss kann als Flachteil gebildet sein. Die Verbindung lässt sich insbesondere dann in einfacher Weise herstellen, wenn die Detektoreinrichtung ein weiteres Endstück aufweist, dessen Form zu der Form der Aufnahme des Masseanschlusses korrespondiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Detektoreinrichtung ein solches zweites zu der Aufnahme des Masseanschlusses korrespondierendes Endstück aufweisen derart, dass die Detektoreinrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Masseanschlusses verbunden sein kann. Beispielsweise kann die Detektoreinrichtung bzw. deren Endstück in die Aufnahme des Masseanschlusses eingepresst werden. Eine kraftschlüssige und somit gute thermische Kopplung zwischen dem Endstück der Detektoreinrichtung und dem Masseanschlusses kann somit erreicht werden.
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Es versteht sich, dass gemäß weiteren Varianten der vorliegenden Anmeldung, die oben beschriebenen Verbindungen auch stoffschlüssiger Art sein können. Beispielsweise können die oben genannten Verbindungen auch durch Schweißen oder Löten hergestellt werden.
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Um einen Abfluss des Stromes, der bei einer Verpolung auftritt, zu gewährleisten, kann der Masseanschluss in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Anmeldung ein Karosserieanschlussstück zum Verbinden des Masseanschlusses mit dem Potential der Fahrzeugkarosserie aufweisen. Das Karosserieanschlussstück kann unmittelbar mit der Karosserie des Fahrzeugs, beispielsweise durch Verschweißen, verbunden sein. Ebenso ist es möglich, dass weitere Verbindungsstücke zwischen dem Karosserieanschlussstück und der Karosserie vorgesehen sein können.
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Das Karosserieanschlussstück kann zum Befestigen des Stromverteilers an der Fahrzeugkarosserie gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Anmeldung vorgesehen sein. Wenn das Karosserieanschlussstück mechanisch mit der Karosserie verbunden ist, kann auf zusätzliche weitere Befestigungsmittel verzichtet werden. Es versteht sich, dass gemäß weiteren Varianten der vorliegenden Anmeldung weitere Befestigungsmittel vorgesehen sein können.
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Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann der Stromverteiler eine Ummantelung aufweisen. Das Material der Ummantelung kann so gewählt werden, dass weiterhin eine gute Wärmeableitung möglich ist. Insbesondere können sowohl der Stromverteilkörper als auch der Masseanschluss von einer gemeinsamen Ummantelung umgeben sein. Zum Beispiel können beide Elemente gemeinsam mit einem isolierenden Material umspritzt werden. Die Umspritzung bzw. Ummantelung des Stromverteilkörpers und des Masseanschlusses kann derart erfolgen, dass sich eine Isolationsschicht zwischen beiden Elementen bildet, so dass ein Stromfluss nur über die Detektoreinrichtung möglich ist. Es versteht sich, dass der Stromverteilkörper und das Anschlusselement auch einzeln umspritzt und anschließend verbunden werden können.
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Zur besseren Kühlung des Stromverteilkörper bzw. der Detektoreinrichtung kann die Ummantelung Luftschlitze aufweisen. Diese Luftschlitze können durch Verdrängerleisten, die während der Umspritzung an dem Stromverteilkörper angebracht sein und anschließende entfernt werden können, hergestellt werden. Die erzeugten Luftschlitze sind zur Wärmeabführung vorgesehen. Gleichzeitig können die Verdrängerleisten die Dioden in der Einpresslage fixieren. Mit einfachen und kostengünstigen Mitteln kann eine verbesserte Kühlung erzielt werden.
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Zumindest einer der Verbraucheranschlüsse umfasst eine Sicherung. Es kann jedoch vorteilhaft sein, dass sämtliche Verbraucheranschlüsse jeweils zumindest eine Sicherung umfassen. Beispielsweise können Schmelzsicherungen eingesetzt werden, die entsprechend dem jeweiligen Verbraucher angepasst sein können. Eine zusätzliche Sicherung, insbesondere bei geringen Spannungsschwankungen, kann erzielt werden.
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Um eine bessere Kontaktierung der Verbraucheranschlüsse mit dem Stromverteilkörper zu erzielen, kann gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Stromverteilkörper zumindest jeweils eine Öffnung an den Verbrauchanschlüssen aufweisen, derart, dass ein zusätzlicher Anpressdruck auf die Kontaktierung der Verbraucheranschlüsse durch die Schrumpfspannung der Ummantelung erzeugt werden kann. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Ummantelung durch eine Umspritzung erzeugt wird.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist ein Kraftfahrzeug umfassend den zuvor beschriebenen Stromverteiler. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. Gerade bei diesen Fahrzeugen kann der anmeldungsgemäße Stromverteiler vorteilhaft eingesetzt werden, da eine Nutzung von Generatordioden nicht möglich ist.
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Nachfolgend wird die Anmeldung anhand von Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines anmeldungsgemäßen Stromverteilkörpers,
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2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines anmeldungsgemäßen Anschlusselements,
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3 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der anmeldungsgemäßen Detektoreinrichtung,
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4 eine weitere schematische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels der anmeldungsgemäßen Detektoreinrichtung,
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5 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des anmeldungsgemäßen Stromverteilers,
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6 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des anmeldungsgemäßen Stromverteilers,
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7 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des anmeldungsgemäßen Stromverteilers,
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8 eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des anmeldungsgemäßen Stromverteilers,
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9 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des anmeldungsgemäßen Verfahrens.
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Die Zeichnungen zeigen eine insbesondere kostengünstige Konstruktion des anmeldungsgemäßen Stromverteilers, der einen mehr als ausreichenden Schutz der Verbraucher eines Bordnetzes gewährleistet kann.
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Wo es möglich war, wurden in den Zeichnungen für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Stromverteilkörpers gemäß der vorliegenden Anmeldung. Ein Stromverteilkörper kann als Flachbauteil hergestellt sein. Beispielsweise kann es sich um einen Stromverteilkörper, ein Einspeisungsband oder ein ähnliches Flachbauteil handeln.
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Wie der vorliegenden Figur zu entnehmen ist, weist der Stromverteilkörper 2 einen Energiespeicheranschluss 4 auf. Der Energiespeicheranschluss kann in beliebiger Weise geformt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Energiespeicheranschluss um einen Anschluss zum stoffschlüssigen Anschließen eines Verbindungskabels handeln. Ebenso kann es ein Schraub- und/oder Klemmanschluss zum direkten oder indirekten Verbinden des Energiespeichers mit dem Stromverteilkörper handeln. Der Energiespeicheranschluss 4 kann unmittelbar oder über geeignete Verbindungsmittel mit einem Energiespeicher (nicht gezeigt), wie beispielsweise der Fahrzeugbatterie, verbunden sein. Da im Regelfall der negative Pol der Fahrzeugbatterie auf dem Massepotential liegt, kann der Energiespeicheranschluss 4 vorzugsweise mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie verbunden sein.
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Darüber hinaus weist der vorliegende Stromverteilkörper 2 zwei Verbraucheranschlüsse 6 auf. Der Verbraucheranschluss ist eine beliebige Schnittstelle, um zumindest einen Verbraucher mit dem Stromverteilkörper elektrisch zu verbinden. Beispielsweise kann es sich um einen Steckkontakt handeln, der zusätzlich eine Sicherung umfassen kann. An die Verbraucheranschlüsse 6 können verschiedene Verbraucher des Bordnetzes angeschlossen sein. Es versteht sich, dass gemäß weiteren Varianten der vorliegenden Anmeldung, drei oder mehr Verbraucheranschlüsse 6 vorgesehen sein können.
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Der Stromverteilkörpers 2 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Beispielsweise kann es aus einem Nichteisenmetall, wie Kupfer oder Aluminium hergestellt sein. Aluminium weist hierbei Gewichtsvorteile gegenüber Kupfer auf.
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Ferner umfasst der Stromverteilkörper 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Aufnahme 8. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Aufnahme 8 eine kreisförmige Form auf. Jedoch versteht es sich, dass gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung die Form der Aufnahme 8 auch anders sein kann. Beispielsweise kann eine rechteckige Form gewählt werden. Des Weiteren kann die Aufnahme 8 die Form einer Öffnung haben. Hierbei kann die Öffnung mit oder ohne Boden geformt sein. Beispielsweise kann die Aufnahme 8 ein Sackloch mit einer zentrischen Bohrung zur Aufnahme eines Endstücks 16 sein.
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In 2 ist eine vereinfachte Ansicht eines Anschlusselements 10 abgebildet. Das Anschlusselement 10 kann insbesondere ein Masseanschlusselement 10 sein. Das Anschlusselement 10 kann ein Flachteil, beispielsweise ein Blech oder Band sein. Es kann einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, kann jedoch gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung auch eine beliebige andere Form aufweisen. Das Masseanschlusselement 10 umfasst darüber hinaus eine Aufnahme 12. Die Aufnahme 12 kann eine kreisförmige Form aufweisen. Ebenso kann auch eine beliebig andere Form, wie beispielsweise eine rechteckige Form gewählt werden. Des Weiteren kann die Aufnahme 12 die Form einer Öffnung haben. Hierbei kann die Öffnung mit oder ohne Boden geformt sein und beispielsweise als ein Sackloch mit einer zentrischen Bohrung hergestellt sein. Auch das Anschlusselement 10 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt. Beispielsweise kann es ebenfalls aus einem Nicht-Eisenmetall, wie Kupfer oder Aluminium hergestellt sein.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Detektoreinrichtung 14. Beispielsweise kann die Detektoreinrichtung 14 eine Diode, wie eine Leistungszenerdiode sein. Die gezeigte Detektoreinrichtung 14 weist ein erstes Endstück 16, ein zweites Endstück 18 und ein Mittelelement 20 auf. Das erste Endstück 16 kann eine topfförmige Aufnahme aufweisen. An dessen Boden kann ein Halbleiterelement 22 angebracht sein. Das Halbleiterelement 22 kann aus Silizium sein. Beispielsweise kann das Halbleiterelement 22 ein pn-Übergang als Sperrschicht aufweisen. Das Endstück 16 hingegen kann aus einem Nichteisenmetall, beispielsweise Kupfer oder andere Nichteisenmetalle, gebildet sein.
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Das zweite Endstück 18 kann ebenfalls aus einem Nichteisenmetall, wie beispielsweise Kupfer gebildet sein. Um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Endstück 16 und dem zweiten Endstück 18 zu vermeiden, kann ein Mittelelement 20 aus einem isolierenden Material vorgesehen sein. Ein Strompfad zwischen dem ersten Endstück 16 und dem zweiten Endstück 18 kann lediglich über das Halbleiterelement 20 bei einer entsprechenden Polung in Flussrichtung gebildet werden.
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Wie der 4 zu entnehmen ist, können sämtliche Elemente 16, 18 und 20 der Detektoreinrichtung 14 kreisförmig gebildet sein. Insbesondere kann die Form und Größe der Endstücke 16 bzw. 18 zu den Aufnahmen 8 bzw. 12 gemäß 1 und 2 korrespondieren. Beispielsweise können die jeweiligen Formen der Endstücke 16 bzw. 18 derart angepasst sein, dass die Detektoreinrichtung 14 sowohl in die Aufnahme 8 als auch in die Aufnahme 12 eingepresst werden kann. Mit einfachen und kostengünstigen Mitteln kann eine kraftschlüssige und somit thermisch gut leitende Verbindung erzielt werden. Ebenso kann es jedoch auch möglich sein, die Detektoreinrichtung 14 mit den entsprechenden Elementen 2 und 10 lediglich formschlüssig oder gar stoffschlüssig zu verbinden.
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Es versteht sich, dass gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung die Form und der Aufbau der Detektoreinrichtung 14 eine andere sein kann.
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In 5 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des vorliegenden Stromverteilers gezeigt. Der abgebildete Stromverteiler 24 weist einen Stromverteilkörper 2 mit einem Energiespeicheranschluss 4 und Verbraucheranschlüssen 6 auf. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Stromverteiler 24 insbesondere acht Verbraucheranschlüsse 6 auf. Jeder der gezeigten Verbraucheranschlüsse 6 ist mittels einer Sicherung 26, zum Beispiel eine Schmelzsicherung 26, über eine Kontaktstelle 28 mit dem Stromverteilkörper 2 verbunden. Vor jeder Kontaktstelle 28 weist der Stromverteilkörper 2 jeweils eine Öffnung 30 auf. Die Funktion der Öffnung 30 wird nachfolgend erklärt.
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Ferner weist der Stromverteilkörper 2 drei Aufnahmen 8 auf. In die Aufnahmen 8 können Detektoreinrichtungen 14 eingesetzt werden, die ebenfalls mit dem Masseanschlussblech 10 verbunden sein können. Insbesondere ist zumindest eine formschlüssige Anordnung möglich. Im Falle einer Polung kann ein Strompfad vom Energiespeicher, über den Energiespeicheranschluss 4, dem Stromverteilkörper 2, die in den Aufnahmen 8 angeordneten Detektoreinrichtung 14, insbesondere über dessen erstes Endstück 16, dessen pn-Übergang 22, und dessen zweites Endstück 18, dem Masseanschluss 10 und dem Masseanschlussstück 32 zur Karosserie gebildet werden.
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In 6 ist eine schematische Unteransicht des Stromverteilers 24 aus der 5 gezeigt. Insbesondere kann die Anordnung des Anschlusselements 10 der 6 entnommen werden. Die zweiten Endstücke 18 der Detektoreinrichtungen 14 können in die jeweiligen Aufnahmen des Masseanschlussblechs 10 eingepresst sein. Zusätzlich können die zweiten Anschlussstücke 18 auch verlötet oder verschweißt sein.
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Darüber hinaus weist das Masseanschlussblech 10 ein Karosserieanschlussstück 32 auf. Das Karosserieanschlussstück 32 kann dazu vorgesehen sein, das Masseanschlussblech 10 mit der Karosserie zu verbinden, so dass das Masseanschlussblech 10 auf dem Potential der Karosserie liegt. Gleichzeitig kann das Karosserieanschlussstück 32 zur mechanischen Befestigung des Stromverteilers 24 an der Karosserie verwendet werden. Beispielsweise kann das Karosserieanschlussstück 32 an die Karosserie angeschweißt sein, um eine stabile Verbindung mit der Karosserie herzustellen. Gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung kann der Stromverteiler auch angeschraubt sein. Hierzu kann insbesondere eine Öffnung 31 im Stromverteilkörper 2 über dem Masseanschlussstück 32 vorgesehen sein.
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Des Weiteren kann das Masseanschlussstück 10 Senkbohrungen 34 aufweisen, die für die Ausbildung von Kunststoffhalteköpfen bei der Umspritzung vorgesehen sein können. Daneben kann das Masseanschlussblech 10 Ausbuchtungen 36 aufweisen. Die Ausbuchtungen 36 können für eine leichtere Verpressung des Masseanschlussstücks 10, beispielsweise um ein entsprechendes Werkzeug leichter verwenden zu können, vorgesehen sein.
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Die 7 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht des Ausführungsbeispiels gemäß den 5 und 6. Aus Gründen einer besseren Anschaulichkeit ist lediglich eine Detektoreinrichtung im Querschnitt gezeigt. Aus der 7 wird deutlich, dass das Massenschlussblech 10 mit dem Stromverteilkörper 2 nur über die Detektoreinrichtung 14 verbunden ist. Während das erste Endstück 16 zumindest formschlüssig in die Aufnahme 8 des Stromverteilkörpers 2 eingefügt ist, ist das zweite Endstück 18 zumindest formschlüssig in der Aufnahme 12 des Masseanschlusses 10 angeordnet. Das als Isolation fungierende Mittelstück 22 ragt teilweise über das erste Endstück 16 hinaus, um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen dem Stromverteilkörper 2 und dem Masseanschluss 10 zu verhindern. Bei einer entsprechenden Polung ergibt sich ein Strompfad vom Stromverteilkörper 2 über die Aufnahme 8, das erste Endstück 16, den pn-Übergang 22, dem zweiten Endstück 18, der Aufnahme 12 und zu dem Masseanschluss 10. Um einen anderen Strompfad zwischen dem Masseanschluss 10 und dem Stromverteilkörper 2 zu vermeiden, kann der Zwischenraum 35 mit einem Isolationsmaterial gefüllt werden. Dies kann beispielsweise mittels Umspritzen geschehen.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stromverteilers gemäß der vorliegenden Anmeldung. Gemäß des gezeigten Ausführungsbeispiels weist der Stromverteiler eine Ummantelung 38 auf. Insbesondere kann die Ummantelung 38 mittels eines Spritzverfahrens aufgebracht werden. Zur besseren Wärmeabführung und zur Fixierung der Detektoreinrichtungen 14 können während des Spritzvorgangs Verdrängerleisten vorgesehen sein. Die Verdrängerleisten können Luftschlitze 40 erzeugen, so dass eine bessere Kühlung des Stromverteilkörpers 2 erzielt werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist neben dem Karosserieanschlussstück 32 zur mechanischen Befestigung ein weiteres Befestigungsmittel 42 vorgesehen. Durch die Umspritzung kann ein kompakter einstückiger Stromverteiler mit einem Verpolschutz kostengünstig hergestellt werden, der einen ausreichenden Schutz der Verbraucher bei einer Verpolung gewährleisten kann.
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Nachfolgend wird die Funktion des anmeldungsgemäßen Stromverteilers anhand von 9 näher erläutert. 9 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm des anmeldungsgemäßen Verfahrens. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass als Detektoreinrichtung 14 Leistungszenerdioden 14 eingesetzt werden. Es versteht sich jedoch, dass gemäß anderen Varianten der vorliegenden Anmeldung, auch andere Detektoreinrichtungen vorgesehen sein können.
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Wie bereits erläutert wurde, wird der Stromverteiler 24 über den Energiespeicheranschluss 4 mit einer Fahrzeugbatterie verbunden (Schritt 102). Insbesondere kann der Stromverteilkörper 2 über den Energiespeicheranschluss 4 mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie verbunden werden. Ferner kann der positive Pol der Fahrzeugbatterie eine elektrische Verbindung mit einem Fremdstartstützpunkt (nicht gezeigt) aufweisen. Daneben kann der negative Pol der Fahrzeugbatterie auf dem Potential der Fahrzeugkarosserie liegen.
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Im Normalbetrieb oder bei Anschluss einer Fremdstartbatterie an den Fremdstartstützpunkt mit einer korrekten Polung werden die Verbraucher über die Verbraucheranschlüsse 6 mit dem Stromverteilkörper 2 verbunden (Schritt 104) und mit Strom bzw. Energie versorgt. Ferner kann in einem Schritt 106 eine Detektoreinrichtung 14 zumindest formschlüssig in einer Aufnahme 8 angeordnet werden. Insbesondere kann die Detektoreinrichtung eingepresst werden.
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Ein Stromfluss vom Stromverteilkörper 2 zum Masseanschlussstück 10 über die Detektoreinrichtung 14 ist aufgrund der Sperrwirkung der Dioden 14 verhindert. Die Erzeugung eines anderen Strompfades zwischen dem Stromverteilkörper 2 und dem auf dem Potential der Karosserie liegenden Masseanschlussblech 10 kann durch eine entsprechenden Isolationsschicht, die mittels Verspritzung aufgetragen werden kann, vermieden werden.
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Nachfolgend wird zunächst der Fall betrachtet, dass ein falscher Pol der Fremdstartbatterie an den Fremdstartstützpunkt angeschlossen wird (Schritt 108.1). In einem derartigen Fall liegt an dem Stromverteilkörper 2 ein negatives Potential in Bezug zur Fahrzeugkarosserie an. In diesem Falle werden die Dioden 14 in Flussrichtung betrieben. Der durch die Verpolung auftretende Strom kann über die Dioden 14 über die Karosserie abgeführt werden (Schritt 110). Eine Beschädigung oder Zerstörung der Verbraucher kann vermieden werden, da sämtlicher Strom über die Dioden 14 nach Außen abgeführt wird. Die durch den Stromfluss in den Dioden 14 entstehende thermische Wärme kann über den Stromverteilkörper 2 abgeführt werden. Zur besseren Kühlung können hierfür insbesondere Luftschlitze 40 in der Ummantelung 38 vorgesehen sein.
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Der vorliegende Stromverteiler 24 kann zumindest einen störungsfreien Betrieb der Detektoreinrichtung 14 für zumindest zwei Sekunden bei einer Stromtragfähigkeit von 650 Ampere gewährleisten. Tests haben gezeigt, dass eine derartige Sicherung für einen hinreichenden Schutz des Bordnetzes ausreichend ist.
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Nachfolgend wird nun der Fall betrachtet, dass zwar der richtige Pol der Fremdstartbatterie an den Fremdstartstützpunkt angeschlossen wird, die Fremdstartbatterie jedoch eine höhere Spannung liefert als die Fahrzeugbatterie (108.2). Derartige Überspannungen würden ohne eine Verpolschutzeinrichtung gemäß der vorliegenden Anmeldung zur Zerstörung oder Beschädigung der Verbraucher des Bordnetzes führen.
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Bei einer derartigen ungewünschten Überspannung wird eine vorgebbare Spannungsgrenze der Leistungszenerdioden 14 überschritten. Mit anderen Worten, die Durchbruchspannung der Leistungszenerdioden 14 wird überschritten. Ein Überschreiten der Durchbruchsspannung der Leistungszenerdioden 14 hat zur Folge, dass die Leistungszenerdioden 14 leitend werden. Folglich wird ein Strompfad vom Stromverteilkörper 2 über die Detektoreinrichtung 14 zum Masseanschlussblech 10 generiert (Schritt 110), so dass ein Stromfluss zu den Verbrauchern auch bei einer Überspannung verhindert werden kann.