DE69534184T2

DE69534184T2 - Verteilungssystem für elektrische energie

Info

Publication number: DE69534184T2
Application number: DE69534184T
Authority: DE
Inventors: R. Lawrence HAPP; Jacek Korczynski; R. William BAILEY; Alan Lesesky
Original assignee: Cooper Industries LLC
Current assignee: Cooper Industries LLC
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: JPH10502519A; US6371799B1; EP0776538B1; TW360602B; US5587890A; ES2242190T3; CN1157062A; EP0776538A1; AU3277795A; EP0776538A4; WO1996005640A1; DE69534184D1; US6496377B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verteilungssystem für elektrische Signale und insbesondere ein Stromverteilungssystem und bezieht sich speziell auf die Verteilung von Strom in einem Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die ersten Kraftfahrzeuge hatten kaum so etwas wie ein elektrisches System. Erforderlich war lediglich eine Möglichkeit, ein Zündpotential zu erzeugen und an jeden der Zylinder des kleinen Verbrennungsmotors zu verteilen, der diese frühen Kraftfahrzeuge antrieb.
Die Notwendigkeit, bei Nachtbetrieb auf der Straße Sicht nach vorne zu haben, führte zur Entstehung des ersten elektrischen Zubehörs, d. h. den Scheinwerfern. Innenbeleuchtung kam als Komfort für den Fahrer hinzu, und ein einzelnes Hecklicht wurde als ausreichend betrachtet. Dann folgten Blinklichter, das erste einfache Autoradio jedoch erschien erst eine Reihe von Jahren später.
Das moderne Kraftfahrzeug ist eine beeindruckende Ansammlung elektrischer Einrichtungen, die von Stereo-Musikanlagen bis zur Klimaanlage reichen, von elektrischen Fensterhebern, Spiegeln und Sitzen bis zu schlüssellosen Zentralverriegelungssystemen, von Fahrzeug-Alarmanlagen bis zu Sitzpositions-Speichereinrichtungen und Sitzheizungen. Die Komplexität der elektrischen Systeme des Kraftfahrzeugs hat seit der Einführung des Automobils beinahe exponentiell zugenommen.
Elektrische Systeme von PKW und LKW sind eine erstaunliche Kombination von Starkstrom- und Schwachstromschaltungen. In vielen Fällen sind Relais für Steuerzwecke erforderlich, und alle Schaltungen müssen ausreichend abgesichert sein, um teure Bauteile zu schützen und Feuergefahr zu vermeiden. Um den Austausch von Sicherungen und Relais zu erleichtern und die Verbindung elektrischer Einrichtungen zu vereinfachen, sind viele verschiedene Stromverteilungssysteme erprobt worden.
Ein Verfahren, das mit relativer Beständigkeit erprobt worden ist, besteht darin, die Anbringung von Sicherungen und Relais zu zentralisieren und dann Eingangs- sowie Ausgangsverbindungen von dieser zentralen Position aus zu führen. Die ersten Systeme, die nach diesem Verfahren hergestellt wurden, enthielten einen großen Anteil an Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung. Handverdrahtung ist sehr kostenaufwendig, und manuelle Verdrahtungsvorgänge sind eine Quelle von Verdrahtungsfehlern, die die Erzeugnisqualität negativ beeinflussen. Des Weiteren erzeugen massive Verdrahtungsbündel Gefahr von Kurzschlüssen oder Feuer.
Ein weiteres Verfahren ist die Herstellung von maßgeschneiderten Verteilungsnetzen, die als Streifen aus dünnen Blechen gestanzt werden, sogenannte "Stanz-Bahnen". Diese Stanz-Bahnen sind geformte Bleche, die Kontaktzungen aufweisen, die durch Öffnungen in maßgeschneiderten Kunststoffkapseln vorstehen. Obwohl bei diesem Verfahren ein Erzeugnis mit höherer Qualität entsteht, sind die Ausrüstungskosten sehr hoch, da praktisch jedes KFZ-Modell ein individuelles Verteilungssystem erforderlich macht. Wenigstens ein Teil dieses Individualitäts-Aspektes wird durch die Verbreitung von Sicherungs- und Relaisbaugruppen gefördert. Ein Verteilungserzeugnis muss in der Lage sein, die Sicherungs- und Relaisbauteile aufzunehmen, die von dem Hersteller ausgewählt werden.
Ein weiteres Verfahren hat sich auf den Einsatz der Technologie flexibler Leiterplatten bzw. "flexibler Schaltungen" konzentriert. Flexible Schaltungen werden hergestellt, indem leitendes Material zwischen zwei flexiblen isolierenden Schichten aufgebracht wird. Obwohl die individuellen Verteilungsanforderungen jedes Fahrzeugmodells individuelle flexible Schaltungen für jeden Einsatzzweck erforderlich machen würden, sind die Ausrüstungskosten erheblich geringer als bei dem Verfahren mit Metall-Stanzteil und maßgeschneidertem Kunststoffgehäuse. Der Hauptnachteil des Verfahrens der flexiblen Schaltungen besteht darin, dass die leitenden Schichten sehr dünn sind und die hohen Stromdichten, die für die Stromverteilung in Fahrzeugen erforderlich sind, zur Überhitzung und schließlich Ausfall führen.
Eine Stromverteilungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in US-A-3 932 359 beschrieben. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Stromverteilungssystem zu schaffen, das relativ leicht auf ein bestimmtes Fahrzeug zugeschnitten werden kann, bei dem hohe Ausrüstungskosten für speziell ausgeführte Bauteile vermieden werden, das beim Betrieb mit starken Strömen zuverlässig ist, das ein breites Spektrum an Sicherungs- und Relaisbaugruppen aufnimmt und das relativ kostengünstig herzustellen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Stromverteilungsvorrichtung geschaffen, die umfasst:
eine Vielzahl vertikal übereinander angeordneter leitender Schaltungsschichten, wobei jede Schicht eine rechteckige Anordnung von Kontaktflecken enthält,
wobei wenigstens einige der Kontaktflecken über integral ausgebildete Leiterbahnen elektrisch mit ausgewählten anderen Kontaktflecken der gleichen leitenden Schaltungsschicht verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass:
jede der leitenden Schaltungsschichten wenigstens teilweise mit einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial überzogen ist und die Vorrichtung des Weiteren umfasst:
eine Vielzahl von Leitstiften, die elektrischen Kontakt zwischen ausgewählten Kontaktflecken verschiedener ausgewählter leitender Schichten herstellen.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1(a) eine vergrößerte Draufsicht auf eine gestanzte leitende Platte der vorliegenden Erfindung ist;
1(b) eine teilweise vergrößerte Draufsicht entlang der Linie 1b in 1(a) ist;
2(a) eine Draufsicht auf eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
2(b) eine Schnittansicht entlang der Linie 2(b)-2(b) in 2(a) ist;
2(c) eine Unteransicht der leitenden Schaltungsplatte in 2(a) ist;
2(d) eine Seitenansicht einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
2(e) eine vergrößerte Ansicht der Anordnung der drei leitenden Schaltungsplatten ist, die in 2(d) eingesetzt werden;
2(f) eine weitere Anordnung der drei leitenden Schaltungsplatten darstellt, die in 2(d) eingesetzt werden;
3(a) eine seitliche Schnittansicht vertikal geschichteter leitender Schaltungsplatten in einem Gehäuse ist;
3(b) eine stilisierte Schnittdarstellung von Kontaktstiften ist, die in die leitenden Schaltungsplatten eindringen;
4(a)–(c) eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine Rückansicht eines Stiftanschlusses ist, der sich zum Einsatz mit der vorliegenden Erfindung eignet;
5(a)–(c) eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine Vorderansicht einer Anschlussfeder ist, die sich für den Einsatz mit dem Stiftanschluss in 4 eignet;
6 eine stilisierte Schnittansicht einer Stromverteilungsvorrichtung ist, die Verbindung mit einer Schaltungsplatte zeigt;
7(a) eine vergrößerte Draufsicht auf eine alternative Ausführung einer leitenden Platte gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei ein Teil einer isolierenden Schicht weggeschnitten ist;
7(b) eine teilweise vergrößerte Draufsicht entlang der Linie 7b in 7(a) ist;
8 eine Draufsicht auf eine leitende Platte gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Unteransicht der leitenden Platte in 8 ist;
10 eine seitliche Schnittansicht ist, die die Leiterplatten der alternativen Ausführung in einer vertikal geschichteten Konfiguration darstellt;
11 eine Draufsicht auf ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die die leitenden Platten in einer nebeneinander geschichteten Konfiguration mit leitenden Verlängerungsabschnitten und leitenden Brücken darstellt;
12 eine Draufsicht auf die oberste Schicht der geschichteten Anordnung in 11 ist;
13 eine Draufsicht auf die mittlere Schicht der geschichteten Konfiguration in 11 ist;
14 eine Draufsicht auf die untere Schicht der geschichteten Konfiguration in 11 ist;
15 eine Seitenansicht der geschichteten Konfiguration in 11 ist,
16 eine seitliche Schnittansicht einer vertikal geschichteten Anordnung von leitenden Platten in Kombination mit einer Leiterplatte ist;
17 eine Unteransicht der Ausführung in 16 ist, die die Anordnung elektrischer Bauteile auf der Schaltungsplatte darstellt; und
18 eine schematische Darstellung der in 17 dargestellten Schaltung ist.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
Es ist ein zuverlässiges kostengünstiges Stromverteilungssystem entwickelt worden, das insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Die beschriebene Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in Fahrzeugen beschränkt und kann für jede Funktion genutzt werden, die eine Stromverteilungstafel erforderlich macht, die ein breites Spektrum an elektrischen Verdrahtungsanordnungen ermöglicht. Es wird eine leitende Schaltungsplatte geschaffen, die eine sich wiederholende Struktur von Öffnungen und geformten Ausschnitten hat. Die geformten Ausschnitte sind so angeordnet, dass das Material, das um die Öffnungen herum verbleibt, elektrische Schaltungswege bildet, die sich von allen Öffnungen aus erstrecken und sie verbinden. Der gewünschte Schaltungsweg wird erzeugt, indem selektiv Öffnungen und ihr umgebendes Material von anderen Öffnungen und ihrem umgebenden Material elektrisch isoliert werden. Mehrere Schaltungsplatten werden übereinander geschichtet, um eine gewünschte Verteilungstafel zu schaffen. Eine Verbindung zwischen den geschichteten Schaltungsplatten wird unter Verwendung von verbindenden Stiften erreicht, die in den Öffnungen so positioniert sind, dass sie die Schaltungen verbinden, die auf aufeinanderfolgenden Schaltungsplatten ausgebildet sind. Die Öffnungen sind so angeordnet, dass sie Standard-Schaltungselemente, d. h. Sicherungen, Relais usw., aufnehmen, die auf den ausgebildeten Schaltungswegen installiert sein können. Durch das Hinzufügen dieser aktiven Schaltungselemente kann eine vollständige Platte als die zentrale Verarbeitungseinrichtung für das gesamte Fahrzeug dienen. Die Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich.
1(a) und 1(b) sind Draufsichten auf ein Beispiel einer leitenden Schaltungsplatte, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde und allgemein mit den Bezugszeichen 100 dargestellt ist. Vorzugsweise wird die leitende Schaltungsplatte durch Ausstanzen aus einem leitenden Blech mit einer Dicke zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,3 mm hergestellt. Viele leitende Materialien verschiedener Dicke sind je nach dem beabsichtigten Einsatz der Schaltungsplatten akzeptabel. Für den Einsatz in Fahrzeugen ist das bevorzugte Metall Kupfer. Die dargestellte Leiterplatte wird aus halbhartem Kupfer CDA 110 der Abmessung 0,08 mm gestanzt. In einer bevorzugten Ausführung wird die leitende Schaltungsplatte 100, um anschließende Lötvorgänge zu erleichtern, mit Lot plattiert oder beschichtet, um eine Lotschichtdicke von ungefähr 0,05 bis ungefähr 0,01 mm her zustellen. Das leitende Material kann vor dem Stanzvorgang plattiert oder beschichtet werden, oder eine Plattierung bzw. Beschichtung kann später hinzugefügt werden. Eine der bevorzugten Lotzusammensetzungen für einen Kupferträger ist eine Zinn-Lotzusammensetzung. Natürlich können statt dem eben beschriebenen Lot andere geeignete Zusammensetzungen, die dem Fachmann bekannt sind, eingesetzt werden.
Ein Merkmal der leitenden Schaltungsplatte 100 ist eine Vielzahl miteinander verbundener erster Kontaktflecken 101. Die ersten Kontaktflecken 101 werden ausgebildet, indem eine Vielzahl von Ausschnitten 101c zwischen vertikal Mittellinien 101a und horizontalen Mittellinien 101b gestanzt werden. Der vertikale und der horizontale Abschnitt jedes Ausschnitts 101c sind rechtwinklige Stanzungen. Der Ausschnitt 101c ist, wie dargestellt, ein griechisches Kreuz, wie es auf Seite 309 von Webster's Ninth Collegiate Dictionary definiert ist. Die Ausschnitte 101c sind in einer vorgegebenen Struktur beabstandet. In diesem Fall sind vertikale Mittellinien 101e durch die vertikalen Schenkel der Kreuze 101c parallel zu den Kontaktfleck-Mittellinien 101a, und die horizontalen Kreuz-Mittellinien 101d sind parallel zu den horizontalen Fleck-Mittellinien 101b.
Des Weiteren hat die leitende Platte 100 wahlweise eine Vielzahl zweiter Kontaktflecken 107 und dritter Kontaktflecken 108. Die Kontaktflecken 101 sind vorzugsweise alle identisch, und die zweiten Kontaktflecken 107 grenzen im Allgemeinen an ein Ende der leitenden Platten an. Die Kontaktflecken 107 sind, wie dargestellt, nicht identisch, können es jedoch, wenn gewünscht, sein. Die dritten Kontaktflecken 108 grenzen im Allgemeinen an das andere Ende der leitenden Platte an. Die Kontaktflecken 101 sind so angeordnet, dass sie ein rechtwinkliges Gittermuster bilden, wie dies in 1(b) dargestellt ist. Das heißt, vertikale Gruppen von Kontaktflecken 101 haben vertikale Mittellinien 101A, die parallel zueinander verlaufen, und die horizontalen Gruppen von Kontaktflecken haben horizontale Mittellinien 101B, die parallel zueinander verlaufen. Die horizontalen Mittellinien 101B schneiden die vertikalen Mittellinien 101A im rechten Winkel. Die vertikalen Mittellinien 101A sind jeweils gleichmäßig voneinander beabstandet und vorzugsweise so beabstandet, dass sie eine Mini-Sicherung, wie beispielsweise eine ATM-Mini-Sicherung, aufnehmen, die vom Unternehmen Bussmann von Cooper Industries hergestellt wird.
Die horizontalen Mittellinien 101b sind ebenfalls jeweils gleichmäßig voneinander beabstandet und vorzugsweise so beabstandet, dass sie eine Mini-Sicherung aufnehmen, wie dies oben beschrieben ist. So sind sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Kontaktfleck-Mittellinien im Wesentlichen um die gleiche Strecke voneinander beabstandet. In der bevorzugten Ausführung sind die Kontaktfleck-Mittellinien um eine Strecke von ungefähr 7,9 bis ungefähr 8,1 mm beabstandet.
Natürlich muss die rechtwinklige Anordnung der Kontaktflächen nicht streng eingehalten werden. Es kann sich herausstellen, dass eine dreieckige, eine sechseckige, eine kreisförmige, eine elliptische oder eine andere Kombination dieser Anordnung von Kontaktflecken für einen bestimmten Zweck am besten geeignet ist. Bei einer dreieckigen oder einer sechseckigen Anordnung von Kontaktflecken würde das Koordinatensystem, das durch die Kontaktfleck-Mittellinien gebildet wird, natürlich nicht mehr rechtwinklig sein, sondern würde in einem Fall konzentrische Dreiecke oder Sechsecke bilden. Die Mittellinienabstände wären dennoch so eingerichtet, dass sie dem Kontaktabstand von Bauteilen gemäß industriellen Standards entsprechen.
Bei jeder beliebigen Anordnung von Kontaktflecken wäre der Mittenabstand so, dass Bauteile mit üblichem Leiterabstand (oder einem ganzzahligen Vierfachen eines üblichen Abstandes) in mehr als einer Richtung aufgenommen werden, so dass erhebliche Flexibilität bei der Ausrichtung der Bauteile gegeben ist.
Die ersten Kontaktflecken (101) haben, wie dargestellt, eine im Wesentlichen quadratische Form. Die Form der Kontaktflecken wird jedoch am besten durch den letztendlichen Einsatz der Schaltungsplatten bestimmt. Der Einsatz kann es erforderlich machen, dass die Kontaktflecken nicht-rechteckige, dreieckige, Kreis-, elliptische oder andere Form haben, wie dies im Folgenden dargestellt ist. Im Allgemeinen hat die Schaltungsplatte 100 wenigstens neun erste Kontaktflecken 101. Obwohl die ersten Kontaktflecken 101 in der Figur so dargestellt sind, dass sie Löcher 106 einer einheitlichen Größe aufweisen, könnten die Kontaktflecken auch ohne Öffnungen oder mit Öffnungen unterschiedlicher Abmessungen hergestellt werden. Der zweite und der dritte Kontaktfleck (107–108) haben unregelmäßige Formen, die dazu dienen, verschiedene andere Bauteile, wie beispielsweise Relais und Sicherungen anderer Größe, aufzunehmen.
Die Kontaktflecken 101, 107, 108 sind, wie dargestellt, mit ausgewählten anderen Kontaktflecken durch integral ausgebildete Leiterbahnen 102 verbunden. In der bevorzugten Ausführung sind wenigstens drei Leiterbahnen 102 für jeden Fleck 101 vorhanden. Diese Leiterbahnen 102 werden mit dem Stanzwerkzeug ausgebildet, das für die Herstellung von leitenden Schaltungsplatten eingesetzt wird, obwohl andere Verfahren zum Ausbilden dieser Leiterbahnen nicht ausgeschlossen sind und für den Fachmann auf diesem Gebiet auf der Hand liegen. Sowohl die leitende Schaltungsplatte als auch die Leiterbahnen könnten beispielsweise unter Verwendung eines Ätzverfahrens hergestellt werden. Beim Einsatz werden einige dieser Leiterbahnen 102 mit einem folgenden Vorgang entfernt, um zu gewährleisten, dass elektrische Verbindung nur zwischen ausgewählten der Kontaktflecken (101, 107, 108) hergestellt wird, wie dies im Folgenden ausführlicher erläutert wird.
Die leitende Schaltungsplatte 100 enthält des Weiteren eine Vielzahl erster elektrischer Verbinderkontakte 103 an einem Ende der Schaltungsplatte sowie eine Vielzahl zweiter elektrischer Kontakte 104 am anderen Ende der Schaltungsplatte. Die elektrischen Kontakte 103–104 werden während der Herstellung integral ausgebildet und sind koplanar zu dem Hauptkörperabschnitt der leitenden Schaltungsplatte und erstrecken sich von diesem nach außen. 1 zeigt diese Kontakte 103–104 an einem Punkt entfernt vom Hauptkörper der leitenden Schaltungsplatte durch Schienen aus Material 105, 109 verbunden. Die Kontakte werden während des Herstellungsverfahrens so ausgebildet, um zu verhindern, dass die Kontakte gebogen oder anderweitig beschädigt werden. Die Schienen aus Material 105, 109 können in einem späteren Herstellungsstadium durch einen Schneidvorgang entfernt werden. Als Alternative dazu ist es natürlich möglich, die Schienen aus Material 105, 109 überhaupt nicht zu verwenden.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass Öffnungen oder Löcher 110 in den zweiten und den dritten Kontaktflecken 107–108 nicht auf diesen Flecken zentriert sind und so angeordnet sind, dass sie elektrische Verbindung mit der leitenden Schaltungsplatte in anderen Anordnungen als der rechteckigen Struktur von Kontaktflecken ermöglichen, die oben beschrieben ist. Die Anbringungslöcher 110 sind mit verschiedenen Abständen versehen, um elektrische Verbindung mit elektrischen Bauteilen unterschiedlicher Größe sowie verschiedenen Anbringungs- und Anschlussanordnungen zu ermöglichen.
2(a)–2(c) stellen weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung dar. Diese zeigen eine isolierte leitende Schaltungsplatte mit einer leitenden Schaltungsplatte 100A ohne die Schienen 105, 109 und mit einem elektrisch nicht leitenden Material 201, mit dem sie wenigstens teilweise überzogen oder das daran angebracht ist. In der bevorzugten Ausführung handelt es sich um ein elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise Rynite FR530, 94V-0, das von E. I. DuPont Company hergestellt wird und als PET (Polyethylenterephthalat)-Thermoplast-Polyester beschrieben wird, jedoch würde ein beliebiges einer Anzahl isolierender Kunststoff- oder anderer Materialien diesen Zweck erfüllen, wie dies in der Technik bekannt ist. Vorzugsweise kann das Abstandshalte- bzw. Isoliermaterial unter Verwendung eines Spritzgießverfahrens aufgebracht werden, wobei die leitende Schaltungsplatte 100, 100A von Stiften oder anderen tragenden Strukturen in der Form getragen wird, und Formeinsätze die Bereiche bestimmen, in denen verhindert wird, dass das isolierende Material 201 strömt. Generell kann gesagt werden, dass die leitende Schaltungsplatte 100A wenigstens teilweise mit dem isolierenden Material bedeckt oder beschichtet ist, und zwar mit Ausnahme von Bereichen 202 in der Nähe der Mittelabschnitte der Kontaktflecken 101, welche die Öffnungen 106, 110 umgeben, Bereichen 203 über den Leiterbahnen 102, die ausgewählte Kontaktflecken 101 verbinden, und Bereichen 204, wie dies erwähnt wurde. Diese Bereiche werden von dem isolierenden Material freigehalten, so dass die Leiterbahnen 102 leicht entfernt und Abschnitte der Kontakte entfernt werden können. Des weiteren sind, wie in 2(a) dargestellt, elektrische Kontakte 103–104 vorhanden, die nunmehr von den haltenden Schienen aus Material 105, 109 befreit sind, wie dies in 1 dargestellt ist. Es ist anzumerken, dass das Material, aus dem die leitende Schaltungsplatte hergestellt wird, eine Drehung bzw. Biegung der elektrischen Kontakte 103–104 ermöglicht, so dass die Ebene eines oder mehrere der elektrischen Kontakte 103 senkrecht zur Ebene der leitenden Schicht selbst sein kann. Diese Möglichkeit, die Ebene zu ändern, in der einer oder mehrere der elektrischen Kontakte ausgerichtet sind, verleiht, auch wenn sie in der Figur nicht dargestellt ist, größere Flexibilität hinsichtlich der Verbindung mit externen Stromverteilungsnetzen, die elektrische Verbinder und daran angebrachte elektrische Drähte enthalten können.
2(b) stellt die relative Dicke des isolierenden Materials 201 dar. Das isolierende Material 201 erstreckt sich, wie in der Figur dargestellt, nur von einer Fläche der leitenden Schaltungsplatte, obwohl dieses Aufbringungsverfahren für den richtigen Zusammenbau nicht streng befolgt werden muss. Die Strecke, über die sich das Material erstreckt, wird durch den gewünschten Abstand zwischen zwei benachbarten Platten 104A bestimmt. 2(b) zeigt die freien Bereiche der Schaltungsplatte, in denen das isolierende Material nicht strömen kann, von denen einige oben beschrieben sind.
2(c) ist eine Unteransicht der beschichteten leitenden Schaltungsplatte, die die Schaltungsplatte 100A zeigt, nachdem das elektrisch isolierende Material 201 aufgetragen worden ist. In dieser Ausführung wird, wie oben angemerkt, das elektrisch isolierende Material im Wesentlichen nur auf eine Seite der leitenden Schaltungsplatte 100A aufgetragen. Jedoch muss, wie ebenfalls angemerkt wurde, dieses konstruktive Verfahren nicht streng befolgt werden, damit die Erfindung ordnungsgemäß funktioniert.
2(d) zeigt eine schematische Seitenansicht dreier isolierter leitender Schaltungsplatten, die vertikal übereinander geschichtet sind, wobei sich elektrische Kontakte 103–104 davon nach außen erstrecken. In dieser Ausführung sind die Kontakte 103–104 der mittleren bzw. zweiten isolierten Schaltungsplatte vor dem Zusammensetzen entfernt worden, und eine Gruppe von Kontakten 104 der unteren bzw. dritten Schaltungsplatte ist entfernt worden. Je nach dem letztendlichen Einsatzzweck können ausgewählte Kontakte aus den Gruppen 103–104 von Leitern an jeder Schaltungsplatte entfernt werden.
Das isolierende Material, das an jeder der leitenden Schaltungsplatten haftet, verhindert unerwünschten elektrischen Kontakt zwischen verschiedenen leitenden Schaltungsplatten. Das isolierende Material erfüllt auch einen weiteren Zweck. Die isolierenden Schichten gewährleisten auch gleichmäßigen Abstand der Leiterplatten und tragen dazu bei, die leitenden Platten in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung zu halten.
Das isolierende Material wird, wie oben unter Bezugnahme auf 2(a) erwähnt, bewusst aus bestimmten Bereichen ferngehalten, d. h. den Bereichen um die Mittelabschnitte der Kontaktflecken herum und den Bereichen um die integral ausgebildeten Leiterbahnen herum. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein anschließender Vorgang dazu dient, die integral ausgebildeten Leiterbahnen zwischen ausgewählten Kontaktflecken dort zu entfernen, wo kein elektrischer Kontakt gewünscht ist. Natürlich müssen die Leiterbahnen nicht vollständig entfernt werden, sondern können lediglich an einem Ende durchtrennt und aus der Ebene der Schaltungsplatte herausgebogen werden, um elekt rischen Kontakt zu vermeiden. Beschichten bzw. Umhüllen der leitenden Schaltungsplatte auf die beschrieben Weise dient dazu, die leitende Schaltungsplatte selbst dann zusammenzuhalten, wenn es nötig werden sollte, die elektrischen und physischen Verbindungen zwischen ausgewählten Abschnitten der Schicht und dem Hauptkörper der Schicht vollständig zu durchtrennen. Obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist, kann der Stanzvorgang, mit dem die leitende Schaltungsplatte hergestellt wird, so ausgeführt werden, dass Abschnitte der leitenden Schicht, wie beispielsweise die Ecken der Kontaktflecken, aus der Ebene der restlichen leitenden Schicht "herausgestoßen" werden, so dass diese "herausgestoßenen" Abschnitte sicherer in das isolierende Material eingebettet werden können und eine festere Struktur bilden. Des Weiteren können, wie weiter unten ausführlicher erläutert, die bereits beschriebenen Öffnungen in den Kontaktflecken eine Vergrößerung erforderlich machen, um den erfindungsgemäßen Zusammenbauvorgang zu ermöglichen, und machen des Weiteren Löten erforderlich, um guten elektrischen Kontakt mit ausgewählten anderen leitenden Schichten zu gewährleisten. Insbesondere deswegen werden die Mittelabschnitte der Kontaktflecken von isolierendem Material frei gehalten.
2(e) stellt dar, wie ein leitender Weg in der Vorrichtung ausgebildet wird. In der Figur sind drei verschiedene leitende Schaltungsplatte 204–206 dargestellt. Einer der wichtigen ökonomischen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die leitenden Schaltungsplatten vor dem Schervorgang, mit dem ausgewählte Leiterbahnen entfernt oder getrennt werden, im Wesentlichen identisch sind. Ein einziges Stanzwerkzeug wird verwendet, um die leitenden Schaltungsplatten herzustellen, und mit einem einzelnen Formvorgang werden die leitenden Schaltungsplatten beschichtet bzw. umhüllt. Erst durch den Schervorgang, mit dem ausgewählte Leiterbahnen entfernt oder getrennt werden und/oder ausgewählte Kontaktflecköffnungen vergrößert werden, nimmt jede leitende Schaltungsplatte eine individuelle Identität an.
Die leitenden Schaltungsplatten 204–206 in 2(e) werden in der bevorzugten Ausführung zuerst mit einer Lotzusammensetzung beschichtet und dann vor dem Schervorgang, der bestimmte Leitwege definiert, mit isolierendem Material beschichtet oder umhüllt, der Übersichtlichkeit halber jedoch sind die Lotbeschichtung und das isolierende Material nicht dargestellt. Strom kann an die obere leitende Schaltungsplatte 206 über einen elektrischen Kontakt 104 angelegt werden. Es ist anzumerken, dass Leiterplatten, die ursprünglich mit angrenzenden Kontaktflecken um den Umfang des schattierten Bereiches 207 der oberen leitenden Schaltungsplatte 206 verbunden waren, durch einen Schervorgang entfernt worden sind, so dass der schattierte Bereich 207 von dem umgebenden Bereich elektrisch isoliert ist. Der leitende Weg führt zu einem ersten Kontaktfleck 208, an dem normalerweise ein elektrischer Verbinder (nicht dargestellt) befestigt wäre, um einen Anschluss einer Sicherung aufzunehmen, wie dies angedeutet ist. Ein zweiter angrenzender Kontaktfleck 209 ist ebenfalls vom Rest des schattierten Bereiches 207 elektrisch isoliert worden, so dass ein weiterer elektrischer Verbinder vorhanden sein kann, um mit dem verbleibenden Anschluss der Sicherung in Kontakt zu kommen. Natürlich sind elektrische Verbinder im Allgemeinen als Teil eines leitenden Stiftes vorhanden, der die leitenden Schichten durchdringt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur einer der leitenden Stifte 210 dargestellt, und ein Großteil seiner Länge ist mit schraffierten Linien angedeutet, da die Länge übertrieben dargestellt ist, um eine eindeutige Ansicht der leitenden Schaltungsplatten 204–206 zu zeigen. Der leitende Weg erstreckt sich durch den ersten Kontaktfleck 207 und durch die Sicherung zu dem zweiten Kontaktfleck 209.
An diesem Punkt kommt der leitende Stift 210 in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktfleck 209 und verlängert den leitenden Weg in der Richtung einer zweiten leitenden Schaltungsplatte 205. Zu diesem speziellen leitenden Weg gehört die zweite leitende Schaltungsplatte 205 nicht, so dass die Öffnung in dem Kontaktfleck 211, durch die sich der leitende Stift 210 hindurch erstreckt, so vergrößert worden ist, dass der Stift 210 an diesem Punkt keinen elektrischen Kontakt hat. Es ist des Weiteren anzumerken, dass beide Gruppen elektrischer Kontakte 103–104 der zweiten leitenden Schaltungsplatte 205 mit einem Schervorgang entfernt worden sind, da diese Kontakte bei dem vorliegenden Beispiel nicht erforderlich sind.
Der leitende Weg verläuft weiter über den leitenden Stift 210 zu einer unteren leitenden Schaltungsplatte 204, an der der Stift in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktfleck 212 kommt, durch den er hindurchtritt. Der schattierte Bereich 213 der unteren leitenden Schaltungsplatte 204 ist von den umgebenden Abschnitten elektrisch isoliert worden, indem die Leiterbahnen entfernt worden sind, die ursprünglich mit angrenzenden Kontaktflecken um den Rand des schattierten Bereiches 213 herum verbunden waren. Der leitende Weg verläuft weiter zu einem elektrischen Kontakt 103, der sich von der leitenden Schaltungsplatte nach außen erstreckt und über den Strom nunmehr über ein externes Verteilungsnetz verteilt werden kann, das mit dem elektrischen Kontakt 103 über eine eingreifende Verbinder-und-Kabel-Baugruppe (nicht dargestellt) verbunden ist.
2(f) ist eine alternative Darstellung einer leitenden Schaltungsanordnung. Strom wird an einen elektrischen Kontakt 104 an einer oberen Schaltungsplatte 206 angelegt, wo er durch die leitende Stiftanordnung, die oben beschrieben ist (der Übersichtlichkeit halber sind nicht alle Stifte dargestellt), zu einer mittleren Platte 205 verteilt wird. Von einem Kontaktfleck an der mittleren Platte 205 wird Strom über die in dem schattierten Bereich 220 dargestellten Kontaktflecken verteilt, von wo aus der Strom über eine Gruppe von Kontaktflecken 226 und 221, die durch einen leitenden Stift (nicht dargestellt) verbunden sind, wieder zu der oberen Schicht 206 geleitet wird. Eine Sicherung oder ein anderes entsprechend beabstandetes Bauteil kann dann unter Verwendung der elektrischen Anschlüsse, in denen die Stifte enden, zwischen Kontaktflecken 221 und 227 angeordnet werden, wie dies oben beschrieben ist, wobei Ausgangsstrom zu einem der elektrischen Kontakte 223 an der Kante der oberen Schaltungsplatte 206 geleitet wird. Strom wird auch durch die obere Schaltungsplatte von Kontakt 229 zu Kontakt 222 geleitet, wo er an eine Relaisbaugruppe 224 angelegt wird, die schematisch dargestellt ist. Wenn ein Steuersignal (elektrische Erde) an den entsprechenden Relaiskontakt über den elektrischen Eingangsverbinder 225 angelegt wird, wird das Relais erregt, und die Ausgangsspannung tritt an dem entsprechenden Ausgangskontakt 228 an der oberen Platte 206 auf.
Wenn sich der Stromweg von einer Schaltungsplatte zur anderen ändert, muss dies über einen leitenden Stift geschehen. Obwohl der Übersichtlichkeit halber nicht alle der leitenden Stifte in 2(f) dargestellt sind, muss ein leitender Stift in elektrischen Kontakt mit den Flecken 222 und 229 kommen, um den gewünschten Schaltungsweg zu schließen. Desgleichen muss ein leitender Stift Flecken 221 und 226 durchdringen, um den Stromeingangskreis zu der oberen Platte 206 zurückzuführen. Natürlich durchdringen leitende Stifte normalerweise alle der Schaltungsschichten, und Öffnungen in den Kontaktflecken, die die leitenden Stifte durchdringen, müssen vergrößert werden, um Stiftkontakt dort zu vermeiden, wo kein Kontakt gewünscht wird, auch wenn dies in 2(f) nicht in jedem Fall dargestellt ist, in dem eine derartige Öffnungsvergrößerung wünschenswert ist.
Die Zusammenbauansichten in 3 dienen des Weiteren dazu, eine komplette Baugruppe von leitenden Schaltungsplatten darzustellen. In 3(a) sind vier leitende Schaltungsplatten 301–304 vervollständigt durch dazugehöriges isolierendes Material (beispielsweise 307) vertikal geschichtet, wobei eine Vielzahl leitender Stifte bzw. Verbinder 310 elektrischen Kontakt zwischen ausgewählten Kontaktflecken verschiedener ausgewählter leitender Schaltungsplatten herstellen. Einige der bereits beschriebenen Öffnungen (wie beispielsweise 309) in den Mittelabschnitten der Kontaktflecke sind erheblich größer als der Außendurchmesser der leitenden Stifte 310, so dass kein elektrischer Kontakt mit dem dazugehörigen Stift hergestellt wird. Andere Öffnungen 308 sind, wie dargestellt, geringfügig extrudiert, so dass der Stift in Presspassung in der Öffnung sitzt und guter mechanischer Kontakt sowie elektrischer Kontakt zwischen Kontaktfleck und Stift hergestellt werden kann. Nachdem die Stifte durch die Öffnungen in den Kontaktflecken eingeführt worden sind, werden sie an jedem Fleck angelötet, mit dem sie in Kontakt kommen.
Ausgewählte leitende Stifte können an wenigstens einem Ende mit elektrischen Verbindern versehen sein. In 3(a) ist jeder der Stifte 310 mit einem elektrischen Verbinder 311 an einem Ende dargestellt. Der elektrische Verbinder 311, der in dieser Ansicht dargestellt ist, ist integral als ein Teil des Stiftes ausgebildet, der Verbinder könnte jedoch auf andere Weise ausgebildet sein (weiter unten erläutert). Verschiedene elektrische Bauteile 312, in dieser Darstellung Sicherungen, sind so angebracht dargestellt, dass die Bauteile 312 in elektrischem Kontakt mit den elektrischen Verbindern 311 sind. Es ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Verteilungsvorrichtung so ausgeführt ist, dass sie verschiedene elektrische Bauteile aufnimmt, die in Fahrzeug-Stromverteilungssystemen eingesetzt werden, wobei dazu Maxi-Sicherungen bzw. Unterbrecher, Mini-Relais, Mikro-Relais und Mini-Sicherungen bzw. Unterbrecher gehören, dies jedoch keine Einschränkung darstellt. Alle diese Bauteiltypen sind in der Kraftfahrzeugtechnik bekannt. Des Weiteren kann praktisch jedes elektrische KFZ-Bauteil, das ein sinnvoller Teil eines derartigen Stromverteilungssystems sein kann, sei es nun bereits vorhanden oder noch in der Entwicklung, aufgenommen werden, da durch die Anordnung von Kontaktflecken auf den leitenden Schaltungsplatten verschiedene Bauteil-Abstände möglich sind und da von der Erfindung verschiedene Ausführungen von Stiften und dazugehörigen elektrischen Verbindern vorgesehen sind.
3(a) zeigt des Weiteren ein Gehäuse, das in dieser Ansicht aus einem unteren Abschnitt 313 und einem oberen Abschnitt 314 besteht und im Wesentlichen die vertikal geschichteten leitenden Schaltungsplatten umschließt. Das dargestellte Gehäuse ist aus zu 30% glasfaserverstärktem Thermoplast-Polyester hergestellt. Natürlich sind andere Gehäuseformen und -materialien möglich. Das Gehäuse 313, 314 enthält eine Öffnung 315, die so ausgeführt ist, dass sie Verbindung mit einem externen Stromverteilungsnetz ermöglicht. In diesem Fall ist die Öffnung 315 so ausgeführt, dass sie ein Verbindergehäuse (nicht dargestellt) aufnimmt, das elektrische Verbinder enthält, die so ausgeführt sind, dass sie mit elektrischen Kontakten 305, 306 in Eingriff kommen, die integral mit den leitenden Schaltungsplatten ausgebildet sind. Das Verbindergehäuse kann einen Kabelbaum zum Leiten von Eingangs- oder Ausgangsstrom enthalten.
3(b) ist eine etwas stilisierte Darstellung von leitenden Stiften in einer alternativen Anordnung. Jeder Stift 320 hat eine Anschlussfeder bzw. -kappe 321, die separat hergestellt wird, und mit mechanischen Mitteln (wie beispielsweise Einrasten) oder durch Hartlöten, Löten oder ein ähnliches bekanntes Verfahren an dem länglichen Stiftabschnitt 320 angebracht wird.
4 und 5 zeigen die Einzelheiten der mehrteiligen Ausführung des leitenden Stiftes. 4(a) ist eine Draufsicht auf den Stiftanschluss 401, in der Details seines Aufbaus zu sehen sind. Der röhrenförmige untere Abschnitt 403 des Stiftanschlusses wird mit einem Stanzvorgang ausgebildet, der bewirkt, dass das Material des unteren Abschnitts zu einem nahezu kreisförmigen Querschnitt gerollt wird, so dass sich ein Längsschlitz 402 über die gesamte Länge des unteren Körpers 403 des Stiftes 401 erstreckt. Der äußerste untere Abschnitt wird durch den Formvorgang des Weiteren leicht abgerundet, so dass an der Unterseite ein Loch in dem Stift verbleibt, das etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der gerollten Struktur. 4(b) und (c) sind eine Seiten- bzw. eine Hinteransicht, die den Aufbau des oberen Abschnitts 404 des Stiftes 401 zeigen. Vorzugsweise wird der Stiftanschluss 401 aus halbhartem Kupfer CDA 110 mit der Abmessung von 0,7 ± 0,07 mm mit 0,005/0,01 mm/Inch Lotplattierung (wobei es sich um vorplattiertes Material handeln kann) hergestellt. Natürlich ist die oben stehende Erläuterung nicht so zu verstehen, dass der Einsatz anderer Materialien und Formen ausgeschlossen ist.
5 zeigt Details des Aufbaus einer Anschlussfeder, die so ausgeführt ist, dass sie zusammen mit dem eben beschriebenen Stiftanschluss arbeitet. Die Anschlussfeder passt enganliegend auf den Stiftanschluss und bildet eine sichere mechanische und elektrische Verbindung. Vorzugsweise besteht die Anschlussfeder 501 aus rostfreiem Stahl, so dass das integral ausgebildete Federelement 503 die erforderliche Kontaktkraft mit in Eingriff befindlichen elektrischen Verbindern erzeugt. Aufgrund des Herstellungsverfahrens enthält die Anschlussfeder des Weiteren einen Schlitz 502, der sich in Längsrichtung über ihre gesamte Länge erstreckt. 5(a) ist eine Draufsicht, während 5(b) eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht ist und 5(c) eine Vorderansicht der Anschlussfeder ist.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal ist in 6 sichtbar, die eine leicht stilisierte Darstellung der Stromverteilungsvorrichtung ist. Die dargestellte Verteilungsvorrichtung weist fünf leitende Schaltungsplatten 601 auf, die durch Schichten aus isolierendem Material 602 getrennt sind, wobei leitende Stifte 603 elektrischen Kontakt zwischen ausgewählten Kontaktflecken verschiedener ausgewählter leitender Schaltungsplatten herstellen. Diese Ausführung zeigt, dass im Unterschied zu dem, was unter Bezugnahme auf die anderen betreffenden Zeichnungen dargestellt und beschrieben wurde, einige der leitenden Stifte 603 enden, bevor sie alle leitenden Schichten durchdringen. Des Weiteren ist an den leitenden Stiften eine Leiterplatte herkömmlicher Konstruktion angebracht. Die Leiterplatte kann zusätzlich dazu, dass sie elektrische Bauteile 605 (wie beispielsweise integrierte Schaltungen, Widerstände, Kondensatoren usw.) trägt, darüber hinaus einen oder mehrere Verbinder 606 enthalten, die Eingang und Ausgang von Strom oder anderen elektronischen Signalen ermöglichen. So kann das hier beschriebene Stromverteilungssystem leicht mit einem Spektrum an elektronischen Bauteilen verbunden werden, und die gesamte Anordnung kann in einem Gehäuse angeordnet werden, so dass ein robustes elektronisches Modul für die Fahrzeuginstallation geschaffen wird, das Daten-Protokollierung, digitale elektronische Steuerung usw. unterstützt.
In einer anderen Ausführung der Erfindung ist die Bauform der leitenden Schaltungsplatte leicht abgewandelt, und die Form der leitenden Flecken ist verändert. Diese Merkmale sind in 7 dargestellt.
7 ist eine Draufsicht auf eine andere leitende Schaltungsplatte, die allgemein mit dem Bezugszeichen 700 dargestellt ist. Die Schaltungsplatte 700 ist mit einer dünnen Lotbeschichtung überzogen bzw. plattiert. Auf eine Fläche der lotbeschichteten Platte 700 ist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht 701 geformt bzw. aufgetragen. Die isolierende Schicht 701 deckt die Oberfläche der leitenden Schaltungsplatte 700 weitgehend so wie oben unter Bezugnahme auf die leitende Schaltungsplatte 100 und die Isolierung 201 beschrieben wenigstens teilweise ab. Der Übersichtlichkeit halber ist das elektrisch isolierende Material 701 in dieser Ansicht weggeschnitten, um Details der Herstellung der leitenden Schaltungsplatte offen zu legen. Es ist anzumerken, dass die speziellen Stromisoliereigenschaften dieses isolierenden Materials nicht ausschlaggebend sind, da das isolierende Material hauptsächlich vorhanden ist, um eine Sperre zum vertikalen Schichten zu erzeugen, die unten ausführlich beschrieben wird, und Abstand von Kontakten zur Ausrichtung auf externe Verbinder zu erzeugen. Natürlich hält das isolierende Material die Schaltungsschichten auch beabstandet, wie dies oben beschrieben ist.
Die leitende Platte ist nach wie vor eine im Allgemeinen rechtwinklige Gitteranordnung vertikaler Mittellinien 702a und horizontaler Mittellinien 702b. Die Kontaktflecken 702 weisen Öffnungen bzw. Extrusionen 703 durch die Mitte der Kontaktflecken 702 auf. Die Kontaktflecken 702 haben jedoch nicht die ausgeprägte quadratische Bauform, die in der oben beschriebenen Ausführung zu erkennen ist. Die Kontaktflecken 702 werden hergestellt, indem eine Vielzahl von Ausschnitten 705 gestanzt werden, wobei die vertikalen und die horizontalen Schenkel aufgeweitete Enden haben. Durch sie werden die Kontaktflecken 702 mit einer Vielzahl schmaler Anbringungs- bzw. Greifzungen 704 versehen. Der spezielle Zweck der schmalen Greifzungen 704 wird im Folgenden ausführlich behandelt.
Die Ausschnitte 705 haben eine Form, die in Webster's Ninth New Collegiate Dictionary auf Seite 309 im Allgemeinen als Malteserkreuz beschrieben ist, während die Ausschnitte 101C in 1(b) als ein griechisches Kreuz beschrieben werden. Natürlich ist das Kreuz der vorliegenden Erfindung auch als einem vierblättrigen Kleeblatt ähnelnd beschrieben worden, da es abgerundete Ecken statt der spitzen Ecken des Malteserkreuzes hat. Die Ausschnitte 702 sind in einem vorgegebenen Muster beabstandet. In diesem Fall sind vertikale Mittellinien 702e durch die vertikalen Schenkel der Kreuze 702 parallel zu den Kontaktfleck-Mittellinien 702a, und die horizontalen Kreuz-Mittellinien 702d sind parallel zu den horizontalen Fleck-Mittellinien 702b.
Integral ausgebildete Leiterbahnen 706 sind in 7(a) mit unterbrochenen Linien zu veranschaulichenden Zwecken nur auf einigen der leitenden Flecken 702 dargestellt. Alle leitenden Flecken haben, wie dargestellt, Verbindungsbahnen 706, die sich zwischen den breiten Enden jedes gestanzten Ausschnitts 705 erstrecken. Die leitenden Flecken sind, wie in 7(a) dargestellt, im Allgemeinen quadratisch, wobei sich die Greifzungen 704 von jeder Ecke aus erstrecken. Die Leiterbahnen 706 dieser Ausführung sind merklich breiter als die Leiterbahnen 102 in 1. Die Leiterbahnen 706 weisen verbesserte Stromleitfähigkeit auf.
Auf ähnliche Weise wie oben beschrieben werden die leitenden Schaltungsplatten 700 gemäß der Erfindung vorzugsweise identisch mit einem einzelnen Stanzwerkzeug hergestellt und werden in einer Form mit einem elektrisch isolierenden Material versehen. Diese ursprüngliche Einheitlichkeit der leitenden Schicht 700 ist ein Hauptfaktor der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Herangehens an die Stromverteilung in Fahrzeugen insgesamt.
Durch den Stanzvorgang, der die leitende Grundschicht ausbildet, können, wie unter Bezugnahme auf die oben beschriebene Ausführung angemerkt, die Ecken der Kontaktflecken so "herausgestoßen" werden, dass diese Ecken in den umschließenden Kunststoff eingebettet werden können, so dass eine festere Gesamtstruktur entsteht. In der Ausführung in 7 können die schmalen Zungen des Materials 704 bei dem Stanzvorgang herausgestoßen werden. Diese Zungen aus Material 704 erstrecken sich um eine größere Strecke als die herausgestoßenen Ecken der rechteckigen Kontaktflecken der vorangehenden Ausführung von der leitenden Schaltungsplatte 700 nach außen. Die herausstoßenen Zungen bilden eine feste Anbringungsstruktur für das isolierende Material, das auf die Fläche geformt wird.
Wie bei der vorangehenden Ausführung wird das elektrisch isolierende Material 701 bewusst von bestimmten Bereichen der leitenden Schaltungsplatte 700 fern gehalten, um bei anschließenden Vorgängen nicht zu stören. Das heißt, das isolierende Material kann sich in der Nähe der Öffnungen bzw. Extrusionen 703 in den leitenden Flecken, und auch um die Leiterbahnen 706 herum nicht nicht ausbilden. Da ausgewählte der Öffnungen bzw. Extrusionen 703 möglicherweise Vergrößerung erforderlich machen, um Kontakt mit leitenden Stiften zu vermeiden (weiter unten ausführlicher beschrieben), und das Scherwerkzeug in der Lage sein muss, in Kontakt mit den zu entfernenden Leiterbahnen 705 zu kommen, wird das isolierende Material von diesen Bereichen fern gehalten.
Um die gewünschte Verbindung zwischen ausgewählten Kontaktflecken 702 auszubilden, werden ausgewählte Leiterbahnen 705 nach dem Aufbringen des elektrisch isolierenden Materials 701 durch Scheren entfernt. Ein Vorteil dieses Nichtvorhandenseins von isolierendem Material in der unmittelbaren Nähe der Leiterbahnen 706 besteht darin, dass die Leiterbahnen, die entfernt bzw. abgeschert worden sind, durch optische Prüfung identifiziert werden können.
Als ein Teil des Entfernungs- bzw. Schervorgangs oder als Alternative dazu in einem weiteren folgenden Vorgang werden Öffnungen bzw. Extrusionen 703 in den Kontaktflecken, mit denen kein elektrischer Kontakt gewünscht ist, als Öffnungen 703a vergrößert (10). Da die Außenflächen der Schaltungsplatte 700 mit Lot beschichtet sind, ist die Innenfläche 703c der Extrusion mit Lot beschichtet. So weist die Extrusion 703 eine relativ große Fläche 703c auf, die in elektrischem Kontakt mit den Stiften 401 kommt. Des Weiteren lassen sich die Stifte 401 relativ genau und schnell an der Extrusion 703 anlöten, und zwar insbesondere, wenn sowohl die Stifte 401 als auch die Extrusionsfläche 703c Lotbeschichtungen aufweisen. Die Extrusionsfläche 703c erzeugt eine Presspassung für die Stifte 401 und hält sie vor und nach dem Anlöten der Stifte 401 an den Extrusionen 703 der Kontaktplatte fest. Der Extrusionsvorgang kann auch mit den Scher- und Vergrößerungsvorgängen kombiniert werden, oder die Extrusion kann als Teil eines separaten Prozesses ausgeführt werden.
Aufgrund der Lotbeschichtung sowohl der leitenden Platten als auch der leitenden Stifte die dazu dienen, elektrische Verbindung zwischen Schichten herzustellen, kann die Baugruppe einfach durch Erhitzen verlötet werden, so beispielsweise in einem Aufschmelzlötverfahren. Daher kann ein Standard-Aufschmelzofen verwendet werden, um den Lötvorgang auszuführen, und/oder die Stifte können erhitzt werden, um das Aufschmelzen von Lot zu bewirken.
7 dient auch dazu, die Installation von integral ausgebildeten verlängerten elektrischen Kontakten 708 darzustellen, die sich von der leitenden Schaltungsplatte 700 nach außen und koplanar dazu erstrecken. In dieser Ausführung weisen zwei benachbarte Seiten vollständig ausgebildete verlängerte elektrische Kontakte 708 auf, die sich von innen nach außen erstrecken, während die restlichen zwei benachbarten Seiten abgeschnittene Kontakte 707 aufweisen, die sich nach außen erstrecken. Obwohl die verlängerten Kontakte 708 integral mit der Schaltungsplatte 700 ausgebildet sind, können sie separat sein und mit der Schaltungsplatte 700 über mechanische elektrische Verbindung, wie beispielsweise Nieten, Schweißen oder mechanische Presspassung über einen Stanzvorgang verbunden werden, wie dies mit 709 dargestellt ist (siehe 7b). Da diese Einzelteile vor der Anbringung mit Lot beschichtet werden, kommt beim Erhitzen der Baugruppe das Lot in diesen Verbindungen zum Schmelzen und wirkt unterstützend bei ordnungsgemäßer elektrischer Verbindung.
Alle Schaltungsplatten könnten mit vierseitigen abgeschnittenen Kontakten 707 ausgebildet sein. Die Kontakte 708 könnten dann wie gewünscht vor dem Zusammensetzen der Schaltungsplatten 700 für den gewünschten Einsatzzweck geschweißt, hartgelötet, genietet oder mechanisch an diesen abgeschnittenen Kontakten 707 angebracht werden. So kann eine Reihe unterschiedlich großer Verbinder oder verlängerter Kontakte mit ein und derselben gestanzten Schaltungsplatte verwendet werden. Diese Ausführungen der leitenden Schaltungsplatte stellen die grundlegenden Bausteine für erweiterte Konfigurationen dar, wie sie im Folgenden beschrieben werden.
8 ist eine Draufsicht auf die leitende Schaltungsplatte 700, die eine Schicht aus geformtem elektrisch isolierenden Material 701 auf einer Fläche der Schaltungsplatte 700 darstellt. Aus dieser Ansicht der isolierten Schaltungsplatte 700 ist zu ersehen, dass freie Bereiche 802 in der Schicht 701 unmittelbar um die Öffnungen 703 in den Kontaktflecken und diese freilegend sowie zusätzliche freie Bereiche 803 in der Schicht 701 unmittelbar über den Leiterbahnen, die ausgewählte Kontaktflecken verbinden, und diese freilegend vorhanden sind. Ein erhabener Sitzabschnitt 801 des integral geformten elektrisch isolierenden Materials, der an der anderen Fläche der Schaltungsplatte haftet, ist in dieser Ansicht ebenfalls zu sehen und in 8 ausführlicher dargestellt.
9 ist eine Unteransicht der umhüllten Schaltungsplatte 700, die ein weiteres Merkmal darstellt, das in der Schaltungsplatte in 1 nicht enthalten ist. Der Sitz 801 ist eine Umfangswulst aus elektrisch isolierendem Material, die auf der anderen Fläche der leitenden Schaltungsplatte 700 ausgebildet ist. Wie aus einem Vergleich der Ansichten in 8 und 9 ersichtlich wird, hat die Umfangswulst 801 Innenabmessungen, die die gleichen sind wie die Außenabmessungen der Schicht 701 aus isolierendem Material an der Oberseite oder etwas größer als diese. So umschließt, wenn elektrisch leitende Platten 700 vertikal geschichtet werden, die Umfangswulst 801 einer Platte 700 den Umfang des isolierenden Materials auf der damit in Eingriff befindlichen leitenden Platte enganliegend auf arretierende Weise, so dass ordnungsgemäße seitliche Ausrichtung miteinander in Eingriff befindlicher vertikal geschichteter Platten 700 gewährleistet wird und gleichzeitig elektrische Isolierung und entsprechender Abstand zwischen Platten bewirkt wird.
10 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht von drei vertikal geschichteten leitenden Schaltungsplatten 700. Das Ineinandergreifen der elektrisch isolierenden Schichten ist auch aus dieser Ansicht zu sehen, da die Umfangswulst 801 an der Unterseite einer Schaltungsplatte 700 die elektrisch isolierende Schicht 701 der unmittelbar darunter befindlichen leitenden Schaltungsplatte 700 umgibt und mit ihr in Eingriff ist. Die Ränder der Umfangswulst 801 sind, wie dargestellt, leicht abgeschrägt, um die Ausrichtung zu Schichtungszwecken zu erleichtern. Des Weiteren kann, wenn gewünscht, der Außenumfang der Isolierung 701 abgeschrägt sein, um leichtes Einführen in die Wulst 801 zu ermöglichen.
Leitende Stifte 401, deren Aufbau bereits beschrieben wurde, durchdringen, wie dargestellt, die übereinander angeordneten leitenden Schichten 700 über die Extrusionen 703 in den Kontaktflecken. Die Anordnung ihrer Extrusionen 703 ist dargestellt. Elektrischer Kontakt wird verbessert, indem die Kontaktfläche geschaffen wird, die größer ist als lediglich die einer Öffnung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist in 11 dargestellt, die eine Draufsicht einer Anordnung geschichteter leitender Schaltungsplatten nebeneinander ist, die als ein Stromverteilungsmodul zum Einsatz in einem Fahrzeug ausgeführt sind. Die aneinandergrenzenden koplanaren leitenden Schaltungsplatten der Seiten A und B sind in spiegelbildli cher Symmetrie angeordnet. Die aneinandergrenzenden Seiten, die die elektrischen Verlängerungs- bzw. Verbinder-Kontakte 708 enthalten, sind zum linken und zum unteren Rand an Seite A hin gerichtet, während die vollständig verlängerten Kontakte 708 an dem rechten und dem unteren Rand an Seite B vorhanden sind.
Zusätzliche Verlängerungsabschnitte 1101–1102 der elektrischen Kontakte sind, wie dargestellt, elektrisch mit ausgewählten der abgeschnittenen Kontakte 707 verbunden, die am oberen Rand der Seiten A und B angeordnet sind. Diese Kontaktverlängerungsabschnitte 1101–1102 können aus dem gleichen Material hergestellt sein wie die leitenden Schaltungsplatten selbst, d. h. halbhartem Kupfer CDA 110 der Abmessung 0,8 mm, obwohl auch andere geeignete leitende Materialien ausreichen. Diese Verlängerungsabschnitte 1101–1102 der elektrischen Kontakte werden beispielsweise über Hartlöten, Nieten oder Löten oder eine Kombination daraus sowohl elektrisch als auch mechanisch an den abgeschnittenen Kontakten 707 angebracht, um sowohl elektrischen Kontakt als auch ausreichende strukturelle Integrität zu gewährleisten. Die verbleibenden abgeschnittenen elektrischen Kontakte, die nicht zur Verbindung mit Verlängerungsabschnitten der elektrischen Kontakte ausgewählt werden, können beispielsweise noch weiter abgeschnitten werden, so dass sie bündig mit dem Rand der elektrisch isolierenden Anschlussschicht sind.
12–14 sind Draufsichten auf die obere, die mittlere bzw. die untere leitende Schicht der übereinander angeordneten Konfiguration leitender Schichten, die oben unter Bezugnahme auf 11 beschrieben ist. 13 stellt die mittlere Schicht der Konfiguration dar und zeigt, dass alle elektrischen Kontakte 707, die von den leitenden Schaltungsplatten 700 der mittleren Schicht nach unten vorstehen, abgeschnitten sind. Natürlich ist es nicht notwendig, alle elektrischen Kontakte an den leitenden Schaltungsplatten der mittleren Ebenen in einer Schichtkonfiguration abzuschneiden, dieses Abschneiden jedoch erleichtert es möglicherweise, die elektrischen Kontakte zur Ausrichtung auf einen eingreifenden elektrischen Verbinder auszuführen und trägt dazu bei, die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen den beabstandeten Kontakten auf ein Minimum zu verringern.
13 stellt des Weiteren elektrische Verbindung zwischen aneinandergrenzenden koplanaren leitenden Schaltungsplatten 700 der Seiten A und B dar. Leitende Brücken 1301, die aus dem gleichen Material bestehen können wie die leitenden Schaltungsplatten und die Verlängerungsabschnitte der elektrischen Kontakte, sind zwischen ausgewählten, einander zugewandten abgeschnittenen Kontakten 707 benachbarter leitender Schaltungsplatten 700 angeordnet. Diese leitenden Brücken werden durch Hartlöten, Nieten oder Löten oder eine Kombination daraus elektrisch und mechanisch mit den ausgewählten der abgeschnittenen elektrischen Kontakte 707 verbunden, wie dies oben unter Bezugnahme auf die Verlängerungsabschnitte der elektrischen Kontakte in 11 beschrieben ist. Da die Gefahr eines Kurzschlusses an einem der nicht genutzten abgeschnittenen Kontakte minimal ist, müssen die nicht genutzten Kontakte nicht weiter abgeschnitten werden, können jedoch, wenn gewünscht, verkürzt werden.
14 stellt die Verbindung von Verlängerungsabschnitten 1401–1403 elektrischer Kontakte mit ausgewählten der abgeschnittenen elektrischen Kontakte 707 der unteren Ebene des Stromverteilungsmoduls dar. Wie in 11 und 14 zu sehen ist, ermöglichen die Abschnitte zur Verlängerung der elektrischen Kontakte sowohl Verbindung zwischen aneinandergrenzenden koplanaren Schaltungsplatten, elektrische Verbindungsmöglichkeit außerhalb des Moduls (wie in 1101), eine Möglichkeit, mehrere Verbindungen von einer Leitungsplatte zu einem außerhalb des Moduls befindlichen Punkt (wie in 1402) zu ziehen, als auch eine einzelne erweiterte Verbindung mit einem außerhalb des Moduls befindlichen Kontaktpunkt (1403).
15 ist eine Seitenansicht des in 11 dargestellten Stromverteilungsmoduls. Da die leitenden Brücken 1301, die benachbarte koplanare Schaltungsplatten verbinden, aus dem gleichen relativ steifen Material wie die Schaltungsplatten selbst bestehen, bildet das fertige Stromverteilungsmodul eine relativ starre und robuste Struktur. Natürlich würde das fertige Modul normalerweise in einem Kunststoffgehäuse (nicht dargestellt) angeordnet werden, um Wetterbeständigkeit, zusätzliche strukturelle Festigkeit und eine Einrichtung zum Tragen und Befestigen elektrischer Verbindergehäuse zu schaffen.
16 und 17 stellen den Einsatz vertikal geschichteter leitender Schaltungsplatten, die jeweils einen entsprechenden Abstandshalter 701 und einen Steg 801 daran aufweisen, in Kombination mit einer herkömmlichen Leiterplatte dar. 16 ist eine als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Vielzahl leitender Schaltungsplatten 700, die weitgehend wie unter Bezugnahme auf 10 oben beschrieben, in einer geschichteten vertikalen Konfiguration angeordnet sind. Des Weiteren stellt 16 die Verbindung elektronischer Schaltungen, die auf einer Leiterplatte 1601 angeordnet sind, mit den elektrischen Schaltungen der geschichteten Anordnungen von leitenden Platten dar.
Elektronische Bauteile 1602 sind entsprechend den allgemeinen akzeptierten Konstruktionsrichtlinien für Leiterplatten auf der Leiterplatte 1601 angeordnet. In einer bevorzugten Form ist die Leiterplatte 1601 eine einseitige Platte mit plattierten Durchgangslöchern, die Verbindung mit leitenden Stiften ermöglichen, die sowohl die Leiterplatte als auch die leitenden Platten durchdringen, die die restlichen Schichten bilden. Der Einsatz einer einseitigen Leiterplatte stellt jedoch keinen Nachteil dar, da erforderliche Querverbindungen auf einer der Schichten der leitenden Platte ausgeführt werden können, wenn dies erforderlich ist. Die Möglichkeit, eine hohe Schaltungsdichte zu erreichen, ist einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung.
18 ist eine schematische Darstellung der elektronischen Schaltung, die auf der Leiterplatte in 17 angeordnet ist. Selbst komplizierte Schaltungen, wie beispielsweise Steuermodule auf Mikroprozessor-Basis, können über eine Kombination aus einer Leiterplatte und einer Vielzahl leitender Platten in einer geschichteten Anordnung umgesetzt werden.
Die Anmelder haben ein Stromverteilungssystem beschrieben, das sich kostengünstig herstellen lässt, einfach an den Einsatz bei bestimmten Modellen angepasst werden kann und haltbar gekapselt ist.

Claims

Stromverteilungsvorrichtung, die umfasst: eine Vielzahl vertikal übereinander angeordneter leitender Schaltungsschichten (100), wobei jede Schicht (100) eine rechtwinklige Anordnung von Kontaktflecken (101) enthält, wobei wenigstens einige der Kontaktflecken (101) über integral ausgebildete Leiterbahnen (102) elektrisch mit ausgewählten anderen Kontaktflecken (101) der gleichen leitenden Schaltungsschicht (100) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass: jede der leitenden Schaltungsschichten (100) wenigstens teilweise mit einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial überzogen ist und die Vorrichtung des Weiteren umfasst: eine Vielzahl von Leitstiften (320), die elektrischen Kontakt zwischen ausgewählten Kontaktflecken (101) verschiedener ausgewählter leitender Schichten (100) herstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der leitenden Schaltungsschichten (100) wenigstens teilweise von einem elektrisch isolierenden Material umhüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das elektrisch isolierende Material im Wesentlichen die gesamte leitende Schaltungsschicht (100) mit Ausnahme wenigstens eines Abschnitts der Kontaktflecken (101) und wenigstens eines Abschnitts der Leiterbahnen (102) abdeckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens eine der leitenden Schaltungsschichten (100) wenigstens einen integral ausgebildeten elektrischen Kontakt (103) koplanar dazu enthält und sich der Kontakt von der leitenden Schaltungsschicht (100) nach außen erstreckt, in elektrischen Kontakt mit wenigstens einem der Kontaktflecken (101) kommt und so eingerichtet ist, dass er elektrischen Kontakt mit einem externen Stromverteilungsnetz herstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens einer der leitenden Stifte (320) einen elektrischen Verbinder (321) an wenigstens einem Ende enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei ein elektrisches Bauteil so eingerichtet ist, dass es in elektrischem Kontakt mit dem elektrischen Verbinder (321) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das elektrische Bauteil integral mit dem leitenden Stift (320) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die des Weiteren ein Gehäuse (313, 314) enthält, das im Wesentlichen die vertikal übereinander angeordneten leitenden Schaltungsschichten (100) umgibt, wobei das Gehäuse (313, 314) wenigstens eine Öffnung aufweist, um eine Verbindung mit einem externen elektrischen Stromverteilungsnetz aufzunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitenden Schichten (100) aus leitendem Material mit einer Dicke zwischen 0,5 und 1,3 mm (0,020 bis 0,050 Inch) hergestellt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitenden Stifte (320) einen unteren röhrenförmigen Abschnitt (403) und einen oberen Verbinderabschnitt enthalten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der untere röhrenförmige Abschnitt (403) mit einem Stanzvorgang ausgebildet wird, der einen Längsschlitz (402) hinterlässt, der sich im Wesentlichen durch den gesamten unteren röhrenförmigen Abschnitt (403) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schicht (100) quadratisch ist und die Kontaktflecken (101) durch einen Mittenabstand von ungefähr 8,0 mm (0,320 Inch) getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der untere röhrenförmige Abschnitt (403) und der obere Verbinderabschnitt integral ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das leitende Material Kupfer ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Stanzvorgang das Einschließen einer Anordnung von Kontaktflecken (101) ermöglicht und wenigstens einige der Kontaktflecken (101) von benachbarten Kontaktflecken (101) durch integral ausgebildete Leiterbahnen (102) getrennt sind und die leitenden Schichten (100) nach dem Stanzen im Wesentlichen identisch sind; und wobei die leitenden Stanzungen einem anschließenden Schervorgang unterzogen werden, um selektiv unerwünschte Leiterbahnen (102) zu entfernen und gewünschte leitende Wege auszubilden, so dass jede leitende Schicht (100) sich im Wesentlichen eindeutig von den anderen leitenden Schichten (100) unterscheidet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens drei leitende Schaltungsschichten (100) vorhanden sind, die jeweils eine im Wesentlichen identische Außenabmessung und ein äußeres planes Profil haben; wobei alle leitenden Schaltungsschichten (100) voneinander beabstandet sind und sich im Wesentlichen parallel zu den anderen Schichten (100) erstrecken; wobei alle leitenden Schichten (100) die gleiche Anzahl erster und zweiter Kontaktflecken (101) haben und einige der leitenden Schichten (100) direkt über entsprechenden ersten Kontaktflecken (101) der anderen leitenden Schichten (100) lie gen, sich eine Vielzahl elektrischer Verbinder (321) durch jede der leitenden Schichten (100) hindurch erstreckt und einige der elektrischen Verbinder (321) selektiv mit einigen der leitenden Schichten (100) elektrisch in Kontakt kommen, und die des Weiteren umfasst: eine Vielzahl elektrischer Schaltungen, die von einem elektrischen Kontakt über eine Vielzahl erster Flecken (101) auf einer leitenden Platte und wenigstens einen ersten Fleck auf einer anderen leitenden Schicht (100) zu einem weiteren elektrischen Kontakt verlaufen; wobei die Schaltungen durch eine entsprechende Verbindung mit einem externen Stromverteilungsnetz geschlossen werden können.