DE102004037194A1 - Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms DOLLAR A - mit einem Nebenwiderstand, umfassend ein Widerstandselement (1), und zwei elektrisch dem Widerstandselement vor- beziehungsweise nachgeschaltete Anschlusselemente (2, 3); DOLLAR A - mit einer Schaltungsanordnung zum Erfassen des durch den Nebenwiderstand fließenden Strom, umfassend einen Schaltungsträger (4), und zumindest ein Bauelement (5), insbesondere ein aktives Bauelement; DOLLAR A wobei DOLLAR A - der Nebenwiderstand beabstandet von dem Schaltungsträger (4) angeordnet ist und dass die Vorrichtung Verbindungselemente (6, 7, 8, 9) umfasst, über welche die Schaltungsanordnung mit dem Nebenwiderstand elektrisch verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms, insbesondere in einem Kraftfahrzeugbordnetz. Die Vorrichtung weist einen Nebenwiderstand auf, der ein Widerstandselement und zwei dem Widerstandselement elektrisch vor- beziehungsweise nachgeschaltete Anschlusselemente aufweist, über welche der Nebenwiderstand in einen elektrischen Stromkreis eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Schaltungsanordnung zum Erfassen des durch den Nebenwiderstand durchfließenden Stroms, der einen Schaltungsträger und zumindest ein Bauelement, vorteilhaft ein aktives Bauelement aufweist.
- Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift mit der Veröffentlichungsnummer
EP 1 030 185 B1 bekannt. Der Nebenwiderstand bei der in dieser Druckschrift offenbarten Vorrichtung ist insgesamt plattenförmig ausgebildet. Der Schaltungsträger der Schaltungsanordnung ist über Lötverbindungen unmittelbar mit den Anschlusselementen des Nebenwiderstands verbunden. Die Schaltungsanordnung hat dadurch eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Nebenwiderstand und eine Erfassung des durch den Nebenwiderstand fließenden Stroms ist dadurch möglich. Die unmittelbare Verbindung der Schaltungsanordnung mit dem Nebenwiderstand hat jedoch den Nachteil, dass die Schaltungsanordnung und der Nebenwiderstand nicht nur elektrisch, sondern auch thermisch sehr stark miteinander gekoppelt sind. Die in dem Nebenwiderstand entstehende Wärme kann ohne weiteres in die Schaltungsanordnung abgeführt werden, welches zu einer erhöhten Wärmeüberlastung der Bauelemente der Schaltungsanordnung führt. Dieses kann einen zusätzlichen Aufwand für die Kühlung der Bauelemente der Schaltungsanordnung nach sich ziehen. Eine gleichwertige Schaltungsanordnung ist im übrigen aus der Druckschrift mit der VeröffentlichungsnummerUS 6,304,062 B1 bekannt. - VORTEILE DER ERFINDUNG
- Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms der eingangs genannten Art so weiterzubilden, so dass zum einen die elektrische Funktion der Vorrichtung gesichert ist und zum anderen der Nebenwiderstand und die Schaltungsanordnung zum Erfassen des durch den Nebenwiderstand fließenden Stroms möglichst thermisch voneinander entkoppelt sind.
- Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Demnach wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weitergebildet, dass der Nebenwiderstand beabstandet von dem Schaltungsträger angeordnet ist und die Vorrichtung Verbindungselemente umfasst, über welche die Schaltungsanordnung mit dem Nebenwiderstand elektrisch verbunden ist. Durch den Abstand zwischen dem Schaltungsträger und dem Nebenwiderstand wird der Wärmeeintrag des Nebenwiderstands in die Schaltungsanordnung erheblich gemindert. Die Verbindungselemente, die vorzugsweise so ausgelegt sind, dass sie nur geringe Wärmemengen übertragen können, sichern zugleich die elektrische Verbindung zwischen der Schaltungsanordnung und dem Nebenwiderstand. Zu den Verbindungselementen im Sinne der Erfindung zählen einfache Lötverbindungen, wie sie aus den genannten Druckschriften bekannt sind, nicht.
- Das Widerstandselement des Nebenwiderstands kann vorteilhaft rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass das Widerstandselement aus Manganin besteht oder Manganin umfasst. Die Anschlusselemente des Nebenwiderstands sind vorteilhaft aus Kupfer hergestellt. Auch die Anschlusselemente können rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Vorteilhaft sind sie koaxial zu dem Widerstandselement angeordnet. Ferner können sie den gleichen Durchmesser wie das Widerstandselement haben. Der Nebenwiderstand mit den Anschlusselementen und dem Widerstandselement kann so im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein.
- Bei den Verbindungselementen, welche die elektrische Verbindung zwischen dem Nebenwiderstand und der elektrischen Schaltungsanordnung herstellen, kann es sich um Bonddrähte handeln. Diese Bonddrähte können unmittelbar mit den Bauelementen der Schaltungsanordnung verbunden sein.
- Bei den Verbindungselementen kann es sich ebenso um Anschlussfahnen beziehungsweise Federelemente handeln. Die Anschlussfahnen und die Federelemente können an dem Schaltungsträger zum Beispiel durch Einpressen befestigt sein. Diese Verbindungselemente können dann über Leiterbahnen mit den Bauelementen der elektrischen Schaltungsanordnung verbunden sein. Die Federelemente können den Nebenwiderstand sowohl elektrisch als auch mechanisch mit dem Schaltungsträger der Schaltungsanordnung verbinden.
- Die Verbindungselemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können unmittelbar mit dem Widerstandselement oder aber unmittelbar mit den Anschlusselementen des Nebenwiderstands verbunden sein.
- Eine vorteilhafte Vorrichtung hat einen Ausgang, an dem ein Signal anliegt, welches den von der Vorrichtung gemessenen Strom durch den Nebenwiderstand darstellt. Dieses Signal kann vorteilhaft von der Schaltungsanordnung, insbesondere von einem aktiven Bauelement der Schaltungsanordnung erzeugt werden.
- Der Ausgang kann durch ein Steckverbinderelement gebildet werden. Dieses Steckverbinderelement kann zumindest teilweise durch ein Gehäuse gebildet werden, welches den Nebenwiderstand, die Verbindungselemente und die Schaltungsanordnung einhäust. Die Schaltungsanordnung, der Nebenwiderstand und die Verbindungselemente können im übrigen vergossen sein.
- Die Verbindungselemente können im übrigen durch Schweißen oder Löten oder auf andere Art und Weise stoffschlüssig mit dem Nebenwiderstand verbunden sein.
- ZEICHNUNGEN
- Zwei Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Messen eines elektrischen Stroms sind anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt
-
1 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, -
2 eine Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels, -
3 eine Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel, -
4 eine Frontansicht des ersten Ausführungsbeispiels, -
5 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, -
6 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels und -
7 eine Draufsicht auf das zweite Ausführungsbeispiel. - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
- Die in den
1 bis7 dargestellten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Vorrichtungen zum Messen eines elektrischen Stroms weisen zum Teil gleiche oder gleichartige Bauteile auf. Die gleichen und gleichartigen Bauteile der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. - Das in den
1 bis4 dargstellte Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms weist einen rotationssymmetrischen, d. h. im Wesentlichen zylindrischen Nebenwiderstand1 ,2 ,3 auf, der ein zylindrisches Widerstandselement1 und zwei stirnseitig daran angeschlossene, ebenfalls zylindrische Anschlusselemente2 ,3 umfasst. Über die Anschlusselemente2 ,3 kann der Nebenwiderstand1 ,2 ,3 in einen elektrischen Stromkreis eingeschaltet werden. Der dann durch den Nebenwiderstand1 ,2 ,3 fließende Strom soll von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen werden. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein aus Kunststoff hergestelltes Brückenteil
12 auf, an dem voneinander beabstandet Stege11 angebracht sind. Die Stege11 und das Brückenelement12 können einstückig als Spritzgussteil hergestellt sein. Die dem Brückenelement12 abgewandten Enden der Stege11 weisen Kehlen auf, in welche der Nebenwiderstand1 ,2 ,3 mit den Anschlusselementen2 ,3 eingelegt ist. Durch Kleben oder Ähnliches ist der Nebenwiderstand1 ,2 ,3 mit den Stegen11 verbunden. Somit ist eine mechanische Verbindung zwischen dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 und dem Brückenelement12 unter Zwischenschaltung der Stege11 hergestellt. - An dem Brückenelement
12 ist zwischen den Stegen11 und unterhalb des Nebenwiderstands1 ,2 ,3 jedoch mit Abstand zu diesem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 eine Schaltungsanordnung4 ,5 angebracht. Diese Schaltungsanordnung wird durch einen Schaltungsträger4 und einer Vielzahl von Bauelementen, darunter ein aktives Bauelement5 , bei dem es sich um einen Mikroprozessor handelt, gebildet, die auf dem Schaltungsträger4 angeordnet sind. Diese Schaltungsanordnung4 ,5 ist über Verbindungselemente6 ,7 , bei dem es sich im ersten Ausführungsbeispiel um Bonddrähte handelt, mit dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 verbunden (Herr Lütkenhaus, bitte tragen Sie die Bonddrähte in den beigefügten Skizzen ein. Wir werden dann die Zeichnung entsprechend vervollständigen. ) An dem Brückenelement12 ist ein Steckverbinderelement10 angeformt. In dieses Steckverbinderelement10 sind Kontaktstifte13 eingesetzt. Diese Kontaktstifte13 ragen in die Buchse des Steckverbinderelements10 hinein und dienen der elektrischen Kontaktierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anderen Einrichtungen, so dass diese anderen Einrichtungen Informationen über den gemessenen Strom abgreifen können. Die Kontaktstifte13 sind rückseitig aus dem Steckverbinderelement10 herausgeführt, um 90° abgewinkelt und zum Schaltungsträger4 geführt. Mit ihren schaltungsträgerseitigen Enden sind die Kontaktstifte13 in dem Schaltungsträger4 eingepresst und elektrisch mit der Schaltungsanordnung4 ,5 verbunden. - Das in den
5 bis7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms weist einen Nebenwiderstand1 ,2 ,3 auf, der genauso ausgebildet ist wie der Nebenwiderstand des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Nebenwiderstand1 ,2 ,3 des zweiten Ausführungsbeispiels jedoch sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch über Verbindungselemente8 ,9 unmittelbar mit einem Schaltungsträger4 verbunden. Der Schaltungsträger4 ist Teil einer Schaltungsanordnung4 ,5 zum Erfassen des durch den Nebenwiderstand1 ,2 ,3 fließenden Stroms. Die Schaltungsanordnung umfasst den Schaltungsträger4 und Bauelemente, darunter ein aktives Bauelement5 . Die Bauelemente sind auf einer dem Nebenwiderstand abgewandten Seite des Schaltungsträgers4 angebracht. Der Schaltungsträger4 ermöglicht dadurch eine thermische Abschirmung der Bauelemente gegenüber dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 . Als Verbindungselemente8 ,9 sind Federelemente vorgesehen, die über Kontaktstifte15 mit dem Schaltungsträger verbunden sind. Die Kontaktstifte15 sind dazu in dem Schaltungsträger4 eingepresst. Die Federelemente8 ,9 haben jeweils zwei Federarme, die bogenförmig ausgebildet sind und federnd vorbelastet an dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 anliegen. Dadurch ist sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung zwischen den Federelementen und dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 hergestellt. - An dem Schaltungsträger
4 des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist ferner noch ein Steckverbinderelement10 angebracht. Dieses Steckverbinderelement10 weist nicht dargestellte Kontaktstifte auf, die rückseitig des Steckverbinderelements mit der Schaltungsanordnung elektrisch verbunden sind, so dass über das Steckverbinderelement10 die von der Schaltungsanordnung4 ,5 ausgewerteten Informationen über den elektrischen Strom durch den Nebenwiderstand1 ,2 ,3 abgreifbar sind. - Der Vorteil der beiden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele ist, dass keine unmittelbare Verbindung zwischen der Schaltungsanordnung
4 ,5 und dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 besteht. Zwar sind die Schaltungsanordnung4 ,5 und der Nebenwiderstand1 ,2 ,3 sowohl mechanisch als auch elektrisch verbunden, diese elektrische sowie mechanische Verbindung ist jedoch so ausgestaltet, dass ein Wärmetransport vom Nebenwiderstand1 ,2 ,3 in die Schaltungsanordnung4 ,5 möglichst minimiert ist. Dieser erfindungsgemäße Zweck wird durch die Zwischenschaltung der Verbindungselemente6 ,7 , beziehungsweise7 ,9 erreicht. Durch die Verbindungselemente6 ,7 , beziehungsweise8 ,9 ist es möglich, die Schaltungsanordnung beabstandet zu dem Nebenwiderstand1 ,2 ,3 anzuordnen.
Claims (10)
- Vorrichtung zum Messen eines elektrischen Stroms – mit einem Nebenwiderstand umfassend ein Widerstandselement (
1 ) und zwei elektrisch dem Widerstandselement vorbeziehungsweise nachgeschaltete Anschlusselemente (2 ,3 ); – mit einer Schaltungsanordnung zum Erfassen des durch den Nebenwiderstand fließenden Strom umfassend einen Schaltungsträger (4 ) und zumindest ein Bauelement (5 ), insbesondere ein aktives Bauelement; dadurch gekennzeichnet, – dass der Nebenwiderstand beabstandet von dem Schaltungsträger (4 ) angeordnet ist und dass die Vorrichtung Verbindungselemente (6 ,7 ,8 ,9 ) umfasst, über welche die Schaltungsanordnung mit dem Nebenwiderstand elektrisch verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente Bonddrähte (
6 ,7 ) sind. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bonddrähte (
6 ,7 ) unmittelbar mit den Bauelementen (5 ) der Schaltungsanordnung verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente Anschlussfahnen sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente Federelemente (
8 ,9 ) sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
8 ,9 ) an dem Schaltungsträger (4 ) zum Beispiel durch Einpressen befestigt sind. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
8 ,9 ) über Leiterbahnen mit den Bauelementen (5 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
6 ,7 ,8 ,9 ) unmittelbar mit dem Widerstandselement (1 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (
6 ,7 ,8 ,9 ) unmittelbar mit den Anschlusselementen (2 ,3 ) verbunden sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Ausgang (
10 ) hat, an dem ein den von der Vorrichtung gemessener Strom darstellendes Signal anliegt, das von der Schaltungsanordnung erzeugbar ist.
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