DE29812531U1

DE29812531U1 - Meßvorrichtung zur Bestimmung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes

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Publication number: DE29812531U1
Application number: DE29812531U
Authority: DE
Original assignee: SSG HALBLEITER VERTRIEBS GmbH
Current assignee: Ssg Semiconductor Systems De GmbH
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2008-07-15

Description

Meßvorrichtung zur Bestimmung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zur Bestimmung eines einen elektrischen Leiter durchfließenden Stromes mit einem magnetfeldempfindlichen Sensor zur Messung des magnetischen Feldes, das durch den den Leiter durchfließenden Strom erzeugt wird, sowie mit einer mit dem Sensor verbundenen Auswertungseinrichtung.

Man kennt bereits als Strom-Meßvorrichtung eine Stromzange, mit der das von einem elektrischen Wechselstrom erzeugte Magnetfeld

fe induktiv erfaßt und daraus indirekt die Stromstärke ermittelt wird.

Ein Nachteil dieser Stromzangen besteht vor allem darin, daß sie nicht zum Messen von Gleichströmen geeignet sind. Außerdem sind sie insbesondere wegen der zur induktiven Kopplung benötigten Spule vergleichsweise aufwendig und teuer.

Aus der DE-OS 44 10 180 Al ist eine Meßvorrichtung bekannt, bei der ein magnetfeldempfindlicher Sensor in einem IC-Gehäuse auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Das IC-Gehäuse weist zwei äußere Anschlußstellen für den zu messenden Strom auf, die innerhalb des IC-Gehäuses über einen Leiter elektrisch leitend miteinander 0 verbunden sind. Der Leiter ist im Bereich des Sensors geführt, so daß der Sensor das durch den den Leiter durchfließenden Strom

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erzeugte Magnetfeld erfassen kann. Dabei ist jedoch nachteilig, daß der Sensor bei der Herstellung der Meßvorrichtung sehr genau ausgerichtet werden muß, um Meßungenauigkeiten durch Lagetoleranzen des Sensors in dem magnetischen Feld zu vermeiden.
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Es besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, und bei der Meßungenauigkeit en durch Lagetoleranzen des Sensors vermieden sind·

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht insbesondere

P darin, daß der Sensor in einem Aufnahmebereich zwischen zwei quer zur Stromrichtung voneinander beabstandeten, im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterzweigen des stromführenden Leiters angeordnet ist. Zur Messung des den Leiter durchfließenden Stromes sind die Leiterzweige in Serie geschaltet, so daß sie bei einer Strombeaufschlagung des Leiters jeweils von demselben, zu messenden Strom durchflossen werden. Die Anordnung der Leiterzweige erfolgt dabei derart, daß die Stromflußrichtung in den beiden Leiterzweigen entgegengesetzt ist. In dem Aufnahmebereich zwischen den beiden Leiterzweigen bildet sich durch Überlagerung der jeden Leiterzweig umgebenden Magnetfelder ein weitgehend homogenes Magnetfeld aus, so daß der Sensor an einer beliebigen Position innerhalb dieses

^ Aufnahmebereiches angeordnet werden kann und die Strommessung 5 weitgehend unempfindlich ist gegenüber Lagetoleranzen des Sensors in Bezug zu den Leiterzweigen. Wegen ihres einfachen Aufbaus eignet sich die erfindungsgemäße Meßvorrichtung besonders für eine kostengünstige Serienproduktion. Zusätzliche Komponenten, wie Ferritkerne oder Induktionsspulen sind nicht erforderlich. Dennoch weist sie eine vergleichsweise hohe Meßgenauigkeit auf. Mit der Meßvorrichtung können sowohl Gleich- als auch Wechselströme potentialfrei und ohne zusätzliche Verlustleistung gemessen werden. Zudem ist vorteilhaft, daß eine Eigenerwärmung des Leiters und eine damit verbundene Zunahme seines Widerstandes keinen Einfluß auf 5 die Strommessung hat, da der Sensor von dem Leiter beabstandet

angeordnet werden kann und somit zwischen Leiter und Sensor keine thermische Kopplung besteht. Desweiteren treten keine Sättigungseffekte auf, und die magnetische Induktion innerhalb des Aufnahmebereiches hängt in linearer Weise von der Größe des zu messenden Stromes in dem Leiter ab.

Das Magnetfeld innerhalb des Aufnahmebereiches ist besonders homogen, wenn die einander zugewandten Innenseiten der Leiterzweige parallel zueinander angeordnete, ebene Flächen sind und wenn der von diesen Flächen seitlich begrenzte Raum den Aufnahmebereich für den Sensor bildet. Somit ist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung besonders

w unempfindlich gegenüber Lagetoleranzen des Sensors und die Genauigkeit der Strommessung ist erhöht.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht dabei vor, daß der Leiter zur Bildung des Aufnahmebereiches für den Sensor etwa U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des etwa U-förmigen Leiters die Leiterzweige bilden und daß der Leiter derart beschaltet ist, daß die Ströme in den beiden Leiterzweigen in entgegengesetzter Richtung fließen und gleich groß sind. Die beiden freien Enden des U-förmigen Leiterabschnittes bilden dabei die Anschlußstellen für den zu messenden Strom beziehungsweise der U-förmige Leiterabschnitt wird mit seinen beiden freien Enden als Anschlußstellen in den den zu messenden Strom führenden Strompfad geschaltet. Der zu messende Strom fließt dabei durch einen ersten Schenkel beziehungsweise Leiterzweig in den U-förmigen Leiterabschnitt hinein und durch den anderen Schenkel beziehungsweise Leiterzweig in entgegengesetzter Stromflußrichtung hinaus. Durch die antiparallele Stromflußrichtung in den sich gegenüberliegenden Leiterzweigen entsteht auf die 0 vorbeschriebene Weise ein räumlich homogenes Magnetfeld, aus dem der zu messende Strom ermittelt werden kann.

Der etwa U-förmige Leiterabschnitt kann beispielsweise durch Biegen eines gestreckten Leitermaterials gebildet werden. Es ist auch möglich, zwei separate Leiterabschnitte als Leiterzweige vorzusehen

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und diese mit einem weiteren Leiterabschnitt zu verbinden, beispielsweise zu verlöten, wobei die Leiterzweige etwa rechtwinklig, vorzugsweise in dessen seitlichen Endbereichen an dem weiteren Leiterabschnitt befestigt werden. Der etwa U-förmige Leiterabschnitt kann auch durch eine in einen vorzugsweise quaderförmigen Leiter eingebrachte Ausnehmung gebildet sein, dessen seitliche, in Stromrichtung verlaufende Begrenzungswandungen die Leiterzweige bilden, wobei sich die Ausnehmung zur Bildung der voneinander beabstandeten Anschlußstellen in Stromrichtung bis zu einer Querseite des Leiters fortsetzt.

P Es kann zweckmäßig sein, wenn der lichte Abstand der beiden Leiterzweige beziehungsweise die lichte Weite des Aufnahmebereiches schmal ist gegenüber der Breite beziehungsweise der äußeren Weite des Leiters, insbesondere maximal halb so breit ist. Dadurch bildet sich zwischen den beiden Leiterzweigen ein entsprechend starkes Magnetfeld aus und die Meßempfindlichkeit beziehungsweise Meßgenauigkeit der Meßvorrichtung ist erhöht.

0 Es ist vorteilhaft, wenn die beiden im Bereich des Aufnahmebereiches benachbarten Leiterzweige den gleichen Querschnitt und insbesondere die gleiche Querschnittsform und Ausrichtung aufweisen. Durch die Symmetrie der Anordnung bildet sich in dem Aufnahmebereich ein

^ besonders homogenes Magnetfeld aus und die Meßgenauigkeit ist erhöht.

Eine Ausführungsform sieht vor, daß der Sensor ein magnetoresistiver Sensor ist. Der magnetfeldabhängige elektrische Widerstand des Sensors stellt somit ein Maß für den zu messenden Strom dar, wobei zwischen dem Widerstand des Sensors und dem zu messenden Strom ein 0 linearer Zusammenhang besteht.

Eine andere, bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Sensor ein Hallelement ist. Dessen Ausgangsspannung ist dabei proportional dem zu messenden Strom. Die Hallspannung V_Hall errechnet sich gemäß 5 der Formel V_Hall = K_Hall*I_const*B*cos(p, wobei K_Hall eine Material- und

Geometrieabhängige Konstante, I_const der Konstantstrom durch das Hallelement, B die magnetische Induktion und &phgr; der Winkel zwischen der Hallsensorflächennormale und dem Induktionsvektor ist. Wenn &phgr; = 0 gewählt wird, ergibt sich, da B proportional dem zu messenden Strom I ist, I = K*V_Hall, wobei K ein die übrigen Konstanten zusammenfassender konstanter Faktor ist. Somit ergibt sich eine direkte Proportionalität zwischen der Hallspannung und dem zu messenden Strom.
Anhand der Polarität der induzierten Hallspannung kann zudem die Richtung des in dem Leiter fließenden Stromes ermittelt werden. Ein Hallsensor ermöglicht somit eine inhärente Stromrichtungs-" erfassung.

Für die Sensoren der Meßvorrichtung lassen sich kostengünstige Standard-Bauelemente verwenden, die platzsparend in die Meßvorrichtung integriert werden können. Die Standard-Bauelemente sind zudem für einen großen Betriebstemperaturbereich ausgelegt, so daß die Meßvorrichtung auch bei hohen Temperaturen, beispielsweise bis 150⁰C betrieben werden kann. Zudem treten in den Sensoren keine Sättigungseffekte auf, so daß die Meßvorrichtung auch zur Messung hoher Ströme, beispielsweise im Bereich einiger lOOA, die ein entsprechend starkes magnetisches Feld erzeugen, verwendet werden kann.

Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die 5 Meßvorrichtung wenigstens zwei mit einem gemeinsamen Verzweigungsknoten verbundene Leiter aufweist, die jeweils parallel zueinander angeordnete, quer zur Stromrichtung voneinander beabstandete Leiterzweige sowie wenigstens einen Sensor zur Messung des zwischen den Leiterzweigen eines jeden Leiters befindlichen Magnetfeldes 0 aufweisen, und daß die diesen Leitern jeweils zugeordneten Sensoren auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind. Auf der gemeinsamen Platine können die den einzelnen Sensoren zugeordneten Auswertungseinrichtungen angeordnet sein, oder es kann eine gemeinsame Auswertungseinrichtung für alle Sensoren vorgesehen sein. 5 Darüberhinaus können auf der Platine weitere Komponenten angeordnet

sein, beispielsweise Versorgungseinrichtungen für die Sensoren. Insgesamt ergibt sich dadurch eine kompakte Meßvorrichtung, die eine gleichzeitige Messung der Stromstärken der mit dem Verzweigungsknoten verbundenen Leiter ermöglicht. Eine derartige Meßvorrichtung kann beispielsweise für eine Strommesung in Versorgungsleitungen von Kraftfahrzeugen verwendet werden, um beispielsweise bei einem Kurzschluß die Stromzufuhr in einem bestimmten Stromkreis automatisch abzuschalten.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die Meßvorrichtung modulartig ausgebildet ist und vorzugsweise in einem platinenbestückbaren P Gehäuse angeordnet ist, an dem Anschlußstellen für die Versorgungsspannung und die Signalleitungen des Sensors sowie Stromanschlußstellen für den zu messenden Strom vorgesehen sind. Die Meßvorrichtung kann dann besonders einfach und platzsparend in ein System integriert werden. Eine modulartige Meßvorrichtung kann auch in größeren Stückzahlen bevorratet werden, da sie universell für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden kann.

Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, wenn der Auswertungseinrichtung eine Vorrichtung zur Leistungsbestimmung zugeordnet ist. Mit der Auswertungseinrichtung wird zunächst der den Leiter durchfließende Strom bestimmt. In einer Nachgeordneten Vorrichtung ™ kann mittels einer entsprechenden Arithmetikeinheit die Leistung P beispielsweise gemäß der Formel P = I²*R ermittelt werden, wobei I der den Leiter durchfließende Strom und R der ohmsche Widerstand des Leiters ist.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der 0 Auswertungseinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Meßwertes mit einem Referenzwert zugeordnet ist, und daß gegebenenfalls eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen des den Leiter durchfließenden Stromes bei Überschreitung des Referenzwertes vorgesehen ist. Mit der erfindungsgemäßen Meßvor-5 richtung kann so eine Schutzschaltung realisiert werden, die einen

Strompfad unterbricht, wenn der zu messende Strom einen vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert überschreitet, beispielsweise bei einem Kurzschluß.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die beiden Leiterzweige an eine nachgeordnete Verbraucherschaltung angeschlossen und derart beschaltet sind, daß die Ströme in den beiden parallelen Leiterzweigen in gleicher Richtung fließen. In beiden Leiterzweigen fließt dabei ein Strom gleichen Betrages. Aufgrund der identischen Stromrichtungen der Ströme in den beiden Leiterzweigen bildet sich ein Magnetfeld aus, das in Richtung der Dicke des Leiters

&psgr; beziehungsweise in Richtung quer zur Stromrichtung und quer zur Breite des Leiters etwa linear verläuft und bezüglich der Dicke etwa im Mittenbereich des Leiters gleich Null ist. Das Magnetfeld nimmt also in Richtung der Dicke des Leiters gemessen von außen her ab, durchläuft einen Nullpunkt, in dem das magnetische Feld praktisch gleich Null ist und steigt dann in Richtung der gegenüberliegenden äußeren Seite des Leiters mit entgegengesetzter Feldrichtung wieder an. In dem Bereich zwischen den beiden Leiterzweigen, in dem das Magnetfeld bei Gleichheit der Ströme in den Leiterzweigen gleich Null ist, kann ein Sensor angeordnet werden.

Wenn beispielsweise durch einen Erdschluß in der Verbraucherschaltung die Ströme in den beiden Leiterzweigen unterschiedlich groß sind,

™ verschiebt sich der Nulldurchgang des Magnetfeld-Verlaufes und in dem Bereich zwischen den Leiter zweigen, in dem der Sensor angeordnet ist, tritt dann ein Magnetfeld auf. Sind dem Sensor beziehungsweise der Auswertungseinrichtung in vorbeschriebener Weise eine Vergleichseinrichtung und eine Unterbrechungseinrichtung nachgeordnet, so kann bei Auftreten eines Fehlerstromes die Stromzufuhr 0 mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung unterbrochen werden. Die Meßvorrichtung kann somit die Funktion eines Fehlerstrom-Schutzschalters (FI-Schutzschalter) übernehmen.

Eine mögliche Ausführungsform der Meßvorrichtung sieht vor, daß der Aufnahmebereich für den Sensor durch einen im Leiter befindli-

chen, sich quer zur Stromrichtung erstreckenden Durchbruch oder eine Ausnehmung gebildet ist, dessen seitliche, in Stromrichtung verlaufende Begrenzungswandungen die voneinander beabstandeten Leiterzweige bilden. Die Herstellung der Meßvorrichtung ist dadurch vereinfacht. Beispielsweise kann in einen vorhandenen Leiter eine Ausnehmung eingebracht werden, durch die dann der Aufnahmebereich für den Sensor gebildet ist. Dadurch ist der parallele Verlauf der Leiterzweige, die durch die Begrenzungswandungen der in den bestehenden Leiter eingebrachten Ausnehmung beziehungsweise des Durchbruches gebildet sind, und somit auch die Homogenität beziehungsweise der lineare Verlauf des Magnetfeldes innerhalb des

W Aufnahmebereiches sichergestellt. Separate, kostenintensive Bauelemente zur Bildung der Leiterzweige sind nicht erforderlich.

Da bei einer derartigen Anordnung die Stromrichtung in beiden Leiterzweigen gleich ist, in beiden Leiterzweigen ein Strom gleichen Betrages fließt und sich dadurch ein linearer Magnetfeldverlauf einstellt, dessen Steigung proportional zur Stromstärke ist, ist es lediglich bei der Inbetriebnahme der Meßvorrichtung einmalig erforderlich, einen Abgleich vorzunehmen beziehungsweise den Sensor innerhalb des Aufnahmebereiches auszurichten.

Es kann zweckmäßig sein, wenn der Durchbruch oder die Ausnehmung schlitzartig ausgebildet ist und eine lichte Weite aufweist, die

^ geringfügig größer ist als die Dicke des Sensors. Je schmaler der Durchbruch beziehungsweise die Ausnehmung ausgebildet sind, desto größer ist die Homogenität beziehungsweise die Linearität in Richtung der Dicke des Leiters des sich in der Ausnehmung ausbildenden Magnetfeldes, und umso genauer ist somit die Strommessung. Idealerweise ist die lichte Weite des Durchbruches beziehungsweise 0 der Ausnehmung so groß, daß der Sensor gerade in den Aufnahmebereich eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ermöglicht eine genaue Bestimmung eines einen Leiter durchfließenden Stromes mittels eines magnetfeldempfindlichen Sensors. Dabei ist die Meßgenauigkeit weitgehend

unabhängig von der Position des Sensors innerhalb des Magnetfeldes, das durch den den Leiter durchfließenden Strom erzeugt wird. Aufwendige Positionierungsvorgänge sind somit nicht erforderlich. Die Meßvorrichtung ist kostengünstig und platzsparend herstellbar. Zudem können Standard-Bauelemente, beispielsweise Hall-Elemente oder magneto-resistive Sensoren verwendet werden.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigt in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Meßvorrichtung mit einem zwischen zwei Leiterzweigen eines U-förmigen Leiters angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensor,

Fig. 2 zwei separate Leiterzweige, deren einander zugewandten Innenseiten einen Aufnahmebereich für einen Sensor bilden, wobei die Stromflußrichtung in beiden Leiterzweigen

0 entgegengesetzt ist,

Fig. 3 zwei separate Leiterzweige, deren einander zugewandten Innenseiten einen Aufnahmebereich für einen Sensor bilden,

' wobei die Stromflußrichtung in beiden Leiterzweigen gleich

ist,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Magnetfeldverlaufes in Richtung der Dicke der Leiterzweige für die Anordnung gemäß Figur 3,
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Fig. 5 einen Leiter mit einer Ausnehmung zur Bildung des Aufnahmebereiches für einen Sensor,

Fig. 6 eine Meßvorrichtung mit drei Leitern, die an einem

5 gemeinsamenVerzweigungsknotenmiteinanderverbundensind

und jeweils zwei parallel zueinander angeordnete Leiterzweige sowie einen zwischen den Leiterzweigen angeordneten Sensor aufweisen, wobei die Sensoren auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind,
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Fig. 7 einen Leiter mit einem dezentral angeordneten Aufnahmebereich und

Fig. 8 einen Leiter mit einem schräg angeordneten Aufnahmebereich.

&psgr; Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Meßvorrichtung eines einen elektrischen Leiter 2 durchfließenden Stromes I_ges weist einen magnetfeldempfindlichen Sensor 3 zur Messung des magnetischen Feldes, das durch den den Leiter 2 durchfließenden Strom I_ges erzeugt wird, auf. Die Stärke des Magnetfeldes ist dabei dem zu messenden Strom I_ges proportional, so daß aus dem Meßwert des Sensors 3 der Strom ermittelt werden kann. Der Sensor 3 ist dazu mit einer in den Figuren nicht dargestellten Auswertungseinrichtung verbunden. Die Messung 0 erfolgt potentialfrei und ohne Leistungsverluste durch die Meßvorrichtung.

Gemäß Figur 1 ist der Sensor 3 in einem Aufnahmebereich 4 zwischen ™ zwei quer zur Stromrichtung (PfI) voneinander beabstandeten, parallel 5 zueinander angeordneten Leiterzweigen 5 eines U-förmigen Leiters 2 angeordnet. Dabei ist zu erkennen, daß die einander zugewandten Innenseiten 6 der Leiterzweige 5 parallel zueinander angeordnete, ebene Flächen sind. Der von diesen Flächen seitlich begrenzte Raum bildet den Aufnahmebereich 4 für den Sensor 3. Der Strom I_ges ist 0 in beiden Leiterzweigen 5 gleich groß und fließt in den beiden Leiterzweigen 5 in entgegengesetzter Richtung. Dadurch wird in dem Aufnahmebereich 4 ein Magnetfeld erzeugt, das durch Überlagerung der Magnetfelder der beiden Leiterzweige 5 im gesamten Aufnahmebereich 4 homogen ist. Das Magnetfeld ist durch die Pfeile innerhalb des Aufnahmebereichs 4 angedeutet. Somit kann der Sensor 3 an

beliebiger Stelle innerhalb des Aufnahmebereiches 4 positioniert werden, ohne einen Meßfehler beziehungsweise Meßungenauigkeiten zu erhalten. Aufwendige Positionierungs- oder Abgleichvorgänge sind nicht erforderlich. Die Meßvorrichtung ist somit einfach und kostengünstig herstellbar.

Der Sensor 3 ist von dem Leiter 2 beabstandet angeordnet. Somit besteht zwischen dem Leiter 2 und dem Sensor 3 keine thermische Kopplung. Änderungen der Temperatur des Leiters und damit verbundene Widerstandsänderungen im Leiter haben dadurch keinen Einfluß auf die Messung des Stromes I_geg.

Der magnetfeldempfindliche Sensor kann beispielsweise ein magnetoresistiver Sensor oder ein Hall-Element sein. Mit einem Hall-Element kann zusätzlich zur Stromstärke I_ges über die Polarität der induzierten Hallspannung auch die Stromrichtung ermittelt werden. Dabei können für den Sensor 3 kostengünstige Standard-Sensoren verwendet werden. Spezielle, kostenintensive Sonderanfertigungen sind nicht erforderlich.

Figur 2 zeigt eine Meßvorrichtung 1, bei der zwei separate Leiterzweige parallel zueinander verlaufend und mit ihren einander zugewandten Innenseiten 6 gegenüberliegend angeordnet sind. Jeder

™ der Leiterzweige 5 wird von einem Strom II, 12 durchflossen, wobei 5 die Ströme Il und 12 in entgegengesetzter Richtung fließen. Wenn Il und 12 gleich groß sind, bildet sich zwischen den beiden Leiterzweigen 5 ein in drei Dimensionen homogenes Magnetfeld aus, das dem die Leiterzweige 5 durchfließenden Strom proportional ist und mit einem nicht dargestellten Sensor gemessen werden kann. An 0 zwei sich gegenüberliegende freie Enden der Leiterzweige 5 kann beispielsweise eine Verbraucherschaltung angeschlossen werden, um den Gesamtstrom der Verbraucherschaltung zu ermitteln.

Bei der Meßvorrichtung gemäß Figur 3 fließen die Ströme Il und 12 in den beiden Leiterzweigen in gleicher Richtung. Wenn die Ströme

Il und 12 gleich groß sind, ist das Magnetfeld zwischen den Leiterzweigen 5 innerhalb jeder senkrecht zu den Innenseiten 6 der Leiterzweige 5 angeordneten Ebene jeweils homogen. In Richtung der Dicke d der Leiterzweige 5 folgt das Magnetfeld einem linearen Verlauf (Figur 4) , wobei die Feldstärke in der Mitte des Aufnahmebereiches 4 gleich Null ist und nach außen hin in beide Richtungen betragsmäßig linear, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen, ansteigt. Durch die Pfeile innerhalb des Aufnahmebereiches 4 ist in Figur 3 diese Feldrichtungsumkehr angedeutet.

Die beiden Leiterzweige 5 können als Zuleitung für eine Verbraucher-

&psgr; schaltung beschaltet werden, wobei die Verbraucherschaltung derart an die Leiterzweige 5 angeschlossen wird, daß die Stromrichtung in den parallellen Leiterzweigen gleich ist. Dabei sind die beiden Ströme Il und 12 in den beiden Leiterzweigen 5 gleich groß. In den Bereich, in dem dabei das Magnetfeld gleich Null ist, kann ein Sensor angeordnet werden. Wenn die Ströme II, 12 in den beiden Leiterzweigen 5 voneinander abweichen, beispielsweise durch einen Erdschluß in einem Stromzweig der nachgeordneten Verbraucherschaltung, verschiebt sich das Magnetfeld zwischen den beiden Leiterzweigen 5 und im Bereich des Sensors ist das Magnetfeld nicht mehr gleich Null, was mit dem Sensor erfaßt wird. Das mit dem Sensor gemessene Magnetfeld ist somit ein Indikator für einen Fehlerstrom. Übersteigt dieser

™ Fehlerstrom einen bestimmten Referenzwert, so kann durch eine 5 entsprechende, mit dem Sensor verbundene Unterbrechungseinrichtung die Stromzufuhr unterbrochen werden. Die Meßvorrichtung 1 kann somit wie ein Fehlerstrom-Schutzschalter (Fi-Schutzschalter) eingesetzt werden.

0 Gemäß Figur 5 ist der Aufnahmebereich 4 für den Sensor durch einen im Leiter 2 befindlichen, sich quer zur Stromrichtung (PfI) erstreckenden Durchbruch gebildet. Der Aufnahmebereich ist somit einfach herstellbar, beispielsweise durch Ausfräsen oder Ausstanzen aus einem vorhandenen Leiter. Auch mit einer derartigen Anordnung, 5 bei der die Stromflußrichtung in beiden Leiterzweigen 5 gleich

ist, kann der Strom I_ges ermittelt werden. Dazu wird der Sensor an eine Position innerhalb des Aufnahmebereichs gebracht, an der das Magnetfeld ungleich Null ist. Da das Magnetfeld bezüglich der Dicke d des Leiters 2 linear verläuft, ist bei dieser Anordnung ein Abgleich der Auswertungseinrichtung erforderlich beziehungsweise der Sensor muß für eine vorgegebene Einstellung der Auswertungseinrichtung innerhalb des Aufnahmebereiches 4 bezüglich der Dicke d des Leiters genau positioniert werden.

Figur 6 zeigt eine Meßvorrichtung 1 mit drei Leitern 2, die mit einem gemeinsamen Verzweigungsknoten 7 verbunden sind. Die Leiter

W 2 weisen jeweils parallel zueinander angeordnete, quer zur Stromrichtung (PfI) voneinander beabstandete Leiterzweige 5 auf.

In den einzelnen Leitern 2 fließt jeweils ein Teilstrom I_tl, I_t2, I_t3, und jeder Leiter ist mit einem separaten, nicht dargestellten Verbraucherstromkreis verbunden.

Zwischen den Leiterzweigen 5 eines jeden Leiters 2 ist jeweils ein magnetfeldempfindlicher Sensor 3 angeordnet, und die Sensoren 3 sind wiederum auf einer gemeinsamen Platine 8 angeordnet. Auf dieser 0 Platine 8 können weitere, der Einfachheit halber nicht dargestellte

Steuer-, Auswerte- und/oder Versorgungseinrichtungen angeordnet sein, die gegebenenfalls von allen drei Sensoren 3 gemeinsam genutzt werden. Somit ist eine kompakte Bauweise der Meßvorrichtung 1 ^ möglich, die auch in beengten Umgebungen eingesetzt werden kann, beispielsweise für eine Strommessung in Versorgungsleitungen von Kraftfahrzeugen, um beispielsweise bei einem Kurzschluß oder bei Überschreitung eines Referenzwertes die Stromzufuhr in dem jeweiligen Stromkreis automatisch abzuschalten.

0 Die Figuren 7 und 8 zeigen jeweils einen Leiter 2 mit einem dezentral (Figur 7) beziehungsweise schräg (Figur 8) angeordneten Aufnahmebereich 4. Derartige Anordnungen sind möglich, dabei ist jedoch zu beachten, daß das resultierende Magnetfeld in dem Aufnahmebereich 4 nicht ideal homogen ist, so daß der Positionierungsbereich für den Sensor eingeschränkt ist. /Ansprüche

Claims

14 Ansprüche

1. Meßvorrichtung (1) zur Bestimmung eines einen elektrischen Leiter (2) durchfließenden Stromes (I_ges) mit einem magnetfeldempfindlichen Sensor (3) zur Messung des magnetischen Feldes, das durch den den Leiter (2) durchfließenden Strom (I_ges) erzeugt wird, sowie mit einer mit dem Sensor (3) verbundenen Auswertungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor

(3) in einem Aufnahmebereich (4) zwischen zwei quer zur Stromrichtung (PfI) voneinanderbeabstandeten, im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Leiterzweigen (5) des

W stromführenden Leiters (2) angeordnet ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Innenseiten (6) der Leiterzweige (5) parallel zueinander angeordnete, ebene Flächen sind und daß der von diesen Flächen seitlich begrenzte Raum den Aufnahmebereich (4) für den Sensor (3) bildet.

0

3 . Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2) zur Bildung des Aufnahmebereiches (4) für den Sensor (3) etwa U-förmig ausgebildet ist, wobei die Schenkel des etwa U-förmigen Leiters (2) die Leiterzweige (5)

^ . bilden und daß der Leiter (2) derart beschaltet ist, daß die 5 Ströme in den beiden Leiterzweigen (5) in entgegengesetzter Richtung fließen und gleich groß sind.

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Abstand der beiden Leiterzweige 0 beziehungsweise die lichte Weite des Aufnahmebereiches (4) schmal ist gegenüber der Breite beziehungsweise der äußeren Weite des Leiters (2), insbesondere maximal halb so breit ist.

5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5 gekennzeichnet, daß die beiden im Bereich des Aufnahmebereiches

(4) benachbarten Leiterzweige (5) den gleichen Querschnitt und insbesondere die gleiche Querschnittsform und Ausrichtung aufweisen.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) ein magnetoresistiver Sensor ist.

7. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) ein Hallelement ist.

&psgr;

8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) wenigstens zwei mit einem gemeinsamen Verzweigungsknoten (7) verbundene Leiter

(2) aufweist, die jeweils parallel zueinander angeordnete, quer zur Stromrichtung (PfI) voneinander beabstandete Leiterzweige (5) sowie wenigstens einen Sensor (3) zur Messung des zwischen den Leiterzweigen (5) eines jeden Leiters (2) befindlichen Magnetfeldes aufweisen, und daß die diesen Leitern 0 (2) jeweils zugeordneten Sensoren (3) auf einer gemeinsamen Platine (8) angeordnet sind.

9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ™ gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (1) modulartig ausgebildet ist und vorzugsweise in einem plat inenbes tückbaren Gehäuse angeordnet ist, an dem Anschlußstellen für die Versorgungsspannung und die Signalleitungen des Sensors (3) sowie Stromanschlußstellen für den zu messenden Strom (I_ges) vorgesehen sind.

10. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertungseinrichtung eine Vorrichtung zur Leistungsbestimmung zugeordnet ist.

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11. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, daß der Auswertungseinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Meßwertes mit einem Referenzwert zugeordnet ist, und daß gegebenenfalls eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen des den Leiter (2) durchfließenden Stromes bei Überschreitung des Referenzwertes vorgesehen ist.

12. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leiterzweige (5) an eine nachgeordnete Verbraucherschaltung angeschlossen und derart beschaltet sind, daß die Ströme (II, 12) in den beiden parallelen Leiterzweigen in gleicher Richtung fließen.

13. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebereich (4) für den Sensor

(3) durch einen im Leiter (2) befindlichen, sich quer zur Stromrichtung (PfI) erstreckenden Durchbruch oder eine Ausnehmung gebildet ist, dessen seitliche, in Stromrichtung (PfI) verlaufende Begrenzungswandungen die voneinander 0 beabstandeten Leiterzweige (5) bilden.

14. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch oder die Ausnehmung schlitzartig ausgebildet ist und eine lichte Weite aufweist, 5 die geringfügig größer ist als die Breite des Sensors (3).

/(W MauchVr)
Patentanwalt