DE4342592C1

DE4342592C1 - Current limiting device

Info

Publication number: DE4342592C1
Application number: DE19934342592
Authority: DE
Inventors: Dierk Boy
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2013-12-15
Also published as: GB2284938A; SE9404345L; GB2284938B; GB9423656D0; SE9404345D0

Abstract

The invention proposes a current-limiting device for an electrical load which is mounted within a housing and is supplied with power from a voltage source. The current-limiting device possesses a dropping resistor ((7) figure 5) disposed between the electrical load (8) and the voltage source (6). The dropping resistor (7) is applied 2 on a film 1 and the film itself is attached to the interior or exterior surface of the housing wall ((4, 5) figures 2, 3); alternatively, the resistor is deposited directly onto the housing wall. By these means, in the event of an excessively high current, the heat from the dropping resistor can be discharged to the environment over a large surface area. The resistor can also function simultaneously as an aerial for a transmitter/receiver. <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Strombegrenzungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (Patents abstracts of Japan, 1-117623 (A), E-804, August 10, 1989, Vol. 13/No. 359).The invention is based on a current limiting device according to the preamble of claim 1 (patents abstracts of Japan, 1-117623 (A), E-804, August 10, 1989, vol. 13 / no. 359).

Bei vielen elektrischen Geräten ist es zweckmäßig, die Stromaufnahme des elektrischen Verbrauchers zu begrenzen. Dies deshalb, um Gefahren durch das elektrische Gerät im Kurzschlußfall oder im Falle des Versagens des elektrischen Gerätes auszuschließen. So sind beispielsweise explosionsgeschützte Ausführungen von elektrischen Geräten, beispielsweise Sende- und/oder Empfangsgeräte, so auszubilden, daß auch bei Störfällen im Gerät die Leistungsaufnahme des elektrischen Gerätes und der maximale Stromfluß einen gewissen Wert nicht überschreitet. Weiterhin wird für viele Geräte gefordert, daß bestimmte Oberflächentemperaturen am Gerät und im Gerät nicht überschritten werden. Zur Lösung hierfür werden Strombegrenzungsschaltungen eingesetzt, wobei einmal durch elektronische Maßnahmen eine Zwangsabschaltung des elektrischen Gerätes erfolgt oder andererseits die Strombegrenzung durch einen Vorwiderstand vorgenommen wird. Wird die Strombegrenzung durch einen Vorwiderstand vorgenommen, so werden hierzu üblicherweise Schicht- oder Drahtwiderstände benutzt. Bei diesen Widerständen besteht jedoch das Problem der Wärmeabfuhr, das dadurch gelöst wird, daß eine Oberflächenvergrößerung des Vorwiderstandes vorgenommen wird, indem auf dem Vorwiderstand Kühlkörper oder ähnliches angebracht werden. Diese Maßnahme erhöht jedoch das Gewicht des elektrischen Gerätes und erfordert zudem im elektrischen Gerät einen relativ großen Platzaufwand.With many electrical devices it is appropriate to the current consumption of the electrical consumer limit. This is to avoid dangers from the electrical device in the Short circuit or in the event of failure of the electrical device to exclude. For example, they are explosion-proof Designs of electrical devices, for example Transmitters and / or receivers, so that also Incidents in the device the power consumption of the electrical device and the maximum current flow does not exceed a certain value. Furthermore, it is required for many devices that certain Surface temperatures on and in the device must not be exceeded become. Current limiting circuits are the solution used, one by electronic measures Forced shutdown of the electrical device takes place or on the other hand the current is limited by a series resistor. Becomes the current is limited by a series resistor usually layer or wire resistors are used. At these resistances, however, there is the problem of heat dissipation, the is solved in that a surface enlargement of the Series resistor is made by on the series resistor Heatsink or the like can be attached. This measure increases however, the weight of the electrical device and also requires electrical device takes up a relatively large amount of space.

Aus dem Patent Abstracts of Japan, 1-117623 (A) E-804, August 10, 1989, Vol. 13/No. 359 ist ein Strombegrenzungswiderstand bekannt geworden, der zwischen dem Verbraucher und der Spannungsquelle angeordnet ist. Der Widerstand ist mäanderförmig angeordnet, so daß er einen hohen Strombegrenzungseffekt aufweist und trotzdem einen geringen Spannungsabfall bewirkt. Aus der DE-OS 39 31 537 ist eine Anordnung zum Anschluß von Endgeräten an eine Busleitung bekannt geworden, die insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt wird. In die Busleitung ist hierzu eine Diodenbarriere mit einem Widerstand vorgesehen, die den Kurzschlußstrom und die Leerlaufspannung im Fehlerfall begrenzt.From the Patent Abstracts of Japan, 1-117623 (A) E-804, August 10, 1989, vol. 13 / no. 359 a current limiting resistor is known become that between the consumer and the voltage source is arranged. The resistance is meandering, so that it has a high current limiting effect and still causes a small voltage drop. From DE-OS 39 31 537 is an arrangement for connecting terminals to a Bus line became known, in particular in hazardous areas is used. In the For this purpose, the bus line is a diode barrier with a resistor provided that the short-circuit current and the open circuit voltage in Limited error.

Advantages of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Strombegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art, einerseits eine großflächige Wärmeabfuhr zu ermöglichen und andererseits den Platzbedarf minimal zu halten.The invention has for its object in a Current limiting device of the type mentioned, on the one hand to allow large-scale heat dissipation and on the other hand the To keep space requirements minimal.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Es wird also für die Strombegrenzungsvorrichtung eine große Oberfläche erreicht, wobei gleichzeitig ein kleines Volumen erzielt wird. Zudem wird ein geringer Wärmeübergang auf das Gerätegehäuse ermöglicht, so daß die Wärmeabfuhr an die Umgebung recht schnell von statten geht. Durch die Flexibilität der Folie wird zudem erreicht, daß eine Anpassung an die Gehäusekonturen ermöglicht wird und ein Zuschnitt in praktisch beliebiger Form gegeben ist, so daß die Strombegrenzungsvorrichtung an die unterschiedlichen Gehäusekonturen anpaßbar ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die erfindungsgemäße Strombegrenzungsvorrichtung eine geringe Masse aufweist und weitgehend unempfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen ist.This task is characterized by the characteristics solved in claim 1. So it will be for the Current limiting device reaches a large surface area, whereby at the same time a small volume is achieved. In addition, a low heat transfer to the device housing, so that the Heat dissipation to the environment takes place quite quickly. By the flexibility of the film is also achieved that a Adaptation to the housing contours is made possible and a cut is given in virtually any form, so that the Current limiting device to the different housing contours is customizable. Another advantage is that the current limiting device according to the invention has a low mass has and largely insensitive to mechanical Influences is.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Strombegrenzungsvorrichtung gemäß Hauptanspruch sind in den Unteransprüchen aufgeführt. So ist es besonders vorteilhaft, den Vorwiderstand mäanderförmig auf der Folie aufzubringen. Dadurch wird erreicht, daß einerseits sehr lange Leitungswege auf einer vorgegebenen Folienfläche untergebracht werden können, andererseits läßt sich hierdurch durch Variation der Abstände der Leiterbahnen voneinander der Vorwiderstand so anpassen, daß der Wärmeaustritt pro Flächeneinheit auch im ungünstigsten Fall vorgegebene Werte nicht überschreitet. Weiterhin ist zweckmäßig, die Folie mit der Gehäusewandung zu verkleben. Dadurch wird ein sehr enger Kontakt zwischen der Gehäusewandung und der Folie erreicht, so daß, insbesondere wenn wärmeleitender Kleber verwendet wird, ein guter Wärmeübergang zwischen der Folie und dem Gehäuse gegeben ist. Dies führt zu einer definierten und sicheren Wärmeabfuhr der im Fall des Ansprechens der Strombegrenzung auftretenden Wärme. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß dann, wenn die Gehäusewandung aus Kunststoff besteht, der auf der Folie aufgebrachte Leiter für ein Funksende- und/oder Empfangsgerät gleichzeitig als Antenne dienen kann. Dadurch entfallen aufwendige Antennenkonstruktionen für das Funkempfangs- und/oder Sendegerät, vielmehr wird ermöglicht, daß die Strombegrenzungsvorrichtung als sowieso notwendige Antenne dienen kann, so daß die ansonsten erforderliche Antenne entfällt. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Folie und die Gehäusewandung als eine Einheit auszubilden. Dadurch wird es möglich, den Widerstand direkt auf eine nicht leitende Gehäusewand aufzudampfen oder aufzudrucken, ohne daß es erforderlich ist, die Folie dazwischenzulegen. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist vorteilhafterweise bei Funkempfangs- und/oder Sendegeräten einzusetzen, wobei sie dort als Explosionsschutzvorrichtung dient.Advantageous further training and improvements to Current limiting device according to the main claim are in the Subclaims listed. So it is particularly beneficial to Apply a series resistor on the film in a meandering shape. This will achieved that on the one hand very long lines on a given film area can be accommodated, on the other hand This can be done by varying the spacing of the conductor tracks adjust the series resistance so that the heat output per Even in the worst case, area unit does not have predefined values exceeds. It is also appropriate to use the film with the To glue the housing wall. This creates a very close contact reached between the housing wall and the film, so that, a good one, especially if heat-conducting glue is used There is heat transfer between the film and the housing. This leads to a defined and safe heat dissipation which in the case of the Responsive to the current limiting heat. As another The advantage can be seen that when the housing wall Plastic consists of the conductor applied to the film for a Radio transmitting and / or receiving device serve simultaneously as an antenna can. This eliminates the need for complex antenna designs Radio receiving and / or transmitting device, rather it enables the Current limiting device serve as an antenna necessary anyway can, so that the antenna otherwise required is omitted. Farther it is advantageous to use the film and the housing wall as one Train unity. This will make resistance possible directly evaporate or print onto a non-conductive housing wall, without the need to interpose the film. The Current limiting device is advantageously at Use radio receiving and / or transmitting devices, where they as Explosion protection device is used.

drawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. It demonstrate

Fig. 1 eine Strombegrenzungsvorrichtung auf einer Folie, Fig. 1 shows a current limiting device on a foil,

Fig. 2 und 3 die Anordnung der Folie an der Gehäusewandung, Figs. 2 and 3, the arrangement of the film on the housing wall,

Fig. 4 die grundsätzliche Schaltung eines elektrischen Verbrauchers mit einer Strombegrenzungsvorrichtung und Fig. 4 shows the basic circuit of an electrical consumer with a current limiting device and

Fig. 5 die elektrische Schaltung eines Funksende- und Empfangsgeräts, bei dem die Strombegrenzungsvorrichtung gleichzeitig als Antenne dient. Fig. 5 shows the electrical circuit of a radio transmitter and receiver, in which the current limiting device also serves as an antenna.

Description of the embodiments

Fig. 1 zeigt eine Folie 1, auf der mäanderförmig elektrische Leiterbahnen 2 aufgebracht sind. An den beiden Ecken der Folie 1 sind leitende Flächen 3 aufgebracht, die zum Anschluß der Verbindungsleitungen dienen. Als Folie 1 ist eine Kunststoffolie, vorzugsweise Polyimid, geeignet. Auf diese Folie werden die elektrischen Leiterbahnen 2 mäanderförmig aufgebracht. Die Dicke der Leiterbahnen ist dadurch bestimmt, welcher Strom durch die Leiterbahn 2 maximal fließen soll. Die Dichte der Leiterbahn ist davon abhängig, wieviel Wärme durch die Leiterbahnen 2 im Kurzschlußfall abgegeben wird. Ist z. B. der Stromfluß durch die Leiterbahn 2 in diesem Fall hoch, so wird man den Abstand der Leiterbahn 2 untereinander größer wählen, als dann, wenn auch im Kurzschlußfall nur mit einem relativ niedrigen Strom zu rechnen ist. Schließlich ist der Abstand der Leiterbahnen untereinander auch davon abhängig, welche Wärme pro Flächeneinheit durch die Folie maximal abgegeben werden kann bzw. davon, wie die Wärme durch das Gehäuse abgeführt werden kann. Handelt es sich bei der Gehäusewandung um ein gut wärmeleitendes Material, so können selbstverständlich die Leiter 2 dichter aneinandergelegt werden als bei einem Kunststoffgehäuse, das eine schlechtere Wärmeableitung besitzt. An den Anschlüssen 3 werden die Leiter angebracht, die einerseits zur Batterie und andererseits zum Verbraucher führen, wie dies anhand der Fig. 4 näher erläutert wird. Fig. 1 shows a film 1 , on which meandering electrical conductor tracks 2 are applied. At the two corners of the film 1 conductive surfaces 3 are applied, which are used to connect the connecting lines. A plastic film, preferably polyimide, is suitable as film 1 . The electrical conductor tracks 2 are applied in a meandering manner to this film. The thickness of the conductor tracks is determined by the maximum current that should flow through the conductor track 2 . The density of the conductor track depends on how much heat is emitted by the conductor tracks 2 in the event of a short circuit. Is z. B. the current flow through the conductor 2 high in this case, you will choose the distance between the conductor 2 from each other larger than if, even in the event of a short circuit, only a relatively low current can be expected. Finally, the distance between the interconnects also depends on the maximum heat that can be emitted per unit area through the film or on how the heat can be dissipated through the housing. If the housing wall is a good heat-conducting material, the conductors 2 can of course be placed closer together than in a plastic housing which has poorer heat dissipation. The conductors are attached to the connections 3 , which lead to the battery on the one hand and to the consumer on the other hand, as will be explained in more detail with reference to FIG .

Die in Fig. 1 dargestellte Folie ist zweckmäßigerweise gemäß Fig. 2 an der Gehäusewandung 4 zu befestigen. Hierbei liegen die Anschlüsse 3 und die Leiter 2 vorteilhafterweise auf der von der Gehäusewandung 4 abgewandten Seite. Die Folie selbst wird zweckmäßigerweise mit der Gehäusewandung 4 verklebt, so daß ein gut wärmeleitender Kontakt zwischen der Gehäusewandung 4 und der Folie 1 besteht.The film shown in FIG. 1 is expediently to be fastened to the housing wall 4 according to FIG. 2. Here, the connections 3 and the conductors 2 are advantageously on the side facing away from the housing wall 4 . The film itself is expediently glued to the housing wall 4 so that there is good heat-conducting contact between the housing wall 4 and the film 1 .

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wie die Folie 1 mit einer hier gebogenen Gehäusewandung 5 verbunden ist. Daraus wird ersichtlich, daß die Strombegrenzungsvorrichtung einerseits an unterschiedliche Gehäusekonstruktionen leicht anpaßbar ist und andererseits kaum Platz im Gehäuse beansprucht.In FIG. 3, another embodiment is shown how the film 1 is connected with a curved casing wall here. 5 From this it can be seen that the current limiting device on the one hand can be easily adapted to different housing constructions and on the other hand takes up little space in the housing.

Fig. 4 zeigt die Verschaltung der Strombegrenzungsvorrichtung mit einer Batterie 6 und einem Verbraucher 8. Die Batterie 6 ist mit einem Anschluß direkt mit dem Verbraucher 8 verbunden, während der andere Anschluß über den Vorwiderstand 7 mit dem Verbraucher 8 verbunden ist. Als Vorwiderstand 7 findet dabei der Folienwiderstand gemäß Fig. 1 Verwendung. Tritt nun im Verbraucher 8 eine durch einen Fehler verursachte Stromerhöhung auf, so wird durch den Widerstand 7 gemäß dem Ohmschen Gesetz der Strom, der aus der Batterie 6 entnommen werden kann, begrenzt. Die dabei auftretende Energie wird von dem Widerstand 7 in Wärme umgesetzt und über die Folie 1 an die Gehäusewandung 4, 5 abgegeben. Da die Gehäusewandung üblicherweise sehr großflächig ist, verteilt sich nun die Wärme gleichmäßig im Raum, so daß eine Temperaturerhöhung über einen bestimmten Grenzwert verhindert wird. Ein derart gesichertes Gerät kann insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen betrieben werden, weil eine Gefährdung von Personen und Sachen oder eine Gefährdung des Gerätes im Störungsfall vermieden wird. Insbesondere wird dadurch erreicht, daß die Batterie durch eine zu hohe Stromentnahme nicht Schaden nimmt, so daß Explosionen der Batterie, ein Auslaufen der Batterie oder eine Knallgasentwicklung bei Bleibatterien sicher verhindert werden kann. Fig. 4 shows the interconnection of the current limiting device with a battery 6 and a load 8. The battery 6 is connected directly to the consumer 8 with one connection, while the other connection is connected to the consumer 8 via the series resistor 7 . The film resistor according to FIG. 1 is used as the series resistor 7 . If a current increase caused by an error occurs in the consumer 8 , the current that can be taken from the battery 6 is limited by the resistor 7 in accordance with Ohm's law. The energy that occurs is converted into heat by the resistor 7 and released via the film 1 to the housing wall 4 , 5 . Since the housing wall is usually very large, the heat is now evenly distributed in the room, so that an increase in temperature above a certain limit is prevented. A device that is secured in this way can be operated, in particular, in potentially explosive atmospheres because it does not endanger people or property, or the device is endangered in the event of a fault. In particular, this ensures that the battery is not damaged by an excessive current draw, so that explosions of the battery, battery leakage or detonating gas development in lead acid batteries can be reliably prevented.

In Fig. 5 ist die Schaltungsanordnung für ein Funksende- und/oder Empfangsgerät dargestellt, als das der Verbraucher 8 hier dient. Die Batterie 6 steht einerseits direkt mit dem Funksende- und/oder Empfangsgerät in Verbindung, während der andere Anschluß der Batterie zu einer Spule 9 führt. Der Spule 9 folgt der Vorwiderstand 7. Weiterhin ist zwischen Spule 9 und Vorwiderstand 7 ein Abzweig angebracht, an den ein Kondensator 11 angeschlossen wird. Dem Vorwiderstand 7 folgt eine weitere Spule 10, deren weiteres Ende mit dem weiteren versorgten Versorgungsspannungseingang des Funksende- und/oder Empfangsgerätes verbunden ist. Zwischen dem Vorwiderstand 7 und der Spule 10 ist ein weiterer Abgriff vorgesehen, an dem wiederum ein Kondensator 11 angeschlossen ist. An den weiteren Anschlüssen der Kondensatoren 11 sind Leitungen 12 anschließbar, an denen die Hochfrequenz abgreifbar oder einspeisbar ist.In Fig. 5 the circuit arrangement for a radio transmitter and / or receiver is shown as the consumer 8 serves here. The battery 6 is on the one hand directly connected to the radio transmitter and / or receiver, while the other connection of the battery leads to a coil 9 . The coil 9 is followed by the series resistor 7 . Furthermore, a branch is attached between coil 9 and series resistor 7 , to which a capacitor 11 is connected. The series resistor 7 is followed by a further coil 10 , the further end of which is connected to the further supplied supply voltage input of the radio transmitter and / or receiver. A further tap is provided between the series resistor 7 and the coil 10 , to which a capacitor 11 is in turn connected. Lines 12 can be connected to the further connections of the capacitors 11 , from which lines the high frequency can be tapped or fed.

Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 5 ist wie folgt: Die Spule 9 und die Spule 10 stellen für den Gleichstrom aus der Batterie 6 einen sehr geringen Widerstand dar, so daß der Strom für das Funksende- und/oder Empfangsgerät lediglich durch den Vorwiderstand 7 begrenzt ist. Für die Hochfrequenz stellen jedoch die Spulen 9 und 10 sehr hohe Widerstände dar, so daß die vom Vorwiderstand aufgenommene bzw. abzustrahlende HF-Energie über die Kondensatoren 11 ausgekoppelt bzw. eingekoppelt werden kann. Die Kondensatoren 11 bewirken, daß die Gleichspannung nicht an den HF-Ausgang bzw. HF-Eingang 12 gelangen kann. Der Vorwiderstand 7 kann nunmehr auf der Folie so ausgebildet sein, daß er in der Lage ist, die Hochfrequenz günstig aufzunehmen und abzustrahlen. Hierzu kann die in Fig. 1 dargestellte mäanderförmige Struktur so geändert werden, daß sie für den Sender bzw. für den Empfänger eine Antenne darstellt, die auf deren Frequenz abgeglichen ist. Der Vorwiderstand 7 ist daher ebenfalls als Sende- bzw. Empfangsantenne verwendbar, wobei es die folienhafte Ausgestaltung möglich macht, die Ausbildung so vorzunehmen, daß ohne größere Anpassung an das Netzwerk auszukommen ist. . The operation of the circuit of FIG 5 is as follows: The coil 9 and the coil 10 provide for the direct current from the battery 6 a very low resistance is such that the power to the radio transmitting and / or receiving device only by the series resistor 7 is limited. For the high frequency, however, the coils 9 and 10 represent very high resistances, so that the RF energy absorbed or radiated by the series resistor can be coupled out or coupled in via the capacitors 11 . The capacitors 11 have the effect that the DC voltage cannot reach the RF output or RF input 12 . The series resistor 7 can now be formed on the film so that it is capable of receiving and radiating the high frequency cheaply. For this purpose, the meandering structure shown in Fig. 1 can be changed so that it represents an antenna for the transmitter or for the receiver, which is matched to its frequency. The series resistor 7 can therefore also be used as a transmitting or receiving antenna, the film-like design making it possible to carry out the training in such a way that no major adaptation to the network is necessary.

Handelt es sich bei der Gehäusewandung 4 bzw. 5 um eine nicht leitende Fläche, so ist es in Abwandlung der Erfindung auch möglich, den Vorwiderstand direkt auf das Gehäuse zu drucken, so daß die Folie entfallen kann. Das Aufbringen der Widerstandsleiter auf die Folie bzw. auf das Gehäuse erfolgt dabei in bekannter Weise durch Aufdampfen oder Aufsputtern.If the housing wall 4 or 5 is a non-conductive surface, it is also possible, in a modification of the invention, to print the series resistor directly onto the housing, so that the film can be omitted. The resistance conductors are applied to the film or to the housing in a known manner by vapor deposition or sputtering.

Claims

1. Current limiting device for an electrical consumer ( 8 ), which is supplied with energy by a voltage source ( 6 ), with a series resistor ( 7 ), which is arranged between the consumer ( 8 ) and the voltage source ( 6 ), characterized in that the series resistor ( 7 ) is applied to a film ( 1 ) and that the film ( 1 ) is attached to the housing wall ( 4 , 5 ) of a housing enclosing the electrical consumer ( 8 ).

2. Current limiting device according to claim 1, characterized in that the series resistor ( 7 ) is applied in a meandering shape on the film ( 1 ).

3. Current limiting device according to claim 1 or 2, characterized in that the film ( 1 ) is glued to the housing wall ( 4 , 5 ).

4. Current limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 1 ) on the inside of the housing wall ( 4 , 5 ) is attached.

5. Current limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing wall ( 4 , 5 ) consists of plastic and the applied to the film ( 1 ) acting as a resistor conductor ( 2 ) serves as an antenna for a radio receiving and / or transmitting device .

6. Current limiting device according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 1 ) and the housing wall ( 4 , 5 ) form a unit.

7. Current limiting device according to one of the preceding Claims, characterized in that they as Explosion protection device for a radio reception and / or Transmitter serves.