WO2003022025A1 - Safety switchgear, especially for safely switching off industrial machinery - Google Patents

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WO2003022025A1
WO2003022025A1 PCT/EP2002/008607 EP0208607W WO03022025A1 WO 2003022025 A1 WO2003022025 A1 WO 2003022025A1 EP 0208607 W EP0208607 W EP 0208607W WO 03022025 A1 WO03022025 A1 WO 03022025A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching device
safety switching
ribbon cable
wires
component carrier
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/008607
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German (de)
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Inventor
Gerhard Ehrlich
Original Assignee
Pilz Gmbh & Co.
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Publication date
Application filed by Pilz Gmbh & Co. filed Critical Pilz Gmbh & Co.
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007Casings
    • H05K9/002Casings with localised screening
    • H05K9/0022Casings with localised screening of components mounted on printed circuit boards [PCB]

Definitions

  • the present invention relates to a safety switching device, in particular for safely switching off industrial machine systems.
  • Such safety switching devices are well known due to their use in industrial production environments. For example, such a safety switching device is described in DE 197 07 241 C2.
  • the safety switching devices are primarily used to switch off industrial plants or industrial processes in a fail-safe manner depending on defined input signals. Input variables can be machine or process parameters. In addition, the input signals often come from protective grilles, covers, emergency stop switches, light barriers and the like.
  • the essential task of the safety switching device is to evaluate the defined input signals and, depending on this, to shut down the machine or the process, which must be done with an extremely high degree of reliability. Otherwise, health and life, for example of operators, are at risk.
  • the safety switching devices are therefore made intrinsically fail-safe with complex measures, and they require approval from the responsible supervisory authorities, such as the professional associations in Germany, before they are commissioned. These test the device's intrinsic failure safety based on relevant standards, such as the European standard EN 954-1. Safety switching devices in the sense of the present invention are therefore only devices which at least meet category 3 of the standard mentioned or a comparable safety standard. Within this group, however, the invention is not restricted to individual devices, so that, for example, fail-safe speed monitors or complex fail-safe controls are also covered by the term "safety switching device" chosen here.
  • An effective method is to surround the entire device or at least the sensitive circuit components with metal housings. This creates a Faraday shear or a galvanic cage, which keeps external electromagnetic interference from the components arranged inside. Conversely, such a metal housing can also serve to shield radiating components to such an extent that the radiation cannot penetrate "outwards" unhindered.
  • a safety switching device of the type mentioned at the outset which, with little additional production outlay, has an effective shielding of the sensitive components against electromagnetic interference radiation.
  • the effectiveness of the shielding must primarily depend on the safety requirements, i.e. measured against the requirements with regard to intrinsic failure safety.
  • a safety switching device with a component carrier on which at least one electronic component is arranged, and with a metallic shield which at least partially surrounds the electronic component for suppressing electromagnetic interference radiation, the shielding comprising a ribbon cable with a large number of includes parallel wires, and wherein the ribbon cable runs on at least one side of the electronic component.
  • Ribbon cables are sufficiently known in the prior art as means for connecting electrical assemblies.
  • ribbon cables are widely used for the electrical connection of the individual assemblies within personal computer systems (PCs).
  • the ribbon cables consist of a large number of wires that are insulated from each other and arranged parallel to each other, resulting in a wide, flat conductor bundle.
  • Such ribbon cables are sold by numerous manufacturers and in various specific forms.
  • Commercially available ribbon cables are, for example, the flat cable system 720, which is sold by Eberhard Köpf GmbH in 63920 geometricheubach, Germany.
  • Amphenol is Another well-known manufacturer, which sells commercially available cables under the type designations UL-Style 2651 or UL-Style 2697.
  • the basis of the present invention is the surprising finding that such commercially available ribbon cables can ensure adequate shielding of the electronic components of modern safety switching devices. This applies at least to ribbon cables of the aforementioned types and more generally to ribbon cables that have at least a grid dimension of up to 7 mm. Since the above-mentioned commercially available ribbon cables are mass-produced and can be obtained very inexpensively, an inexpensive, shielded safety switching device can be realized on the basis of the surprising finding by using the cables.
  • ribbon cables for shielding electronic components in safety switching devices a number of advantages.
  • ribbon cables are readily available as mass products and are extremely inexpensive.
  • they can be shaped without difficulty, so that the shielding can be very easily adapted to the existing needs and the available space.
  • subsequent screening at individual points in a larger circuit is also easily possible.
  • ribbon cables are easy to assemble and can therefore be easily integrated into the production process even in large quantities.
  • flat cables can be used to achieve very light shielding, whereas, for example, the use of known shielding plates noticeably increases the weight of the safety switching devices.
  • the wires of the ribbon cable are electrically connected to a constant potential. This measure differs significantly from the usual use of ribbon cables, via which signals with changing potential are usually transmitted. Because the wires, preferably all the wires of the ribbon cable, are connected to a constant potential, the effectiveness of the shielding is improved.
  • the constant potential is a ground potential.
  • a first end of the wires is attached to the component carrier.
  • the first end can be clamped or plugged in using plugs known per se.
  • plugs known per se Such connections have the advantage that the ribbon cable can be easily released again.
  • the first end of the wires is soldered to the component carrier. This is because it is extremely cost-effective.
  • the measure has the advantage that the ribbon cable is fixed in relation to the electronic components to be protected. This increases the robustness of the shielding and thereby the functional reliability of the safety switching device.
  • a second end of the wires is loose.
  • This measure is particularly advantageous in combination with the measure mentioned above, since it fixes the shielding ribbon cable on the one hand, while the components to be protected remain easily accessible on the other hand.
  • the loose second end can simply be folded aside so that the shielded components are accessible. Beyond that too perform any calibration work in the manufacture of the safety device very easily and therefore inexpensively.
  • the second end is completely isolated.
  • the safety switching device has a device housing with a housing wall, the housing wall holding the second end in a desired position.
  • This measure is particularly advantageous with regard to minimizing production costs, since the ribbon cable used for shielding is brought into the desired position when the component carrier is mounted in the device housing. Additional fixings or special assembly steps can therefore be reduced or even completely eliminated. The measure thus enables particularly cost-effective production.
  • the component carrier has a first and an opposite second side, the electronic component being arranged on the first side and wherein the second side has a flat metallization.
  • the flat metallization which can be, for example, a copper cladding of the component carrier known per se, contributes to the shielding of the electronic component.
  • the measure enables a further reduction in production costs, since the corresponding side of the electronic component no longer has to be shielded in any other way.
  • the ribbon cable surrounds the electronic component on the first side of the component carrier.
  • the wires of the ribbon cable are electrically conductively connected to the flat metallization.
  • the ribbon cable surrounds the component carrier from at least two sides.
  • the ribbon cable preferably surrounds the component carrier at least on the first and second sides in the sense of the configurations described above.
  • the measure leads to the component carrier and with it the component to be shielded being "wrapped" by the ribbon cable.
  • the previously described flat metallization can be dispensed with, which enables the production process to be optimized with regard to the production costs.
  • the measure is particularly suitable for retrofitting effective and inexpensive shielding in a very simple manner even with existing safety switching devices.
  • the shield further includes at least one metallic wall, in the area of which the ribbon cable runs.
  • a metallic wall in this sense can be a sheet metal or a grid, which is used in a manner known per se for shielding the electronic component.
  • This also includes a housing wall provided with conductive lacquer.
  • single walls, possibly a single wall are sufficient. It is therefore no longer necessary to install a complete metal housing.
  • the shielding can be optimized without giving up the basic advantages that result from the use of ribbon cables.
  • the ribbon cable does not require an electrically conductive contact with the metallic wall, at least for simpler shields, although such a contact is advantageous for a particularly effective shielding.
  • the shield contains at least two ribbon cables, which partially overlap.
  • the wires of the ribbon cable are cut to different lengths.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a safety switching device according to the invention in a cross-sectional view
  • FIG. 2 is a plan view of a ribbon cable used in the safety switching device according to FIG. 1,
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a safety switching device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a flat cable from the safety switching device according to FIG. 3 in a top view.
  • a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
  • the safety switching device 10 contains a component carrier 12 on which a number of components are arranged in a manner known per se.
  • a transistor 14, a resistor 16, an integrated circuit (IC) 18 and a capacitor 20 are shown here as examples.
  • the transistor 14, the resistor 16 and the capacitor 20 are contacted in a manner known per se via bores 22 to the rear side 24 of the component carrier 12 and soldered there with soldering points 26.
  • the IC 18 is contacted in known SMD technology on the front 28 of the component carrier 12.
  • the reference numbers 30 and 32 denote two ribbon cables, which correspond to the surprising finding Shielding of the components 14 to 20 can be used, in particular for shielding the IC 18.
  • the ribbon cables 30, 32 one of which is shown again in FIG. 2, have a first end 34 and a second end 36. These are commercially available ribbon cables with a multiplicity of cores 38 arranged parallel to one another and insulated from one another.
  • the pitch of the The ribbon cable 30, 32 used here is 2.54 mm, but larger grid dimensions can also be used. Smaller grid dimensions increase the height of the shielding, so that there are no limits in this regard.
  • the first end 34 of the ribbon cable 30, 32 is stripped so that the wires 38 emerge from the cable jacket there.
  • the second end 36 is provided with a separate insulation 40.
  • the two ribbon cables 30, 32 as well as the components 14, 16 and 20 are contacted through holes 22 on the rear side 24 of the component carrier. There they are soldered to a flat metallization 42 applied to the back 24.
  • the metallization 42 has ground potential. Consequently, the individual cores of the ribbon cables 30, 32 are also at a constant ground potential.
  • the loose second ends 36 of the ribbon cables 30, 32 are folded from the right or from the left over the components 14 to 20 to be shielded and overlap in the central region of the component carrier 12. This creates an effective shielding at least with regard to electromagnetic interference radiation, which can impair the functionality of safety switching devices. On the other hand, it is very easy to repair the components 14 to 20 for repair purposes by folding the loose ends 36 of the two ribbon cables 30, 32 aside.
  • the safety switching device 10 is installed in a device housing 44 in a manner known per se.
  • the device housing 44 consists of two housing halves which are put together during assembly in the direction of arrow 45 and locked via a locking mechanism.
  • a particularly inexpensive assembly of the shielding results for the present exemplary embodiment, since the housing dimensions are dimensioned such that the loose second ends 36 of the two ribbon cables 30, 32 are brought from a housing wall 46 of the housing 44 into the desired overlapping position and are held there ,
  • a further exemplary embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 60 in FIG. 3. Otherwise, the same reference numerals designate the same elements as before.
  • the safety switching device 60 differs from the safety switching device 10 primarily in the manner in which the ribbon cable, which is designated here by the reference number 62, is used for shielding.
  • the ribbon cable 62 surrounds the component carrier 12 both on the front and on the back.
  • the components 14 to 20 to be shielded are surrounded on two sides, so that the flat metallization 42 of the component carrier 12 can be omitted.
  • the wires 38 of the ribbon cable 62 are, as before, at a constant shield potential.
  • the ribbon cable 62 which is shown again in a more detailed illustration in FIG. 4, is provided at its second end 64 in a manner known per se with a commercially available ribbon cable plug 66. With this plug 66, the ribbon cable 62 is detachably attached to the underside of the component carrier 12. The counterpart of the plug 66 is soldered to the component carrier 12 in a manner known per se.
  • the ribbon cable 62 is cut to different lengths at its first end 68.
  • the wires 38 are stripped at the respective ends as before.
  • the different positions of the first ends 68 enable the ribbon cable 62 to be fastened very flexibly to the component carrier 12, as is shown by way of example in FIG. 3.
  • the ends of the ribbon cable 62 of different lengths are soldered to the front of the component carrier 12 at different locations. Overall, areas that are shielded in different ways can be produced in this way. These can also be used to shield the individual components 14 to 20 from one another.
  • FIG. 3 Another difference between the exemplary embodiment in FIG. 3 and the previously illustrated exemplary embodiment is the additional use of a metallic wall 70, which is arranged laterally of the IC 18 and perpendicular to the component carrier 12. The upper free end of the metallic wall 70 ends in the area of the ribbon cable 62, and the two form together see a Faraday 'cage for the IC 18.
  • a second wall (not shown here) is arranged in mirror image to the wall 70 on the other side of the IC 18.
  • ribbon cables enables a very simple, inexpensive and yet effective shielding of electronic components in safety switching devices.
  • the two exemplary embodiments shown are actually to be understood as examples.
  • the special features shown separately here can also be combined with each other in order to achieve optimal shielding.
  • both "rigid" ribbon cables (with solid individual wires) or flexible ribbon cables (individual conductors made of stranded wire) can be used.
  • the use of flexible ribbon cables is particularly advantageous for the arrangement according to FIG. 3, since these can be deformed more easily.
  • ribbon cables with solid individual wires are easier to solder.

Abstract

The invention relates to a safety switchgear, especially for safely switching off industrial machinery. The switchgear comprises a component support (12) on which at least one electronic component (14, 16, 18, 20) is disposed, and a metal screen that at least partially surrounds the electronic component (14, 16, 18, 20) to suppress interfering electromagnetic radiation. The screen comprises a ribbon cable (30, 32) with a plurality of parallel cores, said ribbon cable (30, 32) extending along at least one side of the electronic component (14, 16, 18, 20).

Description

Sicherheitsschaltgerat, insbesondere zum sicheren Abschalten von industriellen Maschinenanlagen Safety switchgear, especially for the safe shutdown of industrial machinery
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerat, insbesondere zum sicheren Abschalten von industriellen Maschinenanlagen.The present invention relates to a safety switching device, in particular for safely switching off industrial machine systems.
Derartige Sicherheitsschaltgeräte sind aufgrund ihrer Verwendung in industriellen Produktionsumgebungen hinreichend bekannt. Beispielsweise ist ein solches Sicherheitsschaltgerat in der DE 197 07 241 C2 beschrieben. Die Sicherheitsschaltgeräte dienen vor allem dazu, industrielle Anlagen oder industrielle Prozesse in Abhängigkeit von definierten Eingangssignalen fehlersicher abzuschalten. Eingangsgrößen können dabei Maschinenoder Prozeßparameter sein. Darüber hinaus stammen die Eingangssignale häufig von Schutzgittern, Abdeckhauben, Notaus- Schaltern, Lichtschranken und dgl . Die wesentliche Aufgabe des Sicherheitsschaltgerätes ist es, die definierten Eingangssignale auszuwerten und in Abhängigkeit davon die Maschine oder den Prozeß stillzusetzen, wobei dies mit einer außerordentlich hohen Zuverlässigkeit erfolgen muß. Andernfalls sind die Gesundheit und das Leben, beispielsweise von Bedienpersonen, gefährdet. Die Sicherheitsschaltgeräte werden daher mit z.T. aufwendigen Maßnahmen eigenfehlersicher gemacht, und sie benötigen vor ihrer Inbetriebnahme eine Zulassung von Seiten zuständiger Aufsichtsbehörden, wie beispielsweise in Deutschland den Berufsgenossenschaften. Diese prüfen die Eigenfehlersicherheit der Gerät anhand einschlägiger Normen, wie beispielsweise der europäischen Norm EN 954-1. Sicherheitsschaltgeräte im Sinne der vorliegenden Erfindung sind daher nur solche Geräte, die zumindest die Kategorie 3 der genannten Norm oder einen vergleichbaren Sicherheitsstandard erfüllen. Innerhalb dieser Gruppe ist die Erfindung jedoch nicht auf einzelne Geräte beschränkt, so daß beispielsweise fehlersichere Drehzahlwächter oder auch komplexe fehlersichere Steuerungen von dem hier gewählten Begriff "Sicherheitsschaltgerat" ebenso erfaßt werden.Such safety switching devices are well known due to their use in industrial production environments. For example, such a safety switching device is described in DE 197 07 241 C2. The safety switching devices are primarily used to switch off industrial plants or industrial processes in a fail-safe manner depending on defined input signals. Input variables can be machine or process parameters. In addition, the input signals often come from protective grilles, covers, emergency stop switches, light barriers and the like. The essential task of the safety switching device is to evaluate the defined input signals and, depending on this, to shut down the machine or the process, which must be done with an extremely high degree of reliability. Otherwise, health and life, for example of operators, are at risk. The safety switching devices are therefore made intrinsically fail-safe with complex measures, and they require approval from the responsible supervisory authorities, such as the professional associations in Germany, before they are commissioned. These test the device's intrinsic failure safety based on relevant standards, such as the European standard EN 954-1. Safety switching devices in the sense of the present invention are therefore only devices which at least meet category 3 of the standard mentioned or a comparable safety standard. Within this group, however, the invention is not restricted to individual devices, so that, for example, fail-safe speed monitors or complex fail-safe controls are also covered by the term "safety switching device" chosen here.
Aufgrund der geforderten Eigenfehlersicherheit werden Sicherheitsschaltgeräte bis heute vielfach in "konventioneller" Technik, insbesondere unter Verwendung von Relais, aufgebaut. Elektronische Bauelemente und insbesondere hochintegrierte elektronische Schaltungen (ICs) finden erst seit der jüngeren Vergangenheit zunehmende Verwendung. Im Vergleich zu diesen "modernen" Bauelementen sind die klassischen diskreten Bauelemente und insbesondere Relais sehr robust, und zwar vor allem gegenüber externen, unbekannten elektromagnetischen StörStrahlungen. Durch die wünschenswerte Verwendung hochintegrierter Schaltun- gen einerseits und die zunehmende Anzahl von Störquellen, wie beispielsweise Mobilfunktgeräten, andererseits nimmt jedoch die Empfindlichkeit der Sicherheitsschaltgeräte gegenüber Störstrahlungen zu. Die sogenannte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sinkt. Dies hat zur Folge, daß Sicherheitsschaltgeräte gegenüber elektromagnetischen Störstrahlungen zukünftig zusätzlich abgeschirmt werden müssen, und • zwar nicht zuletzt, um Undefinierte Fehlerquellen im Hinblick auf die Funktionssicherheit der Geräte auszuschließen. Methoden zur Abschirmung von elektronischen Geräten sind dabei an sich bekannt.Due to the required intrinsic failure safety, safety relays are still built to a large extent using "conventional" technology, especially using relays. Electronic components and in particular highly integrated electronic circuits (ICs) have only been used increasingly in the recent past. Compared to these "modern" components, the classic discrete components and in particular relays are very robust, especially against external, unknown electromagnetic interference radiation. Due to the desirable use of highly integrated circuit conditions on the one hand and the increasing number of interference sources, such as mobile radio devices, on the other hand, however, the sensitivity of the safety switching devices to interference radiation is increasing. The so-called electromagnetic compatibility (EMC) decreases. The consequence of this is that safety switching devices will have to be shielded from electromagnetic interference radiation in the future, not least to prevent undefined sources of error with regard to the functional safety of the devices. Methods for shielding electronic devices are known per se.
Eine wirksame Methode besteht darin, das gesamte Gerät oder zumindest die empfindlichen Schaltungsbestandteile mit metallischen Gehäusen zu umgeben. Hierdurch wird ein Faraday' scher oder ein galvanischer Käfig geschaffen, der äußere elektromagnetische Störstrahlungen von den im Inneren angeordneten Bauelementen fernhält. Umgekehrt kann ein solches Metallgehäuse auch dazu dienen, strahlende Bauelemente soweit abzuschirmen, daß die Strahlung nicht ungehindert "nach außen" dringen kann.An effective method is to surround the entire device or at least the sensitive circuit components with metal housings. This creates a Faraday shear or a galvanic cage, which keeps external electromagnetic interference from the components arranged inside. Conversely, such a metal housing can also serve to shield radiating components to such an extent that the radiation cannot penetrate "outwards" unhindered.
Eine Möglichkeit besteht darin, das gesamte Gerätegehäuse der Sicherheitsschaltgeräte aus Metall zu fertigen, was jedoch teuer ist. Billige Kunststoffgehäuse besitzen leider keine Ab- schirmwirkung. Darüber hinaus ist es bekannt, innerhalb der Gerätegehäuse empfindliche Schaltungsbestandteile mit separaten metallischen Gehäusen zu umgeben. Je nach den abzuschirmenden Frequenzen können anstelle massiver Gehäuse auch metallische Gitter verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit zum Abschirmen von elektronischen Bauelementen ist, die Wände von Kunststoffgehäusen mit leitfähigen Lacken zu versehen. Alle bekannten Maßnahmen bedeuten jedoch einen erheblichen zusätzlichen Aufwand, der bei Sicherheitsschaltgeräten in "herkömmlicher" Technik bislang nicht oder nur ausgesprochen selten notwendig war. Der zusätzliche Aufwand schlägt sich natürlich auch in den Produktionskosten nieder, wodurch die Vorteile, die durch die Verwendung von hochintegrierten Schaltungen grundsätzlich gegeben sind, teilweise wieder zunichte gemacht werden.One possibility is to manufacture the entire device housing of the safety switching devices from metal, but this is expensive. Cheap plastic housings unfortunately do not have a shielding effect. In addition, it is known to surround sensitive circuit components with separate metallic housings within the device housing. Depending on the frequencies to be shielded, metallic gratings can also be used instead of solid housings. Another option for shielding electronic components is to provide the walls of plastic housings with conductive lacquers. However, all known measures mean a considerable additional Effort that was so far not or only very rarely necessary with "conventional" technology. The additional effort is, of course, also reflected in the production costs, which partially nullifies the advantages that are inherent in the use of highly integrated circuits.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sicherheitsschaltgerat der eingangs genannten Art anzugeben, das bei geringem zusätzlichem Herstellungsaufwand eine wirksame Abschirmung der empfindlichen Bauelemente gegenüber elektromagnetischen Störstrahlungen aufweist. Die Wirksamkeit der Abschirmung muß sich dabei in erster Linie an den sicherheitstechnischen Anforderungen, d.h. an den Anforderungen hinsichtlich der Eigenfehlersicherheit messen lassen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a safety switching device of the type mentioned at the outset which, with little additional production outlay, has an effective shielding of the sensitive components against electromagnetic interference radiation. The effectiveness of the shielding must primarily depend on the safety requirements, i.e. measured against the requirements with regard to intrinsic failure safety.
Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitsschaltger t gelöst, mit einem Bauelementeträger, auf dem zumindest ein elektronisches Bauelement angeordnet ist, und mit einer metallischen Abschirmung, die das elektronische Bauelement zur Unterdrückung von elektromagnetischen StörStrahlungen zumindest teilweise umgibt, wobei die Abschirmung ein Flachbandkabel mit einer Vielzahl von parallelen Adern beinhaltet, und wobei das Flachbandkabel an zumindest einer Seite des elektronischen Bauelements verläuft.This object is achieved by a safety switching device, with a component carrier on which at least one electronic component is arranged, and with a metallic shield which at least partially surrounds the electronic component for suppressing electromagnetic interference radiation, the shielding comprising a ribbon cable with a large number of includes parallel wires, and wherein the ribbon cable runs on at least one side of the electronic component.
Die Aufgabe wird ferner ganz allgemein dadurch gelöst, daß bei einem Sicherheitsschaltgerat zum Abschirmen von elektronischen Bauelementen gegenüber elektromagnetischen Störstrahlungen zumindest ein Flachbandkabel verwendet wird. Flachbandkabel, z.T. auch als Bandleitungen bezeichnet, sind im Stand der Technik als Mittel zum Verbinden von elektrischen Baugruppen hinreichend bekannt. Beispielsweise finden Flachbandkabel weitreichende Verwendung zum elektrischen Verbinden der einzelnen Baugruppen innerhalb von Personal Computersystemen (PCs). Die Flachbandkabel bestehen dabei aus einer Vielzahl von Adern, die gegeneinander isoliert und parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich ein breites, flaches Leiterbündel ergibt. Derartige Flachbandkabel werden von zahlreichen Herstellern und in verschiedenen spezifischen Formen vertrieben. Handelsübliche Flachbandkabel sind beispielsweise das Flachkabel System 720, das von der Firma Eberhard Köpf GmbH in 63920 Großheubach, Deutschland, vertrieben wird. Ein anderer bekannter Hersteller ist die Firma Amphenol, die handelsübliche Kabel unter den Typenbezeichnungen UL-Style 2651 oder UL-Style 2697 vertreibt.The object is also achieved in very general terms in that at least one ribbon cable is used in a safety switching device to shield electronic components from electromagnetic interference radiation. Ribbon cables, sometimes also referred to as ribbon cables, are sufficiently known in the prior art as means for connecting electrical assemblies. For example, ribbon cables are widely used for the electrical connection of the individual assemblies within personal computer systems (PCs). The ribbon cables consist of a large number of wires that are insulated from each other and arranged parallel to each other, resulting in a wide, flat conductor bundle. Such ribbon cables are sold by numerous manufacturers and in various specific forms. Commercially available ribbon cables are, for example, the flat cable system 720, which is sold by Eberhard Köpf GmbH in 63920 Großheubach, Germany. Another well-known manufacturer is Amphenol, which sells commercially available cables under the type designations UL-Style 2651 or UL-Style 2697.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die überraschende Erkenntnis, daß derartige, handelsübliche Flachbandkabel eine ausreichende Abschirmung der elektronischen Bauelemente von modernen Sicherheitsschaltgeräten gewährleisten können. Dies gilt zumindest für Flachbandkabel der zuvor genannten Typen und allgemeiner für Flachbandkabel, die zumindest ein Rastermaß von bis zu 7 mm aufweisen. Da die genannten handelsüblichen Flachbandkabel als Massenprodukte sehr kostengünstig erhältlich sind, kann auf der Grundlage der überraschenden Erkenntnis durch die Verwendung der Kabel ein kostengünstiges, geschirmtes Sicherheitsschaltgerat realisiert werden.The basis of the present invention is the surprising finding that such commercially available ribbon cables can ensure adequate shielding of the electronic components of modern safety switching devices. This applies at least to ribbon cables of the aforementioned types and more generally to ribbon cables that have at least a grid dimension of up to 7 mm. Since the above-mentioned commercially available ribbon cables are mass-produced and can be obtained very inexpensively, an inexpensive, shielded safety switching device can be realized on the basis of the surprising finding by using the cables.
Die Verwendung von Flachbandkabeln zum Abschirmen von elektronischen Bauelementen in Sicherheitsschaltgeräten besitzt dabei eine Reihe von Vorteilen. Zum einen sind Flachbandkabel als Massenprodukte leicht verfügbar und äußerst preisgünstig. Darüber hinaus sind sie ohne Schwierigkeiten formbar, so daß die Abschirmung sehr einfach an die vorhandenen Bedürfnisse und den zur Verfügung stehenden Bauraum angepaßt werden kann. Infolgedessen ist auch eine nachträgliche Abschirmung an einzelnen Stellen einer größeren Schaltung einfach möglich. Darüber hinaus sind Flachbandkabel leicht zu konfektionieren, und sie können somit auch in großen Stückzahlen auf einfache Weise in den Produktionsvorgang integriert werden. Nicht zuletzt kann mit Hilfe von Flachbandkabeln eine gewichtsmäßig sehr leichte Abschirmung erreicht werden, wohingegen beispielsweise die Verwendung von bekannten Schirmblechen das Gewicht der Sicherheitsschaltgeräte spürbar erhöht.The use of ribbon cables for shielding electronic components in safety switching devices a number of advantages. On the one hand, ribbon cables are readily available as mass products and are extremely inexpensive. In addition, they can be shaped without difficulty, so that the shielding can be very easily adapted to the existing needs and the available space. As a result, subsequent screening at individual points in a larger circuit is also easily possible. In addition, ribbon cables are easy to assemble and can therefore be easily integrated into the production process even in large quantities. Last but not least, flat cables can be used to achieve very light shielding, whereas, for example, the use of known shielding plates noticeably increases the weight of the safety switching devices.
Insgesamt hat sich gezeigt, daß durch die Verwendung von Flachbandkabeln zum Abschirmen der elektronischen Bauelemente die Funktionssicherheit bei Sicherheitsschaltgeräten erheblich gesteigert werden kann, ohne die Produktionskosten wesentlich zu erhöhen.Overall, it has been shown that the use of ribbon cables for shielding the electronic components can significantly increase the functional reliability of safety switching devices without significantly increasing the production costs.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Adern des Flachbandkabels elektrisch mit einem konstanten Potential verbunden. Diese Maßnahme unterscheidet sich deutlich von der üblichen Verwendung von Flachbandkabeln, über die in der Regel Signale mit wechselnden Potential übertragen werden. Dadurch daß die Adern, bevorzugt sämtliche Adern des Flachbandkabels, mit einem konstanten Potential verbunden sind, wird die Wirksamkeit der Abschirmung verbessert. In einer weiteren Ausgestaltung ist das konstante Potential ein Massepotential .In one embodiment of the invention, the wires of the ribbon cable are electrically connected to a constant potential. This measure differs significantly from the usual use of ribbon cables, via which signals with changing potential are usually transmitted. Because the wires, preferably all the wires of the ribbon cable, are connected to a constant potential, the effectiveness of the shielding is improved. In a further embodiment, the constant potential is a ground potential.
Durch diese Maßnahme wird die Wirksamkeit der Abschirmung noch weiter verbessert, da sämtliche einstrahlenden Signale über das Flachbandkabel "kurzgeschlossen" werden. Störsignale werden somit gegen Masse abgeleitet.This measure further improves the effectiveness of the shielding, since all incoming signals are "short-circuited" via the ribbon cable. Interference signals are thus derived against ground.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein erstes Ende der Adern an dem Bauelementeträger befestigt. Das erste Ende kann festgeklemmt oder mit Hilfe an sich bekannter Stecker angesteckt sein. Derartige Verbindungen haben den Vorteil, daß das Flachbandkabel einfach wieder gelöst werden kann. Darüber hinaus ist es zumindest für manche Anwendungen bevorzugt, wenn das erste Ende der Adern an dem Bauelementeträger verlötet ist. Dies ist nämlich äußerst kostengünstig möglich. Unabhängig von der Art der Befestigung besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß das Flachbandkabel in Bezug zu den zu schützenden elektronischen Bauelementen fixiert ist. Hierdurch wird die Robustheit der Abschirmung und dadurch die Funktionssicherheit des Sicherheitsschaltgerätes erhöht.In a further embodiment, a first end of the wires is attached to the component carrier. The first end can be clamped or plugged in using plugs known per se. Such connections have the advantage that the ribbon cable can be easily released again. In addition, at least for some applications, it is preferred if the first end of the wires is soldered to the component carrier. This is because it is extremely cost-effective. Regardless of the type of attachment, the measure has the advantage that the ribbon cable is fixed in relation to the electronic components to be protected. This increases the robustness of the shielding and thereby the functional reliability of the safety switching device.
In einer weiteren Ausgestaltung liegt ein zweites Ende der Adern lose. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft in Kombination mit der zuvor genannten Maßnahme, da hierdurch das abschirmende Flachbandkabel einerseits fixiert ist, während die zu schützenden Bauelemente andererseits einfach zugänglich bleiben. Bei einer Reparaturmaßnahme kann das lose zweite Ende einfach zur Seite geklappt werden, so daß die abgeschirmten Bauelemente zugänglich sind. Darüber hinaus lassen sich auch etwaige Kalibrierarbeiten bei der Herstellung des Sicherheitsgerätes sehr einfach und damit kostengünstig durchführen.In a further embodiment, a second end of the wires is loose. This measure is particularly advantageous in combination with the measure mentioned above, since it fixes the shielding ribbon cable on the one hand, while the components to be protected remain easily accessible on the other hand. In the case of a repair measure, the loose second end can simply be folded aside so that the shielded components are accessible. Beyond that too perform any calibration work in the manufacture of the safety device very easily and therefore inexpensively.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das zweite Ende vollständig isoliert.In a further embodiment, the second end is completely isolated.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das verwendete Flachbandkabel an dem zweiten Ende einfach nur abzulängen, so daß die einzelnen Adern am Ende des Flachbandkabels offen sind. Je nach Anordnung des Flachbandkabels innerhalb des Sicherheitsschaltgerätes besteht jedoch unter Umständen die Gefahr von ungewollten Kontakten, Kurzschlüssen und dgl. Derartige Risiken werden durch eine vollständige Isolierung der Adern am zweiten Ende des Flachbandkabels beseitigt.In principle, it is also possible to simply cut the ribbon cable used to length at the second end, so that the individual wires at the end of the ribbon cable are open. Depending on the arrangement of the ribbon cable within the safety switching device, there may be a risk of unwanted contacts, short circuits and the like. Such risks are eliminated by completely insulating the wires at the second end of the ribbon cable.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Sicherheitsschaltgerat ein Gerätegehäuse mit einer Gehäusewand auf, wobei die Gehäusewand das zweite Ende in einer gewünschten Position hält.In a further embodiment, the safety switching device has a device housing with a housing wall, the housing wall holding the second end in a desired position.
Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Minimierung von Produktionskosten, da das zur Abschirmung verwendete Flachbandkabel so bei der Montage des Bauelementeträgers in dem Gerätegehäuse in die gewünschte Position gebracht wird. Zusätzliche Fixierungen oder spezielle Montageschritte können daher reduziert werden oder sogar ganz entfallen. Die Maßnahme ermöglicht somit eine besonders kostengünstige Produktion.This measure is particularly advantageous with regard to minimizing production costs, since the ribbon cable used for shielding is brought into the desired position when the component carrier is mounted in the device housing. Additional fixings or special assembly steps can therefore be reduced or even completely eliminated. The measure thus enables particularly cost-effective production.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Bauelementeträger eine erste und eine gegenüberliegende zweite Seite auf, wobei das elektronische Bauelement auf der ersten Seite angeordnet ist und wobei die zweite Seite eine flächige Metallisierung besitzt.In a further embodiment, the component carrier has a first and an opposite second side, the electronic component being arranged on the first side and wherein the second side has a flat metallization.
In dieser Ausgestaltung trägt die flächige Metallisierung, die beispielsweise eine an sich bekannte Kupfer-Kaschierung des Bauelementeträgers sein kann, zur Abschirmung des elektronischen Bauelements bei. Die Maßnahme ermöglicht eine nochmalige Senkung der Produktionskosten, da die entsprechende Seite des elektronischen Bauelements nicht mehr anderweitig abgeschirmt werden muß.In this embodiment, the flat metallization, which can be, for example, a copper cladding of the component carrier known per se, contributes to the shielding of the electronic component. The measure enables a further reduction in production costs, since the corresponding side of the electronic component no longer has to be shielded in any other way.
In einer weiteren Ausgestaltung umgibt das Flachbandkabel das elektronische Bauelement auf der ersten Seite des Bauelementeträgers.In a further embodiment, the ribbon cable surrounds the electronic component on the first side of the component carrier.
Diese Maßnahme knüpft an die zuvor genannte Ausgestaltung an. Insgesamt ergibt sich dabei eine sehr einfache und produktionstechnisch günstige "Umhäusung" des elektronischen Bauelements mit abschirmenden Komponenten.This measure ties in with the previously mentioned design. Overall, this results in a very simple “housing” of the electronic component with shielding components, which is favorable in terms of production technology.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Adern des Flachbandkabels mit der flächigen Metallisierung elektrisch leitfähig verbunden.In a further embodiment, the wires of the ribbon cable are electrically conductively connected to the flat metallization.
Durch diese Maßnahme wird die Wirksamkeit der Abschirmung weiter erhöht, da die Adern des Flachbandkabels gemeinsam mit der flächigen Metallisierung einen geschlossenen Faraday' sehen Käfig bilden.This measure further increases the effectiveness of the shielding, since the wires of the ribbon cable form a closed Faraday 'cage together with the flat metallization.
In einer weiteren Ausgestaltung umgibt das Flachbandkabel den Bauelementeträger von zumindest zwei Seiten. Bevorzugt umgibt das Flachbandkabel den Bauelementeträger dabei zumindest an der ersten und zweiten Seite im Sinne der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen. Bildlich gesprochen führt die Maßnahme dazu, daß der Bauelementeträger und mit ihm das abzuschirmende Bauelement von dem Flachbandkabel "eingewickelt" sind. Aufgrund dieser Maßnahme kann die zuvor beschriebene flächige Metallisierung entfallen, was eine Optimierung des Produktionsprozesses im Hinblick auf die Herstellungskosten ermöglicht. Darüber hinaus ist die Maßnahme besonders geeignet, um auf sehr einfache Weise auch bei existierenden Sicherheitsschaltgeräten eine wirksame und kostengünstige Abschirmung nachzurüsten .In a further embodiment, the ribbon cable surrounds the component carrier from at least two sides. The ribbon cable preferably surrounds the component carrier at least on the first and second sides in the sense of the configurations described above. Figuratively speaking, the measure leads to the component carrier and with it the component to be shielded being "wrapped" by the ribbon cable. As a result of this measure, the previously described flat metallization can be dispensed with, which enables the production process to be optimized with regard to the production costs. In addition, the measure is particularly suitable for retrofitting effective and inexpensive shielding in a very simple manner even with existing safety switching devices.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Abschirmung ferner zumindest eine metallische Wand, in deren Bereich das Flachbandkabel verläuft.In a further embodiment, the shield further includes at least one metallic wall, in the area of which the ribbon cable runs.
Eine metallische Wand in diesem Sinne kann ein Blech oder ein Gitter sein, das in an sich bekannter Weise zum Abschirmen des elektronischen Bauelements verwendet wird. Auch eine mit leitfähigem Lack versehene Gehäusewand fällt hierunter. Im Gegensatz zu bisherigen Maßnahmen genügen jedoch einzelne Wände, u.U. eine einzige Wand. Es muß somit kein vollständiges Metallgehäuse mehr montiert werden. Andererseits kann durch die Verwendung einer oder weniger metallischer Wände die Abschirmung optimiert werden, ohne die grundsätzlichen Vorteile, die sich durch die Verwendung von Flachbandkabeln ergeben, aufzugeben. Grundsätzlich benötigt das Flachbandkabel zumindest für einfachere Abschirmungen keinen elektrisch leitfähigen Kontakt mit der metallischen Wand, wenngleich ein solcher Kontakt für eine besonders wirksame Abschirmung vorteilhaft ist. In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Abschirmung zumindest zwei Flachbandkabel, die sich teilweise überlappen.A metallic wall in this sense can be a sheet metal or a grid, which is used in a manner known per se for shielding the electronic component. This also includes a housing wall provided with conductive lacquer. In contrast to previous measures, however, single walls, possibly a single wall, are sufficient. It is therefore no longer necessary to install a complete metal housing. On the other hand, by using one or fewer metallic walls, the shielding can be optimized without giving up the basic advantages that result from the use of ribbon cables. Basically, the ribbon cable does not require an electrically conductive contact with the metallic wall, at least for simpler shields, although such a contact is advantageous for a particularly effective shielding. In a further embodiment, the shield contains at least two ribbon cables, which partially overlap.
Durch diese Maßnahme läßt sich auf einfache und damit kostengünstige Weise ein "Verschluß" der Abschirmung schaffen, ohne daß ein Zugang zu den zu schützenden Bauelementen verhindert wird. Für Reparatur- oder Kalibrierungszwecke können die sich überlappenden Kabel einfach zur Seite geklappt werden. Andererseits wird durch die Überlappung eine sehr wirksame Abschirmung erreicht.This measure allows a "closure" of the shield to be created in a simple and therefore cost-effective manner without preventing access to the components to be protected. The overlapping cables can simply be folded aside for repair or calibration purposes. On the other hand, very effective shielding is achieved by the overlap.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Adern des Flachbandkabels unterschiedlich abgelängt.In a further embodiment, the wires of the ribbon cable are cut to different lengths.
Durch diese Maßnahme ist eine sehr flexible und individuelle Anpassung der Abschirmung an die vorhandenen Gegebenheiten möglich. Darüber hinaus ist es auch auf einfache Weise möglich, mit nur einem Flachbandkabel unterschiedliche Bereiche des Bauelementeträgers gezielt abzuschirmen. Dabei können die Teilevielfalt und infolgedessen die Produktionskosten weiter gesenkt werden.This measure enables a very flexible and individual adaptation of the shielding to the existing conditions. In addition, it is also possible in a simple manner to shield different areas of the component carrier in a targeted manner with only one ribbon cable. The variety of parts and consequently the production costs can be further reduced.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes in einer Querschnittsdarstellung,Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it: 1 shows a first embodiment of a safety switching device according to the invention in a cross-sectional view,
Fig. 2 ein bei dem Sicherheitsschaltgerat gemäß Fig. 1 verwendetes Flachbandkabel in einer Draufsicht,2 is a plan view of a ribbon cable used in the safety switching device according to FIG. 1,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes, undFig. 3 shows a second embodiment of a safety switching device according to the invention, and
Fig. 4 ein Flachbandkabel aus dem Sicherheitsschaltgerat gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht.FIG. 4 shows a flat cable from the safety switching device according to FIG. 3 in a top view.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Sicherheitsschaltgerat in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.In FIG. 1, a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
Das Sicherheitsschaltgerat 10 beinhaltet einen Bauelementeträger 12, auf dem in an sich bekannter Weise eine Anzahl von Bauelementen angeordnet ist. Beispielhaft sind hier ein Transistor 14, ein Widerstand 16, ein integrierter Schaltkreis (IC) 18 sowie ein Kondensator 20 dargestellt. Der Transistor 14, der Widerstand 16 und der Kondensator 20 sind dabei in an sich bekannter Weise über Bohrungen 22 zu der Rückseite 24 des Bauelementeträgers 12 durchkontaktiert und dort mit Lötstellen 26 verlötet. Das IC 18 ist in an sich ebenfalls bekannter SMD- Technik auf der Vorderseite 28 des Bauelementeträgers 12 kontaktiert .The safety switching device 10 contains a component carrier 12 on which a number of components are arranged in a manner known per se. A transistor 14, a resistor 16, an integrated circuit (IC) 18 and a capacitor 20 are shown here as examples. The transistor 14, the resistor 16 and the capacitor 20 are contacted in a manner known per se via bores 22 to the rear side 24 of the component carrier 12 and soldered there with soldering points 26. The IC 18 is contacted in known SMD technology on the front 28 of the component carrier 12.
Mit den Bezugsziffern 30 und 32 sind zwei Flachbandkabel bezeichnet, die der überraschenden Erkenntnis entsprechend zur Abschirmung der Bauelemente 14 bis 20, insbesondere zur Abschirmung des ICs 18 verwendet werden.The reference numbers 30 and 32 denote two ribbon cables, which correspond to the surprising finding Shielding of the components 14 to 20 can be used, in particular for shielding the IC 18.
Die Flachbandkabel 30, 32, von denen eines nochmals in Fig. 2 dargestellt ist, besitzen ein erstes Ende 34 und ein zweites Ende 36. Es handelt sich um handelsübliche Flachbandkabel mit einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten und gegeneinander isolierten Adern 38. Das Rastermaß der hier verwendeten Flachbandkabel 30, 32 beträgt 2,54 mm, es können jedoch auch noch größere Rastermaße verwendet werden. Kleinere Rastermaße erhöhen die Höhe der Abschirmung, so daß diesbezüglich keine Grenzen gesetzt sind.The ribbon cables 30, 32, one of which is shown again in FIG. 2, have a first end 34 and a second end 36. These are commercially available ribbon cables with a multiplicity of cores 38 arranged parallel to one another and insulated from one another. The pitch of the The ribbon cable 30, 32 used here is 2.54 mm, but larger grid dimensions can also be used. Smaller grid dimensions increase the height of the shielding, so that there are no limits in this regard.
Das erste Ende 34 der Flachbandkabel 30, 32 ist abisoliert, so daß die Adern 38 dort aus dem Kabelmantel heraustreten. Das zweite Ende 36 ist mit einer gesonderten Isolierung 40 versehen.The first end 34 of the ribbon cable 30, 32 is stripped so that the wires 38 emerge from the cable jacket there. The second end 36 is provided with a separate insulation 40.
Für die Verwendung in dem Sicherheitsschaltgerat 10 sind die beiden Flachbandkabel 30, 32 ebenso wie die Bauelemente 14, 16 und 20 durch Bohrungen 22 auf die Rückseite 24 des Bauelementeträgers kontaktiert. Dort sind sie mit einer auf der Rückseite 24 aufgebrachten, flächigen Metallisierung 42 verlötet. Die Metallisierung 42 besitzt Massepotential. Folglich liegen auch die einzelnen Adern der Flachbandkabel 30, 32 auf konstantem Massepotential .For use in the safety switching device 10, the two ribbon cables 30, 32 as well as the components 14, 16 and 20 are contacted through holes 22 on the rear side 24 of the component carrier. There they are soldered to a flat metallization 42 applied to the back 24. The metallization 42 has ground potential. Consequently, the individual cores of the ribbon cables 30, 32 are also at a constant ground potential.
Die losen zweiten Enden 36 der Flachbandkabel 30, 32 sind von rechts bzw. von links über die abzuschirmenden Bauelemente 14 bis 20 geklappt und überlappen sich im Mittenbereich des Bauelementeträgers 12. Hierdurch entsteht eine wirksame Abschir- mung, zumindest gegenüber elektromagnetischen StörStrahlungen, die die Funktionsfähigkeit von Sicherheitsschaltgeräten beeinträchtigen können. Andererseits kann man zu Reparaturzwecken sehr leicht an die Bauelemente 14 bis 20, indem man die losen Enden 36 der beiden Flachbandkabel 30, 32 zur Seite klappt.The loose second ends 36 of the ribbon cables 30, 32 are folded from the right or from the left over the components 14 to 20 to be shielded and overlap in the central region of the component carrier 12. This creates an effective shielding at least with regard to electromagnetic interference radiation, which can impair the functionality of safety switching devices. On the other hand, it is very easy to repair the components 14 to 20 for repair purposes by folding the loose ends 36 of the two ribbon cables 30, 32 aside.
Das Sicherheitsschaltgerat 10 ist in an sich bekannter Weise in ein Gerätegehäuse 44 eingebaut. Dabei besteht das Gerätegehäuse 44 hier aus zwei Gehäusehälften, die bei der Montage in Richtung des Pfeils 45 zusammengesteckt und über einen Rastmechanismus verriegelt werden. Eine besonders kostengünstige Montage der Abschirmung ergibt sich dabei für das vorliegende Ausführungsbeispiel, da die Gehäuseabmessungen derart bemessen sind, daß die losen zweiten Enden 36 der beiden Flachbandkabel 30, 32 von einer Gehäusewand 46 des Gehäuses 44 in die gewünschte überlappende Position gebracht und dort gehalten werden.The safety switching device 10 is installed in a device housing 44 in a manner known per se. Here, the device housing 44 consists of two housing halves which are put together during assembly in the direction of arrow 45 and locked via a locking mechanism. A particularly inexpensive assembly of the shielding results for the present exemplary embodiment, since the housing dimensions are dimensioned such that the loose second ends 36 of the two ribbon cables 30, 32 are brought from a housing wall 46 of the housing 44 into the desired overlapping position and are held there ,
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltgerätes in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet. Im übrigen bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor.A further exemplary embodiment of a safety switching device according to the invention is designated in its entirety by reference number 60 in FIG. 3. Otherwise, the same reference numerals designate the same elements as before.
Das Sicherheitsschaltgerat 60 unterscheidet sich von dem Sicherheitsschaltgerat 10 vor allem durch die Art, wie das Flachbandkabel, das hier mit der Bezugsziffer 62 bezeichnet ist, zur Abschirmung verwendet wird. Im vorliegenden Fall umgibt das Flachbandkabel 62 nämlich den Bauelementeträger 12 sowohl "auf der Vorder- als auch der Rückseite. Dadurch werden die abzuschirmenden Bauelemente 14 bis 20 von zwei Seiten umgeben, so daß die flächige Metallisierung 42 des Bauelementeträger 12 entfallen kann. Die Adern 38 des Flachbandkabels 62 liegen wie zuvor an einem konstanten Schirmpotential.The safety switching device 60 differs from the safety switching device 10 primarily in the manner in which the ribbon cable, which is designated here by the reference number 62, is used for shielding. In the present case, the ribbon cable 62 surrounds the component carrier 12 both on the front and on the back. As a result, the components 14 to 20 to be shielded are surrounded on two sides, so that the flat metallization 42 of the component carrier 12 can be omitted. The wires 38 of the ribbon cable 62 are, as before, at a constant shield potential.
Das Flachbandkabel 62, das in einer detaillierteren Darstellung nochmals in Fig. 4 gezeigt ist, ist an seinem zweiten Ende 64 in an sich bekannter Weise mit einem handelsüblichen Flachbandkabel-Stecker 66 versehen. Mit diesem Stecker 66 ist das Flachbandkabel 62 lösbar an der Unterseite des Bauelementeträgers 12 aufgesteckt. Das Gegenstück des Steckers 66 ist dabei in an sich bekannter Weise mit dem Bauelementeträger 12 verlötet.The ribbon cable 62, which is shown again in a more detailed illustration in FIG. 4, is provided at its second end 64 in a manner known per se with a commercially available ribbon cable plug 66. With this plug 66, the ribbon cable 62 is detachably attached to the underside of the component carrier 12. The counterpart of the plug 66 is soldered to the component carrier 12 in a manner known per se.
An seinem ersten Ende 68 ist das Flachbandkabel 62 im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel unterschiedlich weit abgelängt. An den jeweiligen Enden sind die Adern 38 wie zuvor abisoliert. Die unterschiedlichen Positionen der ersten Enden 68 ermöglichen eine sehr flexible Befestigung des Flachbandkabels 62 an dem Bauelementeträger 12, wie dies beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. Die verschieden langen Enden des Flachbandkabels 62 sind dabei auf der Vorderseite des Bauelementeträgers 12 an verschiedenen Stellen verlötet. Insgesamt lassen sich so räumlich unterschiedlich abgeschirmte Bereiche erzeugen. Diese können auch dazu verwendet werden, die einzelnen Bauelemente 14 bis 20 gegenseitig voneinander abzuschirmen.In contrast to the previous exemplary embodiment, the ribbon cable 62 is cut to different lengths at its first end 68. The wires 38 are stripped at the respective ends as before. The different positions of the first ends 68 enable the ribbon cable 62 to be fastened very flexibly to the component carrier 12, as is shown by way of example in FIG. 3. The ends of the ribbon cable 62 of different lengths are soldered to the front of the component carrier 12 at different locations. Overall, areas that are shielded in different ways can be produced in this way. These can also be used to shield the individual components 14 to 20 from one another.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gegenüber dem vorher dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Verwendung einer metallischen Wand 70, die seitlich von dem IC 18 und senkrecht zum Bauelementeträger 12 angeordnet ist. Das obere freie Ende der metallischen Wand 70 endet im Bereich des Flachbandkabels 62, und die beiden bilden gemeinsam einen Faraday' sehen Käfig für das IC 18. Eine zweite Wand (hier nicht dargestellt) ist spiegelbildlich zu der Wand 70 auf der anderen Seite des ICs 18 angeordnet.Another difference between the exemplary embodiment in FIG. 3 and the previously illustrated exemplary embodiment is the additional use of a metallic wall 70, which is arranged laterally of the IC 18 and perpendicular to the component carrier 12. The upper free end of the metallic wall 70 ends in the area of the ribbon cable 62, and the two form together see a Faraday 'cage for the IC 18. A second wall (not shown here) is arranged in mirror image to the wall 70 on the other side of the IC 18.
Die Verwendung von Flachbandkabeln ermöglicht eine sehr einfache, kostengünstige und trotzdem wirksame Abschirmung von elektronischen Bauelementen bei Sicherheitsschaltgeräten. Die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele sind dabei tatsächlich exemplarisch zu verstehen. Die hier jeweils getrennt dargestellten Besonderheiten können nämlich auch miteinander kombiniert werden, um so eine jeweils optimale Abschirmung zu erreichen. Je nach Anwendungsfall können dabei sowohl "starre" Flachbandkabel (mit massiven Einzeldrähten) oder flexible Flachbandkabel (Einzelleiter aus Litze) Verwendung finden. Dabei ist insbesondere für die Anordnung gemäß Fig. 3 die Verwendung von flexiblen Flachbandkabeln von Vorteil, da diese leichter verformt werden können. Andererseits lassen sich Flachbandkabel mit massiven Einzeldrähten leichter verlöten. The use of ribbon cables enables a very simple, inexpensive and yet effective shielding of electronic components in safety switching devices. The two exemplary embodiments shown are actually to be understood as examples. The special features shown separately here can also be combined with each other in order to achieve optimal shielding. Depending on the application, both "rigid" ribbon cables (with solid individual wires) or flexible ribbon cables (individual conductors made of stranded wire) can be used. The use of flexible ribbon cables is particularly advantageous for the arrangement according to FIG. 3, since these can be deformed more easily. On the other hand, ribbon cables with solid individual wires are easier to solder.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sicherheitsschaltgerat, insbesondere zum sicheren Abschalten von industriellen Maschinenanlagen, mit einem Bauelementeträger (12), auf dem zumindest ein elektronisches Bauelement (14, 16, 18, 20) angeordnet ist, und mit einer metallischen Abschirmung, die das elektronische Bauelement (14, 16, 18, 20) zur Unterdrückung von elektromagnetischen Störstrahlungen zumindest teilweise umgibt, wobei die Abschirmung ein Flachbandkabel (30, 32; 62) mit einer Vielzahl von parallelen Adern (38) beinhaltet, und wobei das Flachbandkabel (30, 32; 62) an zumindest einer Seite des elektronischen Bauelements (14, 16, 18, 20) verläuft.1. Safety switching device, in particular for the safe shutdown of industrial machine systems, with a component carrier (12) on which at least one electronic component (14, 16, 18, 20) is arranged, and with a metallic shield that protects the electronic component (14, 16, 18, 20) for suppressing electromagnetic interference radiation at least partially, wherein the shield includes a ribbon cable (30, 32; 62) with a plurality of parallel cores (38), and wherein the ribbon cable (30, 32; 62) on at least one side of the electronic component (14, 16, 18, 20) runs.
2. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (38) des Flachbandkabels (30, 32; 62) elektrisch mit einem konstanten Potential (42) verbunden sind.2. Safety switching device according to claim 1, characterized in that the wires (38) of the ribbon cable (30, 32; 62) are electrically connected to a constant potential (42).
3. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Potential (42) ein Massepotential ist.3. Safety switching device according to claim 2, characterized in that the constant potential (42) is a ground potential.
4. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ende (34; 68) der Adern (38) an dem Bauelementeträger (12) befestigt ist.4. Safety switching device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a first end (34; 68) of the wires (38) is fastened to the component carrier (12).
5. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Ende (36) der Adern (38) lose liegt. 5. Safety switching device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a second end (36) of the wires (38) is loose.
6. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (36) vollständig isoliert ist.6. Safety switching device according to claim 5, characterized in that the second end (36) is completely isolated.
7. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gerätegehäuse (44) mit einer Gehäusewand (46) aufweist, wobei die Gehäusewand (46) das zweite Ende (36) in einer gewünschten Position hält.7. Safety switching device according to claim 5 or 6, characterized in that it has a device housing (44) with a housing wall (46), the housing wall (46) holding the second end (36) in a desired position.
8. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauelementeträger (12) eine erste (28) und eine gegenüberliegende zweite Seite (24) aufweist, wobei das elektronische Bauelement (14, 16, 18, 20) auf der ersten Seite (28) angeordnet ist und wobei die zweite Seite (24) eine flächige Metallisierung (42) aufweist.8. Safety switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the component carrier (12) has a first (28) and an opposite second side (24), the electronic component (14, 16, 18, 20) on the first side (28) is arranged and wherein the second side (24) has a flat metallization (42).
9. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbandkabel (30, 32; 62) das elektronische Bauelement (14, 16, 18, 20) auf der ersten Seite (28) des Bauelementeträgers (12) umgibt.9. Safety switching device according to claim 8, characterized in that the ribbon cable (30, 32; 62) surrounds the electronic component (14, 16, 18, 20) on the first side (28) of the component carrier (12).
10. Sicherheitsschaltgerat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (38) des Flachbandkabels (30, 32) mit der flächigen Metallisierung (42) elektrisch leitfähig verbunden sind.10. Safety switching device according to claim 8 or 9, characterized in that the wires (38) of the ribbon cable (30, 32) with the flat metallization (42) are electrically conductively connected.
11. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbandkabel (62) den Bauelementeträger (12) von zumindest zwei Seiten umgibt. 11. Safety switching device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the ribbon cable (62) surrounds the component carrier (12) from at least two sides.
12. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung ferner zumindest eine metallische Wand (70) beinhaltet, in deren Bereich das Flachbandkabel (62) verläuft.12. Safety switching device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the shield further includes at least one metallic wall (70), in the area of which the ribbon cable (62) runs.
13. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung zumindest zwei Flachbandkabel (30, 32) beinhaltet, die sich teilweise überlappen.13. Safety switching device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the shield includes at least two ribbon cables (30, 32) which partially overlap.
14. Sicherheitsschaltgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (38) des Flachbandkabels (62) unterschiedlich abgelängt sind.14. Safety switching device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the wires (38) of the ribbon cable (62) are cut to length differently.
15. Verwendung eines Flachbandkabels (30, 32; 62) zum Abschirmen von elektronischen Bauelementen (14, 16, 18, 20) gegenüber elektromagnetischen Störstrahlungen bei einem Sicherheitsschaltgerat (10; 60), insbesondere einem Sicherheitsschaltgerat zum sicheren Abschalten von industriellen Maschinenanlagen. 15. Use of a ribbon cable (30, 32; 62) for shielding electronic components (14, 16, 18, 20) against electromagnetic interference radiation in a safety switching device (10; 60), in particular a safety switching device for safely switching off industrial machine systems.
PCT/EP2002/008607 2001-08-28 2002-08-02 Safety switchgear, especially for safely switching off industrial machinery WO2003022025A1 (en)

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DE2001142737 DE10142737B4 (en) 2001-08-28 2001-08-28 Safety switching device, in particular for safe shutdown of industrial machinery
DE10142737.9 2001-08-28

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