DE102011120276A1 - Resistor i.e. current measuring resistor, for measuring electric current, has heat sinks electrically isolated from resistor element and thermally and physically connected with resistor element for partially receiving and dissipating heat - Google Patents

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Abstract

The resistor i.e. current measuring resistor (1), has a connector (2) made from electrically conducting material for conducting electrical current into the resistor, and another connector (3) for dissipating the current from the resistor. A resistor element (4) is arranged between the connectors such that the current flows through the element, where electrical dissipated heat is produced in the element. Heat sinks (12, 13) are electrically isolated from the element and thermally and physically connected with the element for partially receiving and dissipating the heat.

Description

Die Erfindung betrifft einen Widerstand, insbesondere einen Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms.The invention relates to a resistor, in particular a current measuring resistor for measuring an electric current.

Aus EP 605 800 A1 ist ein derartiger Strommesswiderstand bekannt, der aus zwei plattenförmigen Anschlussteilen aus Kupfer und einem zwischen die beiden Anschlussteile eingesetzten niederohmigen Widerstandselement aus Manganin® besteht. Hierbei wird der zu messende elektrische Strom über die Anschlussteile in den Strommesswiderstand eingeleitet bzw. von dem Strommesswiderstand abgeführt, so dass der zu messende elektrische Strom durch das niederohmige Widerstandselement fließt und dabei einen Spannungsabfall über dem Widerstandselement erzeugt, der entsprechend dem Ohmschen Gesetz proportional zu dem zu messenden elektrischen Strom ist. Bei einer Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik wird der zu messende elektrische Strom also über zwei Leiter in dem Strommesswiderstand eingeleitet bzw. daraus abgeführt, während über zwei weitere Leiter die Spannung gemessen wird, die über dem Widerstandselement abfällt.Out EP 605 800 A1 is known such a current measuring resistor, which consists of two plate-shaped connecting parts made of copper and an inserted between the two connecting parts low resistance element manganin ®. Here, the electrical current to be measured is introduced via the connection parts in the current measuring resistor or dissipated by the current measuring resistor, so that the electrical current to be measured flows through the low-resistance element and thereby generates a voltage drop across the resistor element, which in accordance with Ohm's law proportional to the is to be measured electric power. In a current measurement according to the known four-wire technique, the electric current to be measured is thus introduced via two conductors in the current measuring resistor or dissipated therefrom, while the voltage which drops across the resistor element is measured via two further conductors.

Problematisch an derartigen Strommesswiderständen ist die hohe Verlustwärme, die im Kurzschlussfall in dem Widerstandselement erzeugt wird und zu einer entsprechenden Erwärmung des Widerstandselements führt.The problem with such current measuring resistors is the high heat loss, which is generated in the short circuit case in the resistance element and leads to a corresponding heating of the resistive element.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Widerstand zu schaffen.The invention is therefore based on the object to provide a correspondingly improved resistance.

Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Widerstand gemäß dem Hauptanspruch gelöst.This object is achieved by a resistor according to the invention according to the main claim.

Der erfindungsgemäße Widerstand weist in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Strommesswiderstand zwei Anschlussteile aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial auf, um den elektrischen Strom in den Widerstand einzuleiten bzw. aus dem Widerstand abzuführen. Bei dem Leitermaterial der beiden Anschlussteile handelt es sich vorzugsweise um Kupfer oder eine Kupferlegierung, da deren spezifischer elektrischer Widerstand äußerst gering ist. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Leitermaterials der Anschlussteile nicht auf Kupfer oder Kupferlegierungen beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Leitermaterialien realisierbar, die einen hinreichend geringen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen. Vorzugsweise ist der spezifische elektrische Widerstand des Leitermaterials kleiner als 10–5 Ω·m, 10–6 Ω·m oder sogar kleiner als 10–7 Ω·m. Insbesondere ist auch eine Ausführung der Anschlussteile in der Form denkbar, dass Cu-Plättchen oder Plättchen eines anderen leitfähigen Materials flächig auf das entsprechend verlängerte Widerstandmaterial aufgelötet oder geschweißt sind.The resistor according to the invention has, in accordance with the conventional current measuring resistor described above, two connecting parts made of an electrically conductive conductor material in order to introduce the electric current into the resistor or to dissipate it out of the resistor. The conductor material of the two connection parts is preferably copper or a copper alloy, since their specific electrical resistance is extremely low. However, the invention is not limited to copper or copper alloys with respect to the conductor material of the connecting parts, but in principle also with other conductor materials can be realized, which have a sufficiently low electrical resistivity. Preferably, the electrical resistivity of the conductor material is less than 10 -5 Ω · m, 10 -6 Ω · m or even less than 10 -7 Ω · m. In particular, an embodiment of the connection parts in the form is conceivable that Cu-platelets or platelets of another conductive material are soldered or welded flat on the correspondingly extended resistance material.

Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Widerstand in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Strommesswiderstand ein Widerstandselement auf, das im Stromflusspfad zwischen den beiden Anschlussteilen angeordnet ist, so dass der elektrische Strom durch das Widerstandselement fließt und dabei eine elektrische Verlustwärme in dem Widerstandselement erzeugt. Das Widerstandselement besteht hierbei aus einem Widerstandsmaterial, dessen spezifischer elektrischer Widerstand größer ist als der spezifische elektrische Widerstand des Leitermaterials der beiden Anschlussteile. Beispielsweise kann es sich bei dem Widerstandsmaterial des Widerstandselements um eine Nickellegierung handeln, wie beispielsweise Nickel-Chrom oder Kupfer-Nickel.Moreover, in accordance with the conventional current measuring resistor described above, the resistor according to the present invention has a resistance element disposed in the current flow path between the two terminal parts, so that the electric current flows through the resistance element, thereby generating an electric loss heat in the resistance element. In this case, the resistance element consists of a resistance material whose specific electrical resistance is greater than the specific electrical resistance of the conductor material of the two connection parts. For example, the resistive material of the resistive element may be a nickel alloy, such as nickel-chromium or copper-nickel.

Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung ein Widerstandsmaterial verwendet, das gegenüber dem Leitermaterial (z. B. Kupfer) nur eine geringe Thermospannung aufweist. Dies ist vorteilhaft, da die Strommessung dann kaum durch Thermospannungen verfälscht wird. Vorzugsweise zeigt das Widerstandsmaterial deshalb in der Thermoelektrischen Spannungsreihe gegenüber Kupfer eine Thermospannung von weniger als 1 mV/100 K, 0,5 mV/100 K oder sogar weniger als 0,2 mV/100 K.Preferably, a resistance material is used in the context of the invention which has only a low thermal voltage compared to the conductor material (eg copper). This is advantageous because the current measurement is then hardly distorted by thermal voltages. Therefore, in the thermoelectric voltage series, the resistance material preferably exhibits a thermal voltage of less than 1 mV / 100 K, 0.5 mV / 100 K or even less than 0.2 mV / 100 K.

Hierbei ist zu erwähnen, dass das Widerstandsmaterial vorzugsweise niederohmig ist und einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, der vorzugsweise kleiner ist als 10–4 Ω·m, 10–5 Ω·m oder sogar kleiner als 10–6 Ω·m.It should be noted here that the resistance material is preferably low-resistance and has a specific electrical resistance which is preferably less than 10 -4 Ω · m, 10 -5 Ω · m or even less than 10 -6 Ω · m.

Für eine möglichst temperaturkonstante Messung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Widerstandsmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem möglichst kleinen linearen Temperaturkoeffizienten aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Widerstand ist der Temperaturkoeffizient des Widerstandsmaterials deshalb vorzugsweise kleiner als 5·10–4 K–1, 2·10–4 K–1, 10–4 K–1 oder sogar kleiner als 5·10–5 K–1.For a possible temperature-constant measurement, it is also advantageous if the resistance material has a specific electrical resistance with the smallest possible linear temperature coefficient. Therefore, in the resistor of the invention, the temperature coefficient of the resistive material is preferably less than 5 × 10 -4 K -1 , 2 × 10 -4 K -1 , 10 -4 K -1, or even less than 5 × 10 -5 K -1 .

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der durch den Widerstand fließende elektrische Strom in dem Widerstandselement eine elektrische Verlustwärme erzeugt, die zu einer entsprechenden Erwärmung des Widerstandselements führt, was insbesondere im Kurzschlussfall relevant ist. Zur zwischenzeitlichen Speicherung und Abführung dieser elektrischen Verlustwärme weist der erfindungsgemäße Widerstand deshalb zusätzlich eine Wärmesenke auf, die thermisch und physisch mit dem Widerstandselement verbunden ist und die in dem Widerstandselement entstehende elektrische Verlustwärme mindestens teilweise aufnimmt und abführt.It has already been mentioned above that the electrical current flowing through the resistor generates a loss of electrical heat in the resistor element, which leads to a corresponding heating of the resistor element, which is particularly relevant in the case of a short circuit. For temporary storage and removal of this electrical heat loss, the resistor according to the invention therefore additionally has a heat sink, which is thermally and physically connected to the resistive element and in the Resistive element resulting at least partially absorbs and dissipates electrical loss heat.

Zum einen erfüllt die Wärmesenke also die technische Funktion eines Wärmepuffers, der die im Kurzschlussfall auftretende elektrische Verlustwärme kurzzeitig zwischenspeichert, bevor die Verlustwärme dann endgültig nach außen abgeführt wird. Zur Erfüllung dieser technischen Funktion weist die Wärmesenke vorzugsweise eine große Wärmekapazität auf, damit die Wärmesenke im Kurzschlussfall möglichst viel Wärme speichern kann. Die Wärmesenke besteht deshalb vorzugsweise aus einem metallischen Wärmesenkenmaterial mit hoher Wärmekapazität. Die Wärmekapazität der Wärmesenke lässt sich jedoch nicht nur durch eine geeignete Materialauswahl steigern, sondern auch durch die Verwendung einer möglichst großen und schweren Wärmesenke. Bei dem erfindungsgemäßen Widerstand weist die Wärmesenke deshalb vorzugsweise ein wesentlich größeres Bauvolumen und/oder eine wesentlich größere Masse auf als das Widerstandselement selbst. Wichtig ist hierbei, dass die Wärmesenke eine größere Wärmekapazität aufweist als das Widerstandselement, wobei die Wärmekapazität der Wärmesenke vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 10, 20 oder sogar 30 größer ist als die Wärmekapazität des Widerstandselements.On the one hand, the heat sink thus fulfills the technical function of a heat buffer, which temporarily stores the electrical heat loss occurring in the event of a short circuit, before the heat loss is finally dissipated to the outside. To fulfill this technical function, the heat sink preferably has a large heat capacity so that the heat sink can store as much heat as possible in the event of a short circuit. The heat sink is therefore preferably made of a metallic heat sink material with high heat capacity. However, the heat capacity of the heat sink can be increased not only by a suitable selection of materials, but also by the use of a large and heavy heat sink. In the case of the resistor according to the invention, therefore, the heat sink preferably has a significantly larger construction volume and / or a substantially greater mass than the resistance element itself. It is important here for the heat sink to have a greater heat capacity than the resistance element, wherein the heat capacity of the heat sink is preferably by a factor of at least 10, 20 or even 30 greater than the heat capacity of the resistive element.

Zum anderen soll die Wärmesenke aber auch die technische Funktion der Wärmeabführung erfüllen, d. h. die Wärmesenke soll die elektrische Verlustwärme nicht nur kurzzeitig zwischenspeichern, sondern auch nach außen abführen. Zur Erfüllung dieser technischen Funktion ist eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit des Wärmesenkenmaterials und eine gute Ableitung der Wärme an die Umgebung n von Bedeutung. Das Wärmesenkenmaterial weist deshalb vorzugsweise eine spezifische Warmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m·K, 150 W/m·K oder sogar mehr als 200 W/m·K auf. Zusätzlich ist eine gute Ableitung der Wärme an die Umgebung von Bedeutung, z. B. über die massiven Cu-Anschlusskontakte der Stromzuführung oder die Oberflächen.On the other hand, the heat sink but also meet the technical function of heat dissipation, d. H. The heat sink should not only temporarily store the electrical heat loss, but also dissipate it to the outside. In order to fulfill this technical function, the best possible thermal conductivity of the heat sink material and a good dissipation of the heat to the surroundings are important. The heat sink material therefore preferably has a specific thermal conductivity of more than 100 W / mK, 150 W / mK or even more than 200 W / mK. In addition, a good dissipation of heat to the environment is important, for. B. over the massive Cu terminal contacts of the power supply or the surfaces.

Die vorstehend genannten technischen Funktionen (Wärmespeicherung und Wärmeabführung) werden vorteilhaft von einer Wärmesenke realisiert, die aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht.The aforementioned technical functions (heat storage and heat dissipation) are advantageously realized by a heat sink, which consists of aluminum or an aluminum alloy.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Wärmesenke mehrteilig und besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil, wobei das Oberteil das Widerstandselement an dessen Oberseite thermisch und physisch kontaktiert, während das Unterteil der Wärmesenke das Widerstandselement an dessen Unterseite thermisch und physisch kontaktiert. Vorzugsweise wird das Widerstandselement hierbei oben und unten auf seiner gesamten Fläche von der Wärmesenke kontaktiert, um einen möglichst guten Wärmeübergang von dem Widerstandselement auf die Wärmesenke zu erreichen.In a preferred embodiment of the invention, the heat sink is multi-piece and consists of a top and a bottom, the top thermally and physically contacting the resistive element at its top, while the bottom of the heat sink thermally and physically contacts the resistive element at its bottom. In this case, the resistance element is preferably contacted by the heat sink at the top and bottom over its entire area in order to achieve the best possible heat transfer from the resistance element to the heat sink.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Wärmesenke vorzugsweise aus einem Wärmesenkenmaterial mit einer guten thermischen Leitfähigkeit besteht. Eine gute thermische Leitfähigkeit korrespondiert jedoch in der Regel auch mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit, die bei einem Berührungskontakt zwischen der Wärmesenke und dem Widerstand zu einem Kurzschluss führen könnte. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Wärmesenke deshalb von einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht umgeben, um einen derartigen Kurzschluss zu vermeiden. Bei einem Aluminium-Bauteil kann diese elektrisch isolierende Oberflächenschicht beispielsweise durch einen Eloxiervorgang erzeugt werden, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Wärmesenke also aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Aluminium-Bauteil mit einer elektrisch isolierenden Oxidschicht an der Oberfläche.It has already been mentioned above that the heat sink is preferably made of a heat sink material having a good thermal conductivity. However, good thermal conductivity usually also corresponds to good electrical conductivity, which could result in a short circuit on contact between the heat sink and the resistor. In the preferred embodiment of the invention, therefore, the heat sink is surrounded by an electrically insulating surface layer to avoid such a short circuit. In the case of an aluminum component, this electrically insulating surface layer can be produced, for example, by an anodization process, which is known per se from the prior art. In the preferred embodiment, the heat sink thus consists of an electrically and thermally conductive aluminum component with an electrically insulating oxide layer on the surface.

Es wurde bereits vorstehend darauf hingewiesen, dass ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen dem Widerstandselement und der Wärmesenke vorteilhaft ist, um die bei einem Kurzschluss auftretende Erwärmung des Widerstandselements möglichst gering zu halten. Zwischen der Wärmesenke und dem Widerstandselement ist deshalb vorzugsweise ein Wärmeleitmittel angeordnet, wie beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder konkret eine Keramikpaste. Dieses Material ist als dünne Schicht aufgetragen, um kleinste Unebenheiten von Shunt und Kühlkörper auszugleichen und damit einen guten Wärmeübergang zwischen Shunt und Kühlkörpern zu garantieren.It has already been pointed out above that the best possible heat transfer between the resistive element and the heat sink is advantageous in order to minimize the occurring in a short circuit heating of the resistive element. Between the heat sink and the resistance element, therefore, a heat conducting means is preferably arranged, such as, for example, a thermal paste or, more specifically, a ceramic paste. This material is applied as a thin layer to compensate for the smallest bumps of shunt and heat sink and thus guarantee a good heat transfer between shunt and heat sinks.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Strommesswiderstand zwei integrierte Spannungsabgriffe auf, um die über dem Widerstandselement abfallende elektrische Spannung zu messen. Die beiden Spannungsabgriffe sind deshalb jeweils an den beiden Anschlussteilen (am Übergang zwischen Widerstandsmaterial und den Cu-Anschlussteilen) angebracht und vorzugsweise elektrisch und physisch mit den beiden Anschlussteilen verbunden. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Widerstand in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei integrierte Messleitungen auf, die an die beiden Spannungsabgriffe angeschlossen sind, wobei die beiden Messleitungen mit einem Teil ihrer Länge innerhalb des erfindungsgemäßen Widerstands verlaufen.In the preferred embodiment of the invention, the current measuring resistor has two integrated voltage taps to measure the voltage drop across the resistance element. The two voltage taps are therefore each attached to the two connection parts (at the transition between resistance material and the Cu connection parts) and preferably electrically and physically connected to the two connection parts. In addition, the resistor according to the invention in the preferred embodiment, two integrated measuring leads, which are connected to the two voltage taps, wherein the two measuring leads extend with a portion of their length within the resistor according to the invention.

Vorzugsweise sind die beiden Messleitungen des erfindungsgemäßen Widerstands als Streifenleiter ausgebildet, d. h. die beiden Leitungen liegen in einer Flexleitung deckungsgleich in sehr geringem Abstand (z. B. 25 μm) übereinander, was die Empfindlichkeit gegenüber Störeinstrahlung verringert und das Frequenzverhalten des Shunts erheblich verbessert.Preferably, the two test leads of the resistor according to the invention are designed as strip conductors, ie the two leads are in a flex line congruent at a very short distance (eg 25 microns) on top of each other, which reduces the sensitivity to interference and significantly improves the frequency response of the shunt.

Zur Führung der beiden Messleitungen kann das Widerstandselement auch eine Nut oder einen Schlitz aufweisen, so dass die Messleitungen zwischen dem Widerstandselement und der Wärmesenke verlaufen können, ohne den Wärmekontakt zwischen dem Widerstandselement und der Wärmesenke wesentlich zu beeinträchtigen.For guiding the two measuring lines, the resistance element can also have a groove or a slot, so that the measuring lines can run between the resistance element and the heat sink without substantially impairing the thermal contact between the resistance element and the heat sink.

Die Führung der beiden Messleitungen von den außen liegenden Anschlussteilen nach innen ist vorteilhaft, weil dadurch die Induktivität der Messschleife verringert und der Frequenzgang verbessert wird. Die beiden Messleitungen sind deshalb vorzugsweise zu einem gemeinsamen Anschlusspunkt in der Mitte zwischen den beiden Anschlussteilen geführt, von wo die beiden Messleitungen in einem gemeinsamen Kabelstrang nach außen geführt sind. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Anschlussteile eine Prägung aufweisen können zur Aufnahme der vorstehend erwähnten Spannungsabgriffe.The guidance of the two measuring leads from the outer connecting parts inwards is advantageous because it reduces the inductance of the measuring loop and improves the frequency response. The two measuring lines are therefore preferably led to a common connection point in the middle between the two connecting parts, from where the two measuring lines are guided in a common cable harness to the outside. It should also be mentioned that the connection parts can have an embossing for receiving the abovementioned voltage taps.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wärmesenke mit dem Widerstandselement und/oder mit den Anschlussteilen mechanisch fest verbunden, beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder durch eine Nietverbindung.In the preferred embodiment, the heat sink is mechanically fixedly connected to the resistance element and / or to the connection parts, for example by a screw connection or by a riveted connection.

Ferner ist zu erwähnen, dass das Widerstandselement vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Anschlussteilen einen größeren Stromflussquerschnitt aufweist als außen an den Kontaktstellen zu den Anschlussteilen. Dies ist vorteilhaft, weil der größere Stromflussquerschnitt in der Mitte zwischen den beiden Anschlussteilen dort zu einem entsprechend kleineren Ohmschen Widerstand führt, so dass in der Mitte zwischen den beiden Anschlussteilen entsprechend weniger Verlustleistung erzeugt wird. Dies ist wiederum vorteilhaft, weil die Abführung der elektrischen Verlustleistung im Wesentlichen über die außen liegenden Anschlussteile erfolgt, so dass außen in der Nähe der Anschlussteile auch eine größere elektrische Verlustleistung erzeugt werden sollte.It should also be mentioned that the resistance element preferably has a larger current flow cross section in the middle between the two connection parts than outside at the contact points to the connection parts. This is advantageous because the larger current flow cross section in the middle between the two connection parts leads there to a correspondingly smaller ohmic resistance, so that correspondingly less power loss is generated in the middle between the two connection parts. This in turn is advantageous because the dissipation of the electrical power dissipation essentially takes place via the external connection parts, so that a larger electrical power loss should be generated outside in the vicinity of the connection parts.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Widerstandselement in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wesentlich dünner ist als die Anschlussteile.It should also be mentioned that the resistance element in the preferred embodiment of the invention is substantially thinner than the connection parts.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich die Wärmesenke nicht nur über den Bereich des Widerstandselements, sondern in seitlicher Richtung zumindest auch teilweise über eine der beiden Anschlussteile. Beispielsweise kann die Wärmesenke zur Verbesserung der Wärmeableitung zum Stromanschlusskontakt eine Zunge aufweisen, die seitlich in Deckung über einer entsprechenden Zunge eines der beiden Anschlussteile liegt, wobei eine Anschlussbohrung durch die beiden Zungen von Anschlussteil und Wärmesenke hindurchgehen kann.In the preferred embodiment of the invention, the heat sink extends not only over the region of the resistance element, but in the lateral direction at least partially over one of the two connection parts. For example, to improve heat dissipation to the power terminal contact, the heat sink may have a tongue laterally overlying a corresponding tongue of one of the two terminal parts, with a terminal hole passing through the two tabs of terminal and heat sink.

Ferner ist noch zu erwähnen, dass die Anschlussteile und/oder das Widerstandselement vorzugsweise plattenförmig sind, wobei auch eine gebogene Plattenform in Frage kommt.It should also be mentioned that the connection parts and / or the resistance element are preferably plate-shaped, wherein a bent plate shape is also suitable.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are explained in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention.

Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die Explosionsdarstellung in 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1 beschrieben.The following is now with reference to the exploded view in 1 a preferred embodiment of a current measuring resistor according to the invention 1 described.

Der Strommesswiderstand 1 weist zwei plattenförmige Anschlussteile 2, 3 auf, um den zu messenden elektrischen Strom in den Strommesswiderstand 1 einzuleiten bzw. von dem Strommesswiderstand 1 abzuführen. Die beiden plattenförmigen Anschlussteile 2, 3 bestehen in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer, um Spannungsabfälle innerhalb der Anschlussteile 2, 3 zu vermeiden.The current measuring resistor 1 has two plate-shaped connecting parts 2 . 3 on to the electrical current to be measured in the current sense resistor 1 to initiate or from the current measuring resistor 1 dissipate. The two plate-shaped connection parts 2 . 3 consist in this embodiment of copper, to voltage drops within the connecting parts 2 . 3 to avoid.

Zwischen die beiden Anschlussteile 2, 3 ist ein niederohmiges plattenförmiges Widerstandselement aus Nickel-Chrom oder Kupfer-Nickel eingesetzt, wobei das Widerstandselement 4 durch eine Verschweißung (bevorzugt Elektronenstrahlverschweißung) mit den beiden Anschlussteilen 2, 3 verbunden ist.Between the two connecting parts 2 . 3 is a low-resistance plate-shaped resistor element of nickel-chromium or copper-nickel used, wherein the resistance element 4 by a welding (preferably electron beam welding) with the two connecting parts 2 . 3 connected is.

Bei einer Strommessung fließt der zu messende elektrische Strom also durch das Widerstandselement 4, so dass der Spannungsabfall über dem Widerstandselement 4 entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom bildet. Zur Messung dieses Spannungsabfalls sind zwei Spannungsabgriffe 5, 6 vorgesehen, wobei der Spannungsabgriff 5 physisch und elektrisch mit dem Anschlussteil 2 verbunden ist, während der Spannungsabgriff 6 physisch und elektrisch mit dem anderen Anschlussteil 3 verbunden ist. An die beiden Spannungsabgriffe 5, 6 sind zwei Messleitungen 7, 8 angeschlossen, die als Streifenleiter ausgebildet sind und in einer Nut 9 in dem Widerstandselement 4 von den außen liegenden Anschlussteilen 2, 3 nach innen und dann in einem gemeinsamen Kabelstrang 11 durch ein Loch im oberen Wärmesenkenbauteil 12 nach außen geführt zu einem Anschlusspunkt 10 geführt sind, um die über dem Widerstandselement 4 abfallende elektrische Spannung messbar zu machen.In the case of a current measurement, the electric current to be measured therefore flows through the resistance element 4 so that the voltage drop across the resistor element 4 according to the Ohm's law forms a measure of the electrical current to be measured. To measure this voltage drop are two voltage taps 5 . 6 provided, wherein the voltage tap 5 physically and electrically with the connector 2 is connected while the voltage tap 6 physically and electrically with the other connector 3 connected is. To the two voltage taps 5 . 6 are two test leads 7 . 8th connected, which are formed as a strip conductor and in a groove 9 in the resistance element 4 from the external connection parts 2 . 3 inside and then in a common harness 11 through a hole in the upper heat sink component 12 led to the outside to a connection point 10 are led to the over the resistive element 4 to make falling electrical voltage measurable.

Darüber hinaus weist der Strommesswiderstand 1 zwei Wärmesenkenbauteile 12, 13 auf, die aus Aluminium mit einer eloxierten Oberflächenoxidschicht bestehen, wobei die beiden Wärmesenkenbauteile 12, 13 das Widerstandselement 4 an seiner Oberseite bzw. an seiner Unterseite vollflächig thermisch und physisch kontaktieren, um einen möglichst guten Wärmeübergang von dem Widerstandselement 4 auf die beiden Wärmesenkenbauteile 12, 13 zu erreichen. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist zwischen dem Widerstandselement 4 und den beiden Wärmesenkenbauteilen 12, 13 eine Wärmeleitpaste angebracht. Bei der Montage werden die beiden Wärmesenkenbauteile 12, 13 durch Schrauben 14, 15 zusammengeschraubt.In addition, the current measuring resistor has 1 two heat sink components 12 . 13 made of aluminum with an anodized surface oxide layer, the two heat sink components 12 . 13 the resistance element 4 Contact thermally and physically on its upper side or on its underside over the entire surface in order to achieve the best possible heat transfer from the resistance element 4 on the two heat sink components 12 . 13 to reach. To improve the heat transfer is between the resistance element 4 and the two heat sink components 12 . 13 a thermal grease attached. During assembly, the two heat sink components 12 . 13 by screws 14 . 15 screwed together.

Ferner ist noch zu erwähnen, dass sich in den beiden Anschlussteilen 2, 3 jeweils eine Anschlussbohrung 16, 17 befindet, um beispielsweise eine Stromklemme anschließen zu können.It should also be mentioned that in the two connecting parts 2 . 3 one connection hole each 16 . 17 located, for example, to be able to connect a power terminal.

In diesem Ausführungsbeispiel weist das Wärmesenkenbauteil 13 eine Zunge 18 auf, die seitlich in Deckung mit dem Anschlussteil 2 liegt und ebenfalls eine Anschlussbohrung 19 aufweist, wobei die beiden Anschlussbohrungen 16, 19 fluchten.In this embodiment, the heat sink component 13 a tongue 18 on, the side in line with the connection part 2 is located and also a connection hole 19 having, wherein the two connection holes 16 . 19 aligned.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die einzelnen Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.The invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a variety of variants and modifications is possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope. In addition, the invention also claims protection for the subject matter and the individual features of the dependent claims independently of the claims referred to.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StrommesswiderstandCurrent sense resistor
2, 32, 3
Anschlussteileconnectors
44
Widerstandselementresistive element
5, 65, 6
Spannungsabgriffevoltage taps
7, 87, 8
MessleitungenTest leads
99
Nutgroove
1010
Anschlusspunktconnection point
1111
Kabelstrangwire harness
12, 1312, 13
WärmesenkenbauteileHeat sink components
14, 1514, 15
Schraubenscrew
16, 1716, 17
Anschlussbohrungconnection bore
1818
Zungetongue
1919
Anschlussbohrungconnection bore

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 605800 A1 [0002] EP 605800 A1 [0002]

Claims (12)

Widerstand (1), insbesondere Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms, mit a) einem ersten Anschlussteil (2) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial zum Einleiten eines elektrischen Stroms in den Widerstand (1), b) einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial zum Abführen des elektrischen Stroms aus dem Widerstand (1), c) einem Widerstandselement (4), wobei c1) das Widerstandselement (4) aus einem Widerstandsmaterial besteht, dessen spezifischer elektrischer Widerstand (1) größer ist als der spezifische elektrische Widerstand (1) des Leitermaterials der beiden Anschlussteile (2, 3), und c2) das Widerstandselement (4) elektrisch zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet ist, so dass der elektrische Strom durch das Widerstandselement (4) fließt, und c3) der elektrische Strom eine elektrische Verlustwärme in dem Widerstandselement (4) erzeugt, gekennzeichnet durch d) eine elektrisch von dem Widerstandselement (4) isolierte Wärmesenke (12, 13), die thermisch und physisch mit dem Widerstandselement (4) verbunden ist und die in dem Widerstandselement (4) entstehende elektrische Verlustwärme mindestens teilweise aufnimmt und abführt.Resistance ( 1 ), in particular current measuring resistor for measuring an electric current, with a) a first connection part ( 2 ) of an electrically conductive conductor material for introducing an electrical current into the resistor ( 1 ), b) a second connection part ( 3 ) of an electrically conductive conductor material for removing the electric current from the resistor ( 1 ), c) a resistive element ( 4 ), where c1) the resistance element ( 4 ) consists of a resistance material whose specific electrical resistance ( 1 ) is greater than the specific electrical resistance ( 1 ) of the conductor material of the two connecting parts ( 2 . 3 ), and c2) the resistive element ( 4 ) electrically between the first connection part ( 2 ) and the second connection part ( 3 ) is arranged so that the electrical current through the resistance element ( 4 ) and c3) the electric current is a loss of electrical energy in the resistive element ( 4 ), characterized by d) an electrical from the resistive element ( 4 ) insulated heat sink ( 12 . 13 ) thermally and physically with the resistive element ( 4 ) and in the resistance element ( 4 ) at least partially absorbs and dissipates resulting electrical heat loss. Widerstand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Wärmesenke (12, 13) aus einem Wärmesenkenmaterial besteht, das eine größere spezifische Wärmekapazität aufweist als das Leitermaterial und/oder das Widerstandsmaterial, und/oder b) dass das Wärmesenkenmaterial eine spezifische Wärmekapazität von mehr als 400 J/kg·K, 600 J/kg·K oder 800 J/kg·K aufweist, und/oder c) dass die Wärmesenke (12, 13) eine wesentlich größere Wärmekapazität aufweist als das Widerstandselement (4), und/oder d) dass die Wärmekapazität der Wärmesenke (12, 13) um einen Faktor von mindestens 10, 20 oder 30 größer ist als die Wärmekapazität des Widerstandselement (4)s, und/oder e) dass die Wärmesenke (12, 13) ein wesentlich größeres Bauvolumen und/oder eine wesentlich größere Masse aufweist als das Widerstandselement (4), und/oder f) dass das Wärmesenkenmaterial eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mehr als 100 W/m·K, 150 W/m·K oder 200 W/m·K aufweist, und/oder g) dass die Wärmesenke (12, 13) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einem Aluminium-Kupfer plattierten Material besteht.Resistance ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a) that the heat sink ( 12 . 13 ) is made of a heat sink material having a larger specific heat capacity than the conductor material and / or the resistance material, and / or b) the heat sink material has a specific heat capacity of more than 400 J / kg.K, 600 J / kg.K or 800 J / kg · K, and / or c) that the heat sink ( 12 . 13 ) has a much greater heat capacity than the resistive element ( 4 ), and / or d) that the heat capacity of the heat sink ( 12 . 13 ) by a factor of at least 10, 20 or 30 greater than the heat capacity of the resistive element ( 4 ) s, and / or e) that the heat sink ( 12 . 13 ) has a significantly larger volume of construction and / or a substantially greater mass than the resistance element ( 4 ), and / or f) that the heat sink material has a specific thermal conductivity of more than 100 W / m · K, 150 W / m · K or 200 W / m · K, and / or g) that the heat sink ( 12 . 13 ) consists of aluminum or an aluminum alloy or an aluminum-copper plated material. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Wärmesenke (12, 13) ein Oberteil (13) und ein Unterteil (12) aufweist, die das Widerstandselement (4) oben bzw. unten thermisch und physisch kontaktieren, und/oder b) dass die Wärmesenke (12, 13) das Widerstandselement (4) oben und unten auf seiner gesamten Fläche berührt.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the heat sink ( 12 . 13 ) a top ( 13 ) and a lower part ( 12 ) comprising the resistive element ( 4 ) contact thermally and physically above and below, and / or b) that the heat sink ( 12 . 13 ) the resistance element ( 4 ) touched above and below on its entire surface. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Wärmesenke (12, 13) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und b) dass die Wärmesenke (12, 13) eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht aufweist, insbesondere eine eloxierte Oxidschicht.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the heat sink ( 12 . 13 ) consists of an electrically conductive material, in particular aluminum or an aluminum alloy, and b) that the heat sink ( 12 . 13 ) has an electrically insulating surface layer, in particular an anodized oxide layer. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmesenke (12, 13) und dem Widerstandselement (4) ein Wärmeleitmittel angeordnet ist, insbesondere eine Wärmeleitpaste oder eine dünne Keramikschicht.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the heat sink ( 12 . 13 ) and the resistance element ( 4 ) a heat conducting means is arranged, in particular a thermal paste or a thin ceramic layer. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass zur Messung der über dem Widerstandselement (4) abfallenden elektrischen Spannung zwei Spannungsabgriffe (5, 6) an den beiden Anschlussteilen (2, 3) vorgesehen sind, und b) dass an die beiden Spannungsabgriffe (5, 6) zwei Messleitungen (7, 8) angeschlossen sind.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that for measuring the above the resistive element ( 4 ) falling voltage two voltage taps ( 5 . 6 ) at the two connection parts ( 2 . 3 ) and b) that the two voltage taps ( 5 . 6 ) two test leads ( 7 . 8th ) are connected. Widerstand (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die beiden Messleitungen (7, 8) auf einem Teil ihrer Länge zwischen dem Widerstandselement (4) und der Wärmesenke (12, 13) verlaufen, und/oder b) dass die beiden Messleitungen (7, 8) auf einem Teil ihrer Länge in einer Nut (9) oder in einem Schlitz in dem Widerstandselement (4) verlaufen, und/oder c) dass die beiden Messleitungen (7, 8) auf einem Teil ihrer Länge parallel zur Stromflussrichtung in dem Widerstandselement (4) verlaufen, und/oder d) dass die beiden Messleitungen (7, 8) zumindest auf einem Teil ihrer Länge als Streifenleiter ausgebildet sind, und/oder e) dass die beiden Messleitungen (7, 8) von den außen liegenden Spannungsabgriffen (5, 6) nach außen zu einem gemeinsamen Anschlusspunkt (10) geführt sind, und/oder f) dass die Anschlussteile (2, 3) eine Prägung aufweist zur Aufnahme der Spannungsabgriffe (5, 6).Resistance ( 1 ) according to claim 6, characterized in that a) that the two measuring lines ( 7 . 8th ) on a part of its length between the resistive element ( 4 ) and the heat sink ( 12 . 13 ), and / or b) that the two test leads ( 7 . 8th ) on a part of their length in a groove ( 9 ) or in a slot in the resistance element ( 4 ), and / or c) that the two test leads ( 7 . 8th ) on a part of its length parallel to the current flow direction in the resistance element ( 4 ), and / or d) that the two test leads ( 7 . 8th ) are formed at least on a part of their length as a strip conductor, and / or e) that the two measuring lines ( 7 . 8th ) from the external voltage taps ( 5 . 6 ) to the outside to a common connection point ( 10 ) and / or f) that the connecting parts ( 2 . 3 ) has an imprint for receiving the voltage taps ( 5 . 6 ). Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (12, 13) mit dem Widerstandselement (4) und/oder mit den Anschlussteilen (2, 3) verschraubt, verschweißt, verlötet, verklebt oder vernietet ist.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 12 . 13 ) with the resistance element ( 4 ) and / or with the connecting parts ( 2 . 3 ) is screwed, welded, soldered, glued or riveted. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Widerstandselement (4) in der Mitte zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) einen größeren Stromflussquerschnitt aufweist als außen an den Kontaktstellen zu den Anschlussteilen (2, 3), und/oder b) dass das Widerstandselement (4) wesentlich dünner ist als die Anschlussteile (2, 3).Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the resistance element ( 4 ) in the middle between the two connecting parts ( 2 . 3 ) has a larger current flow cross-section than outside at the contact points to the connecting parts ( 2 . 3 ), and / or b) that the resistance element ( 4 ) is substantially thinner than the connecting parts ( 2 . 3 ). Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Wärmesenke (12, 13) und zumindest eines der beiden Anschlussteile (2, 3) in einem Bereich in Deckung übereinander liegen, und/oder b) dass die Wärmesenke (12, 13) eine Anschlussbohrung aufweist, und/oder c) dass zumindest eines der Anschlussteile (2, 3) eine Anschlussbohrung aufweist, die mit der Anschlussbohrung in der Wärmesenke (12, 13) fluchtet.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the heat sink ( 12 . 13 ) and at least one of the two connection parts ( 2 . 3 ) overlap one another in an area, and / or b) that the heat sink ( 12 . 13 ) has a connection bore, and / or c) that at least one of the connection parts ( 2 . 3 ) has a connection bore which communicates with the connection bore in the heat sink ( 12 . 13 ) flees. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselement (4)s eine Nickellegierung ist, insbesondere NiCr oder CuNi, und/oder b) dass das Widerstandsmaterial in der thermoelektrischen Spannungsreihe gegenüber Kupfer eine Thermospannung von weniger als 0,5 mV/100 K, 0,3 mV/100 K oder 0,2 mV/100 K aufweist, und/oder c) dass das Widerstandsmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand (1) mit einem Temperaturkoeffizienten von weniger als 5·10–4K–1, 2·10–4K–1, 1·10–4K–1 oder 5·10–5K–1 aufweist, und/oder d) dass das Widerstandsmaterial niederohmig ist, und/oder e) dass das Widerstandsmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand (1) aufweist, der kleiner ist als 2·10–4 Ω·m, 2·10–5 Ω·m oder 2·10–6 Ω·m und/oder f) dass das Leitermaterial der Anschlussteile (2, 3) Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, und/oder g) dass das Leitermaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand (1) aufweist, der kleiner ist als 10–5 Ω·m, 10–6 Ω·m oder 10–7 Ω·m und/oder h) dass die Anschlussteile (2, 3) mechanisch fest mit dem Widerstandselement (4) verbunden sind, insbesondere durch eine Schweißnaht, insbesondere durch eine Elektronenstrahlverschweißung, und/oder i) dass die Anschlussteile (2, 3) und/oder das Widerstandselement (4) plattenförmig sind, und/oder j) dass das Widerstandselement (4) mit der Wärmesenke (12, 13) eine wesentlich größere Kontaktfläche aufweist als mit den Anschlussteilen (2, 3).Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the resistance material of the resistive element ( 4 ) s is a nickel alloy, in particular NiCr or CuNi, and / or b) that the resistance material in the thermoelectric series with respect to copper has a thermal voltage of less than 0.5 mV / 100 K, 0.3 mV / 100 K or 0.2 mV / 100 K, and / or c) that the resistance material has a specific electrical resistance ( 1 having a temperature coefficient of less than 5 · 10 -4 K -1 , 2 · 10 -4 K -1 , 1 · 10 -4 K -1 or 5 · 10 -5 K -1 , and / or d) that the resistance material is low-resistance, and / or e) that the resistance material has a specific electrical resistance ( 1 ) which is smaller than 2 × 10 -4 Ω · m, 2 × 10 -5 Ω · m or 2 × 10 -6 Ω · m and / or f) that the conductor material of the connecting parts ( 2 . 3 ) Is copper or a copper alloy, and / or g) that the conductor material has a specific electrical resistance ( 1 ), which is smaller than 10 -5 Ω · m, 10 -6 Ω · m or 10 -7 Ω · m and / or h) that the connecting parts ( 2 . 3 ) mechanically fixed to the resistive element ( 4 ) are connected, in particular by a weld, in particular by an electron beam welding, and / or i) that the connecting parts ( 2 . 3 ) and / or the resistance element ( 4 ) are plate-shaped, and / or j) that the resistance element ( 4 ) with the heat sink ( 12 . 13 ) has a much larger contact surface than with the connecting parts ( 2 . 3 ). Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Anschlussteile (2, 3) durch flächenförmiges Auflöten oder Aufschweißen von Platten aus dem Leitermaterial, insbesondere aus Kupfer, auf dem verlängerten Widerstandsmaterial erzeugt werden.Resistance ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the two connecting parts ( 2 . 3 ) are produced by surface soldering or welding of plates made of the conductor material, in particular of copper, on the extended resistance material.
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