DE102013010301A1 - Resistance alloy, component manufactured therefrom and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Widerstandslegierung (3) für einen elektrischen Widerstand, insbesondere für einen niederohmigen Strommesswiderstand, mit einem Kupfer-Bestandteil, einem Mangan-Bestandteil und einem Nickel-Bestandteil. Es wird vorgeschlagen, dass der Mangan-Bestandteil einen Massenanteil von 23% bis 28% aufweist, während der Nickel-Bestandteil einen Massenanteil von 9% bis 13% aufweist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bauelement aus einer solchen Widerstandslegierung und ein Herstellungsverfahren dafür.The invention relates to a resistance alloy (3) for an electrical resistance, in particular for a low-impedance current measuring resistor, with a copper component, a manganese component and a nickel component. It is proposed that the manganese component has a mass fraction of 23% to 28%, while the nickel component has a mass fraction of 9% to 13%. Furthermore, the invention comprises a component made of such a resistance alloy and a manufacturing method thereof.

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandslegierung für einen elektrischen Widerstand, insbesondere für einen niederohmigen Strommesswiderstand. Weiterhin umfasst die Erfindung ein daraus hergestelltes Bauelement und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.The invention relates to a resistance alloy for an electrical resistance, in particular for a low-impedance current measuring resistor. Furthermore, the invention comprises a component manufactured therefrom and a corresponding production method.

Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen finden schon seit langem Anwendung als Materialien für Präzisionswiderstände, insbesondere für niederohmige Strommesswiderstände (”shunts”). Ein Beispiel einer solchen Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung ist die von der Anmelderin unter dem Markennamen Manganin® vertriebene Widerstandslegierung (z. B. Cu84Ni4Mn12) mit einem Massenanteil von Kupfer von 82–84%, einem Massenanteil von Nickel von 2–4% und einem Massenanteil von Mangan von 12–15%. Die bekannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen erfüllen alle Anforderungen, die an Widerstandslegierungen für Präzisionswiderstände gestellt werden, wie beispielsweise ein niedriger Temperaturkoeffizient des spezifischen elektrischen Widerstands, eine geringe Thermokraft gegen Kupfer und eine hohe zeitliche Konstanz des elektrischen Widerstands. Darüber hinaus besitzen die bekannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen gute technologische Eigenschaften, insbesondere eine gute Verarbeitungsfähigkeit, die es ermöglicht, diese Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen zu Drähten, Bändern, Folien und Widerstandsbauteilen zu verarbeiten. Ein Nachteil der bekannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen ist jedoch die Begrenzung auf relativ geringe spezifische elektrische Widerstände von höchstens 0,5 (Ω·mm2)/m.Copper-manganese-nickel alloys have long been used as materials for precision resistors, in particular for low-resistance current measuring resistors ("shunts"). An example of such copper-manganese-nickel alloy is that sold by the applicant under the brand name Manganin ® resistance alloy (eg., Cu 84 Ni 4 Mn 12) with a mass fraction of copper of 82-84%, a mass fraction of nickel of 2-4% and a mass fraction of manganese of 12-15%. The known copper-manganese-nickel alloys meet all the requirements that are placed on resistance alloys for precision resistors, such as a low temperature coefficient of electrical resistivity, a low thermal power to copper and a high temporal constancy of electrical resistance. In addition, the known copper-manganese-nickel alloys have good technological properties, in particular a good processing capability, which makes it possible to process these copper-manganese-nickel alloys into wires, tapes, films and resistance components. A disadvantage of the known copper-manganese-nickel alloys, however, is the limitation to relatively low specific electrical resistances of at most 0.5 (Ω · mm 2 ) / m.

Für größere spezifische elektrische Widerstände sind beispielsweise Nickel-Chrom-Legierungen bekannt, die jedoch ebenfalls verschiedene Nachteile aufweisen. Zum einen sind Nickel-Chrom-Legierungen meist wesentlich teurer als Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen. Zum anderen sind Nickel-Chrom-Legierungen fertigungstechnisch in vielerlei Hinsicht schwerer zu handhaben. Beispielsweise ist die Warmumformbarkeit von Nickel-Chrom-Legierungen relativ schlecht und zum Einstellen bestimmter elektrisch-physikalischer Werkstoffeigenschaften sind aufwändige Wärmebehandlungsprozesse notwendig. Außerdem sind die Arbeitstemperaturen im Schmelzprozess bei den Nickel-Chrom-Legierungen um 500 K höher als bei den Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen, was zu höheren Energiekosten und Materialverschleiß der Arbeitsmittel führt. Darüber hinaus bereitet die ansonsten wünschenswerte gute Säurebeständigkeit von Nickel-Chrom-Legierungen große Probleme bei der ätztechnischen Herstellung von Widerstandsstrukturen und macht das Entfernen von wärmebehandlungsbedingten Oxiden durch Beizen zu einem aufwändigen und nicht gefährlichen Fertigungsschritt.For larger specific electrical resistances, for example, nickel-chromium alloys are known, which however also have various disadvantages. For one thing, nickel-chromium alloys are usually much more expensive than copper-manganese-nickel alloys. On the other hand, nickel-chromium alloys are difficult to handle in many respects in terms of production technology. For example, the hot workability of nickel-chromium alloys is relatively poor, and elaborate heat treatment processes are necessary for setting certain electrical-physical material properties. In addition, the working temperatures in the melting process in the nickel-chromium alloys are 500 K higher than in the copper-manganese-nickel alloys, which leads to higher energy costs and material wear of the work equipment. In addition, the otherwise desirable good acid resistance of nickel-chromium alloys poses major problems in the etch-making of resistor structures and makes the removal of heat-related oxides by pickling a costly and non-hazardous manufacturing step.

Ferner ist die Kupfer-Mangan-Nickel-Aluminium-Magnesium-Legierung 29-5-1 bekannt, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 (Ω·mm2)/m aufweist und dabei die Forderung nach einem niedrigen Temperaturkoeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes erfüllt. Allerdings weist diese Widerstandslegierung eine hohe Thermokraft gegen Kupfer bei 20°C von +3 μV/K auf, woraus hohe Fehlerströme resultieren, welche diese Legierung für präzise messtechnische Anwendungen ungeeignet machen.Further, the copper-manganese-nickel-aluminum-magnesium alloy 29-5-1 is known which has a resistivity of 1 (Ω · mm 2 ) / m and thereby meets the demand for a low temperature coefficient of resistivity , However, this resistance alloy has a high thermo-power against copper at 20 ° C of +3 μV / K, resulting in high fault currents, which make this alloy unsuitable for precise metrological applications.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Widerstandslegierung auf Kupfer-Mangan-Nickel-Basis zu schaffen, die einen möglichst hohen spezifischen elektrischen Widerstand, eine niedrige Thermokraft gegen Kupfer, einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands und eine hohe zeitliche Konstanz des spezifischen elektrischen Widerstands aufweist und diese Eigenschaften mit den eingangs beschriebenen guten technologischen Eigenschaften (z. B. Verarbeitbarkeit) der bekannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen kombiniert.The invention is therefore based on the object to provide a correspondingly improved resistance alloy based on copper-manganese-nickel, which has the highest possible specific electrical resistance, low thermal power to copper, a low temperature coefficient of electrical resistance and high temporal consistency of the specific has electrical resistance and combines these properties with the good technological properties (eg, processability) of the known copper-manganese-nickel alloys described above.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Widerstandslegierung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.This object is achieved by a resistance alloy according to the invention according to the main claim.

Die erfindungsgemäße Widerstandslegierung weist zunächst in Übereinstimmung mit den eingangs erwähnten bekannten Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen einen Kupfer-Bestandteil, einen Mangan-Bestandteil und einen Nickel-Bestandteil auf. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Mangan-Bestandteil einen Massenanteil von 23% bis 28% aufweist, während der Nickel-Bestandteil einen Massenanteil von 9% bis 13% hat. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine solche Widerstandslegierung auf Kupfer-Mangan-Nickel-Basis die vorstehend beschriebenen Anforderungen erfüllt.The resistance alloy according to the invention has first in accordance with the above-mentioned known copper-manganese-nickel alloys, a copper component, a manganese component and a nickel component. The invention is characterized in that the manganese component has a mass fraction of 23% to 28%, while the nickel component has a mass fraction of 9% to 13%. It has been found in practice that such a copper-manganese-nickel-based resistance alloy satisfies the requirements described above.

Der Massenanteil des Mangan-Bestandteils kann beispielsweise im Bereich von 24%–27%, 25%–26%, 23%–25%, 23%–26%, 23%–27%, 24%–28%, 25%–28%, 26%–28% oder 27%–28% liegen.The mass fraction of the manganese component may be, for example, in the range of 24% -27%, 25% -26%, 23% -25%, 23% -26%, 23% -27%, 24% -28%, 25%. 28%, 26% -28% or 27% -28%.

Der Massenanteil des Nickel-Bestandteils kann dagegen beispielsweise im Bereich von 9%–12%, 9%–11%, 9%–10%, 10%–13%, 11%–13%, 12%–13%, 10%–12% oder 11%–12% liegen.By contrast, the mass fraction of the nickel component can be in the range from 9% -12%, 9% -11%, 9% -10%, 10% -13%, 11% -13%, 12% -13%, 10%, for example. -12% or 11% -12%.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass ein zusätzlicher Zinn-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 3% zur Verbesserung der Temperaturkonstanz des spezifischen elektrischen Widerstands beiträgt. Die erfindungsgemäße Widerstandslegierung weist deshalb vorzugsweise auch einen Zinn-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 3% auf.In addition, it has been found that an additional tin component with a mass fraction of up to 3% contributes to improving the temperature stability of the specific electrical resistance. The inventive Therefore, resistance alloy preferably also has a tin component with a mass fraction of up to 3%.

Weiterhin hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein zusätzlicher Silizium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 1% ebenfalls zur Verbesserung der Temperaturkonstanz des spezifischen elektrischen Widerstands der Widerstandslegierung beiträgt. Die erfindungsgemäße Widerstandslegierung kann deshalb zusätzlich zu dem Zinn-Bestandteil oder anstelle des Zinn-Bestandteils einen Silizium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 1% aufweisen.Furthermore, it has been shown in practice that an additional silicon constituent with a mass fraction of up to 1% also contributes to the improvement in the temperature constancy of the resistivity of the resistivity alloy. The resistance alloy according to the invention can therefore have a silicon component with a mass fraction of up to 1% in addition to the tin component or instead of the tin component.

Ferner hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein zusätzlicher Magnesium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 0,3% dazu beiträgt, eine Versprödung durch Aushärtungseffekte zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Widerstandslegierung kann deshalb zusätzlich zu dem Zinn-Bestandteil und/oder dem Silizium-Bestandteil oder anstelle dieser Bestandteile auch einen Magnesium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 0,3% aufweisen.Furthermore, it has been shown in practice that an additional magnesium component with a mass fraction of up to 0.3% contributes to avoid embrittlement through hardening effects. The resistance alloy according to the invention can therefore, in addition to the tin component and / or the silicon component or instead of these components, also have a magnesium component with a mass fraction of up to 0.3%.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu65Ni10Mn25 mit einem Massenanteil von Kupfer von 65%, einem Massenanteil von Nickel von 10% und einem Massenanteil von Mangan von 25%.A preferred embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu 65 Ni 10 Mn 25 with a mass fraction of copper of 65%, a mass fraction of nickel of 10% and a mass fraction of manganese of 25%.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu64Ni10Mn25Sn1 mit einem Massenanteil von Kupfer von 64%, einem Massenanteil von Nickel von 10%, einem Massenanteil von Mangan von 25% und einem Massenanteil von Zinn von 1%. Der Massenanteil von Zinn kann jedoch auch kleiner sein, was dann durch einen entsprechend höheren Massenanteil von Kupfer ausgeglichen wird.Another embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu 64 Ni 10 Mn 25 Sn 1 with a mass fraction of copper of 64%, a mass fraction of nickel of 10%, a mass fraction of manganese of 25% and a mass fraction of tin of 1%. However, the mass fraction of tin can also be smaller, which is then compensated by a correspondingly higher mass fraction of copper.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu62Ni11Mn27 mit einem Massenanteil von Kupfer von 62%, einem Massenanteil von Nickel von 11% und einem Massenanteil von Mangan von 27%.Another embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu 62 Ni 11 Mn 27 with a mass fraction of copper of 62%, a mass fraction of nickel of 11% and a mass fraction of manganese of 27%.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu61Ni11Mn27Sn1 mit einem Massenanteil von Kupfer von 61%, einem Massenanteil von Mangan von 27%, einem Massenanteil von Nickel von 11% und einem Massenanteil von Zinn von 1%. Hierbei kann der Massenanteil von Zinn auch geringer sein, was durch einen entsprechend höheren Massenanteil von Kupfer ausgeglichen wird.Another embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu 61 Ni 11 Mn 27 Sn 1 with a mass fraction of copper of 61%, a mass fraction of manganese of 27%, a mass fraction of nickel of 11% and a mass fraction of tin of 1%. In this case, the mass fraction of tin may also be lower, which is compensated by a correspondingly higher mass fraction of copper.

Bei der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung liegt der spezifische elektrische Widerstand vorzugsweise im Bereich von 0,5 (Ω·mm2)/m bis 2 (Ω·mm2)/m.In the resistance alloy of the present invention, the specific electrical resistance is preferably in the range of 0.5 (Ω · mm 2 ) / m to 2 (Ω · mm 2 ) / m.

Weiterhin weist der spezifische elektrische Widerstand der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung vorzugsweise eine hohe zeitliche Konstanz mit einer relativen Änderung von weniger als ±0,5% oder ±0,25% auf, insbesondere innerhalb eines Zeitraums von 3000 Stunden und einer Temperatur von mindestens +140°C, wobei die höhere Temperatur von mindestens +140°C den Alterungsprozess beschleunigt.Furthermore, the specific electrical resistance of the resistance alloy according to the invention preferably has a high temporal constancy with a relative change of less than ± 0.5% or ± 0.25%, in particular within a period of 3000 hours and a temperature of at least + 140 ° C. , where the higher temperature of at least + 140 ° C accelerates the aging process.

Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Widerstandslegierung vorzugsweise eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer aufweist, die bei 20°C vorzugsweise kleiner ist als ±1 μV/K, ±0,5 μV/K oder sogar keiner als ±0,3 μV/K.In addition, it should be mentioned that the resistance alloy according to the invention preferably has a low thermopower to copper, which at 20 ° C. is preferably smaller than ± 1 μV / K, ± 0.5 μV / K or even none as ± 0.3 μV / K.

Weiterhin ist der spezifische elektrische Widerstand relativ temperaturkonstant mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten von vorzugsweise weniger als ±50·10–6 K–1, ±35·10–6 K–1, ±30·10–6 K–1 oder ±20·10–6 K–1, insbesondere in einem Temperaturbereich von +20°C bis +60°C.Furthermore, the resistivity is relatively constant in temperature with a low temperature coefficient of preferably less than ± 50 · 10 -6 K -1 , ± 35 · 10 -6 K -1 , ± 30 · 10 -6 K -1 or ± 20 · 10 -6 K -1 , especially in a temperature range from + 20 ° C to + 60 ° C.

Zu den elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist ferner zu erwähnen, dass die Widerstandslegierung eine Widerstands-Temperaturkurve aufweist, welche die relative Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur wiedergibt, wobei die Widerstands-Temperaturkurve einen zweiten Nulldurchgang aufweist, der vorzugsweise bei einer Temperatur von mehr als +20°C, +30°C oder +40°C und/oder bei einer Temperatur von weniger als +110°C, +100°C oder +90°C erfolgt.To the electrical properties of the resistance alloy according to the invention is also to be mentioned that the resistance alloy has a resistance-temperature curve representing the relative resistance change as a function of the temperature, wherein the resistance-temperature curve has a second zero crossing, preferably at a temperature of more than + 20 ° C, + 30 ° C or + 40 ° C and / or at a temperature of less than + 110 ° C, + 100 ° C or + 90 ° C.

Zu den mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist eine mechanische Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, 550 MPa oder 580 MPa zu erwähnen.The mechanical properties of the resistance alloy according to the invention include a mechanical tensile strength of at least 500 MPa, 550 MPa or 580 MPa.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Widerstandslegierung vorzugsweise eine Streckgrenze von mindestens 150 MPa, 200 MPa oder 260 MPa auf, während die Bruchdehnung vorzugsweise größer ist als 30%, 35%, 40% oder sogar 45%.Moreover, the resistance alloy according to the invention preferably has a yield strength of at least 150 MPa, 200 MPa or 260 MPa, while the elongation at break is preferably greater than 30%, 35%, 40% or even 45%.

Zu den technologischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist zu erwähnen, dass die Widerstandslegierung vorzugsweise weichlötfähig und/oder hartlötfähig ist.It should be mentioned with regard to the technological properties of the resistance alloy according to the invention that the resistance alloy is preferably soft solderable and / or brazeable.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Widerstandslegierung vorzugsweise sehr gut umformbar, was sich beim Drahtziehen in einem logarithmischen Umformgrad von mindestens φ = –4,6 zeigt.In addition, the resistance alloy according to the invention is preferably very good formability, which shows in the wire drawing in a logarithmic degree of deformation of at least φ = -4.6.

Die erfindungsgemäße Widerstandslegierung kann in verschiedenen Lieferformen hergestellt werden, wie beispielsweise als Draht (z. B. Runddraht, Flachdraht), als Band, als Blech, als Stab, als Rohr oder als Folie. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Lieferformen nicht auf die vorstehend genannten Lieferformen beschränkt. The resistance alloy according to the invention can be produced in various forms of delivery, such as, for example, as a wire (eg round wire, flat wire), as a strip, as a sheet, as a rod, as a tube or as a foil. However, the invention is not limited in terms of forms of delivery to the above-mentioned forms of delivery.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch ein elektrisches bzw. elektronisches Bauelement mit einem Widerstandselement aus der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Widerstand handeln, insbesondere um einen niederohmigen Strommesswiderstand, wie er an sich beispielsweise aus EP 0 605 800 A1 bekannt ist.In addition, the invention also includes an electrical or electronic component with a resistance element of the resistance alloy according to the invention. For example, this may be a resistor, in particular a low-impedance current measuring resistor, as it itself, for example EP 0 605 800 A1 is known.

Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren, wie es sich bereits aus der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ergibt.Finally, the invention also includes a corresponding manufacturing method, as already results from the above description of the resistance alloy according to the invention.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann die Widerstandslegierung einem künstlichen thermischen Alterungsprozess unterworfen werden, wobei die Widerstandslegierung von einer Ausgangstemperatur auf eine Alterungstemperatur erwärmt wird. Dieser Prozess kann im Rahmen des Alterungsprozesses mehrfach wiederholt werden, wobei die Widerstandslegierung mehrfach periodisch auf die Alterungstemperatur erwärmt und wieder auf die Ausgangstemperatur abgekühlt wird. Die Alterungstemperatur kann beispielsweise im Bereich von +80°C bis +300°C liegen, während die Ausgangstemperatur vorzugsweise kleiner ist als +30°C oder +20°C.In the context of the manufacturing method according to the invention, the resistance alloy can be subjected to an artificial thermal aging process, wherein the resistance alloy is heated from an initial temperature to an aging temperature. This process can be repeated several times as part of the aging process, wherein the resistance alloy is repeatedly heated periodically to the aging temperature and cooled back to the starting temperature. The aging temperature may be, for example, in the range of + 80 ° C to + 300 ° C, while the starting temperature is preferably less than + 30 ° C or + 20 ° C.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: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 embodiments of the invention with reference to FIGS. Show it:

1: ein Phasendiagramm für eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, wobei der erfindungsgemäße Bereich in dem Phasendiagramm eingetragen ist, 1 FIG. 2: a phase diagram for a copper-manganese-nickel alloy, wherein the region according to the invention is plotted in the phase diagram, FIG.

2: eine exemplarische Bauform eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit einem Widerstandselement aus der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung, 2 FIG. 2: an exemplary design of a current measuring resistor according to the invention with a resistance element made of the resistance alloy according to the invention, FIG.

3: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Temperaturabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstands bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung sowie 3 FIG. 2: a diagram for clarifying the temperature dependence of the specific electrical resistance in various exemplary embodiments of the resistance alloy according to the invention, and FIG

4: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung. 4 : a diagram to illustrate the long-term stability of the resistance alloy according to the invention.

1 zeigt ein Phasendiagramm einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, wobei der Massenanteil von Kupfer auf der Achse links oben angegeben ist, während der Massenanteil von Nickel auf der Achse rechts oben wiedergegeben ist. Der Massenanteil von Mangan findet sich dagegen auf der unteren Achse. 1 shows a phase diagram of a copper-manganese-nickel alloy, wherein the mass fraction of copper is indicated on the axis top left, while the mass fraction of nickel is reproduced on the axis top right. The mass fraction of manganese, however, is found on the lower axis.

Zum einen zeigt das Phasendiagramm in schraffierter Form ein Gebiet 1, in dem die Widerstandslegierung zu Aushärtungen neigt.On the one hand, the phase diagram shows an area in hatched form 1 in which the resistance alloy tends to harden.

Zum anderen zeigt das Phasendiagramm eine Linie 2, die mit α = 0 bezeichnet ist, wobei der Temperaturkoeffizient der Widerstandslegierung auf dieser Linie gleich Null ist, d. h. die Widerstandslegierung weist auf dieser Linie einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der unabhängig von der Temperatur ist.Second, the phase diagram shows a line 2 , which is denoted by α = 0, wherein the temperature coefficient of the resistance alloy on this line is equal to zero, that is, the resistance alloy has a specific electrical resistance in this line, which is independent of the temperature.

Schließlich zeigt das Phasendiagramm noch einen Bereich 3, der die erfindungsgemäße Widerstandslegierung kennzeichnet, wobei der Massenanteil von Mangan in dem Bereich 3 zwischen 23% und 28% liegt, während der Massenanteil von Nickel im Bereich 3 zwischen 9% und 13% liegt.Finally, the phase diagram still shows an area 3 characterizing the resistance alloy according to the invention, wherein the mass fraction of manganese in the range 3 between 23% and 28%, while the mass of nickel in the range 3 between 9% and 13%.

2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 4, wie er an sich bereits aus EP 0 605 800 A1 bekannt ist, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese Patentanmeldung verwiesen wird, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. 2 shows a simplified perspective view of a current sense resistor according to the invention 4 as he is already out of himself EP 0 605 800 A1 is known, so that reference is made to avoid repetition of this patent application, the content of which is attributable to the present description in its entirety.

Der Strommesswiderstand 4 besteht im Wesentlichen aus zwei plattenförmigen Anschlussteilen 5, 6 aus Kupfer und einem dazwischen angeordneten Widerstandselement 7 aus der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung, wobei es sich beispielsweise um Cu65Ni10Mn25 handeln kann.The current measuring resistor 4 consists essentially of two plate-shaped connecting parts 5 . 6 made of copper and a resistor element arranged therebetween 7 from the resistance alloy according to the invention, which may be, for example, Cu 65 Ni 10 Mn 25 .

3 zeigt den temperaturabhängigen Verlauf der relativen Widerstandsänderung DR/R20 in Abhängigkeit von der Temperatur. Daraus ist auch ersichtlich, dass die verschiedenen beispielhaften Widerstandslegierungen jeweils einen zweiten Nulldurchgang 8, 9 bzw. 10 aufweisen, wobei der Nulldurchgang 8 ungefähr bei einer Temperatur TNULL1 = 43°C erfolgt, während der Nulldurchgang 9 ungefähr bei einer Temperatur TNULL2 = 75°C erfolgt. Der Nulldurchgang 10 erfolgt dagegen ungefähr bei einer Temperatur von TNULL3 = 82°C. 3 shows the temperature-dependent course of the relative resistance change DR / R20 as a function of the temperature. It can also be seen that the various exemplary resistor alloys each have a second zero crossing 8th . 9 respectively. 10 have, wherein the zero crossing 8th approximately at a temperature T NULL1 = 43 ° C occurs during the zero crossing 9 approximately at a temperature T ZERO2 = 75 ° C takes place. The zero crossing 10 on the other hand, at a temperature of T, NULL3 = 82 ° C.

Schließlich zeigt 4 die Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung. Daraus ist ersichtlich, dass die relative Widerstandsänderung dR über einen Zeitraum von 3000 Stunden wesentlich kleiner ist als 0,25%.Finally shows 4 the long-term stability of the resistance alloy according to the invention. It can be seen that the relative change in resistance dR over a period of 3000 hours is substantially less than 0.25%.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele 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 Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.The invention is not limited to the preferred embodiments 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. Moreover, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Gebiet der AushärtungArea of curing
22
Linie mit α = 0 (Temperaturkonstanz)Line with α = 0 (temperature constancy)
33
Erfindungsgemäßer LegierungsbereichInventive alloy range
44
StrommesswiderstandCurrent sense resistor
55
Anschlussteilconnector
66
Anschlussteilconnector
77
Widerstandselementresistive element
88th
Zweiter NulldurchgangSecond zero crossing
99
Zweiter NulldurchgangSecond zero crossing
1010
Zweiter NulldurchgangSecond zero crossing

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Claims (10)

Widerstandslegierung (3) für einen elektrischen Widerstand (4), insbesondere für einen niederohmigen Strommesswiderstand (4), mit a) einem Kupfer-Bestandteil, b) einem Mangan-Bestandteil, und c) einem Nickel-Bestandteil, dadurch gekennzeichnet, d) dass der Mangan-Bestandteil einen Massenanteil von 23% bis 28% aufweist, und e) dass der Nickel-Bestandteil einen Massenanteil von 9% bis 13% aufweist.Resistance alloy ( 3 ) for an electrical resistance ( 4 ), in particular for a low-impedance current measuring resistor ( 4 ), with a) a copper component, b) a manganese component, and c) a nickel component, characterized in that d) that the manganese component has a mass fraction of 23% to 28%, and e) that the Nickel component has a mass fraction of 9% to 13%. Widerstandslegierung (3) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch a) einen Zinn-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 3%, insbesondere im Wesentlichen 1%, insbesondere zur Verbesserung der Temperaturkonstanz des spezifischen elektrischen Widerstands der Widerstandslegierung (3), und/oder b) einen Silizium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 1%, insbesondere zur Verbesserung der Temperaturkonstanz des spezifischen elektrischen Widerstands der Widerstandslegierung (3), und/oder c) einen Magnesium-Bestandteil mit einem Massenanteil von bis zu 0,3%, insbesondere zur Vermeidung einer Versprödung durch Aushärtungseffekte.Resistance alloy ( 3 ) according to claim 1, characterized by a) a tin component with a mass fraction of up to 3%, in particular essentially 1%, in particular for improving the temperature constancy of the specific electrical resistance of the resistance alloy ( 3 ), and / or b) a silicon component with a mass fraction of up to 1%, in particular for improving the temperature constancy of the specific electrical resistance of the resistance alloy (US Pat. 3 ), and / or c) a magnesium component with a mass fraction of up to 0.3%, in particular to avoid embrittlement by curing effects. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Massenanteil des Kupfer-Bestandteils im Wesentlichen 65% und der Massenanteil des Nickel-Bestandteils im Wesentlichen 10% und der Massenanteil des Mangan-Bestandteils im Wesentlichen 25% beträgt, oder b) dass der Massenanteil des Nickel-Bestandteils im Wesentlichen 10% und der Massenanteil des Mangan-Bestandteils im Wesentlichen 25% und der Massenanteil des Zinn-Bestandteils bis zu 1% beträgt und der Massenanteil des Kupfer-Bestandteils im Wesentlichen den Rest ausmacht, oder c) dass der Massenanteil des Kupfer-Bestandteils im Wesentlichen 62% und der Massenanteil des Nickel-Bestandteils im Wesentlichen 11% und der Massenanteil des Mangan-Bestandteils im Wesentlichen 27% beträgt, oder d) dass der Massenanteil des Nickel-Bestandteils im Wesentlichen 11% und der Massenanteil des Mangan-Bestandteils im Wesentlichen 27% und der Massenanteil des Zinn-Bestandteils bis zu 1% beträgt und der Massenanteil des Kupfer-Bestandteils im Wesentlichen den Rest ausmacht.Resistance alloy ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) the mass fraction of the copper constituent is essentially 65% and the mass fraction of the nickel constituent is essentially 10% and the mass fraction of the manganese constituent essentially 25%, or b) that the mass fraction of the nickel constituent is substantially 10% and the mass fraction of the manganese constituent is substantially 25% and the mass fraction of the tin constituent is up to 1% and the mass fraction of the copper constituent essentially constitutes the balance, or c) that the mass fraction of the copper constituent is substantially 62% and the mass fraction of the nickel constituent is substantially 11% and the mass fraction of the manganese constituent substantially 27%, or d) that the mass fraction of the nickel constituent is substantially 11% and the mass fraction of the manganese constituent is essentially 27% and the mass fraction of the tin constituent is up to 1% and the mass fraction of the Ku essentially makes up the remainder of the remainder. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) einen spezifischen elektrischen Widerstand, der größer als 0,5 (Ω·mm2)/m, 0,6 (Ω·mm2)/m, 0,7 (Ω·mm2)/m oder 0,8 (Ω·mm2)/m und/oder kleiner als 2,0 (Ω·mm2)/m, 1,5 (Ω·mm2)/m, 1,2 (Ω·mm2)/m oder 1 (Ω·mm2)/m ist, und/oder b) einen spezifischen elektrischen Widerstand mit einer hohen zeitlichen Konstanz mit einer relativen Änderung von weniger als ±0,5% oder ±0,25%, insbesondere innerhalb eines Zeitraums von 3000 Stunden und einer Temperatur von mindestens +140°C, und/oder c) eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer bei 20°C von weniger als ±1 μV/K, ±0,5 μV/K oder ±0,3 μV/K, und/oder d) einen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten von weniger als ±50·10–6 K–1, ±35·10–6 K–1, ±30·10–6 K–1 oder ±20·10–6 K–1, insbesondere in einem Temperaturbereich von +20°C bis +60°C, und/oder e) eine Widerstands-Temperaturkurve, welche die relative Widerstandsänderung (DR/R20) in Abhängigkeit von der Temperatur wiedergibt, wobei die Widerstands-Temperaturkurve einen zweiten Nulldurchgang (8, 9, 10) aufweist, der bei einer Temperatur von mehr als +20°C, +30°C oder +40°C und/oder bei weniger als +110°C, +100°C oder +90°C erfolgt.Resistance alloy ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized by a) an electrical resistivity greater than 0.5 (Ω · mm 2 ) / m, 0.6 (Ω · mm 2 ) / m, 0.7 (Ω · mm 2 ) / m or 0.8 (Ω · mm 2 ) / m and / or less than 2.0 (Ω · mm 2 ) / m, 1.5 (Ω · mm 2 ) / m, 1.2 (Ω · Mm 2 ) / m or 1 (Ω · mm 2 ) / m, and / or b) a resistivity with a high temporal constancy with a relative change of less than ± 0.5% or ± 0.25% , in particular within a period of 3000 hours and a temperature of at least + 140 ° C, and / or c) a low thermal power to copper at 20 ° C of less than ± 1 μV / K, ± 0.5 μV / K or ± 0.3 μV / K, and / or d) a resistivity with a low temperature coefficient of less than ± 50 · 10 -6 K -1 , ± 35 · 10 -6 K -1 , ± 30 · 10 -6 K -1 or ± 20 · 10 -6 K -1 , in particular in a temperature range from + 20 ° C to + 60 ° C, and / or e) a resistance Tempe temperature curve which represents the relative change in resistance (DR / R 20 ) as a function of the temperature, the resistance-temperature curve having a second zero crossing (FIG. 8th . 9 . 10 ) which takes place at a temperature of more than + 20 ° C, + 30 ° C or + 40 ° C and / or less than + 110 ° C, + 100 ° C or + 90 ° C. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine mechanische Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, 550 MPa oder 580 MPa, und/oder b) eine Streckgrenze von mindestens 150 MPa, 200 MPa oder 260 MPa, und/oder c) eine Bruchdehnung von mindestens 30%, 35%, 40% oder 45%.Resistance alloy ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized by a) a mechanical tensile strength of at least 500 MPa, 550 MPa or 580 MPa, and / or b) a yield strength of at least 150 MPa, 200 MPa or 260 MPa, and / or c) an elongation at break of at least 30%, 35%, 40% or 45%. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Widerstandslegierung (3) weichlötfähig und/oder hartlötfähig ist, und/oder b) dass die Widerstandslegierung (3) so gut umformbar ist, dass sie beim Drahtziehen einen logarithmischen Umformgrad von mindestens φ = –4,6 erreicht.Resistance alloy ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a) that the resistance alloy ( 3 ) is solderable and / or brazeable, and / or b) that the resistance alloy ( 3 ) is so well formed that it achieves a logarithmic degree of deformation of at least φ = -4.6 during wire drawing. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der folgende Lieferformen: a) als Draht, insbesondere als Runddraht oder als Flachdraht, b) als Band, c) als Blech, d) als Stab, e) als Rohr oder f) als Folie.Resistance alloy ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized by one of the following forms of delivery: a) as a wire, in particular as a round wire or as a flat wire, b) as a strip, c) as a sheet metal, d) as a rod, e) as a tube or f) as a foil , Bauelement (4), insbesondere Widerstand (4), insbesondere niederohmiger Strommesswiderstand (4), mit einem Widerstandselement aus einer Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Component ( 4 ), in particular resistance ( 4 ), in particular low-impedance current measuring resistor ( 4 ), with a resistive element of a resistance alloy ( 3 ) according to any one of the preceding claims. Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Widerstandslegierung (3) für einen elektrischen Widerstand (4), insbesondere für einen niederohmigen Strommesswiderstand (4), insbesondere zur Herstellung einer Widerstandslegierung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Schritten: a) ein Kupfer-Bestandteil, b) ein Mangan-Bestandteil und c) ein Nickel-Bestandteil zu der Widerstandslegierung (3) legiert werden, dadurch gekennzeichnet, d) dass der Mangan-Bestandteil einen Massenanteil von 23% bis 28% aufweist, und e) dass der Nickel-Bestandteil einen Massenanteil von 9% bis 13% aufweist. Manufacturing method for producing a resistance alloy ( 3 ) for an electrical resistance ( 4 ), in particular for a low-impedance current measuring resistor ( 4 ), in particular for producing a resistance alloy ( 3 ) according to any one of claims 1 to 7, comprising the following steps: a) a copper component, b) a manganese component and c) a nickel component to the resistance alloy ( 3 ), characterized in that d) that the manganese component has a mass fraction of 23% to 28%, and e) that the nickel component has a mass fraction of 9% to 13%. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Widerstandslegierung (3) einem künstlichen thermischen Alterungsprozess unterworfen wird, wobei die Widerstandslegierung (3) von einer Ausgangstemperatur auf eine Alterungstemperatur erwärmt wird, und/oder b) dass die Widerstandslegierung (3) im Rahmen des Alterungsprozesses mehrfach periodisch auf die Alterungstemperatur erwärmt und wieder auf die Ausgangstemperatur abgekühlt wird, und/oder c) dass die Alterungstemperatur größer als +80°C, +100°C, +120°C, und/oder kleiner als +300°C, +200°C oder +150°C ist, und/oder d) dass die Ausgangstemperatur kleiner als +30°C oder +20°C ist.Manufacturing method according to claim 9, characterized in that a) that the resistance alloy ( 3 ) is subjected to an artificial thermal aging process, wherein the resistance alloy ( 3 ) is heated from an initial temperature to an aging temperature, and / or b) that the resistance alloy ( 3 ) is repeatedly periodically heated to the aging temperature during the aging process and cooled again to the starting temperature, and / or c) that the aging temperature is greater than + 80 ° C, + 100 ° C, + 120 ° C, and / or less than + 300 ° C, + 200 ° C or + 150 ° C, and / or d) that the outlet temperature is less than + 30 ° C or + 20 ° C.
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