DE10204669A1 - Manufacturing low impedance resistances, involves rolling conductive material onto or into resistance material by roller plating; conductive material can be rolled onto or into both sides - Google Patents
Manufacturing low impedance resistances, involves rolling conductive material onto or into resistance material by roller plating; conductive material can be rolled onto or into both sidesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerständen vorzugsweise ohmschen Widerständen im Mikro- oder Milliohmbereich. Solche niederohmigen Widerstände werden benötigt, um hohe Ströme messtechnisch zu erfassen. Dazu wird der Spannungsabfall über den Widerständen in 2- oder 4- Leitertechnik, nämlich mit getrennten Strom und Spannungsanschlüssen erfasst und einer weiterverarbeitenden Signalbearbeitung zugeleitet.The invention relates to a method for producing electrical resistances preferably ohmic resistances in the Micro or milliohm range. Such low resistance are required to measure high currents. To the voltage drop across the resistors in 2- or 4- Conductor technology, namely with separate electricity and Voltage connections detected and a further processing Signal processing forwarded.
Die mit den hier beschriebenen Widerständen zu messenden AC- oder DC-Ströme liegen bevorzugt im Bereich zwischen einigen Ampere bis einigen 100 Ampere. Sie müssen dem Messwiderstand möglichst niederohmig zugeleitet werden, um anfallende Zuleitungsverluste zu minimieren.The AC- to be measured with the resistances described here or DC currents are preferably in the range between a few Amps to a few 100 amps. You need the measuring resistor to be fed in as low-impedance as possible to To minimize supply losses.
Dazu werden in den bisher bekannten Verfahren gut leitfähige metallische Anschlussstücke, die eine niederohmigen Stromzuführung gewährleisten sollen, mit den eigentlichen Widerstandelementen bestehend aus Kupfer-Mangan-Nickel-Zinn- Legierungen, verbunden z. B. durch Hartlötung. Die Stromzuführung zum Widerstand erfolgt über Stromzuführungsleitungen, die mit dem gut leitfähigen Teil des Widerstands beispielsweise fest verschraubt oder verschweißt sind. Der Spannungsabgriff eines Widerstandes in 4-Leitertechnik wird in den bekannten Verfahren meist so dicht wie möglich am Widerstandselement platziert und besteht aus elektrisch leitenden Zuführungen, die auf beiden Seiten des genutzten Widerstandskörpers angebracht sind.For this purpose, well-conductive methods are used in the previously known methods metallic connectors that have a low impedance Ensure power supply with the actual Resistance elements consisting of copper-manganese-nickel-tin Alloys connected e.g. B. by brazing. The power supply to the resistance takes place via power supply lines with the highly conductive part of the resistor, for example are screwed or welded. The voltage tap of a Resistance in 4-wire technology is used in the known processes usually placed as close as possible to the resistance element and consists of electrically conductive feeders on both Sides of the resistor body used are attached.
In EP-A 605 800 wird ein anderes Verfahren beschrieben. Die niederohmigen Anschlüsse wurden nicht durch Hartlöten mit den einzelnen Widerstandskörpern verbunden, sondern die Widerstandskörper und die gut leitfähigen Teile des Widerstandes wurden in Bandform zueinander gebracht und zusammengeschweißt. Dazu wurden die Materialbänder aus den unterschiedlichen leitfähigen Materialien stumpf an ihren Längskanten zusammengelegt und durch verschiedene Schweißtechniken zusammengefügt. Ein Vorteil dieser Verfahrensweise liegt in der anschließenden Bearbeitbarkeit mit einem Stanz-Biegeautomaten für größere Mengen an Widerständen mit gleicher geometrischer Form.Another method is described in EP-A 605 800. The low impedance connections were not made by brazing with the connected individual resistance bodies, but the Resistor body and the highly conductive parts of the resistor were brought together in band form and welded together. For this purpose, the material tapes from the different conductive materials blunt on their long edges merged and through different welding techniques together. One advantage of this procedure is that Subsequent workability with a punching and bending machine for larger quantities of resistors with the same geometric Shape.
Das Verfahren der Walzplattierung ist für die Fertigung von elektrotechnischen Massengüter sehr breit etabliert. Walzplattieren wird überall dort angewendet, wo Werkstoffe verschiedener physikalischer Eigenschaften schnell und sicher aufeinander gebracht werden sollen.The process of roll cladding is for the manufacture of electrotechnical bulk goods very widely established. Roll cladding is used wherever materials different physical properties quickly and safely should be brought together.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbindung zwischen dem gut leitfähigem Anschlussteil (Anschlußbereich) des Widerstands und dem Widerstandskörper so auszubilden, das preiswertere Verfahren für die Verbindung Anschlussbereich - Widerstandskörper eingesetzt werden können.The object of the invention is to establish the connection between the well conductive connection part (connection area) of the resistor and to form the resistance body, the cheaper method for the connection connection area - resistor body can be used.
Gemäß Anspruch 1 der Erfindung wird die Walzplattierung genutzt. Ein gut leitfähiges Basismaterial, z. B. Kupfer, für den niederohmigen Anschlussbereich des Widerstands und das eigentliche Widerstandsverbundmaterial werden nach einer Aufbereitung im Glühofen und einem Vorwalzprozess flach aufeinandergelegt und unter Druck im eigentlichen Walzprozess aufeinander plattiert (Anspruch 7).According to claim 1 of the invention, roll cladding is used. A good conductive base material, e.g. B. copper for low resistance connection area of the resistor and that actual resistance composite material are after a Preparation in the annealing furnace and a roughing process flat stacked and under pressure in the actual rolling process plated on top of each other (claim 7).
Bei den bekannten Herstellungsverfahren ergaben sich bisher zwischen gut leitfähigem Material und Widerstandsmaterial Übergangsflächen, die sich eng begrenzt an den Kanten des Widerstandselements ausbildeten und deren Querschnitt auf die nötige Stromtragfähigkeit optimiert war. Die Stromflusslinien traten ohne nennenswerte Umlenkung vom gut leitfähigen Material senkrecht durch die Schweiß- oder Lötstelle in das Widerstandsmaterial ein, verliefen geradlinig weiter und traten auf der entgegengesetzten Widerstandsseite spiegelbildlich zur ersten Seite ohne Umlenkung senkrecht durch die Fügfläche wieder aus. Im eingangs beschriebenen Verfahren ergeben sich so durch die Wahl der zusammenzufügenden Bänder Schweißflächen, die an den Längskanten der Bänder ausgebildet waren. The known manufacturing processes have so far been found between highly conductive material and resistance material Transitional areas that are narrowly delimited at the edges of the Resistance elements trained and their cross-section on the necessary current carrying capacity was optimized. The current flow lines stepped away from the highly conductive material without any significant redirection vertically through the welding or soldering point in the Resistance material came in, went straight on and kicked on the opposite side of the resistor mirrored to first side without redirection vertically through the joining surface again out. In the process described at the outset, this results in: the choice of tapes to be joined to weld surfaces the longitudinal edges of the tapes were formed.
In dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 8 ergeben sich erfindungsgemäß Fügeflächen, die sich an der Oberfläche des flachen Widerstandskörpers befinden und nicht an den senkrecht dazu stehenden Querkanten gemäß den bekannten Verfahren. Durch das Walzplattieren werden die verschiedenen Materialien flach aufeinander gefügt, so dass die Grenzflächenstücke im wesentlichen senkrecht zur Quererstreckung des Widerstandabschnitts orientiert sind (Anspruch 7).In the method according to claim 1 or 8 result According to the invention joining surfaces that are on the surface of the flat resistor body and not on the perpendicular transverse edges in accordance with the known methods. By Roll cladding makes the various materials flat joined to one another, so that the interface pieces in the essentially perpendicular to the transverse extension of the Resistor section are oriented (claim 7).
Stromflusslinien werden entsprechend des Anspruchs 1 und des Verfahrens nach Anspruch 8 nach dem Übergang vom leitfähigen Anschlussteil in das Widerstandsmaterial (um einen Winkel von ungefähr 90°) umgelenkt. Das gleiche passiert spiegelbildlich auf der gegenüberliegenden Austrittsfläche der Stromlinien. Current flow lines are according to claim 1 and The method of claim 8 after the transition from conductive Connection part in the resistance material (at an angle of about 90 °). The same thing happens in mirror image on the opposite exit surface of the streamlines.
Unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigenWith reference to the following drawings, the Invention explained in more detail using examples. The drawings show
Fig. 1a die erfindungsgemäß aufeinander gelegten verschieden leitfähigen Teile zur Herstellung des Widerstandes vor einer Walzplattierung, Fig. 1a, the present invention superimposed different conductive parts for the production of the resistance in front of a roll bonding,
Fig. 1b die walzplattierten Teile nach der Herstellung des Widerstandes, FIG. 1b, the roll-bonded parts after manufacture of the resistor,
Fig. 2a die aufeinandergelegten verschieden leitfähigen Teile zur Herstellung einer zweiten Widerstands-Ausführung vor der Walzplattierung, Fig. 2a the different superimposed conductive parts for producing a second resistor-execution before the roll bonding,
Fig. 2b die walzplattierten Teile nach der Herstellung der zweiten Ausführung, FIG. 2B, the roll-bonded parts according to the preparation of the second embodiment,
Fig. 2c in einem ersten Teilbild die aufeinandergelegten Teile zur Herstellung einer weiteren Widerstands-Ausführung, bei der das Widerstandsmaterial in das leitfähige Material eingewalzt wird, vor der Walzplattierung und in zwei Teilbildern nach der Aufwalzung, Fig. 2c in a first field the superimposed parts for the production of a further resistance embodiment in which the resistive material is rolled in the conductive material before the roll bonding and into two sub-images according to the Aufwalzung,
Fig. 3a aufeinander gelegte verschieden leitfähigen Teile zur Herstellung des Widerstandes vor der Walzplattierung in einem Mehrfachnutzen, Fig. 3a superposed different conductive parts for the production of the resistance before the roll bonding in a multiple use,
Fig. 3b die walzplattierten Teile nach der Herstellung des Mehrfachnutzens, FIG. 3b, the roll-bonded parts after the preparation of the multiple,
Fig. 3c die Trennstellen und die Trennung dieses Mehrfachnutzens, Fig. 3c, the points of separation and the separation of this multiple benefits,
Fig. 4a die aufeinander gelegten verschieden leitfähigen Teile zur Herstellung einer Widerstands-Ausführung vor der Walzplattierung mit einer dritten Schicht, Fig. 4a, the superimposed different conductive parts for producing a resistance execution before the roll bonding with a third layer,
Fig. 4b die walzplattierten Teile mit der dritten Schicht nach der Herstellung der Widerstandsanordnung, FIG. 4b, the roll-bonded parts to the third layer after the manufacture of the resistor arrangement,
Fig. 5a ein weiteres Beispiel eines Widerstands im Querschnitt und in der Sicht von unten (2 Teilbilder), FIG. 5a is a further example of a resistor in cross section and in the view from the bottom (2 fields),
Fig. 5b ein weiterer Widerstand im Querschnitt und in der Topansicht (2 Bilder). Fig. 5b another resistor in cross section and in the top view (2 images).
In Fig. 1a ist der Zustand der beiden leitfähigen Materialien gezeigt, die über eine Walzplattierung zusammengefügt werden sollen. Die Materialien 1, 2 sind entweder aus gut leitfähigem Werkstoff vorzugsweise aus Kupfer und bilden später den Anschlussbereich des Widerstandes oder sind aus Widerstandsmaterial und bilden später den Widerstandskörper des Bauteils. 3 ist das andere metallische Material entweder das eigentliche Widerstandsmaterial vorzugsweise eine Kupfer-Mangan- oder Kupfer-Nickel-Legierung oder der gut leitfähige Werkstoff. 1, 2 werden in Streifenform ausgeführt und in Walzrichtung auf das plattenförmige andere Material gelegt. Fig. 1b zeigt die Anordnung aus Fig. 1a nach der Walzplattierung. Das Material 1', 2' ist erfindungsgemäß in das Material 3' einplattiert. Die Gesamtdicke der Anordnung in Fig. 1b ergibt sich aus dem gewählten Walzdruck. Die geometrische Form wird durch die Seitenführung im Werkzeug der Walzplattiereinrichtung bestimmt. Um die Führung der beiden Materialien während des Walzplattierens weiter zu verbessern, kann das streifenförmige Material in eine vorher gefräste Vertiefung in der anderen Materialplatte eingelegt werden.In Fig. 1a, the state of the two conductive materials is shown to be joined together through a roll bonding. The materials 1 , 2 are either made of a highly conductive material, preferably copper, and later form the connection area of the resistor, or are made of resistance material and later form the resistance body of the component. 3, the other metallic material is either the actual resistance material, preferably a copper-manganese or copper-nickel alloy, or the highly conductive material. 1, 2 are designed in strip form and placed in the rolling direction on the plate-shaped other material. FIG. 1b shows the arrangement from FIG. 1a after the roll cladding. According to the invention, the material 1 ', 2 ' is plated into the material 3 '. The total thickness of the arrangement in Fig. 1b results from the selected rolling pressure. The geometrical shape is determined by the lateral guidance in the tool of the roll plating device. In order to further improve the guidance of the two materials during roll cladding, the strip-shaped material can be inserted into a previously milled recess in the other material plate.
Fig. 2a zeigt eine Anordnung für die Plattierung des Anschlussbereiches von Widerständen auf Ober- und Unterseite des Widerstandsmaterials. Die gut leitfähigen Streifen 4, 5, 6 und 7 werden in das Widerstandsmaterial 8 von beiden Seiten eingewalzt z. B. um so einen niederohmigen Anschlussbereich zu erhalten. Nach dem Walzvorgang ergibt sich die in Fig. 2b gezeigte Form. Die Anschlussbereiche 4', 5', 6' und 7' sind beidseitig in die Platte 8' aus Widerstandsmaterial eingewalzt. Fig. 2a shows an arrangement for the plating of the connection area of resistors on the top and bottom of the resistor material. The highly conductive strips 4 , 5 , 6 and 7 are rolled into the resistance material 8 from both sides, e.g. B. to get a low-resistance connection area. After the rolling process, the shape shown in FIG. 2b results. The connection areas 4 ', 5 ', 6 'and 7 ' are rolled on both sides into the plate 8 'made of resistance material.
Die Anordnung aus Fig. 2a und 2b kann in einem Mehrfachnutzen plaziert werden.The arrangement from FIGS. 2a and 2b can be placed in a multiple use.
Fig. 2c zeigt eine alternative Anordnung aus Widerstandsmaterial 31 und gut leitfähigem Material 32 bei der auf eine beidseitige Plattierung verzichtet wird und trotzdem ein sehr niederohmiger Anschlussbereich 32" und 33" entsteht. Nach dem Walzvorgang ist das Material 31' in die Materialplatte 32' eingewalzt. Um den elektrischen Widerstand zu erhalten, wird das gut leitende Material vom Widerstandsmaterial in der Nut 34" entfernt. Es entstehen so die niederohmigen Anschlussbereiche 32" und 33". Fig. 2c shows an alternative arrangement of resistive material 31 and a highly conductive material 32 dispensed in a two-sided plating is yet a very low resistance connection region 32 "and 33" is formed. After the rolling process, the material 31 'is rolled into the material plate 32 '. In order to maintain the electrical resistance, the highly conductive material is removed from the resistance material in the groove 34 ". This results in the low-resistance connection areas 32 " and 33 ".
Fig. 3a zeigt beispielhaft eine Anordnung im Doppelnutzen mit den gut leitfähigen Materialstreifen 9, 10, 11, 12, 13 und 14 sowie der Widerstandsplatte 15. Nach der Walzplattierung ergibt sich wiederum eine flache Struktur entsprechend Fig. 3b. Die leitfähigeren Anschlussbereiche 9', 10', 11', 12', 13' und 14' sind in die Widerstandsmaterialplatte 15' in bekannter Weise einplattiert. Fig. 3a shows an example of an arrangement in the two-up with the highly conductive material strips 9, 10, 11, 12, 13 and 14 and the resistance plate 15. After the roll cladding, there is again a flat structure corresponding to FIG. 3b. The more conductive connection regions 9 ', 10 ', 11 ', 12 ', 13 'and 14 ' are plated in the resistance material plate 15 'in a known manner.
Zur Vereinzelung der Widerstände wird die Anordnung nach Fig. 3b geteilt. Fig. 3c zeigt die vorzusehende Trennstelle 22 der Doppelnutzen-Anordnung, die sich in Walzrichtung der beiden zu plattierenden Materialien erstreckt.The arrangement according to FIG. 3b is divided to separate the resistors. Fig. 3c shows the cutting position 22 to be provided the two-up arrangement of the two extending in the rolling direction materials to be plated.
Es ergeben sich nach der Trennung 2 Widerstandsstreifen: den Widerstandsstreifen 1 mit den Anschlussbereichen 9", 10", 12" und 13" und den Widerstandsstreifen 2 mit den Anschlussbereichen 10", 11", 13" und 14". In Fig. 3c erhält man beispielsweise vier Widerstände, indem die Widerstandsstreifen an der Trennstelle 35 z. B. durch Stanzen getrennt werden. Der Abstand weiterer zur Trennlinie 35 paralleler Trennlinien wird so gewählt, dass sich der gewünschte Widerstandswert durch die Breite der Abstanzungen 9", 10", 12", 13" und 15" ergibt.After the separation there are 2 resistance strips: the resistance strip 1 with the connection areas 9 ", 10 ", 12 "and 13 " and the resistance strip 2 with the connection areas 10 ", 11 ", 13 "and 14 ". In Fig. 3c four resistors are obtained, for example, by the resistance strips at the separation point 35 z. B. separated by punching. The distance between further dividing lines parallel to the dividing line 35 is chosen such that the desired resistance value results from the width of the die cuts 9 ", 10 ", 12 ", 13 " and 15 ".
Fig. 4 zeigt die in Fig. 2a gezeigte Ausführung. Die Materialien 16, 17, 18 und 19 sind die gut leitfähigen metallischen Streifen und 21 ist das Widerstandsmaterial vor dem Plattieren. In der Anordnung nach Fig. 4 ist eine erfindungsgemäß zusätzliche dritte Schicht 20 ergänzt z. B. aus anorganischem Isoliermaterial, die ein- oder beidseitig im Bereich des Widerstandskörpers 21 vor dem Plattieren zum Schutz der Widerstandsoberfläche aufgelegt ist. Die Schicht kann auch aus einem weiteren Widerstandsmaterial bestehen und so die Mischeigenschaft beider Widerstandswerkstoffe kombiniert werden. In Fig. 4b sind die Schichten aufeinander gewalzt. Die bearbeitete Widerstandsplatte zeigt die Anschlussbereiche 16', 17', 18' und 19', den Widerstandsbasiskörper 21' und die dritte Schicht 20'. Fig. 4 shows the embodiment shown in Fig. 2a. Materials 16 , 17 , 18 and 19 are the highly conductive metallic strips and 21 is the resistance material before plating. In the arrangement according to FIG. 4, an additional third layer 20 according to the invention is added e.g. B. of inorganic insulating material, which is placed on one or both sides in the region of the resistance body 21 before plating to protect the resistance surface. The layer can also consist of a further resistance material, thus combining the mixing properties of both resistance materials. In Fig. 4b the layers are rolled on top of each other. The machined resistance plate shows the connection areas 16 ', 17 ', 18 'and 19 ', the resistance base body 21 'and the third layer 20 '.
Fig. 5 zeigt zwei besonders ausgeführte Mess-Widerstände R. Die Widerstände sind entweder aus einem Mehrfachnutzen vereinzelt, oder einzeln hergestellt worden. Der Widerstand in Fig. 5a bestehend aus den Anschlussbereichen 23 und 24 und dem Widerstandskörper 25. In der Ansicht von unten sind die leitfähigen Flächen 23' und 24' zu erkennen, die flach auf eine leitfähigen Fläche aufgelötet werden können, z. B. auf eine Leiterkarte. Der Widerstand hat wie in Fig. 5 gezeigt eine Kröpfung, damit der Widerstandskörper 25' nicht mit der Leiterkarte in Kontakt tritt. Fig. 5 shows two specially designed measuring resistors R. The resistors are either isolated from a multiple use or manufactured individually. The resistor in FIG. 5 a consists of the connection areas 23 and 24 and the resistor body 25 . In the view from below, the conductive surfaces 23 'and 24 ' can be seen, which can be soldered flat onto a conductive surface, e.g. B. on a circuit board. The resistor has an offset, as shown in FIG. 5, so that the resistor body 25 'does not come into contact with the printed circuit board.
Es kann für diesen Zweck auch eine weitere Schicht wie in Fig. 4b einplattiert werden.A further layer as in FIG. 4b can also be plated in for this purpose.
Der Widerstand in Fig. 5b zeigt eine Anordnung, die aufrecht in eine leitfähige Unterlage eingelötet werden kann. Der Widerstand besteht aus den gut leitenden Anschlussbereichen 26 und 27 mit 2 Bohrungen 31 für den Anschluss von stromzuführenden Leitungen, dem eigentlichen Widerstandskörper 28 und den beiden Spannungsanschlüssen 29 und 30. Der Widerstand ist in Vierleitertechnik ausgeführt und besteht aus den beiden Stromzuführungen, die an die Bohrungen 31 angeschraubt werden und den beiden Spannungsabgriffen 29 und 30. Die Abgriffe 29 und 30 sind jeweils in den Übergangsbereichen der beiden aufplattierten Materialien platziert und geeignet, um direkt in Leiterkarten eingelötet zu werden. Darunter ist der Widerstand in Topansicht gezeigt.The resistor in Fig. 5b shows an arrangement that can be soldered upright into a conductive pad. The resistor consists of the well-conducting connection areas 26 and 27 with 2 bores 31 for connecting current-carrying lines, the actual resistance body 28 and the two voltage connections 29 and 30 . The resistor is designed in four-wire technology and consists of the two power supplies that are screwed onto the holes 31 and the two voltage taps 29 and 30 . The taps 29 and 30 are each placed in the transition areas of the two plated materials and are suitable for being soldered directly into printed circuit boards. The resistance is shown below in a top view.
Die gut leitfähigen Anschlüsse für die Stromzuführungen 31' sind mit den beiden Bohrungen 26' und 27' versehen. In das gut leitfähige Material wurde das Widerstandsmaterial 28' eingewalzt und im Bereich des Widerstandskörpers 28' teilweise von der Materialschicht 26', 27' befreit z. B. durch Schaben oder Fräsen. Die Widerstände aus Fig. 5 können aus einem Mehrfachnutzen bevorzugt durch Stanzen vereinzelt werden.The highly conductive connections for the power supply lines 31 'are provided with the two bores 26 ' and 27 '. The resistance material 28 'was rolled into the highly conductive material and partially freed from the material layer 26 ', 27 'in the area of the resistance body 28 '. B. by scraping or milling. The resistors from FIG. 5 can preferably be separated from a multiple use by stamping.
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