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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Shunt-Widerstand.
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Stand der Technik
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Ein Shunt-Widerstand wird zur Messung eines Stroms verwendet, der durch ein Halbleiter-Leistungsmodul oder dergleichen fließt, das beispielsweise in ein Elektrofahrzeug eingebaut ist.
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In der Patentliteratur 1 wird ein Shunt-Widerstand beschrieben, der einfach zu befestigen ist, keinen übermäßig großen Befestigungsraum benötigt und eine hochgenaue Strommessung ermöglicht.
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Der in der Patentschrift 1 beschriebene Shunt-Widerstand umfasst: einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die jeweils aus einem elektrisch leitenden Metallwerkstoff bestehen und eine erste Ebene, eine zweite Ebene und eine Außenumfangsfläche um die Ebenen herum aufweisen; und Widerstandselemente, die mit den jeweiligen ersten Ebenen verbunden sind und den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss miteinander verbinden, wobei die jeweiligen ersten Ebenen des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses einander gegenüberliegen. Die Verbindungsfläche zwischen den Widerstandselementen und den ersten Ebenen ist kleiner als die Fläche der ersten Ebenen. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss haben jeweils einen Lochabschnitt, der von der ersten Ebene zur zweiten Ebene durchdringt.
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Ein solcher Shunt-Widerstand kann als „Durchführungs-Shunt (Widerstand)“ bezeichnet werden.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
JP 2017-212297 A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In dem in der vorstehend genannten Patentliteratur 1 offenbarten Shunt-Widerstand sind mehrere zylindrische Widerstandselemente zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet, und die gegenüberliegenden Endflächen der Widerstandselemente haben eine Oberflächenverbindung mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, beispielsweise durch Schweißen. Daher besteht ein Bedarf, die Festigkeit des Shunt-Widerstands zu erhöhen und den elektrischen Widerstand zu verringern.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Festigkeit eines Shunt-Widerstands zu verbessern. Darüber hinaus ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den elektrischen Widerstand zwischen den Widerstandselementen und den Anschlüssen im Shunt-Widerstand zu reduzieren.
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Lösung des Problems
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Shunt-Widerstand bereitgestellt, umfassend: einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, die jeweils aus einem elektrisch leitenden Metallwerkstoff bestehen; und ein Widerstandselement, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist. Der erste Anschluss und der zweite Anschluss weisen jeweils ein Durchgangsloch auf. Das Widerstandselement ist in den Durchgangslöchern des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses in deren Tiefenrichtung eingebettet. Bereiche, die das Widerstandselement mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss verbinden, weisen jeweils einen Legierungsabschnitt auf, der entlang einer Innenumfangsfläche des Durchgangslochs ausgebildet ist.
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Mit dem Widerstandselement und dem Legierungsabschnitt, die beispielsweise durch Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen hergestellt werden, kann die Festigkeit des Shunt-Widerstands erhöht werden.
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Vorzugsweise umfasst das Widerstandselement mehrere Widerstandselemente, und die mehreren Widerstandselemente sind parallel geschaltet und verbinden den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss miteinander.
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Vorzugsweise haben der erste Anschluss und der zweite Anschluss jeweils einen Flanschabschnitt, der an einer mit dem Widerstandselement verbundenen Stelle durch Verringerung des Durchmessers des Durchgangslochs in Richtung der mit dem Widerstandselement verbundenen Stelle gebildet wird.
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Der Flanschabschnitt ermöglicht die sichere Befestigung des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses.
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Mindestens ein Abschnitt des Durchgangslochs kann mit Lot gefüllt sein, und das Widerstandselement kann mit einer Oberfläche des Lots verbunden sein.
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Da das Widerstandselement mit der Oberfläche des Lots zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss verbunden ist, kann der elektrische Widerstand zwischen dem Widerstandselement und den Anschlüssen im Shunt-Widerstand verringert werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der elektrische Widerstand zwischen den Widerstandselementen und den Anschlüssen im Shunt-Widerstand verringert werden. Darüber hinaus ist es möglich, ein teilweises Ungleichgewicht der Stromdichte und der Wärmeübertragungswirkung des Shunt-Widerstands abzuschwächen und Fertigungsschwankungen eines Widerstandswerts zu verringern. Die vorliegende Erfindung bewirkt auch eine Abschwächung einer lokalen Erwärmung bei einem hohen Strom.
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Zudem kann die Festigkeit des Shunt-Widerstands erhöht werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines Shunt-Widerstands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des Shunt-Widerstands gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Ia-Ib-Querschnitts der Widerstandselemente der 1.
- 3 ist eine Querschnittsansicht des Shunt-Widerstands gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts der Widerstandselemente der 1 entlang der Linie Ia-Ib.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht des Shunt-Widerstands gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Ia-Ib-Querschnitts der Widerstandselemente der 1.
- 5 ist eine Querschnittsansicht des Shunt-Widerstands gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts der Widerstandselemente der 1 entlang der Linie Ia-Ib.
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Die 6(a) bis 6(c) zeigen ein Beispiel für einen Schritt, bei dem ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss mit Endabschnitten der Widerstandselemente verbunden werden, sowie die Schritte vor und nach diesem Schritt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachfolgend wird ein Shunt-Widerstand gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines Shunt-Widerstands gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ein Shunt-Widerstand A gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst: einen ersten Anschluss (Elektrode) 1, der aus einem elektrisch leitenden Metallwerkstoff, wie beispielsweise Cu, hergestellt ist und eine erste Ebene 11a, eine zweite Ebene 11b auf seiner Rückseite und eine Außenumfangsfläche (Seitenfläche) 11c um die Ebenen herum aufweist; und einen zweiten Anschluss (Elektrode) 3, der aus einem elektrisch leitenden Metallwerkstoff, wie beispielsweise Cu, hergestellt ist und eine erste Ebene 13a, eine zweite Ebene 13b und eine Außenumfangsfläche (Seitenfläche) 13c um die Ebenen herum aufweist.
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Weiterhin weisen der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 jeweils Lochabschnitte 1a, 3a auf, die von den ersten Ebenen 11a, 13a zu den zweiten Ebenen 11b, 13b durchdringen.
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Die jeweiligen ersten Ebenen 11a, 13a des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 liegen einander gegenüber, und mehrere Widerstandselemente 5, die den ersten Anschluss 1 und den zweiten Anschluss 3 verbinden, sind parallel zu den jeweiligen ersten Ebenen 11a, 13a vorgesehen. Als Werkstoffe für die Widerstandselemente 5 können Metallwerkstoffe auf Cu-Ni-Basis, Cu-Mn-Basis und Ni-Cr-Basis, beispielsweise Manganin, verwendet werden.
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Die Fläche der Endabschnitte 5a, 5b der Widerstandselemente 5 in Bezug auf die erste Ebene 11a und 13a ist kleiner als die Fläche der ersten Ebenen 11a, 13a. Im vorliegenden Beispiel sind die mehreren Widerstandselemente 5 konzentrisch um die Lochabschnitte (Mittellöcher) 1a, 3a angeordnet, die in dem ersten Anschluss 1 beziehungsweise dem zweiten Anschluss 3 an vier Ecken ausgebildet sind. Die Anzahl der Widerstandselemente 5 und ihre Anordnung sind nicht darauf beschränkt und können in geeigneter Weise angepasst werden.
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Es ist zu beachten, dass der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 polygonal, beispielsweise dreieckig, sowie rechteckig und kreisförmig sein können. Die Lochabschnitte 1a, 3a können polygonal, beispielsweise rechteckig, sowie kreisförmig sein.
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(Erste Ausführungsform)
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Shunt-Widerstands gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts Ia-Ib der Widerstandselemente der 1. 3 ist eine Querschnittsansicht des Shunt-Widerstands gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts der Widerstandselemente der 1 entlang der Linie Ia-Ib.
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Wie in 1 bis 3 dargestellt, weisen der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 jeweils Durchgangslöcher 1b, 3b (im Folgenden als „Senkungen“ bezeichnet) auf, die den ersten Anschluss 1 und den zweiten Anschluss 3 in den Bereichen durchdringen, die die Endabschnitte 5a(S1), 5b(S2) des Widerstandselements 5 kontaktieren. An den jeweiligen Kontaktflächen zwischen dem ersten Anschluss 1 und dem zweiten Anschluss 3 und dem Widerstandselement 5 sind die Senkungen 1b, 3b in Bereichen ausgebildet, die im Wesentlichen den Endabschnitten 5a(S1), 5b(S2) des Widerstandselements 5 entsprechen und eine im Wesentlichen gleiche Fläche aufweisen. Die Verbindungsfläche und der Verbindungsaspekt sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise sind in 2 und 3 die Endabschnitte des Widerstandselements 5 teilweise in die jeweiligen Durchgangslöcher 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 in deren Tiefenrichtung eingebettet.
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Die Senkungen 1b, 3b können jeweils einen in Tiefenrichtung verringerten Durchmesser an Stellen (in Tiefenrichtung) aufweisen, die mit den Endabschnitten 5a, 5b des Widerstandselements 5 an den Seiten der ersten Ebenen 11a, 13a des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 verbunden sind. Diese Anordnung kann Flanschabschnitte 1x, 3x an den Seiten der ersten Ebenen 11a, 13a des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 bilden. Auch in diesem Fall können die Flanschabschnitte 1x, 3x an den jeweiligen Kontaktflächen zwischen den Anschlüssen und dem Widerstandselement vorzugsweise in den Bereichen gebildet werden, die im Wesentlichen den Endabschnitten des Widerstandselements 5 entsprechen, dies bedeutet in Bereichen, die sich um die den Senkungen entsprechende Fläche verengen.
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Bereiche, die die Endabschnitte 5a, 5b des Widerstandselements 5 mit den Öffnungsrandabschnitten 1c, 3c der Senkungen 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 beziehungsweise des zweiten Anschlusses 3 verbinden, weisen ringförmige Legierungsabschnitte 21a, 21b auf, die entlang der Außenumfänge des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 durch Legieren eines Elektroden-(anschluss-)Werkstoffs und eines Widerstandswerkstoffs beispielsweise durch Laserstrahlschweißen oder Elektronenstrahlschweißen (EB) gebildet werden.
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Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das Laserschweißen die strukturelle Festigkeit des Shunt-Widerstands A sicherzustellen. Zusätzlich ermöglicht das Löten die elektrischen Eigenschaften zu gewährleisten. Durch die Bildung einer solchen Verbundstruktur kann ein Shunt-Widerstand mit stabiler Leistung hergestellt werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den elektrischen Widerstand zu verringern und auch ein teilweises Ungleichgewicht der Stromdichte und des Wärmeübertragungseffekts abzuschwächen und die Fertigungsschwankungen eines Widerstandswerts durch Nivellierung der Stromdichte zu verringern. Darüber hinaus bewirkt der Wärmeübertragungseffekt (Sicherstellung einer Wärmeübertragungsfläche) die Abschwächung einer lokalen Erwärmung bei einem hohen Strom.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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4 ist eine perspektivische Ansicht des Shunt-Widerstands gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts Ia-Ib der Widerstandselemente der 1. 5 ist eine Querschnittsansicht des Shunt-Widerstands gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich des Querschnitts der Widerstandselemente der 1 entlang der Linie Ia-Ib. In dem in 4 und 5 dargestellten Shunt-Widerstand sind im Vergleich zu 2 die Senkungen 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 jeweils mit Lot gefüllt, so dass darin mit Lot gefüllte Abschnitte 7a, 7b ausgebildet sind.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglichen die Flanschabschnitte 1x, 3x die sichere Befestigung der mit Lot gefüllten Abschnitte 7a, 7b, die mit dem Widerstandselement 5 verbunden sind, in dem ersten Anschluss 1 und dem zweiten Anschluss 3.
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Die Senkungen 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 sind jeweils mit Lot gefüllt und weisen somit die mit Lot gefüllten Abschnitte 7a, 7b auf, die in ihnen ausgebildet sind. Die Flanschabschnitte 1x, 3x ermöglichen eine sichere Fixierung der mit dem Widerstandselement 5 verbundenen mit Lot gefüllten Abschnitte 7a, 7b in dem ersten Anschluss 1 und dem zweiten Anschluss 3.
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Die bis (c) zeigen ein Beispiel für einen Schritt zum Verbinden des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 mit den Endabschnitten 5a, 5b des Widerstandselements 5 sowie die Schritte vor und nach diesem Schritt.
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Wie in 6(a) dargestellt, werden die Senkungen 1b, 3b in den ersten Anschluss 1 und den zweiten Anschluss 3 eingebracht. Zu diesem Zeitpunkt werden die Senkungen 1b, 3b bearbeitet, um die Flanschabschnitte 1x, 3x zu bilden.
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Wie in 6(b) dargestellt, sind der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 einander gegenüberliegend angeordnet, so dass die Positionen der Senkungen 1b, 3b aufeinander ausgerichtet sind. Anschließend werden der erste Anschluss 1, der zweite Anschluss 3 und das Widerstandselement 5 so angeordnet, dass die Bereiche der Senkbohrungen 1b, 3b mit den Bereichen der Endabschnitte 5a, 5b des Widerstandselements 5 ausgerichtet sind.
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Anschließend wird eine Laserbestrahlung AR1 an der Grenze zwischen den Endabschnitten 5a, 5b des Widerstandselements 5 und den Öffnungsrandabschnitten 1c, 3c der Senkungen 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 durchgeführt. Genauer gesagt werden die Endabschnitte 5a, 5b des Widerstandselements 5 mit den Öffnungsrandabschnitten 1c, 3c der Senkungen 1b, 3b des ersten Anschlusses 1 und des zweiten Anschlusses 3 durch Laserschweißen in einer kreisförmigen Weise entlang der Öffnungsrandabschnitte 1c, 3c verbunden. Anschließend werden die lasergeschweißten Teile zu den Legierungsabschnitten 21a, 21b, die eine Legierung enthalten, wodurch der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 mit dem Widerstandselement 5 verbunden werden. Durch das Laserschweißen kann die strukturelle Festigkeit gewährleistet werden. Es ist zu beachten, dass der Außenumfangsteil aufgrund einer Laserspur ringförmig ist.
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Wie in 6(c) dargestellt, wird in einem Zustand, in dem die Endabschnitte 5a, 5b des Widerstandselements 5, der erste Anschluss 1 und der zweite Anschluss 3 durch Laserschweißen fixiert sind, Lot von den Seiten der offenen Oberflächen 11b, 13b in die Senkungen 1b, 3b gefüllt, dann erhitzt und abgekühlt, wodurch die mit Lot gefüllten Abschnitte 7a, 7b in den Senkungen 1b, 3b gebildet werden.
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Mit den mit Lot gefüllten Abschnitten 7a, 7b, die mit den Endabschnitten 5a, 5b des Widerstandselements 5 verbunden sind, kann der elektrische Widerstand zwischen dem Widerstandselement 5 und den Anschlüssen 1, 3 verringert werden.
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Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das Laserschweißen die strukturelle Festigkeit des Nebenschlusswiderstands A zu gewährleisten. Zusätzlich ermöglicht das Löten die elektrischen Eigenschaften zu gewährleisten. Durch die Bildung einer solchen Verbundstruktur kann ein Shunt-Widerstand mit stabiler Leistung hergestellt werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass bei den Herstellungsschritten der 6(a) bis (c) der Schritt des Einfüllens des Lots in 6(c) bei der ersten Ausführungsform entfallen kann.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in 4 bis 6(a) bis (c) ein Beispiel gezeigt wird, bei dem etwa 70 % des Volumens der Senkungen 1b, 3b mit dem mit Lot gefüllten Abschnitten 7a, 7b gefüllt ist. Der Füllgrad des Lots 7a, 7b in den Senkungen 1b, 3b ist jedoch nicht darauf beschränkt, und 100 % des Volumens der Senkungen 1b, 3b können mit dem Lot 7a, 7b gefüllt werden. Ein solcher Aspekt ist ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Beide Aspekte können die Ausgewogenheit der Stromdichte verbessern.
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In den vorstehenden Ausführungsformen sind die in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen und dergleichen nicht einschränkend und können gegebenenfalls geändert werden, solange die Wirkungen der vorliegenden Erfindung erzielt werden können. Andere Veränderungen können gegebenenfalls vorgenommen und implementiert werden, ohne den Rahmen des Zwecks der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Bestandteile der vorliegenden Erfindung können selektiv verwendet oder nicht verwendet werden, und eine Erfindung, die mit einer ausgewählten Anordnung versehen ist, ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist auf Shunt-Widerstände anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Shunt-Widerstand
- 1
- Erster Anschluss (Elektrode)
- 3
- Zweiter Anschluss (Elektrode)
- 1b, 3b
- Senkung (Durchgangsloch)
- 1x, 3x
- Flanschabschnitt
- 1c, 3c
- Öffnungsrandabschnitt
- 5
- Widerstandselement
- Sa(S1), 5b(S2)
- Endabschnitt des Widerstandselements
- 7a, 7b
- mit Lot gefüllter Abschnitt
- 21a, 21b
- Legierungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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