WO2012019784A1 - Strommesswiderstand - Google Patents

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WO2012019784A1
WO2012019784A1 PCT/EP2011/004245 EP2011004245W WO2012019784A1 WO 2012019784 A1 WO2012019784 A1 WO 2012019784A1 EP 2011004245 W EP2011004245 W EP 2011004245W WO 2012019784 A1 WO2012019784 A1 WO 2012019784A1
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plate
shaped
current
connection part
resistance element
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PCT/EP2011/004245
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Inventor
Ullrich Hetzler
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Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg
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Priority to US13/819,020 priority patent/US8884733B2/en
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    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
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    • G—PHYSICS
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    • H01C7/06—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material including means to minimise changes in resistance with changes in temperature

Definitions

  • the invention relates to a current measuring resistor for measuring an electric current, in particular for measuring a battery current in a motor vehicle electrical system.
  • EP 0 605 800 A1 discloses such a current measuring resistor which comprises two plate-shaped connection parts made of copper and a low-resistance, likewise plate-shaped resistance element made of a resistance alloy (e.g.
  • Such current measuring resistors are used for current measurement according to the known four-wire technique, wherein the current to be measured is passed through the plate-shaped connecting parts through the resistance element. The voltage drop across the resistor element is then a measure of the electrical current to be measured in accordance with Ohm's law.
  • the known current measuring resistor therefore has two voltage contacts on the two plate-shaped connection parts, wherein the voltage contacts are arranged close to the resistance element and make it possible to measure the voltage drop across the resistance element.
  • the incision in the connecting parts runs parallel to the current flow direction between the two connecting parts and therefore has no particularly advantageous effect on the temperature stability of the current measurement.
  • the incisions hardly influence the current flow in the connection parts, since the incisions are aligned parallel to the main current direction.
  • the invention is therefore based on the object to improve the temperature stability in the conventional current measuring resistor described above.
  • the invention is based on the technical-physical realization that the conductor material (for example copper) of the plate-shaped connection parts has a significantly greater temperature coefficient than the resistance material (e.g.
  • the voltage is also influenced by the material of the connection parts.
  • the temperature dependence of the voltage measurement is thus not only determined by the temperature coefficient of the voltage derstandsmaterials but also influenced by the temperature coefficient of the conductor material.
  • the invention therefore comprises the general technical teaching of providing an incision in at least one of the plate-shaped connection parts in order to reduce the temperature dependence of the measurement.
  • the incision preferably runs at least partially transversely (for example at right angles) to the direction of current flow between the two connection parts.
  • the cut is thus oriented at least partially transversely (for example at right angles) to the connecting line between the two connecting parts.
  • the incision preferably extends at least over part of its length parallel to the connecting line between the resistance element and the adjacent ones
  • the current measuring resistor according to the invention differs from the known current measuring resistor described in the introduction according to US Pat. No. 5,999,085, in which the notch is aligned parallel to the current flow direction.
  • the current measuring resistor according to the invention largely corresponds to the current measuring resistor described in EP 0 605 800 A1, so that the content of this patent application of the present invention is fully attributable to the description of the design of the current measuring resistor.
  • the current measuring resistor according to the invention comprises two plate-shaped connecting parts, which consist of an electrically conductive conductor material (eg
  • the current measuring resistor according to the invention has a plate-shaped resistance element which is connected in the current path between the two connection parts and flows through the electrical current to be measured, wherein the resistance element consists of a resistance material (eg Cu84Ni4Mnl2), which is absolutely low-resistance, but a greater resistivity than the conductor material.
  • a resistance material eg Cu84Ni4Mnl2
  • the current measuring resistor according to the invention preferably has two voltage contacts, which are electrically and mechanically connected to the two plate-shaped connection parts, the two voltage contacts are preferably arranged as close to the resistance element within the plate-shaped connection parts.
  • the voltage contacts can be an expression, as described, for example, in DE 10 2009 031 408, so that the content of this patent application can be fully attributed to the present description with regard to the structural design of the voltage contacts.
  • the voltage contacts are designed as contacting surfaces, as described, for example, in EP 0 605 800 A1, so that the content of this patent application is fully attributable to the present description with regard to the design of the voltage contacts.
  • the two incisions in the two plate-shaped connection parts are in this case preferably arranged so that the streamlines and the equipotential lines in the plate-shaped connection parts are deformed so that the equipotential lines through the voltage contacts in the plate-shaped connection parts extend directly to the contact point (joint) reach the resistance element, ie usually up to the weld between the plate-shaped connection parts and the resistance element.
  • This has the advantage that the voltage contacts are then at the same electrical potential as the edges of the resistance element, so that the voltage measurement is not distorted by the conductor material of the plate-shaped connection parts at all.
  • the two cuts in the two plate-shaped connection parts are therefore preferably arranged in each case on the side facing away from the resistance element of the respective voltage contact.
  • the two cuts run that is to say, preferably between the voltage contacts and the respective current contacts which serve to introduce or dissipate the electrical current to be measured and are electrically and mechanically connected to the respective plate-shaped connection parts.
  • the cuts are preferably arc-shaped, wherein the cuts can extend over a sheet angle of more than 30 °, 40 °, 50 °, 60 ° or even 70 °.
  • the cuts in the plate-shaped connection parts are each curved or angled away from the current contacts and towards the resistance elements.
  • the incision preferably has a width which is substantially constant over the length of the incision.
  • the incisions are thus preferably slot-shaped, although other shapes are possible.
  • the incision preferably extends inwards starting from an edge of the respective connection part, wherein the incisions in the two connection parts preferably originate from the same edge.
  • the recess preferably does not extend to the resistance element or the opposite edge of the respective plate-shaped connection part, so that the voltage contacts can contact the resistance element despite the incision over its entire width via the plate-shaped connection part.
  • the temperature coefficient of resistance of the total current sense resistor by at least 30%, 40%, 50% or even 60% is smaller than an otherwise identical current measuring resistor without a such incision.
  • the conductor material used for the plate-shaped connecting parts is copper or a copper alloy.
  • the invention is not limited to the examples mentioned above with regard to the conductor material used.
  • the resistance material for the resistance element is preferably a copper alloy, in particular a copper-manganese-nickel alloy, such as, for example, Cu84Ni4Mn12 (Manganin®).
  • the invention is not limited to the above examples in terms of the resistance material used for the resistance element.
  • the resistance material of the resistance element preferably has a lower conductivity or a greater specific resistance than the conductor material of the plate-shaped connection parts.
  • the resistance element is preferably connected electrically and mechanically to the two connection parts, in particular a welded connection, wherein a connection by electron beam welding is particularly suitable, as already described in detail in EP 0 605 800 A1, so that the content of this patent application the present description with regard to the structure and method of production of the current sense resistor according to the invention is fully attributable.
  • connection parts are preferably arranged on opposite sides of the resistance element, so that the resistance element is located between the two connection parts.
  • the two connection parts are arranged on the same side of the resistance element.
  • Figure 1 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 2 shows a plan view of the current measuring resistor from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a side view of the current measuring resistor from FIGS.
  • FIGS. 1 and 2 are identical to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4 shows a detailed view of the current measuring resistor from FIG. 2
  • FIG. 5A shows a plan view of a conventional current measuring resistor with the distribution of the current lines and the equipotential lines between the voltage contacts.
  • FIG. 6 shows a diagram for illustrating the temperature dependence of the resistance value of the current measuring resistor according to the invention in comparison to a conventional current measuring resistor.
  • Figures 1 to 4 and 5B show a preferred embodiment of a current sense resistor 1 according to the invention, which can be used for example for current measurement according to the known four-wire technology in a motor vehicle electrical system.
  • the current measuring resistor 1 largely corresponds to a conventional current measuring resistor, as described for example in EP 0 605 800 A1, so that reference is additionally made to this patent application.
  • the current measuring resistor 1 consists essentially of two plate-shaped connection parts 2, 3 made of a conductor material (eg copper) and a resistance element 4 made of a low-resistance resistance material (eg Cu84Ni4Mn12) inserted between the two plate-shaped connection parts 2, 3.
  • the two plate-shaped connection parts 2, 3 are in this case on opposite sides of the likewise plate-shaped Wider- Standing elements 4 arranged and welded to the plate-shaped resistance element 4.
  • the current sense resistor 1 according to the invention two current contacts 5, 6, which are electrically and mechanically connected to the two plate-shaped connection parts 2, 3, the current contact 6 is used to initiate an electrical current I to be measured, while the current contact 5 to Derivation of the measured electric current I is used, as can be seen in particular from the side view in Figure 3.
  • the current measuring resistor 1 has two voltage contacts 7, 8, which are electrically and mechanically connected to the two plate-shaped connection parts 2, 3 and serve to measure the voltage drop across the resistance element 4 electrical voltage.
  • the two voltage contacts 7, 8 are therefore arranged in the plate-shaped connection parts 2, 3 very close to the resistance element 4, so that the voltage measurement is not distorted by the voltage drop across the connection parts 2, 3 electrical voltage.
  • the current measuring resistor 1 according to the invention has an incision 9 laterally in the region of the resistance element 4, which can be used to calibrate or adjust the desired resistance value of the current measuring resistor 1, by making the incision 9 more or less in the course of production less educated.
  • an incision 10, 11 is arranged in each of the two plate-shaped connection parts 2, 3 in order to determine the temperature-dependent reduce the speed of the measurement.
  • the two incisions 10, 11 extend in each case from the same edge of the plate-shaped connecting part 2 and 3 transversely inwards and are then guided around the respective arcuate voltage contacts 7 and 8, wherein the two incisions 10, 11 via a Arc angle a "70 ° extend, as can be seen in particular from the detailed view in Figure 4.
  • the two incisions 10, 11 are slot-shaped and have a width b which is essentially constant over the length of the incisions 10, 11.
  • FIGS. 5A and 5B show the course of streamlines 12 and equipotential lines 13 in a conventional current measuring resistor 1
  • FIG. 5B shows the course of the current lines 12 and the equipotential lines 13 in the current measuring resistor 1 according to the invention.
  • the streamlines 12 in this case define a main flow direction, wherein the incisions 10, 11 are partially aligned transversely to this main flow direction in order to influence the current flow. It can be seen from this comparison that in the conventional current measuring resistor 1 according to FIG. 5A, the equipotential lines 13 passing through the voltage contacts 7, 8 are not exactly at the same electrical potential as the outer edges of the resistance element 4.
  • the conductor material (eg copper) of the plate-shaped connecting parts 2, 3 usually has a significantly greater temperature dependence with respect to the specific electrical resistance than the resistance material (eg Manganin®) of the resistive element 4.
  • the equipotential lines 13 nestle asymptotically to the welding edge between the plate-shaped connection parts 2, 3 and the resistance element 4 at.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strommesswiderstand (1) zur Messung eines elektrischen Stroms, insbesondere auch zur Messung eines Batteriestroms in einem Kraftfahrzeugbordnetz, mit einem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) zur Einleitung des zu messenden elektrischen Stroms, wobei das plattenförmige erste Anschlussteil (3) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial besteht; einem plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) zur Ableitung des zu messenden elektrischen Stroms, wobei das plattenförmige zweite Anschlussteil (2) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial besteht; einem plattenförmigen Widerstandselement (4), das im Strompfad zwischen die beiden Anschlussteile geschaltet ist und von dem zu messenden elektrischen Strom durchflössen wird, wobei das Widerstandselement (4) aus einem vergleichsweise hochohmigen Widerstandsmaterial besteht. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in dem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) und/oder in dem plattenförmigen plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) ein Einschnitt (10, 11) angeordnet ist, um die Temperaturabhängigkeit der Messung zu verringern bzw. den Einfluss der plattenförmigen Anschlussteile (meist Kupfer oder Aluminium) ganz zu eliminieren.

Description

BESCHREIBUNG
Strommesswiderstand
Die Erfindung betrifft einen Strommesswiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms, insbesondere zur Messung eines Batteriestroms in einem Kraftfahrzeugbordnetz.
Aus EP 0 605 800 AI ist ein derartiger Strommesswiderstand bekannt, der aus zwei plattenförmigen Anschlussteilen aus Kupfer und einem niederohmigen, ebenfalls plattenförmigen Widerstandselement aus einer Widerstandslegierung (z.B.
Cu84Ni4Mnl2) besteht, wobei das Widerstandselement zwischen die Anschlussteile eingesetzt und mit den Anschlussteilen verschweißt ist. Derartige Strommesswiderstände dienen zur Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik, wobei der zu messende Strom über die plattenförmigen Anschlussteile durch das Widerstandselement geleitet wird. Der Spannungsabfall über dem Widerstandselement ist dann entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom. Der bekannte Strommesswiderstand weist deshalb zwei Spannungskontakte an den beiden plattenförmigen Anschlussteilen auf, wobei die Spannungskontakte nahe dem Widerstandselement angeordnet sind und es ermöglichen, den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen. Derartige Strommesswiderstände weisen nur eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit der Messung auf, da üblicherweise ein Widerstandsmaterial (z.B. Cu84Ni4Mnl2) mit einem sehr geringen Temperaturkoeffizienten verwendet wird. Die Anforderungen an die Temperaturkonstanz derartiger Strommesswiderstände nehmen jedoch noch zu. Aus US 5 999 085 ist ein niederohmiger Strommesswiderstand bekannt, der in den Anschlussteilen jeweils einen Einschnitt aufweist, der die Anschlussteile jeweils in einen Spannungskontakt und einen Stromkontakt aufteilt. Über die beiden Stromkontakte wird der zu messende Strom in den Strommesswiderstand eingeleitet bzw. abgeleitet. Die beiden Spannungskontakte dienen dagegen entsprechend der bekannten Vierleitertechnik zur Messung der über dem Strommesswiderstand abfallenden elektrischen Spannung. Der Einschnitt in den An- schlussteilen verläuft hierbei parallel zur Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen und hat deshalb keinen besonders vorteilhaften Effekt auf die Temperaturstabilität der Strommessung. Insbesondere beeinflussen die Einschnitte hierbei kaum den Stromverlauf in den Anschlusstei- len, da die Einschnitte parallel zur Hauptstromrichtung ausgerichtet sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Temperaturkonstanz bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Strommesswiderstand zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Strommesswiderstand gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Die Erfindung beruht auf der technisch-physikalischen Erkenntnis, dass das Leitermaterial (z.B. Kupfer) der platten- förmigen Anschlussteile einen wesentlich größeren Temperaturkoeffizienten aufweist als das Widerstandsmaterial (z.B.
Cu84Ni4Mnl2) des plattenförmigen Widerstandselements. Bei der Messung der über dem Widerstandselement zwischen den beiden
Spannungskontakten abfallenden elektrischen Spannung wird die Messung jedoch auch durch das Material der Anschlussteile be- einflusst. Die Temperaturabhängigkeit der Spannungsmessung wird also nicht nur durch den Temperaturkoeffizienten des Wi- derstandsmaterials bestimmt, sondern auch durch den Temperaturkoeffizienten des Leitermaterials beeinflusst. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass beispielsweise der Temperaturkoeffizient von Kupfer mit =3,9'10"3 K"1 um den Faktor 195 größer ist als der Temperaturkoeffizient von Cu84Ni4Mnl2 (Manganin®) mit α = 0,02'10"3 K"1. Aufgrund des wesentlich größeren Temperaturkoeffizienten von Kupfer beeinflussen die plattenförmi- gen Anschlussteile die Temperaturabhängigkeit der gesamten Messung also auch dann, wenn nur ein kleiner Teil der Span- nung zwischen den Spannungskontakten über den Anschlussteilen abfällt.
Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Lehre, in zumindest einem der plattenförmigen Anschlussteile ei- nen Einschnitt vorzusehen, um die Temperaturabhängigkeit der Messung zu verringern.
Vorzugsweise verläuft der Einschnitt hierbei mindestens teilweise quer (z.B. rechtwinklig) zur Stromflussrichtung zwi- sehen den beiden Anschlussteilen. Der Einschnitt ist also mindestens teilweise quer (z.B. rechtwinklig) zur Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlussteilen ausgerichtet. Anders ausgedrückt verläuft der Einschnitt vorzugsweise mindestens auf einem Teil seiner Länge parallel zur Verbindungs- linie zwischen dem Widerstandselement und den angrenzenden
Anschlussteilen. Dadurch unterscheidet sich der erfindungsgemäße Strommesswiderstand von dem eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderstand gemäß US 5 999 085, bei dem der Einschnitt parallel zur Stromflussrichtung ausgerichtet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht der erfindungsgemäße Strommesswiderstand weitgehend dem Strommesswiderstand, der in EP 0 605 800 AI beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegen- den Beschreibung hinsichtlich der Gestaltung des Strommesswiderstands in vollem Umfang zuzurechnen ist. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Strommesswiderstand zwei plattenförmige Anschlussteile aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial (z.B.
Kupfer) bestehen und zur Einleitung bzw. Ableitung des zu messenden elektrischen Stroms dienen. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Strommesswiderstand ein plattenförmiges Widerstandselement auf, das im Strompfad zwischen die beiden Anschlussteile geschaltet ist und von dem zu messenden elektrischen Strom durchflössen wird, wobei das Widerstandselement aus einem Widerstandsmaterial (z.B. Cu84Ni4Mnl2) besteht, das absolut betrachtet niederohmig ist, aber einen größeren spezifischen Widerstand aufweist als das Leitermaterial.
Zur Messung der über dem Widerstandselement abfallenden elektrischen Spannung als Maß für den zu messenden elektrischen Strom entsprechend dem Ohmschen Gesetz weist der erfindungsgemäße Strommesswiderstand vorzugsweise zwei Spannungskontak- te auf, die elektrisch und mechanisch mit den beiden platten- förmigen Anschlussteilen verbunden sind, wobei die beiden Spannungskontakte vorzugsweise möglichst nah an dem Widerstandselement innerhalb der plattenförmigen Anschlussteile angeordnet sind.
Beispielsweise kann es sich bei den Spannungskontakten um eine Ausprägung handeln, wie es beispielsweise in DE 10 2009 031 408 beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der kon- struktiven Gestaltung der Spannungskontakte in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Spannungskontakte als Kontaktierungsflächen ausgebildet sind, wie es beispielsweise in EP 0 605 800 AI beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Spannungskontakte in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Darüber hinaus bestehen im Rahmen der Erfindung auch verschiedene andere Möglichkeiten zur konstruktiven Gestaltung der Spannungskontakte. Bei einem solchen Aufbau des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit zwei Spannungskontakten ist vorzugsweise in jedem der beiden zugehörigen plattenförmigen Anschlussteile jeweils mindestens ein Einschnitt vorgesehen, um die Temperaturabhängigkeit der Messung zu verringern.
Die beiden Einschnitte in den beiden plattenförmigen Anschlussteilen sind hierbei vorzugsweise so angeordnet, dass die Stromlinien und die Äquipotentiallinien in den platten- förmigen Anschlussteilen so verformt werden, dass die durch die Spannungskontakte verlaufenden Äquipotentiallinien in den plattenförmigen Anschlussteilen bis direkt an die Kontaktstelle (Fügestelle) mit dem Widerstandselement heran reichen, d.h. in der Regel bis an die Schweißnaht zwischen den plattenförmigen Anschlussteilen und dem Widerstandselement. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungskontakte dann auf demselben elektrischen Potential liegen wie die Kanten des Widerstandselements, so dass die Spannungsmessung durch das Leitermaterial der plattenförmigen Anschlussteile überhaupt nicht verfälscht wird.
Die beiden Einschnitte in den beiden plattenförmigen Anschlussteilen sind deshalb vorzugsweise jeweils auf der dem Widerstandselement abgewandten Seite des jeweiligen Spannungskontakts angeordnet. Die beiden Einschnitte verlaufen also vorzugsweise zwischen den Spannungskontakten und den jeweiligen Stromkontakten, die zur Einleitung bzw. Ableitung des zu messenden elektrischen Stroms dienen und elektrisch und mechanisch mit den jeweiligen plattenförmigen Anschluss- teilen verbunden sind.
Auch hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung dieser Stromkontakte bestehen im Rahmen der Erfindung verschiedene Möglichkeiten, die beispielsweise in EP 0 605 800 AI und in DE 10 2009 031 408 beschrieben sind, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldungen der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Stromkontakte in vollem Umfang zuzurechnen ist. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Einschnitte vorzugsweise bogenförmig sind, wobei sich die Einschnitte über einen Bo- genwinkel von mehr als 30°, 40°, 50°, 60° oder sogar 70° erstrecken können. Ferner ist zu erwähnen, dass die Einschnitte in den platten- förmigen Anschlussteilen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils von den Stromkontakten weg und zu den Widerstandselementen hin gekrümmt oder angewinkelt sind. Hierbei weist der Einschnitt vorzugsweise eine Breite auf, die über die Länge des Einschnitts im Wesentlichen konstant ist. Die Einschnitte sind also vorzugsweise schlitzförmig, obwohl auch andere Formen möglich sind. Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass sich der Einschnitt vorzugsweise von einem Rand des jeweiligen Anschlussteils ausgehend nach innen erstreckt, wobei die Einschnitte in den beiden Anschlussteilen vorzugsweise von dem selben Rand ausgehen . Ferner ist zu bemerken, dass der Einschnitt vorzugsweise nicht bis zu dem Widerstandselement oder dem gegenüber liegenden Rand des jeweiligen plattenförmigen Anschlussteils reicht, so dass die Spannungskontakte das Widerstandselement trotz des Einschnitts auf seiner gesamten Breite über das plattenförmige Anschlussteil kontaktieren können.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Einschnitten in den plattenförmigen Anschlussteilen ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass der Temperaturkoeffizient des Widerstands des gesamten Strommesswiderstands um mindestens 30%, 40%, 50% oder sogar 60% kleiner ist als bei einem ansonsten baugleichen Strommesswiderstand ohne einen solchen Einschnitt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem verwendeten Leitermaterial für die platten- förmigen Anschlussteile um Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des verwendeten Leiter- materials nicht auf die vorstehend genannten Beispiele beschränkt.
Ferner ist zu erwähnen, dass es sich bei dem Widerstandsmaterial für das Widerstandselement vorzugsweise um eine Kupfer- legierung handelt, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung, wie beispielsweise Cu84Ni4Mnl2 (Manganin®) . Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des verwendeten Widerstandsmaterials für das Widerstandselement nicht auf die vorstehend genannten Beispiele beschränkt. Allerdings weist das Widerstandsmaterial des Widerstandselements vorzugsweise eine geringere Leitfähigkeit bzw. einen größeren spezifischen Widerstand auf als das Leitermaterial der plattenförmigen Anschlussteile . Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Widerstandselement vorzugsweise elektrisch und mechanisch mit den beiden Anschlussteilen verbunden ist, insbesondere eine Schweißverbindung, wobei sich eine Verbindung durch Elektronenstrahlschweißen besonders eignet, wie bereits in EP 0 605 800 AI ausführlich beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich des Aufbaus und der Herstellungsweise des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Schließlich ist noch zu erwähnen, dass die beiden Anschlussteile vorzugsweise auf gegenüber liegenden Seiten des Widerstandselements angeordnet sind, so dass sich das Widerstandselement zwischen den beiden Anschlussteilen befindet. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die beiden Anschlussteile auf der selben Seite des Widerstandselements angeordnet sind.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen
StrommesswiderStands ,
Figur 2 eine Aufsicht auf den Strommesswiderstand aus Figur 1,
Figur 3 eine Seitenansicht des Strommesswiderstands aus den
Figuren 1 und 2,
Figur 4 eine Detailansicht des Strommesswiderstands aus Figur 2, Figur 5A eine Aufsicht auf einen herkömmlichen Strommesswiderstand mit der Verteilung der Stromlinien und der Äquipotentiallinien zwischen den Spannungskontakten,
Figur 5B zum Vergleich eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Strommesswiderstand, sowie
Figur 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts des erfindungsgemäßen Strommesswiderstand im Vergleich zu einem herkömmlichen Strommesswiderstand.
Die Figuren 1 bis 4 und 5B zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1, der beispielsweise zur Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik in einem Kraftfahrzeugbordnetz eingesetzt werden kann.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand 1 entspricht weitgehend einem herkömmlichen Strommesswiderstand, wie er beispielsweise in EP 0 605 800 AI beschrieben ist, so dass ergänzend auf diese Patentanmeldung verwiesen wird.
Der erfindungsgemäße Strommesswiderstand 1 besteht im Wesentlichen aus zwei plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) und einem zwischen die beiden plattenförmigen Anschlussteile 2, 3 eingesetzten und ebenfalls plattenförmigen Widerstandselement 4 aus einem nie- derohmigen Widerstandsmaterial (z.B. Cu84Ni4Mnl2 ) . Die beiden plattenförmigen Anschlussteile 2, 3 sind hierbei auf gegenüber liegenden Seiten des ebenfalls plattenförmigen Wider- Standselements 4 angeordnet und mit dem plattenförmigen Widerstandselement 4 verschweißt.
Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Strommesswider- stand 1 zwei Stromkontakte 5, 6 auf, die elektrisch und mechanisch mit den beiden plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 verbunden sind, wobei der Stromkontakt 6 zur Einleitung eines zu messenden elektrischen Stroms I dient, während der Stromkontakt 5 zur Ableitung des zu messenden elektrischen Stroms I dient, wie insbesondere aus der Seitenansicht in Figur 3 ersichtlich ist.
Weiterhin verfügt der erfindungsgemäße Strommesswiderstand 1 über zwei Spannungskontakte 7, 8, die elektrisch und mecha- nisch mit den beiden plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 verbunden sind und zur Messung der über dem Widerstandselement 4 abfallenden elektrischen Spannung dienen. Die beiden Spannungskontakte 7, 8 sind deshalb in den plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 sehr nahe an dem Widerstandselement 4 angeordnet, damit die Spannungsmessung nicht durch die über den Anschlussteilen 2, 3 abfallende elektrische Spannung verfälscht wird.
Ferner ist noch zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Strom- messwiderstand 1 im Bereich des Widerstandselements 4 seitlich einen Einschnitt 9 aufweist, der zur Kalibrierung bzw. Justierung des gewünschten Widerstandswerts des Strommesswiderstands 1 eingesetzt werden kann, indem der Einschnitt 9 im Rahmen der Herstellung mehr oder weniger groß ausgebildet wird.
Wichtig ist jedoch für die erfindungsgemäße Funktion, dass in den beiden plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 jeweils ein Einschnitt 10, 11 angeordnet ist, um die Temperaturabhängig- keit der Messung zu verringern. Die beiden Einschnitte 10, 11 erstrecken sich hierbei jeweils von dem selben Rand des plat- tenförmigen Anschlussteils 2 bzw. 3 quer nach innen und sind dann bogenförmig um die jeweiligen Spannungskontakte 7 bzw. 8 herumgeführt, wobei sich die beiden Einschnitte 10, 11 über einen Bogenwinkel a«70° erstrecken, wie insbesondere aus der Detailansicht in Figur 4 ersichtlich ist.
Weiterhin ist aus der Detailansicht in Figur 4 ersichtlich, dass die beiden Einschnitte 10, 11 schlitzförmig sind und eine Breite b aufweisen, die über die Länge der Einschnitte 10, 11 im Wesentlichen konstant ist.
Die Funktion der beiden Einschnitte 10, 11 wird deutlich, wenn man die beiden Figuren 5A und 5B vergleicht, wobei Figur 5A den Verlauf von Stromlinien 12 und Äquipotentiallinien 13 bei einem herkömmlichen Strommesswiderstand 1 zeigt, wohingegen Figur 5B den Verlauf der Stromlinien 12 und der Äquipotentiallinien 13 bei dem erfindungsgemäßen Strommesswi- derstand 1 zeigt. Die Stromlinien 12 definieren hierbei eine Hauptstromrichtung, wobei die Einschnitte 10, 11 teilweise quer zu dieser Hauptstromrichtung ausgerichtet sind, um den Stromverlauf zu beeinflussen. Aus diesem Vergleich ist ersichtlich, dass bei dem herkömmlichen Strommesswiderstand 1 gemäß Figur 5A die durch die Spannungskontakte 7, 8 verlaufenden Äquipotentiallinien 13 nicht exakt auf demselben elektrischen Potential liegen wie die äußeren Kanten des Widerstandselements 4. Dies bedeutet, dass die zwischen den Spannungskontakten 7, 8 gemessene Spannung teilweise aus der Spannung besteht, die über den plattenför- migen Anschlussteilen 2, 3 abfällt. Damit wird die gemessene Spannung auch durch die relativ hohe Temperaturabhängigkeit des Leitermaterials der Anschlussteile 2, 3 beeinflusst. Bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand 1 gemäß Figur 5B verformen die Einschnitte 10, 11 dagegen die Stromlinien 12 und die Äquipotentiallinien 13 so, dass die durch die Spannungskontakte 7, 8 verlaufenden Äquipotentiallinien bis an die äußeren Kanten des Widerstandselements 4 heran reichen und deshalb auf demselben elektrischen Potential liegen. Bei der Spannungsmessung wird also ausschließlich die Spannung gemessen, die über dem Widerstandselement 4 abfällt. Dies ist vorteilhaft, weil das Leitermaterial (z.B. Kupfer) der plat- tenförmigen Anschlussteile 2, 3 in der Regel eine wesentlich größere Temperaturabhängigkeit hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstands aufweist als das Widerstandsmaterial (z.B. Manganin®) des Widerstandselements 4. Hierbei schmiegen sich die Äquipotentiallinien 13 asymptotisch an die Schweißkante zwischen den plattenförmigen Anschlussteilen 2, 3 und dem Widerstandselement 4 an.
Die erfindungemäße Gestaltung des Strommesswiderstands 1 mit den Einschnitten 10, 11 führt zu einer deutlichen Verringerung der Temperaturabhängigkeit bei der Strommessung, wie aus dem Diagramm in Figur 6 ersichtlich ist, das die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts R in Abhängigkeit von der Temperatur T zeigt.
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 der Unteransprüche unabhängig von den Merkmalen der in Bezug genommenen Ansprüche . Bezugs zeichenliste :
1 Strommesswiderstand
2 Anschlussteil
3 Anschlussteil
4 Widerstandselement
5 Stromkontakt
6 Stromkontakt
7 Spannungskontakt
8 Spannungskontakt
9 Einschnitt
10 Einschnitt
11 Einschnitt
12 Stromlinien
13 Äquipotentiallinien

Claims

ANSPRÜCHE
1. Strommesswiderstand (1) zur Messung eines elektrischen Stroms ( I ) , mit
a) einem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) zur Einleitung des zu messenden elektrischen Stroms (I), wobei das plattenförmige erste Anschlussteil (3) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial besteht,
b) einem plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) zur Ableitung des zu messenden elektrischen Stroms (I), wobei das plattenförmige zweite Anschlussteil (2) aus einem elektrisch leitfähigen Leitermaterial besteht,
c) einem plattenförmigen Widerstandselement (4), das im
Strompfad zwischen die beiden Anschlussteile geschaltet ist und von dem zu messenden elektrischen Strom (I) durchflössen wird, wobei das Widerstandselement (4) aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial besteht,
dadurch gekennzeichnet,
d) dass in dem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) und/oder in dem plattenförmigen plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) ein Einschnitt (10, 11) angeordnet ist, um die Temperaturabhängigkeit der Messung zu verringern .
2. Strommesswiderstand (1) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der zu messende elektrische Strom (I) entlang einer Hauptstromrichtung (12) zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) fließt, und
b) dass die Einschnitte (10, 11) mindestens auf einem Teil ihrer Länge quer zu der HauptStromrichtung (12) ausgerichtet sind.
3. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass ein erster Spannungskontakt (8) elektrisch und mechanisch mit dem plattenförmigen ersten Anschlussteil
(3) verbunden ist,
b) dass ein erster Einschnitt (11) in dem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) angeordnet ist,
c) dass ein zweiter Spannungskontakt (7) elektrisch und mechanisch mit dem plattenförmigen plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) verbunden ist,
d) dass ein zweiter Einschnitt (10) in dem plattenförmigen plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) angeordnet ist.
4. Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet ,
a) dass in dem ersten plattenförmigen Anschlussteil (3) eine erste Äquipotentiallinie (13) von dem ersten Spannungskontakt (7) bis zu einer Kontaktstelle mit dem Widerstandselement (4) verläuft, so dass der erste Spannungskontakt (7) auf demselben elektrischen Potential liegt wie die Kontaktstelle mit dem Widerstandselement (4), und
b) dass in dem zweiten plattenförmigen Anschlussteil (2) eine zweite Äquipotentiallinie von dem zweiten Spannungskontakt (8) bis zu einer Kontaktstelle mit dem Widerstandselement (4) verläuft, so dass der zweite Span- nungskontakt (8) auf demselben elektrischen Potential liegt wie die Kontaktstelle mit dem Widerstandselement
(4) .
5. Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der erste Einschnitt (11) in dem ersten Anschlussteil (3) auf der dem Widerstandselement (4) abgewandten Seite des ersten Spannungskontakts (8) angeordnet ist, b) dass der zweite Einschnitt (10) in dem plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) auf der dem Widerstandselement (4) abgewandten Seite des zweiten Spannungskontakts (7) angeordnet ist.
6. Strommesswiderstand (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
a) dass sich der erste Einschnitt (11) in dem plattenför- migen ersten Anschlussteil (3) bogenförmig oder winkelförmig um den ersten Spannungskontakt (8) erstreckt, und
b) dass sich der zweite Einschnitt (10) in dem plattenför- migen zweiten Anschlussteil (2) bogenförmig oder winkelförmig um den zweiten Spannungskontakt (7) erstreckt .
7. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Einschnitt (10, 11) bogenförmig gekrümmt ist, und/oder
b) dass sich der Einschnitt (10, 11) über einen Bogenwin- kel (a) von mehr als 30°, 40°, 50°, 60° oder 70° erstreckt .
8. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass ein erster Stromkontakt (6) elektrisch und mechanisch mit dem plattenförmigen ersten Anschlussteil (3) verbunden ist, wobei der erste Stromkontakt (6) zum Einleiten des zu messenden elektrischen Stroms (I) dient, und
b) dass ein zweiter Stromkontakt (5) elektrisch und mechanisch mit dem plattenförmigen plattenförmigen zweiten Anschlussteil (2) verbunden ist, wobei der zweite
Stromkontakt (5) zum Ableiten des zu messenden elektrischen Stroms (I) dient.
9. Strommesswiderstand (1) nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Einschnitte (10, 11) in den platten- förmigen Anschlussteilen (2, 3) jeweils von den Stromkontakten (5, 6) weg und zu dem Widerstandselement (4) hin gekrümmt oder angewinkelt sind.
10. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Einschnitt (10, 11) über seine Länge eine im Wesentlichen konstante Breite (b) aufweist, und/oder b) dass der Einschnitt (10, 11) von einem Rand des ersten Anschlussteils und/oder des plattenförmigen zweiten Anschlussteils (2) ausgeht und sich nach innen erstreckt, und/oder
c) dass der mindestens eine Einschnitt (10, 11) jeweils nicht bis zu dem Widerstandselement (4) reicht, so dass die Spannungskontakte (7, 8) das Widerstandselement (4) auf seiner gesamten Breite über das plattenförmige Anschlussteil (2, 3) kontaktieren können.
11. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Strommesswiderstand (1) einen bestimmten Widerstandswert mit einem bestimmten Temperaturkoeffizienten aufweist, und b) dass der Temperaturkoeffizient des Widerstandswerts um mindestens 30%, 40%, 50% oder 60% kleiner ist als bei einem ansonsten baugleichen Strommesswiderstand (1) ohne einen Einschnitt (10, 11) in den plattenförmigen An- schlussteilen (2, 3) .
12. Strommesswiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Leitermaterial Kupfer oder eine Kupferlegie- rung ist, und/oder
b) dass das Widerstandsmaterial eine Kupferlegierung ist, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere Cu84Ni4Mnl2, und/oder
c) dass das Widerstandselement (4) elektrisch und mecha- nisch mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) verbunden ist, insbesondere durch eine Schweißverbindung,
und/oder
d) dass die beiden Anschlussteile (2, 3) auf gegenüberliegenden Seiten des Widerstandselements (4) angeordnet sind, und/oder
e) dass die plattenförmigen Anschlussteile (2, 3) und/oder das plattenförmige Widerstandselement (4) eben oder gebogen sind.
ie -k
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