WO2014202221A1 - Widerstandslegierung, daraus hergestelltes bauelement und herstellungsverfahren daf?r - Google Patents

Widerstandslegierung, daraus hergestelltes bauelement und herstellungsverfahren daf?r Download PDF

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WO2014202221A1
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resistance
resistance alloy
component
temperature
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PCT/EP2014/001669
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Daniel ZUCKERMANN
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Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Definitions

  • 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.
  • 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 a copper-manganese-nickel alloy is the resistance alloy marketed by the Applicant under the trade name Manganin® (eg Cu84Ni 4 Mni2) with a copper content of 82-84%, a nickel content 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 the specific electrical resistance, a low thermal power to copper and a high temporal constancy of the electrical resistance.
  • 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 is the limitation to relatively low specific electrical resistances of at most 0.5 ( ⁇ -mm 2 ) / m.
  • nickel-chromium alloys 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 more difficult to handle in terms of production technology in many respects. For example, the hot workability of nickel-chromium alloys. relatively poor and for adjusting certain electrical-physical material properties complex heat treatment processes are necessary. In addition, the working temperatures in the smelting process in the nickel-chromium alloys are 500K higher than in the copper-manganese-nickel alloys, which leads to higher energy costs and material wear of the work equipment.
  • 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-treating oxides by pickling a costly and non-hazardous manufacturing step.
  • the copper-manganese-nickel-aluminum-magnesium alloy 29-5-1 is known, which has a resistivity of 1 (Q-mm 2 ) / m and thereby meets the demand for a low temperature coefficient of resistivity ,
  • this resistance alloy contributes a high thermal power to copper
  • DE 1 033 423 B discloses a generic resistance alloy.
  • a disadvantage of this known resistance alloy is the amount of relatively large thermo-power against copper of -2 ⁇ / ⁇ .
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a correspondingly improved copper-manganese-based resistor alloy having the highest possible specific electrical resistance, a low thermal power to copper, a low temperature coefficient of electrical resistance and a high temporal constancy has the specific electrical resistance and combines these properties with the good technological properties described above (eg processability) of the known copper-manganese-nickel alloys.
  • This object is achieved by a resistance alloy according to the invention according to the main claim.
  • the resistance alloy according to the invention has first in accordance with the above-mentioned known copper-manganese-nickel alloys, a copper component, a
  • 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.
  • the mass fractions of the various alloy components are in this case coordinated so that the resistance alloy according to the invention has a low thermal power to copper, which is smaller at 20 ° C than ⁇ 1 pV / K, ⁇ 0.5 ⁇ // ⁇ or even as ⁇ 0 , 3 ⁇ / ⁇ .
  • 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%. Particularly advantageous is a mass fraction of the manganese component of 24, 5 -25, 5%.
  • the mass fraction of the nickel component can be in the range of 9% -12%, 9% -ll%, 9% -10%, 10% -13%, 11% -13%, 12% -13%, 10%, for example. -12% or 11% -12%.
  • the resistance alloy according to the invention preferably also has a tin component with a mass fraction of up to 3%.
  • 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.
  • a preferred embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu6s iioMn25 with a mass fraction of copper of 65%, a mass fraction of nickel of 10% and a mass fraction of manganese of 25%.
  • Another embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu64NiioMn25Sni 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%.
  • the mass fraction of tin can also be smaller, which is then compensated by a correspondingly higher mass fraction of copper.
  • a further exemplary embodiment of a resistance alloy according to the invention is Cu62 in Mn27 with a mass fraction of copper of 62%, a mass fraction of nickel of 11% and a mass fraction of manganese of 27%.
  • a resistance alloy according to the invention is Cu6iNinMn27Sni 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%.
  • the mass fraction of tin may also be lower, which is offset by a correspondingly higher Massenan ⁇ part of copper.
  • the specific electrical resistance is preferably in the range of 0.5 (Q-mm 2 ) / m to 2 ( ⁇ -mm 2 ) / m.
  • 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.
  • the resistance alloy according to the invention preferably has a low thermoelectric force with respect to copper, which is preferably less than ⁇ 1 ⁇ / ⁇ , ⁇ 0.5 ⁇ / ⁇ or even no than ⁇ 0.3 at 20 ° C. pV / K.
  • the specific electrical resistance is relatively constant in temperature with a low temperature coefficient of preferably less than ⁇ 50-10 ⁇ 6 K -1 , ⁇ 35 ⁇ 10 -6 K _1 ,
  • 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.
  • 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.
  • 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%.
  • Resistance alloy is to be mentioned that the resistance alloy is preferably soft solderable and / or brazeable.
  • the resistance alloy according to the invention can be produced in various forms of delivery, for example as a wire (for example round wire, flat wire), as a band, as a sheet, as a rod, as a tube or as a foil.
  • the invention is not limited in terms of forms of delivery to the above-mentioned forms of delivery.
  • the invention also includes an electrical or electronic component with a resistance element of the resistance alloy according to the invention.
  • this may be a resistor, in particular a low-impedance current measuring resistor, as known per se from EP 0 605 800 A1, for example.
  • the invention also encompasses a corresponding production method, as already described in the foregoing. gives the description of the resistance alloy 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.
  • FIG. 1 shows a phase diagram for a copper-manganese-nickel alloy, wherein the region according to the invention is plotted in the phase diagram;
  • Figure 2 an exemplary design of an inventive
  • FIG. 3 shows a diagram for clarifying the temperature dependence of the specific electrical resistance in various exemplary embodiments of the resistance alloy according to the invention
  • FIG. 4 shows a diagram to illustrate the long-term stability of the resistance alloy according to the invention.
  • Figure 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 on the axis top right is reproduced. The mass fraction of manganese, however, is found on the lower axis.
  • the phase diagram shows in hatched form a region 1 in which the resistance alloy tends to harden.
  • the resistance alloy has a specific electrical resistance in this line, which is independent of the temperature.
  • phase diagram also shows a region 3 which characterizes the resistance alloy according to the invention, wherein the mass fraction of manganese in the region 3 is between 23% and 28%, while the mass fraction of nickel in the region 3 lies between 9% and 13%.
  • FIG. 2 shows a simplified perspective view of a current sense resistor 4 according to the invention, as it is already known from EP 0 605 800 AI, so reference is made to avoid repetition of this patent application, the contents of the present description is fully attributable.
  • the current measuring resistor 4 essentially consists of two plate-shaped connecting parts 5, 6 of copper and an interposed resistance element 7 from the resistance of the invention alloy, it can be, as is beispiels- C 65 iioM 2. 5
  • FIG. 3 shows the temperature-dependent profile of the relative resistance change DR / R20 as a function of the temperature. It can also be seen that the various exemplary resistance alloys each have a second
  • FIG. 4 shows 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%.

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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. Die Massenanteile der Legierungsbestandteile sind hierbei so aufeinander abgestimmt, dass die Widerstandslegierung (3) eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer bei 20 °C von weniger als ±1 μν/Κ aufweist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Bauelement aus einer solchen Widerstandslegierung und ein Herstellungsverfahren dafür.

Description

BESCHREIBUNG Widerstandslegier ng, daraus hergestelltes Bauelement und
Herstellungsverfahren dafür
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 .
Kupfer-Mangan-Nickel-Legierungen finden schon seit langem An- wendung 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. Cu84Ni4Mni2) mit einem Massenan- teil 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 Tem- peraturkoeffxzient 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 Verarbei- tungsfähigkeit , 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.
Für größere spezifische elektrische Widerstände sind bei- spielsweise 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 schwe- rer zu handhaben. Beispielsweise ist die Warmumformbarkeit von Nickel-Chrom-Legierungen . relativ schlecht und zum Einstellen bestimmter elektrisch-physikalischer Werkstoffeigen- schaften sind aufwändige Wärmebehandlungsprozesse notwendig. Außerdem sind die Arbeitstemperaturen im Schmelzprozess bei den Nickel-Chrom-Legierungen um 500K 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 . Ferner ist die Kupfer-Mangan-Nickel-Aluminium-Magnesium- Legierung 29-5-1 bekannt, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 (Q-mm2)/m aufweist und dabei die Forderung nach einem niedrigen Temperaturkoeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes erfüllt. Allerdings weist diese Wi- derstandslegierung eine hohe Thermokraft gegen Kupfer bei
20°C von +3 μν/Κ auf, woraus hohe Fehlerströme resultieren, welche diese Legierung für präzise messtechnische Anwendungen ungeeignet machen. Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf DE 1 092 218 B, US 3 985 589, JP 62202038 A und EP 1 264 906 AI.
Schließlich offenbart DE 1 033 423 B eine gattungsgemäße Wi- derstandslegierung . Nachteilig an dieser bekannten Widerstandslegierung ist jedoch die betragsmäßig relativ große Thermokraft gegen Kupfer von -2μν/Κ.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine ent- sprechend 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 . Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Widerstandslegierung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
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. Die Massenanteile der verschiedenen Legierungsbestandteile sind hierbei so aufeinander abgestimmt, dass die erfindungsgemäße Widerstandslegierung eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer aufweist, die bei 20°C kleiner ist als ±1 pV/K, ±0,5 μλ//Κ oder sogar keiner als ±0,3 μν/Κ.
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. Besonders vor- teilhaft ist ein Massenanteil des Mangan-Bestandteils von 24, 5 -25, 5% .
Der Massenanteil des Nickel-Bestandteils kann dagegen beispielsweise im Bereich von 9%-12%, 9%-ll%, 9%-10%, 10%-13%, 11%-13%, 12%-13%, 10%-12% oder 11%-12% liegen.
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.
Weiterhin hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein zusätzli- eher 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.
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 .
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu6s iioMn25 mit einem Massenanteil von Kupfer von 65%, einem Massenanteil von Nickel von 10% und einem Massenanteil von Mangan von 25%.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu64NiioMn25Sni 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.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu62 inMn27 mit einem Massenanteil von Kupfer von 62%, einem Massenanteil von Nickel von 11% und einem Massenanteil von Mangan von 27%.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist Cu6iNinMn27Sni 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 Massenan¬ teil von Kupfer ausgeglichen wird. Bei der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung liegt der spezifische elektrische Widerstand vorzugsweise im Bereich von 0,5 (Q-mm2)/m bis 2 (Ω-mm2) /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.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Widerstandslegierung vorzugsweise eine niedrige Thermokraft ge- genüber Kupfer aufweist, die bei 20°C vorzugsweise kleiner ist als ±1 μν/Κ, ±0,5 μν/Κ oder sogar keiner als ±0,3 pV/K.
Weiterhin ist der spezifische elektrische Widerstand relativ temperaturkonstant mit einem niedrigen Temperaturkoeffizien- ten 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.
Zu den elektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wi- derstandslegierung 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. Zu den mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ist eine mechanische Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, 550 MPa oder 580 MPa zu erwähnen. 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%. Zu den technologischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Widerstandslegierung ist zu erwähnen, dass die Widerstandslegierung vorzugsweise weichlötfähig und/oder hartlötfähig ist.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Widerstandslegierung vorzugsweise sehr gut umformbar, was sich beim Drahtziehen in einem logarithmischen Umformgrad von mindestens φ=-4,β zeigt.
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. 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 AI bekannt ist.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren, wie es sich bereits aus der vorstehen- den Beschreibung der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung ergibt .
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann die Widerstandslegierung einem künstlichen thermischen Alte- rungsprozess 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.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam¬ men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: ein Phasendiagramm für eine Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung, wobei der erfindungsgemäße Bereich in dem Phasendiagramm eingetragen ist,
Figur 2: eine exemplarische Bauform eines erfindungsgemäßen
Strommesswiderstands mit einem Widerstandselement aus der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung,
Figur 3: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Temperaturabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstands bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung sowie Figur 4: ein Diagramm zur Verdeutlichung der Langzeitstabilität der erfindungsgemäßen Widerstandslegierung.
Figur 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. Zum einen zeigt das Phasendiagramm in schraffierter Form ein Gebiet 1, in dem die Widerstandslegierung zu Aushärtungen neigt .
Zum anderen zeigt das Phasendiagramm eine Linie 2, die mit a=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.
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 Be- reich 3 zwischen 9% und 13% liegt.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 4, wie er an sich bereits aus EP 0 605 800 AI bekannt ist, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese Patentanmeldung verwiesen wird, deren Inhalt der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist. 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 beispiels- weise um C 65 iioM 25 handeln kann.
Figur 3 zeigt den temperaturabhängigen Verlauf der relativen Widerstandsänderung DR/R20 in Abhängigkeit von der Temperatur. Daraus ist auch ersichtlich, dass die verschiedenen bei- spielhaften Widerstandslegierungen jeweils einen zweiten
Nulldurchgang 8, 9 bzw. 10 aufweisen, wobei der Nulldurchgang 8 ungefähr bei einer Temperatur
Figure imgf000012_0001
erfolgt, während der Nulldurchgang 9 ungefähr bei einer Temperatur
Figure imgf000012_0002
erfolgt. Der Nulldurchgang 10 erfolgt dagegen ungefähr bei einer Temperatur von
Figure imgf000012_0003
Schließlich zeigt Figur 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%.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben- falls 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, d.h. beispielsweise auch ohne das kennzeichnende Merk- mal des Hauptanspruchs. Bezugs zeichenliste :
1 Gebiet der Aushärtung
2 Linie mit a=0 (Temperaturkonstanz)
3 Erfindungsgemäßer Legierungsbereich
4 Strommesswiderstand
5 Anschlussteil
6 Anschlussteil
7 Widerstandselement
8 Zweiter Nulldurchgang
9 Zweiter Nulldurchgang
10 Zweiter Nulldurchgang

Claims

ANSPRÜCHE
1. Widerstandslegierung (3) für einen elektrischen Widerstand (4), insbesondere für einen niederohmigen Strommesswi¬ derstand ( 4 ) , mit
a) einem Kupfer-Bestandteil,
b) einem Mangan-Bestandteil mit einem Massenanteil von 23% bis 28%, und
c) einem Nickel-Bestandteil mit einem Massenanteil von 9% bis 13%,
dadurch gekennzeichnet,
d) dass die Massenanteile des Mangan-Bestandteils und des Nickel-Bestandteils so ausgewählt sind, dass die Widerstandslegierung (3) eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer bei 20 °C von weniger als ±1 μν/Κ aufweist.
2. 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 Tempera¬ turkonstanz 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 Ver- sprödung durch Aushärtungseffekte.
3. 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 .
4. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
a) einen spezifischen elektrischen Widerstand, der größer als 0,5 (Q-mm2)/m, 0,6 (Ω-mm2) /m, 0,7 (Ω-mm2) /m oder 0,8 (Ω-rnm2) /m und/oder kleiner als 2,0 (Q-mm2)/m,
1,5 (Q-mm2)/m, 1,2 (Ω-mm2) /m oder 1 (Ω·ηιιη2)/:ηη 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 inner- halb 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 ±0,5μιν/Κ oder ±0,3μν/Κ, 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.
5. 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%.
6. 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,β erreicht.
7. Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine der folgende Lieferformen :
a) als Draht, insbesondere als Runddraht oder als Flach¬ draht,
b) als Band,
c) als Blech,
d) als Stab,
e) als Rohr oder
f) als Folie.
8. Bauelement (4), insbesondere Widerstand (4), insbesondere niederohmiger Strommesswiderstand (4), mit einem Widerstandselement aus einer Widerstandslegierung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. 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 mit einem Massenanteil von 23% bis 28% und
c) ein Nickel-Bestandteil mit einem Massenanteil von 9% bis 13% werden zu der Widerstandslegierung (3) legiert, dadurch gekennzeichnet,
d) dass die Massenanteile des Mangan-Bestandteils und des Nickel-Bestandteils so ausgewählt werden, dass die Wi¬ derstandslegierung (3) eine niedrige Thermokraft gegenüber Kupfer bei 20°C von weniger als ±1 μν/Κ aufweist.
10. 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 Alte¬ rungsprozesses 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.
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