WO2016015842A1 - Widerstand, insbesondere niederohmiger strommesswiderstand - Google Patents

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WO2016015842A1
WO2016015842A1 PCT/EP2015/001508 EP2015001508W WO2016015842A1 WO 2016015842 A1 WO2016015842 A1 WO 2016015842A1 EP 2015001508 W EP2015001508 W EP 2015001508W WO 2016015842 A1 WO2016015842 A1 WO 2016015842A1
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resistance
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connection
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PCT/EP2015/001508
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Ullrich Hetzler
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Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg
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    • H05K2201/10151Sensor

Definitions

  • the invention relates to a resistor, in particular a low-impedance current measuring resistor.
  • a low-impedance current measuring resistor (“shunt”) is known, which can be separated from a composite material band, which enables cost-effective production.
  • This known current measuring resistor consists of two plate-shaped, planar connection parts made of a conductor material (eg copper) and a likewise plate-shaped and planar resistance element made of a resistance material (eg copper-manganese-nickel alloy).
  • the electrical current to be measured is conducted into the current measuring resistor via one connecting part and out of the other via the other connecting part
  • EP 0 605 800 A1 and also DE 10 2009 031 408 A1 disclose a plate-shaped current measuring resistor which is U-shaped in the plane of the plate.
  • the current contact surfaces and the voltage taps are each arranged on the same side of the plate-shaped current sense resistor, z. B. on the top of the plate-shaped current sense resistor.
  • this construction of a current sense resistor therefore has the disadvantages described above.
  • the resistor according to the invention initially has, in accordance with the prior art, two connection parts in order to introduce an electrical current into or out of the resistance.
  • connection parts consist of an electrically highly conductive conductor material (eg copper or a copper alloy or also aluminum), so that the voltage measurement according to the four-wire technique is not as far as possible waste is falsified within the connecting parts.
  • an electrically highly conductive conductor material eg copper or a copper alloy or also aluminum
  • the two connection parts each have a current contact surface, which is a two-dimensional introduction or discharge of the
  • the current contact surfaces for introducing or discharging the current are respectively on the outside of the two connection parts. This means that the introduction and discharge of the current takes place on opposite sides of the resistor.
  • Current contact surfaces here is preferably rectified, d. H. the current flows into the resistor at one current contact surface in the same direction as it flows out of the resistor at the other current contact surface.
  • a resistance element is also provided in the resistor according to the invention in accordance with the prior art, which is arranged in the current flow direction between the two connection parts, so that the electric current flows through the electrical resistance.
  • the resistance element consists of a resistance material (eg, copper-manganese-nickel alloy), the specific electrical resistance of the resistance material being significantly greater than the specific electrical resistance of the conductor material of the connection parts.
  • the invention is characterized in that at least part of the resistance in cross-section is substantially U-shaped. is shaped. Preferably, this is achieved in that the entire resistance in the cross-section is bent substantially U-shaped with legs which are formed by the two connecting parts, and a base which is formed by the resistance-rest element.
  • U-shape used in the context of the invention in a plate-shaped resistor or in a resistor with plate-shaped connection parts or a plate-shaped resistance element preferably refers to a cross-section perpendicular to the plane of the plate.
  • the resistor according to the invention differs, for example, from the U-shaped resistors according to EP 0 605 800 A1 and DE 10 2009 031, in which the resistance in the plate plane is U-shaped.
  • the term used in the invention of a U-shaped resistor is not limited to resistances which are exactly U-shaped in cross-section, d. H. with right angles between the base and thighs and a rounding between the base and the thighs. Rather, the term of a U-shape in the context of the invention also includes other angles between the base and the legs of the U-shape. Furthermore, the term of a U-shape in the context of the invention also includes U-shapes without a rounding between the base of the U-shape and the legs. Furthermore, it should be mentioned to the U-shape in the context of the invention that this term does not require that the entire resistor is U-shaped. Rather, the invention also claims protection for variants in which only a part of the resistance in cross-section is U-shaped.
  • the connecting parts are arranged with their ren power contact surfaces in a common plane.
  • this known design of a current sense resistor is not yet optimal in terms of the possibilities for optimized construction and connection techniques.
  • the invention preferably provides that the two current contact surfaces of the two connection parts are arranged at least partially substantially parallel, in particular plane-parallel, to one another in two spaced-apart contact planes.
  • the current measuring resistor allows a current measurement according to the known four-wire technique, for which purpose at least two voltage taps are required, which measure the voltage drop across the resistance element. Therefore, in a single pair of voltage taps, the one voltage tap contacts the one connection part as close as possible to the junction between the connection part and the resistance element, while the other voltage tap contacts the other connection part in the same way.
  • These voltage taps are provided in the current measuring resistor according to the invention on the inside of the two connecting parts.
  • the current density in the two connection parts can vary spatially, since the current injection points on the contact surfaces of the connection parts can fluctuate and the specific electrical conductivity of the conductor material of the connection parts is not infinite.
  • the voltage measurement in the context of four-wire technology varies depending on the spatial positioning of the voltage taps.
  • the two connection parts in each case make contact with several voltage taps. are arranged with respect to the direction of current flow adjacent to each other and distributed over the width of the connecting parts.
  • the measurement of the voltage drop across the resistance element is thus preferably via a plurality of pairs of voltage taps, which are arranged distributed with respect to the direction of current flow adjacent to each other and over the width of the connecting parts.
  • the different pairs of voltage taps then provide different measured values for the voltage drop across the resistive element, wherein a corrected value can then be calculated from the different measured values, for example by averaging.
  • the voltage taps can be connected to a measuring terminal via individual symmetry resistances, whereby the balancing resistances compensate asymmetries of the current density in the terminal parts and in the resistance element by correspondingly adapted resistance values.
  • this plurality of voltage taps is arranged in the interior of the resistor.
  • this part of a measuring device is a printed circuit board which can carry a measuring circuit in order to measure the voltage drop across the resistance element.
  • This measuring circuit can be, for example, a custom circuit (ASIC: application-specific integrated circuit), as is known per se from EP 1 363 131 A1 is known.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the printed circuit board can also carry an optocoupler or an inductive or capacitive coupler in order to enable galvanically isolated communication with the environment.
  • a voltage signal can be output via the coupler, which reproduces the voltage drop across the resistor element.
  • the circuit board can also have soldering support surfaces in order to mechanically stabilize the resistance and the composite of the connection parts, the resistance element and the printed circuit board during soldering, sintering or gluing.
  • connection pads which, as voltage taps, electrically contact the connection parts in order to measure the voltage drop across the resistance element.
  • the connection pads on the printed circuit board thus preferably form directly the voltage taps for measuring the voltage drop across the resistor element.
  • the printed circuit board can be multi-layered, with the terminal pads and the soldering pads each being arranged on outer layers of the printed circuit board.
  • the electrical connection to the terminal pads of the circuit board is preferably via strip lines, which are arranged on inner layers of the circuit board and through
  • connection pads are connected to the connection pads. It is advantageous if the strip lines run on opposite sides of the inner layer in coverage one above the other to minimize the coupling of interference radiation.
  • the printed circuit board is in this case preferably connected by a mechanical connection to the resistor, so that the resistor forms a composite with the printed circuit board.
  • This compound may be, for example, a solder joint, a sintered compound, a press connection or an adhesive bond with an electrically conductive adhesive.
  • the circuit board is rigid or flexible and high temperature resistant, for example, up to a temperature of at least + 150 ° C, + 200 ° C or even + 250 ° C.
  • the printed circuit board consists of a multilayer ceramic.
  • the resistance element has a cross section transverse to the direction of current flow, which deviates both from a pure rectangular shape.
  • the resistance element can be bent or bent several times, so that the resistance after mounting with the connection parts surrounds and at least partially encloses an interior space.
  • the resistor may have at least one leg which extends in the current flow direction and projects inwards into the interior.
  • three webs may protrude into the interior of the Wider- Stands. It may be advantageous if at least one of the legs is electrically contacted at its free end by one of the voltage taps. But it may also be advantageous if one or more of
  • Legs are electrically contacted at their base by one of the voltage taps.
  • connection parts and the resistance element are preferably plate-shaped. This preferably means that the connection parts and the resistance Stand element are relatively thin, with the top and bottom parallel to each other, in particular plane-parallel.
  • the resistance element and the connecting parts can be either flat or curved.
  • the conductor material of the connecting parts is preferably copper or a copper alloy.
  • the resistance material of the resistive element can be, for example, a copper-manganese alloy, such as a copper-manganese-nickel alloy (eg Manganin®, i.e. Cu86Mn12Ni2).
  • the resistance material is a nickel-chromium alloy or another alloy.
  • the resistance material of the resistance element is preferably low-resistance, it has a significantly greater specific electrical resistance than the conductor material of the connection parts.
  • the resistance material of the resistance element may have an electrical resistivity of 7 ⁇ Qm is in the range of 1 x 10 -7 to ⁇ 50-10.
  • the resistance as a whole may, in the context of the invention, have a resistance value that is, for example, in the range of ⁇ , ⁇ to ⁇ .
  • the resistor according to the invention preferably has a high continuous current strength of at least 100A, IkA, 2kA, 5kA or 10kA.
  • the current contact surfaces of the connecting parts enable a planar current introduction or current discharge, which is associated with a correspondingly low contact resistance.
  • the current contact areas are therefore so large that they each make up at least 30%, 60% or even at least 90% of the total outer surface of the resistor.
  • the size of the current contact surfaces may be at least 5cm 2 , 10cm 2 , 15cm 2 , 20cm 2 , 25cm 2 or even at least 30cm 2 .
  • the design of the current sense resistor according to the invention preferably results in that the current flow direction in the first connection part is opposite to the current flow direction in the second connection part, which leads to a pseudo-bipolar current conduction with a correspondingly low inductivity of the resistance.
  • the inductance of the resistor may be less than 5nH, 2nH or even InH.
  • the resistor preferably has a low temperature coefficient of less than 100ppm / K, 50ppm / K or even less than 20ppm / K.
  • the thermal resistance between the current contact surfaces of the two connecting parts is preferably smaller than
  • the current measuring resistor according to the invention can be produced, for example, by separating and bending from a composite material strip. However, it is also possible and, in certain embodiments, even required that the resistor be composed of at least three separate parts. It should also be mentioned that in the case of the resistor according to the invention, the current contact surfaces and the two connection parts are preferably superimposed in a sandwich.
  • the dimensions of the resistor according to the invention there is the possibility of a width transverse to the direction of current flow or a length in the current flow direction of 20mm-100mm and a thickness of 3mm-20mm, with far-reaching modifications of these dimensions are possible.
  • the invention not only claims protection for the aforementioned resistor according to the invention as a single component. Rather, the invention also claims protection for a busbar arrangement with two busbars for supplying or discharging the electrical current and with a resistor according to the invention, which is arranged between the two busbars and is electrically contacted by them, wherein the busbars the current contact surfaces of the two connection parts of the invention Contact resistance.
  • the two busbars are each L-shaped, the resistance being enclosed by two legs of the two L-shaped busbars.
  • one of the two busbars is L-shaped, while the other busbar is substantially plate-shaped and flat.
  • the resistor according to the invention is in this case enclosed between the flat, plate-shaped busbar on the one hand and a leg of the L-shaped busbar on the other hand.
  • the two busbars are plate-shaped and flat and close the resistor according to the invention between see themselves.
  • connection between the busbars on the one hand and the resistor on the other hand for example, by a solder joint, an adhesive bond or a sintered connection.
  • a spring clip may be provided to compress the composite of the bus bars and the resistor, wherein the spring clip is at least one side electrically insulated.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of a U-shaped current sense resistor of the invention made from a composite strip of material;
  • FIG. 1B shows a modification of FIG. 1A, wherein the illustrated current measuring resistor is made of three parts,
  • Figure 2A shows a modification of the current sense resistor
  • FIG. 2B shows a plan view of the printed circuit board of the current measuring resistor from FIG. 2A,
  • Figure 3 is a schematic representation of a current measuring resistor according to the invention with multiple pairs of voltage taps to compensate for spatial variations in current density
  • Figure 4 shows a further modification of the resistive element of a current sense resistor according to the invention, which is bent several times transverse to the current flow direction
  • Figure 5 is a cross-sectional view through a modification of the resistor element according to 4 with a plurality of inwardly projecting webs
  • Figures 6A-6C different variants of Stromschienenanord voltages with a current measuring resistor according to the invention.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional view of a current measuring resistor 1 according to the invention for current measurement in accordance with the known four-wire technique, the current measuring resistor 1 being produced from a composite material strip.
  • the current measuring resistor 1 has to initiate an electrical current I a connection part 2, which consists of a conductor material, such as copper or a copper alloy.
  • a resistance element 4 is arranged, which consists of a low-resistance material (eg., Copper manganese nickel Alloy). Furthermore, it should be mentioned that the introduction and discharge of the electric current I over a large area via current contact surfaces 5, 6. The large-area current contact surfaces 5, 6 allow a low contact resistance, which contributes to a high measurement accuracy and low losses.
  • a special feature of the current sense resistor 1 according to the invention consists of the construction, which is U-shaped in cross-section at right angles to the current flow direction.
  • the two connection parts 2, 3 each form a leg of the U-shape, while the resistance element 4 is arranged in the base of the U-shape.
  • the current contact surfaces 5, 6 are thus opposite to the outside of the two connection parts 2, 3rd
  • the current sense resistor 1 allows a current measurement according to the four-wire technique.
  • at least two voltage taps 7 are provided, which electrically contact the two connection parts 2, 3 as close as possible to the transition to the resistance element 4 and are connected to a voltage measuring device 8 shown only schematically here.
  • the voltage measuring device 8 thus measures the voltage drop across the resistance element 4, the measured voltage drop corresponding to the Ohm's law representing the electric current I.
  • the electric current I flows in opposite directions in the two connection parts 2, 3, which leads to a pseudo-bifHaren current conduction with a correspondingly low inductance.
  • FIG. 1B shows a modification of FIG. 1A, so that reference is made to the above description to avoid repetition.
  • a peculiarity of this modification is that the current measuring resistor 1 is not made of a composite material band, but consists of three parts, namely the two connection parts 2, 3 and the resistance element 4.
  • Figures 2A and 2B show a modification of the embodiment according to Figures 1A and FIG. 1B, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • the current measuring resistor 1 is electrically contacted by two busbars 9, 10, wherein the two busbars 9, 10 are each L-shaped and each have two legs 11, 12 or 13, 14 bent at right angles.
  • the current measuring resistor 1 is in this case arranged between the two legs 12, 14 and is contacted by these electrically.
  • the two other limbs 11, 13 of the busbars 9, 10 lie together in one plane and serve to supply or discharge the electric current I.
  • FIG. 2A it can be seen from FIG. 2A that in the interior space between the two connection parts 2, 3 there is a conductor plate 15 is arranged, which is shown in Figure 2B in plan view.
  • the printed circuit board 15 has on its upper side and on its lower side in each case a plurality of connection pads 16 which form voltage taps for the electrical contacting of the connection parts 2, 3.
  • the connection pads 16 are in each case arranged side by side transversely to the direction of current flow.
  • the current measuring resistor 1 in this case has a plurality of pairs of voltage taps, wherein the pairs are arranged distributed transversely to the direction of current flow across the width of the current sense resistor 1 and therefore provide different voltage readings, since the current density is not spatially constant even within the connecting parts 2, 3, because the electrical conductivity of the conductor material of the connecting parts 2, 3 is not infinite.
  • the measurement by multiple pairs of voltage taps makes it possible to compensate for these spatial fluctuations of the voltage measurement metrologically.
  • circuit board 15 has a plurality of solder pads 17 to mechanically stabilize the entire composite of the current sense resistor during soldering, sintering or gluing.
  • the printed circuit board 15 preferably also carries a measuring circuit (not shown) in order to metrologically evaluate the voltage measured values of the voltage taps (connection pads 16).
  • this measuring circuit can be designed as a custom circuit (ASIC: Application-Specific Integrated Circuit), as is known per se from EP 1 363 131 A1.
  • the printed circuit board 15 can also be an optocoupler ler or an inductive or capacitive coupler (not shown) wear, to allow a galvanically isolated communication with the environment.
  • a voltage reading representing the voltage drop across the resistive element 4 can be output via the optocoupler.
  • FIG. 3 shows a modification of a current measuring resistor according to the invention, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • the current measuring resistor 1 in this case has numerous pairs of voltage taps 7, which are arranged distributed transversely to the direction of current flow over the width of the current sense resistor 1 and each contact the two connection parts 2 and 3 respectively.
  • the voltage taps 7 provide different voltage measurement values, since the current density in the connection parts 2, 3 is not exactly constant spatially.
  • the voltage taps are therefore connected to the voltage measuring device 8 via balancing resistors 18.
  • the resistance values of the individual balancing resistors 18 are adapted to the spatial position of the voltage taps 7 in such a way that spatial fluctuations of the voltage measured values are compensated.
  • Figure 4 shows a modification of the embodiments described above, so that reference is made to avoid repetition of the above description.
  • the drawing shows a cross section through the resistance element 4 at right angles to the current flow direction, the direction of current flow being directed into the plane of the drawing.
  • connection parts 2, 3 are not shown here and run in front of and behind the plane of the drawing, with the platinum tenförmigen connecting parts 2, 3 parallel to the plane and thus electrically contact the face of the resistive element 4 shown in the drawing on opposite Be ⁇ th, ie before or behind drawing level.
  • a special feature of this embodiment is that the current measuring resistor 1 in cross-section is not exactly U-shaped and therefore preferably made of three parts.
  • FIG. 5 shows a further modification of an exemplary embodiment according to the invention, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that bars 19 protrude inward from the resistance element 4.
  • connection points 7 contact here the two connection parts 2, 3 in each case in the immediate vicinity of the resistance element 4, z. B. at the base of one of the webs 19.
  • the positions of the connection points can be adapted to design and metrological requirements.
  • FIGS. 6A to 6C show different variants of a busbar arrangement according to the invention with a current measuring resistor 1 according to the invention, which is electrically contacted by two busbars 20, 21.
  • the two bus bars 20, 21 are each L-shaped with two mutually perpendicular directions. angled legs 22, 23 and 24, 25.
  • the current measuring resistor 1 is in this case enclosed between the two legs 23, 25, while the two other legs 22, 24 lie in a common plane and serve to supply or dissipation of the current I. ,
  • Figure 6A also shows a spring clip 26, which presses the two legs 23, 25 of the busbars 20, 21 on the current contact surfaces 5, 6 of the current sense resistor, wherein the spring clip 26 is electrically insulated at least on one side.
  • busbar 20 is L-shaped in cross-section, while the other busbar 21 is plate-shaped and planar.
  • the two busbars 20, 21 are plate-shaped and project in different directions from the current measuring resistor 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen U-förmigen Widerstand (1), insbesondere einen niederohmigen Strommesswiderstand (1), mit einem ersten Anschlussteil (2) aus einem Leitermaterial mit einer ersten Stromkontaktfläche zum Einleiten eines elektrischen Stroms (I) in den Widerstand (1), einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem Leitermaterial mit einer zweiten Stromkontaktfläche zum Ausleiten des Stroms (I) aus dem Widerstand (1), sowie mit einem Widerstandselement (4) aus einem Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet ist, so dass der elektrische Strom (I) durch den elektrischen Widerstand (1) fließt. Der Strom (I) tritt senkrecht in die Anschlussteile (2, 3) über deren Außenflächen ein bzw. aus. Die Spannungsabgriffe sind hierbei an der Innenseite des U-förmig ausgeführten Widerstands (1) angebracht und kontaktieren die Anschlussteile (2, 3) in der Nähe des Überganges zum Widerstandselement (4).

Description

BESCHREIBUNG Widerstand, insbesondere niederohmiger Strommesswiderstand
Die Erfindung betrifft einen Widerstand, insbesondere einen niederohmigen Strommesswiderstand . Aus EP 0 605 800 AI ist ein niederohmiger Strommesswiderstand ("Shunt") bekannt, der von einem Verbundmaterialband abgetrennt werden kann, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Dieser bekannte Strommesswiderstand besteht aus zwei plattenförmigen, ebenen Anschlussteilen aus einem Lei- termaterial (z. B. Kupfer) und einem dazwischen befindlichen, ebenfalls plattenförmigen und ebenen Widerstandselement aus einem Widerstandsmaterial (z. B. Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung) . Der zu messende elektrische Strom wird hierbei über das eine Anschlussteil in den Strommesswiderstand einge- leitet und über das andere Anschlussteil wieder aus dem
Strommesswiderstand ausgeleitet, so dass der zu messende elektrische Strom durch das Widerstandselement fließt. Die eigentliche Strommessung erfolgt hierbei gemäß der bekannten Vierleitertechnik durch eine Messung des Spannungsabfalls über dem Widerstandselement, wobei der gemessene Spannungsabfall entsprechend dem Ohmschen Gesetz den elektrischen Strom wiedergibt, der durch das Widerstandselement fließt.
Bei neueren Anwendungen derartiger Strommesswiderstände im Bereich der Antriebstechnik und insbesondere im Bereich der
Elektromobilität sind die Anforderungen nach einer kompakten, preisgünstigen Bauweise der gesamten Leistungselektronik entscheidend. Hierbei erfordern optimierte Aufbau- und Verbindungstechniken nun auch neue Bauformen für die Strommesswi- derstände und Lösungen für die dazugehörige Messtechnik. Der vorstehend beschriebene bekannte Strommesswiderstand erfüllt diese Anforderungen jedoch noch nicht vollständig befriedigend .
Weiterhin ist aus EP 0 605 800 AI und auch aus DE 10 2009 031 408 AI ein plattenförmiger Strommesswiderstand bekannt, der in der Plattenebene U-förmig ist. Hierbei sind die Stromkontaktflächen und auch die Spannungsabgriffe jeweils auf der- selben Seite des plattenförmigen Strommesswiderstands angeordnet, z. B. auf der Oberseite des plattenförmigen Strommesswiderstands. Auch diese Bauweise eines Strommesswiderstands weist deshalb die vorstehend beschriebenen Nachteile auf .
Ferner ist zum Stand der Technik hinzuweisen auf US
2010/0066351 AI, DE 2 114 466 C, US 4 580 095, DE 10 2010 037 235 AI, DE 20 2013 011 690 Ul und DE 10 2011 121 902 AI, Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Strommesswiderstand zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Widerstand gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Der erfindungsgemäße Widerstand weist zunächst in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik zwei Anschlussteile auf, um einen elektrischen Strom in den Widerstand einzuleiten bzw. aus dem Widerstand auszuleiten.
Die beiden Anschlussteile bestehen aus einem elektrisch gut leitfähigen Leitermaterial (z. B. Kupfer oder eine Kupfer- Legierung oder auch Aluminium) , damit die Spannungsmessung gemäß der Vierleitertechnik möglichst nicht durch einen Span- nungsabfall innerhalb der Anschlussteile verfälscht wird.
Zum Einleiten bzw. Ausleiten des elektrischen Stroms weisen die beiden Anschlussteile jeweils eine Stromkontaktfläche auf, was eine flächige Einleitung bzw. Ausleitung des
elektrischen Stroms mit einem entsprechend geringen Übergangswiderstand ermöglicht. Davon zu unterscheiden ist eine herkömmliche Einleitung bzw. Ausleitung des elektrischen Stroms über Stromkontakte, die nahezu punkt- oder linienför- mig sind.
Gemäß der Erfindung befinden sich die Stromkontaktflächen zum Einleiten bzw. Ausleiten des Stroms jeweils an der Außenseite der beiden Anschlussteile. Dies bedeutet, dass das Einleiten und Ausleiten des Stroms an gegenüberliegenden Seiten des Widerstands erfolgt. Die Stromflussrichtung an den beiden
Stromkontaktflächen ist hierbei vorzugsweise gleichgerichtet, d. h. der Strom fließt an der einen Stromkontaktfläche in derselben Richtung in den Widerstand hinein wie er an der an- deren Stromkontaktfläche aus dem Widerstand herausfließt.
Weiterhin ist auch bei dem erfindungsgemäßen Widerstand in Überstimmung mit dem Stand der Technik ein Widerstandselement vorgesehen, das in Stromflussrichtung zwischen den beiden An- schlussteilen angeordnet ist, so dass der elektrische Strom durch den elektrischen Widerstand fließt. Das Widerstandselement besteht hierbei aus einem Widerstandsmaterial (z. B. Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung) , wobei der spezifische elektrische Widerstand des Widerstandsmaterials deutlich größer ist als der spezifische elektrische Widerstand des Leitermaterials der Anschlussteile.
Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass zumindest ein Teil des Widerstands im Querschnitt im Wesentlichen U- förmig ist. Vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, dass der gesamte Widerstand im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig gebogen ist mit Schenkeln, die durch die beiden Anschlussteile gebildet werden, und einer Basis, die durch das Wider- Standselement gebildet wird.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer U-Form bezieht sich bei einem plattenförmigen Widerstand oder bei einem Widerstand mit plattenförmigen Anschlussteilen bzw. ei- nem plattenförmigen Widerstandselement vorzugsweise auf einen Querschnitt rechtwinklig zur Plattenebene. Dadurch unterscheidet sich der erfindungsgemäße Widerstand beispielsweise auch von den U-förmigen Widerständen gemäß EP 0 605 800 AI und DE 10 2009 031, bei denen der Widerstand in der Platten- ebene U-förmig ist.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines U-förmigen Widerstands nicht beschränkt ist auf Widerstände, die im Querschnitt exakt U- förmig sind, d. h. mit rechten Winkeln zwischen der Basis und den Schenkeln und einer Abrundung zwischen der Basis und den Schenkeln. Vielmehr umfasst der Begriff einer U-Form im Rahmen der Erfindung auch andere Winkel zwischen der Basis und den Schenkeln der U-Form. Weiterhin umfasst der Begriff einer U-Form im Rahmen der Erfindung auch U-Formen ohne eine Abrundung zwischen der Basis der U-Form und den Schenkeln. Ferner ist zu der U-Form im Rahmen der Erfindung noch zu erwähnen, dass dieser Begriff nicht voraussetzt, dass der gesamte Widerstand U-förmig ist. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für Varianten, bei denen lediglich ein Teil des Widerstands im Querschnitt U-förmig ist.
Bei dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Strommesswiderstand gemäß EP 0 605 800 AI liegen die Anschlussteile mit ih- ren Stromkontaktflächen in einer gemeinsamen Ebene. Diese bekannte Gestaltung eines Strommesswiderstands ist jedoch hinsichtlich der Möglichkeiten für optimierte Aufbau- und Verbindungstechniken noch nicht optimal. Die Erfindung sieht vorzugsweise vor, dass die beiden Stromkontaktflächen der beiden Anschlussteile zumindest teilweise im Wesentlichen parallel, insbesondere planparallel, zueinander in zwei zueinander beabstandeten Kontaktebenen angeordnet sind.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Strommesswiderstand eine Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik ermöglicht, wozu mindestens zwei Spannungsabgriffe erforderlich sind, die den Spannungsabfall über dem Widerstandselement messen. Bei einem einzelnen Paar von Spannungsabgriffen kontaktiert der eine Spannungsabgriff deshalb das eine Anschlussteil möglichst nahe am Übergang zwischen Anschlussteil und Widerstandselement, während der anderen Spannungsabgriff in gleicher Weise das andere Anschlussteil kontaktiert. Diese Spannungsabgriffe sind bei dem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand an der Innenseite der beiden Anschlussteile vorgesehen .
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Stromdichte in den beiden Anschlussteilen räumlich schwanken kann, da die Stromeinspei- sepunkte auf den Kontaktflächen der Anschlussteile schwanken können und die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Leitermaterials der Anschlussteile nicht unendlich ist. Dies hat zur Folge, dass die Spannungsmessung im Rahmen der Vierleitertechnik in Abhängigkeit von der räumlichen Positionierung der Spannungsabgriffe schwankt. Derartige Schwankungen in Abhängigkeit von der räumlichen Positionierung der Spannungsabgriffe verfälschen jedoch das Messergebnis. In einer Variante der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass die beiden Anschlussteile jeweils von mehreren Spannungsabgriffen kontak- tiert werden, die bezüglich der Stromflussrichtung nebeneinander und über die Breite der Anschlussteile verteilt angeordnet sind. Die Messung des Spannungsabfalls über dem Widerstandselement erfolgt also vorzugsweise über mehrere Paare von Spannungsabgriffen, die bezüglich der Stromflussrichtung nebeneinander und über die Breite der Anschlussteile verteilt angeordnet sind. Die verschiedenen Paare von Spannungsabgriffen liefern dann verschiedene Messwerte für den Spannungsabfall über dem Widerstandselement, wobei aus den verschiedenen Messwerten dann ein korrigierter Wert berechnet werden kann, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
Hierzu können die Spannungsabgriffe über individuelle Symmet- rierungswiderstände mit einem Messanschluss verbunden sein, wobei die Symmetrierungswiderstände Unsymmetrien der Stromdichte in den Anschlussteilen und in dem Widerstandselement durch entsprechend angepasste Widerstandswerte kompensieren. Vorzugsweise ist diese Vielzahl von Spannungsabgriffen in dem Innenraum des Widerstands angeordnet.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem von den Anschlussteilen eingeschlossenen Innenraum des Widerstands auch ein Teil einer Messeinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet' ist, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen.
Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Teil einer Messeinrichtung um eine Leiterplatte, die eine Messschaltung tragen kann, um den Spanungsabfall über dem Widerstandselement zu messen.
Bei dieser Messschaltung kann es sich beispielsweise um eine kundenspezifische Schaltung (ASIC: Application-Specific In- tegrated Circuit) handeln, wie es an sich aus EP 1 363 131 AI bekannt ist.
Darüber hinaus kann die Leiterplatte auch einen Optokoppler oder einen induktiven oder kapazitiven Koppler tragen, um ei- ne galvanisch getrennte Kommunikation mit der Umgebung zu ermöglichen. Alternativ kann über den Koppler ein Spannungssignal ausgegeben werden, das den Spannungsabfall über dem Widerstandselement wiedergibt. Die Leiterplatte kann im Rahmen der Erfindung auch Lötstützflächen aufweisen, um den Widerstand und den Verbund aus den Anschlussteilen, dem Widerstandselement und der Leiterplatte beim Verlöten, Sintern oder Verkleben mechanisch zu stabilisieren .
Weiterhin kann die Leiterplatte Anschluss-Pads aufweisen, die als Spannungsabgriffe die Anschlussteile elektrisch kontaktieren, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen. Die Anschluss-Pads auf der Leiterplatte bilden hier- bei also vorzugsweise direkt die Spannungsabgriffe zum Messen des Spannungsabfalls über dem Widerstandselement.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Leiterplatte mehrlagig sein kann, wobei die Anschluss-Pads und die Lötstützflächen je- weils auf Außenlagen der Leiterplatte angeordnet sind. Die elektrische Verbindung mit den Anschluss-Pads der Leiterplatte erfolgt vorzugsweise über Streifenleitungen, die auf Innenlagen der Leiterplatte angeordnet sind und die durch
Durchkontaktierungen mit den Anschluss-Pads verbunden sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Streifenleitungen auf gegenüberliegenden Seiten der Innenlage in Deckung übereinander verlaufen, um die Einkopplung von Störstrahlung zu minimieren . Die Leiterplatte ist hierbei vorzugsweise durch eine mechanische Verbindung mit dem Widerstand verbunden, so dass der Widerstand mit der Leiterplatte einen Verbund bildet. Diese Verbindung kann beispielsweise eine Lötverbindung, eine Sin- terverbindung, eine Pressverbindung oder eine Klebeverbindung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber sein.
Weiterhin ist zu der Leiterplatte zu erwähnen, dass die Leiterplatte starr oder flexibel und hochtemperaturfest ist, beispielsweise bis zu einer Temperatur von mindestens +150°C, +200°C oder sogar +250°C. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Leiterplatte aus einer Mehrschichtkeramik besteht . In einer Variante der Erfindung weist das Widerstandselement quer zur Stromflussrichtung einen Querschnitt auf, der sowohl von einer reinen Rechteckform abweicht. Beispielsweise kann das Widerstandselement mehrfach gekrümmt oder angewinkelt sein, so dass der Widerstand nach der Montage mit den An- schlussteilen einen Innenraum umgibt und zumindest teilweise einschließt. Hierbei kann der Widerstand mindestens einen Schenkel aufweisen, der sich in der Stromflussrichtung erstreckt und nach innen in den Innenraum hinein absteht. Beispielsweise können drei Stege in den Innenraum des Wider- Stands hineinragen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest einer der Schenkel an seinem freien Ende von einem der Spannungsabgriffe elektrisch kontaktiert wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn einer oder mehrere der
Schenkel an ihrer Basis von jeweils einem der Spannungsab- griffe elektrisch kontaktiert werden.
Allgemein ist zu erwähnen, dass die Anschlussteile und das Widerstandselement vorzugsweise plattenförmig sind. Dies bedeutet vorzugsweise, dass die Anschlussteile und das Wider- Standselement relativ dünn sind, wobei Ober- und Unterseite parallel zueinander verlaufen, insbesondere planparallel. Das Widerstandselement und die Anschlussteile können hierbei wahlweise eben oder gebogen sein.
Hinsichtlich des Leitermaterials der Anschlussteile ist zu erwähnen, dass es sich vorzugsweise um Kupfer oder eine Kupfer-Legierung handelt. Zu dem Widerstandsmaterial des Widerstandselementes ist zu erwähnen, dass es sich beispielsweise um eine Kupfer-Mangan- Legierung handeln kann, wie beispielsweise eine Kupfer- Mangan-Nickel-Legierung (z. B. Manganin®, d. h. Cu86Mnl2Ni2 ) . Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass es sich bei dem Widerstandsmaterial um eine Nickel-Chrom- Legierung oder um eine sonstige Legierung handelt.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements zwar vorzugsweise niederohmig ist, aber einen deutlich größeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Leitermaterial der Anschlussteile.
Beispielsweise kann das Widerstandsmaterial des Widerstandselements einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen, der im Bereich von 1·10~7Ωπι bis 50-10~7Qm liegt.
Der Widerstand als Ganzes kann im Rahmen der Erfindung einen Widerstandswert aufweisen, der beispielsweise im Bereich von Ο,ΙμΩ bis ΙΟΟΟμΩ liegt.
Ferner ist zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Widerstand vorzugsweise eine hohe Dauerstromfestigkeit von mindestens 100A, IkA, 2kA, 5kA oder lOkA aufweist. Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die Stromkontaktflächen der Anschlussteile eine flächige Stromeinleitung bzw. Stromausleitung ermöglichen, was mit einem entsprechend geringen Übergangswiderstand verbunden ist. Vorzugsweise sind die Stromkontaktflächen deshalb so groß, dass sie jeweils mindestens 30%, 60% oder sogar mindestens 90% der gesamten Außenfläche des Widerstands ausmachen. Beispielsweise kann die Größe der Stromkontaktflächen mindestens 5cm2, 10cm2, 15cm2, 20cm2, 25cm2 oder sogar mindestens 30cm2 betragen.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Gestaltung des Strommesswiderstands vorzugsweise dazu führt, dass die Stromflussrichtung in dem ersten Anschlussteil entgegengesetzt ist zu der Stromflussrichtung in dem zweiten An- schlussteil, was zu einer pseudo-bifHaren Stromführung mit einer entsprechend geringen Induktivität des Widerstands führt. So kann die Induktivität des Widerstands beispielsweise kleiner sein als 5nH, 2nH oder sogar InH. Zu den Eigenschaften des erfindungsgemäßen Widerstands ist weiterhin zu erwähnen, dass der Widerstand vorzugsweise einen geringen Temperaturkoeffizienten von weniger als 100ppm/K, 50ppm/K oder sogar weniger als 20ppm/K aufweist. Der Wärmewiderstand zwischen den Stromkontaktflächen der beiden Anschlussteile ist dagegen vorzugsweise kleiner als
10K/W, 5K/W, 2K/W oder sogar 1K/W.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands kann beispielsweise durch Abtrennen und Biegen aus einem Verbundmaterialband erfolgen. Es ist jedoch auch möglich und bei bestimmten Ausführungsformen sogar erforderlich, dass der Widerstand aus mindestens drei getrennten Teilen zusammengesetzt wird. Ferner ist zu erwähnen, dass die Stromkontaktflächen und die beiden Anschlussteile bei dem erfindungsgemäßen Widerstand vorzugsweise sandwichförmig übereinander liegen.
Hinsichtlich der Abmessungen des erfindungsgemäßen Widerstands besteht die Möglichkeit einer Breite quer zur Stromflussrichtung bzw. einer Länge in Stromflussrichtung von jeweils 20mm-100mm und einer Dicke von 3mm-20mm, wobei auch weitgehende Abwandlungen von diesen Abmessungen möglich sind.
Schließlich beansprucht die Erfindung nicht nur Schutz für den vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Widerstand als einzelnes Bauteil. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine Stromschienenanordnung mit zwei Stromschienen zum Zuführen bzw. Abführen des elektrischen Stroms sowie mit einem erfindungsgemäßen Widerstand, der zwischen den beiden Stromschienen angeordnet ist und von diesen elektrisch kontaktiert wird, wobei die Stromschienen die Stromkontaktflächen der beiden Anschlussteile des erfindungsgemäßen Widerstands kontaktieren.
In einer Variante einer solchen Stromschienenanordnung sind die beiden Stromschienen jeweils L-förmig, wobei der Wider- stand von zwei Schenkeln der beiden L-förmigen Stromschienen eingeschlossen wird.
In einer anderen Variante einer solchen Stromschienenanordnung ist dagegen eine der beiden Stromschienen L-förmig, wäh- rend die andere Stromschiene im Wesentlichen plattenförmig und eben ist. Der erfindungsgemäße Widerstand ist hierbei zwischen der ebenen, plattenförmigen Stromschiene einerseits und einem Schenkel der L-förmigen Stromschiene andererseits eingeschlossen . In noch einer anderen Variante einer solchen Stromschienenanordnung sind dagegen die beiden Stromschienen plattenförmig und eben und schließen den erfindungsgemäßen Widerstand zwi- sehen sich ein.
Die Verbindung zwischen den Stromschienen einerseits und dem Widerstand andererseits kann beispielsweise durch eine Lötverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Sinterverbindung erfolgen.
Alternativ kann eine Federklemme vorgesehen sein, um den Verbund aus den Stromschienen und dem Widerstand zusammenzupressen, wobei die Federklemme mindestens einseitig elektrisch isolierend ausgeführt ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1A eine Querschnittsansicht eines U-förmig gebogenen erfindungsgemäßen Strommesswiderstands, der aus einem Verbundmaterialband hergestellt ist ,
Figur 1B eine Abwandlung von Figur 1A, wobei der dargestellte Strommesswiderstand aus drei Teilen hergestellt ist,
Figur 2A eine Abwandlung des Strommesswiderstands aus
Figur 1A mit einer zusätzlichen Leiterplatte, wobei der Strommesswiderstand zwischen zwei
Stromschienen angeordnet ist, Figur 2B eine Aufsicht auf die Leiterplatte des Strommesswiderstands aus Figur 2A,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit mehreren Paaren von Spannungsabgriffen zur Kompensation von räumlichen Schwankungen der Stromdichte, Figur 4 eine weitere Abwandlung des Widerstandselements eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands, der quer zur Stromflussrichtung mehrfach angewinkelt ist, Figur 5 eine Querschnittsansicht durch eine Abwandlung des Widerstandselementes gemäß Figur 4 mit mehreren nach innen ragenden Stegen,
Figuren 6A-6C verschiedene Varianten von Stromschienenanord nungen mit einem erfindungsgemäßen Strommesswiderstand.
Figur 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1 zur Strommessung gemäß der bekannten Vierleitertechnik, wobei der Strommesswiderstand 1 aus einem Verbundmaterialband hergestellt wird.
Der Strommesswiderstand 1 weist zum Einleiten eines elektrischen Stroms I ein Anschlussteil 2 auf, das aus einem Leitermaterial besteht, wie beispielsweise Kupfer oder eine Kupfer- Legierung .
Darüber hinaus weist der Strommesswiderstand 1 ein weiteres Anschlussteil 3 auf, um den elektrischen Strom I aus dem Strommesswiderstand auszuleiten, wobei das Anschlussteil 3 aus demselben oder einem anderen Leitermaterial besteht wie das Anschlussteil 2. In Stromflussrichtung zwischen dem Anschlussteil 2 und dem Anschlussteil 3 ist ein Widerstandselement 4 angeordnet, das aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial (z. B. Kupfer- Mangan-Nickel-Legierung) besteht . Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Einleitung und Ausleitung des elektrischen Stroms I großflächig erfolgt über Stromkontaktflächen 5, 6. Die großflächigen Stromkontaktflächen 5, 6 ermöglichen einen niedrigen Übergangswiderstand, was zu einer hohen Messgenauigkeit und geringen Verlusten beiträgt.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1 besteht aus der Bauweise, die im Querschnitt rechtwinklig zur Stromflussrichtung U-förmig ist. So bilden die beiden Anschlussteile 2, 3 jeweils einen Schenkel der U-Form, während das Widerstandselement 4 in der Basis der U-Form angeordnet ist. Die Stromkontaktflächen 5, 6 liegen also gegenüberliegend an der Außenseite der beiden Anschlussteile 2, 3.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Strommesswider- stand 1 eine Strommessung gemäß der Vierleitertechnik ermöglicht. Hierzu sind mindestens zwei Spannungsabgriffe 7 vorgesehen, welche die beiden Anschlussteile 2, 3 möglichst nahe am Übergang zu dem Widerstandselement 4 elektrisch kontaktieren und mit einem hier nur schematisch dargestellten Span- nungsmessgerät 8 verbunden sind. Das Spannungsmessgerät 8 misst also den Spannungsabfall über dem Widerstandselement 4, wobei der gemessene Spannungsabfall entsprechend dem Ohmschen Gesetz den elektrischen Strom I wiedergibt. Weiterhin ist zu erwähnen, dass der elektrische Strom I in den beiden Anschlussteilen 2, 3 in entgegengesetzten Richtungen fließt, was zu einer pseudo-bifHaren Stromführung mit einer entsprechend geringen Induktivität führt.
Figur 1B zeigt eine Abwandlung von Figur 1A, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Eine Besonderheit dieser Abwandlung besteht darin, dass der Strommesswiderstand 1 nicht aus einem Verbundmaterialband hergestellt ist, sondern aus drei Teilen besteht, nämlich den beiden Anschlussteilen 2, 3 und dem Widerstandselement 4. Die Figuren 2A und 2B zeigen eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 1A und 1B, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Zum einen ist in Figur 2A gezeigt, dass der Strommesswiderstand 1 von zwei Stromschienen 9, 10 elektrisch kontaktiert sind, wobei die beiden Stromschienen 9, 10 jeweils L-förmig sind und jeweils zwei rechtwinklig angewinkelte Schenkel 11, 12 bzw. 13, 14 aufweisen.
Der Strommesswiderstand 1 ist hierbei zwischen den beiden Schenkeln 12, 14 angeordnet und wird von diesen elektrisch kontaktiert. Die beiden anderen Schenkel 11, 13 der Strom- schienen 9, 10 liegen dagegen gemeinsam in einer Ebene und dienen zum Zuführen bzw. Abführen des elektrischen Stroms I.
Zum anderen ist aus Figur 2A ersichtlich, dass in dem Innenraum zwischen den beiden Anschlussteilen 2, 3 eine Leiter- platte 15 angeordnet ist, die in Figur 2B in der Aufsicht dargestellt ist.
Die Leiterplatte 15 weist an ihrer Oberseite und an ihrer Un- terseite jeweils mehrere Anschluss-Pads 16 auf, die Spannungsabgriffe zur elektrischen Kontaktierung der Anschlussteile 2, 3 bilden. Die Anschluss-Pads 16 sind hierbei jeweils quer zur Stromflussrichtung nebeneinander angeordnet. Der Strommesswiderstand 1 weist hierbei also mehrere Paare von Spannungsabgriffen auf, wobei die Paare quer zur Stromflussrichtung über die Breite des Strommesswiderstands 1 verteilt angeordnet sind und deshalb unterschiedliche Spannungsmesswerte liefern, da die Stromdichte auch innerhalb der Anschlussteile 2, 3 nicht räumlich konstant ist, weil die elektrische Leitfähigkeit des Leitermaterials der Anschlussteile 2, 3 nicht unendlich ist. Die Messung durch mehrere Paare von Spannungsabgriffen ermöglicht es jedoch, diese räumlichen Schwankungen des Spannungsmesswertes messtechnisch zu kompensieren.
Darüber hinaus weist die Leiterplatte 15 mehrere Lötstützflächen 17 auf, um den gesamten Verbund des Strommesswiderstands beim Verlöten, Sintern oder Verkleben mechanisch zu stabilisieren .
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Leiterplatte 15 vorzugsweise auch eine Messschaltung (nicht dargestellt) trägt, um die Spannungsmesswerte der Spannungsabgriffe (Anschluss-Pads 16) messtechnisch auszuwerten. Beispielsweise kann diese Messschaltung als kundenspezifische Schaltung (ASIC: Applica- tion-Specific Integrated Circuit) ausgeführt sein, wie es an sich aus EP 1 363 131 AI bekannt ist.
Darüber hinaus kann die Leiterplatte 15 auch einen Optokopp- ler oder einen induktiven bzw. kapazitiven Koppler (nicht dargestellt) tragen, um eine galvanisch getrennte Kommunikation mit der Umgebung zu ermöglichen. Alternativ kann über den Optokoppler ein Spannungsmesswert ausgegeben werden, der den Spannungsabfall über dem Widerstandselement 4 wiedergibt.
Figur 3 zeigt eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden .
Der Strommesswiderstand 1 weist hierbei zahlreiche Paaren von Spannungsabgriffen 7 auf, die quer zur Stromflussrichtung über die Breite des Strommesswiderstands 1 verteilt angeordnet sind und jeweils die beiden Anschlussteile 2 bzw. 3 kontaktieren. Die Spannungsabgriffe 7 liefern unterschiedliche Spannungsmesswerte, da die Stromdichte in den Anschlussteilen 2, 3 räumlich nicht exakt konstant ist. Die Spannungsabgriffe sind deshalb über Symmetrierungswiderstände 18 mit dem Spannungsmessgerät 8 verbunden. Die Widerstandswerte der einzelnen Symmetrierungswiderstände 18 sind hierbei so an die räumliche Position der Spannungsabgriffe 7 angepasst, dass räumliche Schwankungen der Spannungsmesswerte kompensiert werden.
Figur 4 zeigt eine Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Die Zeichnung zeigt hierbei einen Querschnitt durch das Wider- Standselement 4 rechtwinklig zur Stromflussrichtung, wobei die Stromflussrichtung in die Zeichenebene gerichtet ist.
Die Anschlussteile 2, 3 sind hierbei nicht dargestellt und verlaufen vor bzw. hinter der Zeichenebene, wobei die plat- tenförmigen Anschlussteile 2, 3 parallel zur Zeichenebene verlaufen und somit die in der Zeichnung dargestellte Stirnfläche des Widerstandselements 4 auf gegenüber liegenden Sei¬ ten elektrisch kontaktieren, d. h. vor bzw. hinter Zeichen- ebene .
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Strommesswiderstand 1 im Querschnitt nicht exakt U- förmig ist und deshalb vorzugsweise aus drei Teilen gefertigt wird.
Figur 5 zeigt eine weitere Abwandlung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass von dem Widerstandselement 4 Stege 19 nach innen abste- hen.
Die Spannungsabgriffe 7 kontaktieren hier die beiden Anschlussteile 2, 3 jeweils in unmittelbarer Nähe zu dem Widerstandselement 4, z. B. an der Basis eines der Stege 19. Die Positionen der Anschlusspunkte kann konstruktiven und messtechnischen Anforderungen angepasst werde.
Die Figuren 6A bis 6C zeigen verschiedene Varianten einer erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung mit einem erfindungs- gemäßen Strommesswiderstand 1, der von zwei Stromschienen 20, 21 elektrisch kontaktiert wird.
Bei der Variante gemäß Figur βΑ sind die beiden Stromschienen 20, 21 jeweils L-förmig mit zwei rechtwinklig zueinander an- gewinkelten Schenkeln 22, 23 bzw. 24, 25. Der Strommesswiderstand 1 ist hierbei zwischen den beiden Schenkeln 23, 25 eingeschlossen, während die beiden anderen Schenkel 22, 24 in einer gemeinsamen Ebene liegen und zur Zuführung bzw. Abfüh- rung des Stroms I dienen.
Darüber hinaus zeigt Figur 6A noch eine Federklemme 26, welche die beiden Schenkel 23, 25 der Stromschienen 20, 21 auf die Stromkontaktflächen 5, 6 des Strommesswiderstands drückt, wobei die Federklemme 26 zumindest einseitig elektrisch isoliert ist.
Bei der Variante gemäß Figur 6B ist nur die Stromschiene 20 im Querschnitt L-förmig, während die andere Stromschiene 21 plattenförmig und eben ist.
Bei der Variante gemäß Figur 6C sind die beiden Stromschienen 20, 21 plattenförmig und stehen in verschiedene Richtungen von dem Strommesswiderstand 1 ab.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen, d. h. beispielsweise auch ohne das kennzeichnende Merkmal des Hauptanspruchs. Bezugszeichenliste :
1 Strommesswiderstand
2 Anschlussteil zum Einleiten des Stroms
3 Anschlussteil zum Ausleiten des Stroms
4 Widerstandselement
5 Stromkontaktfläche
6 Stromkontaktfläche
7 Spannungsabgriffe
8 Spannungsmessgerät
9 Stromschiene
10 Stromschiene
11 Schenkel der Stromschiene 9
12 Schenkel der Stromschiene 9
13 Schenkel der Stromschiene 10
14 Schenkel der Stromschiene 10
15 Leiterplatte
16 Anschluss-Pads
17 Lötstützflächen
18 Symmetrierungswiderstände
19 Stege
20 Stromschiene
21 Stromschiene
22 Schenkel der Stromschiene 20
23 Schenkel der Stromschiene 20
24 Schenkel der Stromschiene 21
25 Schenkel der Stromschiene 21
26 Federklamme
I Strom
k -k * * *

Claims

ANSPRUCHE 1. Widerstand (1), insbesondere niederohmiger Strommesswiderstand (1), mit
a) einem ersten Anschlussteil (2) aus einem Leitermaterial zum Einleiten eines elektrischen Stroms (I) in den Widerstand ( 1 ) ,
b) einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem Leitermaterial zum Ausleiten des Stroms (I) aus dem Widerstand (1), c) einem Widerstandselement (4) aus einem Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen dem ersten Anschlussteil (2) und dem zweiten Anschlussteil (3) angeordnet ist, so dass der elektrische Strom (I) durch das Widerstandselement (4) fließt, und
d) mehreren Spannungsabgriffen (7, 16), welche die beiden
Anschlussteile (2, 3) elektrisch kontaktieren und den Spannungsabfall über dem Widerstandselement (4) messen, dadurch gekennzeichnet,
e) dass die Anschlussteile (2, 3) flächig ausgedehnte
Stromkontaktflächen (5, 6) aufweisen zum Einleiten bzw. Ausleiten des Stroms (I), und
f) dass zumindest ein Teil des Widerstands (1) im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ist, und
g) dass die Spannungsabgriffe (7, 16) an der Innenseite der Anschlussteile (2, 3) angebracht sind, und
h) dass die Stromkontaktflächen (5, 6) an der Außenseite der Anschlussteile (2, 3) angebracht sind.
2. Widerstand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass der U-förmige Teil des Widerstands (1) Schenkel aufweist, die durch die beiden Anschlussteile (2, 3) gebildet werden, und eine Basis, die durch das Widerstandselement (4) gebildet wird, und/oder
b) dass die beiden Stromkontaktflächen der beiden Anschlussteile (2, 3) im Wesentlichen parallel zueinander in zwei zueinander beabstandeten Kontaktebenen angeordnet sind, insbesondere planparallel.
3. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die beiden Anschlussteile (2, 3) jeweils von mehreren Paaren von Spannungsabgriffen (7, 16) kontaktiert werden, die bezüglich der Stromflussrichtung nebeneinander und über die Breite der Anschlussteile (2, 3) verteilt angeordnet sind, und/oder
b) dass die Spannungsabgriffe (7, 16) über Symmetrierungs- widerstände (18) mit einem Signalausgang verbunden sind, wobei die Symmetrierungswiderstände (18) Unsym- metrien der Stromdichte in dem Widerstandselement (4) durch entsprechend angepasste Widerstandswerte kompen- sieren.
4. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Anschlussteile (2, 3) einen Innenraum ein- schließen, und
b) dass in dem Innenraum zumindest ein Teil (15) einer
Messeinrichtung, insbesondere eine Leiterplatte (15), angeordnet ist, wobei die Messeinrichtung dazu eingerichtet ist, um den Spannungsabfall über dem Wider- Standselement (4) zu messen.
5. Widerstand (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterplatte (15) Lötstützflächen (17) aufweist, um den Widerstand (1) mechanisch zu stabilisie- ren, und/oder
b) dass die Leiterplatte (15) Anschluss-Pads (16) aufweist, die als Spannungsabgriffe (7, 16) die Anschlussteile (2, 3) elektrisch kontaktieren, um den Spannungs- abfall über dem Widerstandselement (4) zu messen, und/oder
c) dass die Leiterplatte (15) mehrlagig ist, wobei die Anschluss-Pads (16) und die LötStützflächen (17) auf Außenlagen der Leiterplatte (15) angeordnet sind,
und/oder
d) dass die Anschluss-Pads (16) der Leiterplatte (15) für die Spannungsabgriffe (7, 16) an den Außenlagen der Leiterplatte über Durchkontaktierungen mit Streifenleitungen auf einer Innenlage der Leiterplatte (15) ver- bunden sind, und/oder
e) dass die Streifenleitungen auf gegenüber liegenden Seiten der Innenlage in Deckung übereinander verlaufen, und/oder
f) dass die Leiterplatte (15) durch eine der folgende Ver- bindungsarten' mit den Anschlussteilen (2, 3) verbunden ist :
fl) eine Lötverbindung,
f2) eine Sinterverbindung,
f3) eine Pressverbindung,
f4) eine Klebeverbindung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber, und/oder
g) dass die Leiterplatte (15) starr oder flexibel ist,
und/oder
h) dass die Leiterplatte (15) hochtemperaturfest ist, ins- besondere bis zu einer Temperatur von mindestens
+150°C, +200°C oder +250°C, und/oder
i) dass die Leiterplatte (15) aus Mehrschichtkeramik besteht, und/oder j) dass die Leiterplatte (15) zur Messung der Spannungsabfalls über dem Widerstandselement (4) eine Messschaltung trägt, insbesondere einen ASIC, und/oder
k) dass die Leiterplatte (15) einen Optokoppler trägt zur galvanisch getrennten Ausgabe von Daten oder eines Analogsignales .
6. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Widerstandselement (4) in einem Querschnitt rechtwinklig zur Stromflussrichtung eine Querschnittsform aufweist, die von einer reinen Rechteckform abweicht, und/oder
b) dass das Widerstandelement (4) quer zur Stromflussrichtung mehrfach gekrümmt oder angewinkelt ist, so dass er einen Innenraum umgibt und zumindest teilweise einschließt, und/oder
c) dass das Widerstandselement (4) mindestens einen Schenkel (19) aufweist, der sich in der Stromflussrichtung erstreckt und nach innen in den Innenraum hinein absteht, und/oder
d) dass mindestens je ein Spannungsabgriff (7) an den Anschlussteilen (2, 3) in der Nähe eines der Schenkel (19) angebracht ist.
7. Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,
a) dass die Anschlussteile (2, 3) jeweils plattenförmig sind, und/oder
b) dass das Widerstandselement (4) plattenförmig ist,
und/oder
c) dass das Leitermaterial der Anschlussteile (2, 3) Kupfer oder eine Kupferlegierung oder Aluminium ist, und/oder ) dass das Widerstandsmaterial eine Kupfer-Mangan- Legierung, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Nickel- Legierung, oder eine Nickel-Chrom-Legierung ist, und/oder
) dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements
(4) einen größeren spezifischen elektrischen Widerstand
(1) aufweist als das Leitermaterial der Anschlussteile ( 2 , 3 ) , und/oder
dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4) einen spezifischen elektrischen Widerstand (1) aufweist, der
fl) kleiner als 50-10"7Qm, 20-10~7Qm, 10-10-7Qm oder
5·10~Ωηα, und/oder
f2) größer als l-10"8Qm, 5'10'8Qm, l-10-7Qm, 2-10"7Qm oder 4-10-7Qm ist,
dass der Widerstand (1) einen Widerstandswert aufweist, der
gl) mindestens Ο,ΙμΩ, 0,5μΩ, ΙμΩ, 2μΩ, 5μΩ, ΙΟμΩ, 20μΩ und/oder
g2) höchstens ΙΟΟΟμΩ, 500μΩ, 250μΩ, ΙΟΟμΩ oder 50μΩ beträgt, und/oder
dass der Widerstand (1) eine Dauerstromfestigkeit von mindestens 100A, IkA, 2kA, 5kA oder lOkA aufweist, und/oder
) dass die Stromkontaktflächen jeweils eine Größe aufweisen, die mindestens 30%, 60% oder 90% der gesamten Außenfläche des Widerstands (1) beträgt, und/oder
) dass die Stromkontaktflächen (5, 6) jeweils eine Größe aufweisen, die mindestens 5cm2, 10cm2, 20cm2, 40cm2, 80cm2 oder 160cm2 beträgt, und/oder
dass die Stromflussrichtung in dem ersten Anschlussteil
(2) entgegengesetzt ist zu der Stromflussrichtung in dem zweiten Anschlussteil (3), und/oder 1) dass der Widerstand (1) eine Dicke aufweist, die mindestens 1mm, 2mm oder 4mm und/oder höchstens 20mm, 10mm oder 5mm beträgt.
m) dass der Widerstand (1) einen Widerstandswert mit einem
Temperaturkoeffizienten von weniger als 500ppm/K,
200ppm/K oder 50ppm/K aufweist, und/oder
n) dass der Widerstand (1) eine Induktivität von weniger als ΙΟηΗ, 3nH oder InH aufweist, und/oder
o) dass der Wärmewiderstand zwischen den Stromkontaktflä- chen kleiner ist 10K/W, 5K/W, 2K/W oder 1K/W, und/oder p) dass die beiden Anschlussteile (2, 3) und das Widerstandselement (4) aus einem Verbundmaterialband quer zur Längsrichtung des Verbundmaterialbands abgetrennt und gebogen sind, und/oder
q) dass die beiden (4) plattenförmig ausgebildet sind,
sandwichartig übereinanderliegen und separat über löten, schweißen kleben oder sintern miteinander verbunden sind, und/oder
r) dass die Stromkontaktflächen (5, 6) mit ihren Kontak- tierungsseiten entgegengesetzt ausgerichtet sind, und/oder
s) dass der Widerstand (1) eine Länge in Stromflussrichtung aufweist, die größer als 20mm, 30mm oder 40mm und/oder kleiner als 100mm, 80mm oder 70mm ist,
und/oder
t) dass der Widerstand (1) eine Breite quer zur Stromflussrichtung aufweist, die größer als 20mm, 30mm oder 40mm und/oder kleiner als 200mm, 150mm oder 70mm ist, und/oder
u) dass der Widerstand (1) eine Dicke quer zur Stromflussrichtung aufweist, die größer als 2mm, 5mm, 7mm oder 9mm und/oder kleiner als 50mm, 25mm oder 15mm ist.
8. Stromschienenanordnung mit a) einer ersten Stromschiene (9; 21) zum Zuführen eines elektrischen Stroms (I)
b) einer zweiten Stromschiene (10; 20) zum Abführen des elektrischen Stroms (I),
c) einem elektrischen Widerstand (1), der in Stromflussrichtung zwischen den beiden Stromschienen (9, 10; 20, 21) angeordnet ist, so dass der elektrische Strom (I) durch den elektrischen Widerstand (1) fließt,
dadurch gekennzeichnet,
d) dass der elektrische Widerstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
9. Stromschienenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die beiden Stromschienen (20, 21) jeweils zwei zueinander angewinkelte Schenkel (22, 23, 24, 25) aufweisen, insbesondere in L-Form,
b) dass ein erstes Schenkelpaar (22, 24) von Schenkeln der beiden Stromschienen (20, 21) in einer gemeinsamen Ebene liegt,
c) dass ein zweites Schenkelpaar (23, 25) von Schenkeln der beiden Stromschienen (20, 21) in parallelen und zueinander beabstandeten Ebenen liegt, und
d) dass das zweite Schenkelpaar (23, 25) den elektrischen
Widerstand (1) zwischen sich einschließt und elektrisch kontaktiert .
10. Stromschienenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass eine der beiden Stromschienen (20, 21) zwei zueinander angewinkelte Schenkel (22, 23) aufweist, insbesondere in L-Form,
b) dass die andere der beiden Stromschienen (20, 21) plat- tenförmig und eben ist, c) dass ein Schenkel (23) der angewinkelten Stromschiene (20) parallel, insbesondere planparallel, zu der plat- tenförmigen Stromschiene (21) angeordnet ist,
d) dass die plattenförmige Stromschiene (21) und der dazu parallele Schenkel (23) der angewinkelten Stromschiene (20) den elektrischen Widerstand (1) zwischen sich einschließen und elektrisch kontaktieren.
11. Stromschienenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die beiden Stromschienen (20, 21) zumindest im Bereich der Kontaktierung mit dem Widerstand (1) jeweils plattenförmig und eben sind, und
b) dass die beiden Stromschienen (20, 21) zumindest im Bereich der Kontaktierung mit dem Widerstand (1) parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind, insbesondere planparallel, und
c) dass die beiden Stromschienen (20, 21) im Bereich der
Kontaktierung mit dem Widerstand (1) den Widerstand (1) zwischen sich einschließen und elektrisch kontaktieren, und
d) dass die beiden Stromschienen (20, 21) in entgegengesetzten Richtungen von dem Widerstand (1) abstehen, so dass die Stromflussrichtung in den beiden Stromschienen (20, 21) gleich ist, oder
e) dass die beiden Stromschienen (20, 21) in die gleiche
Richtung von dem Widerstand (1) abstehen, so dass die Stromflussrichtung in den beiden Stromschienen (20, 21) entgegengesetzt ist.
12. Stromschienenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine Federklemme zum Zusammenpressen der beiden Stromschienen, wobei die Federklemme mindestens einseitig elektrisch isolierend ist, und/oder
eine Lötverbindung zwischen den beiden Stromschienen (20, 21) einerseits und dem Widerstand (1) andererseits, und/oder
eine Klebeverbindung zwischen den beiden Stromschienen einerseits und dem Widerstand (1) andererseits,
und/oder
eine Sinterverbindung zwischen den beiden Stromschienen (20, 21) einerseits und dem Widerstand (1) andererseits .
* * * * *
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