EP1256963A2 - Elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP1256963A2
EP1256963A2 EP02008944A EP02008944A EP1256963A2 EP 1256963 A2 EP1256963 A2 EP 1256963A2 EP 02008944 A EP02008944 A EP 02008944A EP 02008944 A EP02008944 A EP 02008944A EP 1256963 A2 EP1256963 A2 EP 1256963A2
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EP
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resistance
jacket
wire
alloy
resistor
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EP02008944A
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Günther Dr. Wedeking
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IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Original Assignee
IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Isabellen Huette GmbH
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C17/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/28—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for applying terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/142—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals or tapping points being coated on the resistive element

Definitions

  • the invention relates to an electrical resistor according to the Preamble of claim 1 and a method for manufacturing such resistances. It is especially for Current measurement used, also for surface mounting (SMD technology) suitable low-resistance components or shunts.
  • SMD technology surface mounting
  • Precision measuring resistors of this type which can withstand high loads if required must be, and their resistance values typically in Milliohms range for example between 0.5 m ⁇ and 10 m ⁇ can (but in other cases also higher or still can be smaller), consist of one of the known for this and proven alloys such as B. CuMnNi.
  • the connectors for surface mounting of the resistor are made of metal high conductivity such as copper in particular.
  • the invention has for its object the manufacture of Resistors of the type under consideration in large numbers to allow as little effort as possible.
  • connection parts of the resistor therefore consist of sheath pieces, which are formed by welded tape or pipe material can be and the usually cylindrical resistance element preferably tubular over its entire circumference enclose.
  • the resistance expediently consists of drawn Laminated wire, the sheath between the connecting parts is removed, so the coat is just out the spaced-apart connecting parts.
  • the resistors described here are not only very simple from z. B. continuously supplied laminated wire can be produced, but also mechanically very stable and electrical highly resilient.
  • the desired can be in their manufacture Resistance value particularly easy in a wide range can be set, for example by turning off the resistance elements to an appropriate diameter.
  • the production of the laminated wire used according to the invention can be useful in the for welding electrodes in a known manner (DE 197 12 817 C2, DE 198 10 342 A1).
  • a metallically bright cleaned is first Band of copper or a copper alloy continuously formed into a tube and by a common welding process such as TIG, plasma, induction or laser welding to the closed Welded pipe.
  • Metallic bare core introduced, which consists of a compact Wire or a multilayer wire made of several metals or Alloys can exist.
  • the copper jacket can be shaped be wrapped around the core either by a spiral or is profiled into a tube with a longitudinal seam.
  • sheath and core become mechanical to the composite wire plated.
  • the composite wire thus produced can then to the required final dimensions in the usual way to be pulled.
  • the resistor shown in Fig. 1 contains an elongated one Resistor element 1 of the illustrated graded Rod shape made of a known resistance alloy such as CuNi, in particular CuMnNi, with a cylindrical middle part 2 between two cylindrical end parts 3 of larger diameter. Length and diameter of the middle part are according to the desired Dimensioned resistance value.
  • the two end parts 3 are each with a tubular jacket 4 same axial Length made of electrically conductive metal like copper.
  • the jacket pieces 4 are mechanically fixed to the end parts 3 plated and can be used for even better mutual connection also be alloyed to the resistance element, such as will be explained later.
  • the resistance element 1 of an insulating body 6 for example made of heat-resistant Plastic material enclosed, the at least one flat outer surface with which the surface mount resistor, can therefore be placed on a circuit board as an SMD component is.
  • the insulating body 6 is schematically as a cap recognizable with a square circumference.
  • the flat outer surface 7 of the insulating body 6 facilitates the placement of the component for surface mounting on the circuit board on the intended Connection location because the insulating body rolls away the Resistance prevented. It is useful if the outside surface 7 as shown with the circumference of the jacket pieces 4 aligned, but other arrangements are possible.
  • An expedient embodiment of an insulating body 6 usable one-piece cap 6 ' is shown in Fig. 3. It has a shape corresponding to the central part 2 in FIG. 1 cylindrical recess 8, in the one outer surface 7 'introduces a longitudinal slot 9 which is dimensioned so wide, that the cap 6 'is pressed onto the middle part 2 while spreading can be.
  • the drawn layered composite wire is then at a Annealed temperature that is at least as high as the recrystallization temperature the resistance alloy (for a certain suitable CuMnNi alloy z. B. in the order of magnitude of 600 ° C). This forms in the boundary layer between the resistance alloy and the copper cladding a diffusion layer out.
  • the diffusion annealing turns the two Metals joined together like alloys.
  • the laminated wire is again in a drawing machine on a small one Diameter drawn.
  • This drawing process can a. for hardening serve, since wire from the metals mentioned as an example in particular may be too soft to twist off.
  • the Laminated wire, the cross section through the end parts 3 corresponds to the jacket pieces 4, into individual pieces with the Split the length of the resistor according to FIG. 1.
  • a convenient way to remove the middle part of the jacket and for cutting is turning and then parting off on a suitable commercially available automatic lathe.
  • the laminated wire is this lathe in fed continuously.
  • the Middle part 2 of the resistance element 1 to one of the desired Resistance value turned corresponding diameter, the is smaller than the diameter of the laminated wire core and thus the end parts 3, as can be seen in FIG. 1.
  • the insulating body 6 is applied.
  • the plastic cap 6 'in the direction of the two Arrows in Fig. 3 from a position parallel to the axis of the resistance element 1 clamped on the middle part 2, which also can be done automatically.
  • the finished resistor is placed before or after the application of the Insulator 6 annealed (or aged) to him in the to stabilize electrically in the usual way with resistance wire.
  • the resulting resistances shown in FIG. 5 flat shape can easily and in particular without the Plastic cap of the embodiment of FIG. 1 as an SMD component be used.

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Abstract

Zur Strommessung dienende SMD-Widerstände werden durch Zerteilen eines gezogenen Schichtverbunddrahtes hergestellt, der aus einem Kern (2) aus einer Widerstandslegierung und einem Mantel beispielsweise aus Kupfer besteht. Nach Entfernen eines Teils des Kupfermantels bleiben nur an den Enden des Widerstands als Anschlussteile dienende Mantelstücke (4) zurück. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Widerstände. Es handelt sich um insbesondere zur Strommessung verwendete, auch für die Oberflächenmontage (SMD-Technik) geeignete niederohmige Bauelemente oder Shunts.
Präzisionsmesswiderstände dieser Art, die bei Bedarf hoch belastbar sein müssen, und deren Widerstandswerte typisch im Milliohmbereich beispielsweise zwischen 0,5 mΩ und 10 mΩ liegen können (aber in anderen Fällen aber auch höher oder noch kleiner sein können), bestehen aus einer der hierfür bekannten und bewährten Legierungen wie z. B. CuMnNi. Die Anschlussteile für die Oberflächenmontage des Widerstands bestehen aus Metall hoher Leitfähigkeit wie insbesondere Kupfer. Für die Herstellung bekannter Bauelemente dieser Art (vgl. beispielsweise EP 0 654 799 oder EP 0 841 668) war beträchtlicher Aufwand erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Widerständen der betrachteten Art in großen Stückzahlen mit möglichst geringem Aufwand zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die Anschlussteile des Widerstands bestehen also aus Mantelstücken, die durch verschweißtes Band- oder Rohrmaterial gebildet sein können und das in der Regel zylindrische Widerstandselement vorzugsweise über dessen gesamtem Umfang rohrförmig umschließen. Zweckmäßig besteht der Widerstand aus gezogenem Schichtverbunddraht, dessen Mantel zwischen den Anschlussteilen entfernt ist, so dass der Mantel nur noch aus den im Abstand voneinander angeordneten Anschlussteilen besteht.
Die hier beschriebenen Widerstände sind nicht nur sehr einfach aus z. B. kontinuierlich zugeführtem Schichtverbunddraht herstellbar, sondern auch mechanisch sehr stabil und elektrisch hoch belastbar. Außerdem kann bei ihrer Herstellung der gewünschte Widerstandswert besonders einfach in einem großen Bereich eingestellt werden, etwa durch Abdrehen der Widerstandselemente auf einen entsprechenden Durchmesser.
Die Herstellung des erfindungsgemäß verwendeten Schichtverbunddrahtes kann zweckmäßig in der für Schweißelektroden an sich bekannten Weise erfolgen (DE 197 12 817 C2, DE 198 10 342 A1). Hierbei wird zunächst ein metallisch blankgereinigtes Band aus Kupfer oder einer Kupferlegierung kontinuierlich zu einem Rohr geformt und durch ein übliches Schweißverfahren wie WIG-, Plasma-, Induktions- oder Laserschweißen zu dem geschlossenen Rohr verschweißt. Vor dem Verschweißen wird in das noch nicht vollständig fertiggeformte Rohr kontinuierlich ein metallisch blanker Kern eingeführt, der aus einem kompakten Draht oder einem Schichtverbunddraht aus mehreren Metallen oder Legierungen bestehen kann. Der Kupfermantel kann geformt werden, indem ein Band entweder spiralförmig um den Kern gewickelt oder zu einem Rohr mit Längsnaht profiliert wird. Durch nachfolgendes gemeinsames Umformen, z. B. durch Ziehen oder Walzen, werden Mantel und Kern zu dem Schichtverbunddraht mechanisch plattiert. Anschließend kann der so hergestellte Verbunddraht auf erforderliche Endabmessungen in üblicher Weise gezogen werden.
Spätestens bei dem Ziehvorgang bildet sich schon ein mechanisch relativ stabiler Schichtverbundwerkstoff aus. Zur Schaffung einer noch festeren Verbindung kann aber durch Glühen des Schichtverbunddrahtes eine Diffusionsschicht zwischen der Widerstandslegierung und dem Anschlussmetall ausgebildet werden. Es ist auch denkbar, den Mantel oder die aus ihm gebildeten Anschlussteile mit dem umhüllten Kern zu verschweißen.
An den in der Zeichnung schematisch in stark vergrößerten Maßstab dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1
einen Längsschnitt durch den Widerstand des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 2
eine seitliche Draufsicht auf den Widerstand gemäß Fig. 1;
Fig. 3
eine zweckmäßige Ausführungsform einer Kunststoffkappe für den Widerstand nach Fig. 1;
Fig. 4
ein zweites Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5
einen Schnitt durch Fig. 4 längs der Ebene A-A.
Der in Fig. 1 dargestellte Widerstand enthält ein langgestrecktes Widerstandselement 1 der dargestellten abgestuften Stabform aus einer bekannten Widerstandslegierung wie CuNi, insbesondere CuMnNi, mit einem zylindrischen Mittelteil 2 zwischen zwei zylindrischen Endteilen 3 größeren Durchmessers. Länge und Durchmesser des Mittelteils sind gemäß dem gewünschten Widerstandswert bemessen. Die beiden Endteile 3 sind jeweils mit einem rohrförmigen Mantelstück 4 gleicher axialer Länge aus elektrisch gut leitendem Metall wie Kupfer umhüllt. Die Mantelstücke 4 sind mechanisch fest auf die Endteile 3 aufplattiert und können zur noch besseren gegenseitigen Verbindung auch an das Widerstandselement anlegiert sein, wie noch erläutert wird.
Zwischen den Mantelstücken 4 ist das Widerstandselement 1 von einem Isolierkörper 6 beispielsweise aus hitzebeständigem Kunststoffmaterial umschlossen, der mindestens eine ebene Außenfläche hat, mit der der Widerstand zur Oberflächenmontage, also als SMD-Bauelement auf eine Schaltungsplatte aufsetzbar ist. In Fig. 2 ist der Isolierkörper 6 schematisch als Kappe mit quadratischem Umfang erkennbar. Die ebene Außenfläche 7 des Isolierkörpers 6 erleichtert das Plazieren des Bauelements bei der Oberflächenmontage auf der Schaltungsplatte am vorgesehenen Anschlussort, da der Isolierkörper das Wegrollen des Widerstands verhindert. Es ist zweckmäßig, wenn die Außenfläche 7 darstellungsgemäß mit dem Umfang der Mantelstücke 4 fluchtet, doch sind auch andere Anordnungen möglich.
Eine zweckmäßige Ausführungsform einer als Isolierkörper 6 verwendbaren einstückigen Kappe 6' ist in Fig. 3 dargestellt. Sie hat eine der Form des Mittelteils 2 in Fig. 1 entsprechende zylindrische Ausnehmung 8, in die von der einen Außenfläche 7' ein Längsschlitz 9 hineinführt, der so breit bemessen ist, dass die Kappe 6' unter Aufspreizen auf das Mittelteil 2 aufgedrückt werden kann.
Praktisch realisierte Widerstände mit Werten im Milliohmbereich oder darunter können beispielsweise etwa 10 mm lang sein, wobei das zwischen den beispielsweise etwa 2 mm langen Kupfermantelstücken 4 befindliche Mittelteil 2 je nach gewünschtem Widerstandswert verschiedene Durchmesser von wenigen Millimetern haben kann. Sowohl die Längen als auch die Durchmesser können aber auch wesentlich größer oder kleiner sein.
Zur Herstellung des dargestellten Widerstands wird zunächst beispielsweise in einer in der DE 197 12 817 C2 beschriebenen Weise ein Schichtverbunddraht hergestellt, der aus einem Drahtkern aus der das spätere Widerstandselement 1 bildenden Legierung und einem später die Mantelstücke 4 bildenden geschweißten Kupfermantel besteht. Der Schichtverbunddraht wird in einer Ziehanlage auf einen gewünschten Durchmesser gezogen.
Anschließend wird der gezogene Schichtverbunddraht bei einer Temperatur geglüht, die mindestens so hoch ist wie die Rekristallisationstemperatur der Widerstandslegierung (bei einer bestimmten geeigneten CuMnNi-Legierung z. B. in der Größenordnung von 600 °C). Dadurch bildet sich in der Grenzschicht zwischen der Widerstandslegierung und dem Kupfermantel eine Diffusionsschicht aus. Durch das Diffusionsglühen werden die beiden Metalle legierungsähnlich miteinander verbunden.
Vor der anschließenden Weiterbearbeitung wird der Schichtverbunddraht erneut in einer Ziehmaschine auf einen kleinen Durchmesser gezogen. Dieser Ziehvorgang kann u. a. zur Härtung dienen, da Draht aus den als Beispiel genannten Metallen insbesondere zum Abdrehen zu weich sein kann.
Zur Ausbildung der eigentlichen Widerstände wird nun der Schichtverbunddraht, der dem Querschnitt durch die Endteile 3 mit den Mantelstücken 4 entspricht, in einzelne Stücke mit der Länge des Widerstands gemäß Fig. 1 zerteilt. Vor, bei oder nach dem Zerteilen muss der axial mittlere Teil des Mantels zwischen den Stücken 4 entfernt werden, so dass die zurückbleibenden Mantelstücke als elektrische Anschlüsse des Widerstands dienen können.
Eine zweckmäßige Möglichkeit zur Entfernung des mittleren Mantelteils und zum Zerteilen ist Abdrehen und anschließendes Abstechen auf einem hierfür geeigneten handelsüblichen Drehautomaten. Der Schichtverbunddraht wird dieser Drehmaschine im kontinuierlichen Taktbetrieb zugeführt. In der Regel wird der Mittelteil 2 des Widerstandselements 1 auf einen dem gewünschten Widerstandswert entsprechenden Durchmesser abgedreht, der kleiner ist als der Durchmesser des Schichtverbunddrahtkerns und somit der Endteile 3, wie in Fig. 1 ersichtlich ist.
Zur Vollendung der als SMD-Bauelement verwendbaren Widerstände wird schließlich noch der Isolierkörper 6 aufgebracht. Beispielsweise wird die Kunststoffkappe 6' in Richtung der beiden Pfeile in Fig. 3 aus einer Lage parallel zur Achse des Widerstandselements 1 auf das Mittelteil 2 aufgeklemmt, was ebenfalls automatisch erfolgen kann.
Der fertige Widerstand wird vor oder nach dem Aufbringen des Isolierkörpers 6 erneut geglüht (oder gealtert), um ihn in der bei Widerstandsdraht an sich üblichen Weise elektrisch zu stabilisieren.
Anhand von Fig. 4 und Fig. 5 wird eine andere Möglichkeit der Herstellung von Widerständen der betrachteten Gattung aus dem Schichtverbunddraht erläutert. Hierbei wird der in der oben beschriebenen Weise hergestellte und vorzugsweise geglühte Schichtverbunddraht nicht in die langgestreckten Stücke gemäß Fig. 1 zerteilt, sondern in einzelne flache Scheiben. Diese Scheiben bestehen aus dem zentralen Widerstandselement 10 und den beiden Mantelstücken 14 beispielsweise aus Kupfer gemäß Fig. 4, wobei zur Ausbildung des eigentlichen Widerstands die ursprünglich zwischen den Mantelstücken 14 befindlichen, einander am Scheibenumfang gegenüberliegenden Teile 14' des ringförmigen Kupfermantels zusammen mit den benachbarten Teilbereichen 10' des Widerstandskerns entfernt worden sind.
Es ist beispielsweise möglich, zunächst den Schichtverbunddraht in Scheiben mit der in Fig. 4 gestrichelt angedeuteten kreisrunden Form zu zerteilen und danach die Bereiche 10' und 14' in einer geeigneten an sich bekannten Weise (z. B. durch Stanzen) zu entfernen. Denkbar ist aber auch der umgekehrte Weg.
Die sich ergebenden Widerstände der aus Fig. 5 ersichtlichen flachen Form können ohne weiteres und insbesondere ohne die Kunststoffkappe des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 als SMD-Bauelement verwendet werden.

Claims (12)

  1. Elektrischer Widerstand insbesondere zur Strommessung mit einem aus einer metallischen Widerstandslegierung bestehenden Widerstandselement (1) und mit zwei im Abstand voneinander an entgegengesetzten Enden (3) des Widerstandselements angeordneten Anschlussteilen aus einem Metall, dessen elektrische Leitfähigkeit höher ist als die der Widerstandslegierung,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlussteile den Umfang des Widerstandselements (1) rohrförmig umschließende Mantelstücke (4) vorgesehen sind, die durch verschweißtes Band- oder Rohrmaterial gebildet sind.
  2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus gezogenem Schichtverbunddraht besteht, dessen Mantel zwischen den Anschlussteilen (4) entfernt ist.
  3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (1) zwischen den Mantelstücken (4) von einem Isolierkörper (6) umschlossen ist, der mindestens eine ebene Außenfläche (7) hat, mit der der Widerstand zur Oberflächenmontage auf eine Schaltungsunterlage aufsetzbar ist.
  4. Verfahren zum Herstellen elektrischer Widerstände unter Verwendung von Drahtmaterial aus einer metallischen Widerstandslegierung, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein aus der Widerstandslegierung bestehender Drahtkern mit einem Mantel aus Metall mit im Vergleich mit der Widerstandslegierung höherer elektrischer Leitfähigkeit umhüllt wird;
    der aus dem Drahtkern und seinem Mantel gebildete Schichtverbunddraht auf einen kleineren Durchmesser gezogen wird; und
    der gezogene Schichtverbunddraht in die einzelnen Widerstände bildende Stücke zerteilt wird; wobei
    bei jedem einzelnen Widerstand ein axial mittlerer Teil des Mantels entfernt wird, so dass nur an den Enden (3) des Widerstands im Abstand voneinander als Anschlussteile dienende Mantelstücke (4) zurückbleiben.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Mantelteil durch Abdrehen entfernt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem mittleren Mantelteil auch ein Teil des darunter liegenden Widerstandsmaterials bis auf einen gewünschten Durchmesser entfernt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem zwischen den Mantelstücken (4) liegenden Teil (2) des Widerstandselements (1) ein Körper (6) aus Isolierwerkstoff aufgebracht wird, der mindestens eine ebene Außenfläche (7) hat.
  8. Verfahren zum Herstellen elektrischer Widerstände unter Verwendung von Drahtmaterial aus einer metallischen Widerstandslegierung, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein aus der Widerstandslegierung bestehender Drahtkern mit einem Mantel aus Metall mit im Vergleich mit der Widerstandslegierung höherer elektrischer Leitfähigkeit umhüllt wird;
    der aus dem Drahtkern und seinem Mantel gebildete Schichtverbunddraht auf einen kleineren Durchmesser gezogen wird; und
    der gezogene Schichtverbunddraht in die einzelnen Widerstände bildende Scheiben zerteilt wird; wobei
    bei jedem einzelnen Widerstand einander am Scheibenumfang gegenüberliegende Teile (14') des Mantels zusammen mit einem jeweils angrenzenden Teil (10') der Widerstandslegierung entfernt werden, so dass nur an den beiden Enden des verbleibenden Widerstandselements (10) als Anschlussteile dienende Mantelstücke (14) zurückbleiben.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel zu einem geschlossen Rohr verschweißt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der gezogene Schichtverbunddraht zur Diffusionsverbindung des Metalls der Anschlussteile mit dem Legierungsmetall geglüht wird.
  11. Verwendung eines Widerstands nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Strommessung.
  12. Verwendung eines Widerstands nach einem der vorangehenden Ansprüche als SMD-Bauelement.
EP02008944A 2001-05-09 2002-04-22 Elektrischer Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung Withdrawn EP1256963A3 (de)

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