WO2023202855A1 - Strommesseinrichtung und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents

Strommesseinrichtung und zugehöriges herstellungsverfahren Download PDF

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WO2023202855A1
WO2023202855A1 PCT/EP2023/058185 EP2023058185W WO2023202855A1 WO 2023202855 A1 WO2023202855 A1 WO 2023202855A1 EP 2023058185 W EP2023058185 W EP 2023058185W WO 2023202855 A1 WO2023202855 A1 WO 2023202855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current measuring
circuit board
connection
measuring resistor
current
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/058185
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benedikt Kramm
Florian BERNHARDT
Felix Lebeau
Michael Pollmann
Jan Sattler
Paul Kalemba
Arno Fey
Daniel LANGHAMMER
Original Assignee
Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg filed Critical Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2023202855A1 publication Critical patent/WO2023202855A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/20—Modifications of basic electric elements for use in electric measuring instruments; Structural combinations of such elements with such instruments
    • G01R1/203—Resistors used for electric measuring, e.g. decade resistors standards, resistors for comparators, series resistors, shunts

Definitions

  • the invention relates to a current measuring device for measuring an electrical current according to four-wire technology with a low-resistance current measuring resistor and a circuit board which is connected to the current measuring resistor.
  • the invention further relates to a corresponding manufacturing method for producing such a current measuring device.
  • the measuring circuit can be an application-specific integrated circuit (ASIC: Application specific integrated circuit), as is known, for example, from EP 1 363 131 A1.
  • ASIC Application specific integrated circuit
  • the circuit board with the measuring circuit must be electrically connected to the current measuring resistor in order to be able to measure the voltage drop across the resistance element of the low-resistance current measuring resistor.
  • This electrical connection can be made, for example, by a soldered connection.
  • the circuit board must be connected to the measuring circuit but also mechanically to the current measuring resistor, which is typically done differently in order to achieve the required mechanical load capacity of the mechanical connection.
  • a disadvantage of the known current measuring device described above is the connection between the circuit board on the one hand and the current measuring resistor on the other hand, which is not yet completely satisfactory.
  • the solder connections between the circuit board and the current measuring resistor have a relatively large spatial extent, which makes precise voltage measurement at the connecting parts of the current measuring resistor difficult.
  • the invention is therefore based on the object of creating a correspondingly improved current measuring device and a corresponding manufacturing method for it.
  • the current measuring device is used to measure an electrical current and, in accordance with the known current measuring device described above, initially has a low-resistance current measuring resistor.
  • the current measuring resistor has two connecting parts made of a conductor material (e.g. copper) in order to introduce the electrical current to be measured into the current measuring resistor or to lead it out of the current measuring resistor.
  • a conductor material e.g. copper
  • a low-resistance resistance element is arranged in the direction of current flow between the two connection parts, which consists of a low-resistance resistance material (eg Manganin®) and through which the electrical current to be measured flows during a measurement.
  • a low-resistance resistance material eg Manganin®
  • Such current measuring resistors are known from the prior art (eg EP 0 605 800 B1). It should be mentioned here that the invention is not limited to copper with regard to the conductor material of the connecting parts, but can also be implemented, for example, with a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy as conductor materials.
  • the invention is not limited to Manganin® with regard to the resistance material.
  • the invention can also be implemented with other resistance alloys, as will be described in detail.
  • the current measuring device in accordance with the known current measuring device described above, has a circuit board which is connected to the two connection parts of the current measuring resistor at at least two connection points.
  • the current measuring device is characterized in that the connection between the circuit board on the one hand and the current measuring resistor on the other hand is carried out by a press connection, which creates a material connection between the circuit board and the current measuring resistor.
  • the press connection is a press-sinter connection.
  • press-sintered connections are known from the prior art and therefore do not need to be described in detail.
  • the press-sintered connection can optionally contain an additional sintered material, such as silver or copper.
  • the press connection is a press-adhesive connection, which can contain, for example, an epoxy adhesive as an adhesive.
  • the joining partners can have a surface structuring at the connection points, for example a nano-structuring.
  • the surface structuring can have material elevations on the surface of the joining partners, which are subjected to pressure during the pressing process and then produce the desired press connection in a localized manner at these points, while the space between the material elevations is not pressed, so that no press connection is produced at these points becomes.
  • This Surface structuring makes it possible to limit the spatial extent of the press connection, which enables precise stress measurement on the connecting parts.
  • the individual press connections can each have a horizontal dimension parallel to the circuit board, which is a maximum of 1 mm, 500 pm, 250 pm or 100 pm, which enables precise voltage measurement on the connecting parts.
  • the surface structuring can contain one or more of the following materials:
  • the above-mentioned press connection according to the invention between the circuit board and the current measuring resistor creates in practice both a mechanical connection and an electrical connection. It is possible to electrically decouple the mechanical connection from the electrical connection. For example, this can be done by the above-mentioned surface structuring with material elevations on the surface of the joining partners (circuit board and connecting parts of the current measuring resistor).
  • the press connection then only takes place in the area of the material elevations.
  • the material elevations can then be spatially separated from one another, with one material elevation establishing the mechanical connection while another material elevation establishes the electrical connection.
  • the circuit board for contacting the current measuring resistor has a plurality of contact fingers which protrude from the circuit board.
  • these contact fingers can be produced by introducing slots into the side of the circuit board, which then separate the contact fingers from one another.
  • the contact fingers therefore preferably protrude from the circuit board in the same direction and parallel to one another.
  • the contact fingers on the circuit board can then contact the current measuring resistor on its top and/or on its bottom.
  • the current measuring resistor can have recesses (“clearances”) into which one of the contact fingers of the circuit board can protrude. In the area of these recesses, the current measuring resistor then has a reduced thickness compared to the rest of the current measuring resistor By adjusting the depth of the depressions, the temperature coefficient (TCR: Temperature coefficient of resistance) of the resistance value of the current measuring resistor can then also be adjusted.
  • each of the two connection parts of the current measuring resistor for one of the contact fingers of the circuit board.
  • These depressions preferably adjoin the resistance element, but it is also possible that the depressions extend into the resistance element.
  • the depressions in the connecting parts of the current measuring resistor preferably start from a side edge of the current measuring resistor, so that the contact fingers of the circuit board can be aligned at right angles to the current measuring resistor and extend from the side into the depressions in the connecting parts of the current measuring resistor.
  • the circuit board is equipped with at least one electrical or electronic component. It is possible here that this component is also connected to the circuit board by a press connection, in particular by a press-sinter connection or by a press-adhesive connection.
  • a press connection is therefore not limited to the connection between the circuit board and the current measuring resistor, but can also be used in the connection between the circuit board and the components located on it.
  • the circuit board can be equipped with at least one of the following components:
  • microprocessor it should be mentioned that it can be arranged either on the high side or on the low side of the module for isolated data transmission.
  • the current measuring device enables current measurement using four-wire technology.
  • the voltage across the resistance element of the current measuring resistor is measured at two connection points on the connecting parts of the current measuring resistor. From the voltage measured in this way across the resistance element, the current that flows through the current measuring resistor can then be calculated according to Ohm's law. Within the scope of the invention, this voltage can also be measured at more than two connection points.
  • the circuit board can be connected to the two connection parts of the current measuring resistor at at least four connection points in order to measure the voltage dropping across the resistance element at several points.
  • the four connection points can form a rectangle, whereby the connection points can each form several measuring channels in pairs, with the measuring channels each measuring the voltage between the two connecting parts of the current measuring resistor.
  • connection points of the two measuring channels can be arranged crosswise, as is known, for example, from DE 10 2021 103 241.5. Alternatively, there is the possibility that the connection points of the two measuring channels are arranged in parallel, as is known, for example, from WO 2014/161624 Al.
  • the circuit board is only connected to the two connection parts of the current measuring resistor at two connection points in order to measure the voltage dropping across the resistance element of the current measuring resistor.
  • a center tap can optionally be provided by also connecting the circuit board to the resistance element.
  • three connection points can be provided to connect the circuit board to the connection parts, with the three connection points forming a closed voltage mesh.
  • the circuit board can also contain an interface in order to transmit measured values of the voltages dropping between the connecting parts and/or measured values of a temperature sensor arranged on the circuit board to an external evaluation unit via the interface, the interface preferably being an analog interface .
  • the circuit board carries an evaluation unit which calculates the electrical current that flows through the current measuring resistor from the measured values of the voltage dropped between the connecting parts.
  • the evaluation unit can optionally be connected to a temperature sensor on the circuit board and take the temperature into account when calculating the current flowing through the current measuring resistor for temperature correction.
  • the circuit board can optionally also have a digital interface that is connected to the evaluation unit on the circuit board in order to output the electrical current calculated by the evaluation unit.
  • the actual measured values of the measured voltage and the measured temperature can also be transmitted via the digital interface.
  • the circuit card can be a rigid circuit card, as is known from the prior art.
  • Such circuit cards can be made of fiberglass composite material, for example.
  • the circuit card is a flexible circuit card (FPC: Flexible Printed Circuit).
  • FPC Flexible Printed Circuit
  • hybrid circuit board that is partly flexible and partly rigid, with such circuit boards also being referred to as rigid-flex circuit boards.
  • the current measuring resistor is preferably low-resistance with an electrical resistance of at most 10 pQ, 25 pQ, 50 pQ, 100 pQ, 200 pQ or 500 pQ.
  • the current measuring resistor can have a current strength of at least 100 A, 200 A, 500 A, 1 kA, 2 kA or 5 kA.
  • the connecting parts of the current measuring resistor, the resistance element of the current measuring resistor or the current measuring resistor as a whole are preferably plate-shaped, in particular flat or curved.
  • the resistance element of the current measuring resistor can have a smaller thickness than the connecting parts of the current measuring resistor.
  • the resistance element can be connected to the connecting parts by a welded connection, in particular by electron beam welding.
  • the invention further enables the current measuring resistor to have an electrical resistance value with a temperature coefficient of at most 200 ppm/K, 100 ppm/K, 50 ppm/K, 20 ppm/K or 10 ppm/K.
  • the conductor material of the connecting parts of the current measuring resistor can be copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
  • the resistance material of the resistance element of the current measuring resistor can be one of the following alloys:
  • a copper alloy in particular a copper-manganese alloy, in particular CuMnl2Ni2 or CuMn7Sn2.3, or a copper-manganese-nickel alloy, in particular Cu84Ni4Mnl2 or Cu65Mn25NilO, or a copper-chromium alloy,
  • the conductor material of the connecting parts of the current measuring resistor should have a smaller specific electrical resistance than the resistance material of the resistance element of the current measuring resistor.
  • the current measuring resistor preferably has a length that is in the range 5 mm - 200 mm along the main current flow direction.
  • the width of the current measuring resistor transverse to the main current flow direction is preferably in the range of 10 mm - 100 mm, while the current measuring resistor preferably has a thickness that is in the range of 1 mm - 5 mm.
  • the press connections according to the invention it should also be mentioned that they can have a very small electrical contact resistance, which is preferably smaller than 1 pQ/mm 2 .
  • the invention also claims protection for a corresponding manufacturing method, the individual process steps of the manufacturing method according to the invention already emerging from the above description of the current measuring device according to the invention and therefore do not need to be described separately again.
  • heat is preferably applied to the connection points in order to heat them to a sintering temperature.
  • This sintering temperature is preferably below the melting temperature of the conductor material and also below the melting temperature of the resistance material.
  • the sintering temperature can, for example, be in the range from 100 °C to 500 °C.
  • Figure 1A shows a perspective view of a current measuring device according to the invention with a current measuring resistor, a flexible circuit board and an interface with a plug connection.
  • Figure 1B shows the current measuring device from Figure 1A with a press stamp for producing a press connection between the circuit board and the current measuring resistor.
  • Figure 1C shows a detailed view from Figure 1A.
  • Figure 2 shows a schematic side view of a current measuring resistor according to the invention during a pressing process.
  • Figure 3 shows a modification of Figure 2.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a current measuring resistor according to the invention in a press-adhesive connection.
  • Figure 5 shows a modification of Figure 3.
  • Figure 6 shows a top view of another exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention.
  • Figure 7 shows a modification of Figure 6, with additional components mounted on the circuit board.
  • Figure 8 shows a modification of Figure 7.
  • Figure 9 shows a modification of Figure 1A, with the current measuring resistor being contacted on the top and bottom.
  • Figure 10 shows a schematic detailed view of a current measuring resistor according to the invention with recesses in the area of the connection parts for contact fingers of the circuit board.
  • Figure 11 shows a schematic top view of a current measuring resistor according to the invention with press connections for an electrical connection and press connections decoupled therefrom for a mechanical connection.
  • Figure 12 shows a diagram to illustrate the temperature coefficient of the electrical resistance value as a function of the depth of the depressions (clearances).
  • Figure 13 shows a schematic representation of a current measuring resistor according to the invention with two parallel measuring channels.
  • Figure 14 shows a modification of Figure 13, where the measuring points of the two measuring channels are arranged crosswise.
  • Figure 15 shows a perspective view of a current measuring resistor according to the invention with two voltage taps on the connecting parts and a center tap on the resistance element.
  • Figure 16 shows a modification of Figure 15 with depressions at the respective connection points.
  • Figure 17 shows a modification of Figure 11 with an additional center tap on the resistance element.
  • Figure 18 shows a modification of Figure 1C, with the current measuring resistor being contacted on the bottom and top by contact fingers.
  • Figure 19 shows a top view of the exemplary embodiment according to Figure 18.
  • Figure 20 shows an exemplary embodiment in which the contact fingers of the circuit board extend over the entire width of the current measuring resistor in order to enable voltage measurement at different points.
  • Figure 21 shows a flow chart to illustrate the manufacturing method according to the invention for creating a press-sinter connection.
  • Figure 22 shows a flow chart to illustrate the manufacturing method according to the invention for producing a press-adhesive connection.
  • FIGS. 1A-1C The exemplary embodiment of a current measuring device according to the invention, which is shown in FIGS. 1A-1C, will now be described below.
  • the invention initially has a low-resistance current measuring resistor 1, which consists of two connection parts 2, 3 made of a conductor material (e.g. copper) and a resistance element 4 made of a resistance material (e.g. Manganin®), with the resistance element 4 in the direction of current flow between the two connection parts 2, 3 is arranged.
  • the electrical current I to be measured is introduced into the current measuring resistor 1 via the connecting part 2 and is led out of the current measuring resistor 1 via the connecting part 3.
  • the voltage drop across the According to Ohm's law, resistance element 4 is then a measure of the electrical current I that flows through the current measuring resistor 1.
  • a hole 5 or 6 is arranged in each of the two connecting parts 1, 3, which serves to contact the two connecting parts 1, 3, as is known per se from the prior art and is also described, for example, in EP 0 605 800 B1 .
  • the current measuring device has a printed circuit card 7, which in this exemplary embodiment is a flexible printed circuit card (FPC: flexible printed circuit).
  • FPC flexible printed circuit card
  • the circuit board 7 is connected to an interface 8, which serves to output measured values of the electrical voltage dropping across the resistance element 4 of the current measuring resistor 1 to an external evaluation unit.
  • the interface 8 enables a plug connection, as is known from the prior art.
  • the circuit board 7 has several contact fingers 9-11.
  • the contact finger 9 serves to electrically contact the connecting part 2, while the contact finger 11 serves to electrically contact the other connecting part 3.
  • the middle contact finger 10 serves to electrically contact the resistance element 4 and thus enables a center tap.
  • the contact fingers 9-11 protrude from the same side of the circuit board 7 and protrude in the same direction.
  • the contact fingers 9-11 can be produced by making slots in the circuit board 7.
  • connection part 2 there is a recess 12 for receiving the contact finger 9.
  • connection part 3 there is also a corresponding recess 13 for receiving the other contact finger 11.
  • the two recesses 12, 13 start from the same side edge of the current measuring resistor 1 and border directly on the resistance element 4.
  • the two depressions 12, 13 extend into the resistance element 4.
  • the two connecting parts 2, 3 have a reduced thickness. It should be mentioned here that the reduction in thickness in the area of the depressions 12, 13 increases the temperature coefficient. cient (TCR) of the resistance value of the current measuring resistor 1 can be adjusted, as will be described.
  • the contact fingers 9-11 each contact the connecting parts 2, 3 and the resistance element 4 on their upper side. This means that the contact finger 10 rests on the top of the resistance element 4, while the other contact fingers 9, 11 rest in the area of the recesses 12, 13 on the top of the connecting parts 2, 3.
  • the contact fingers 9-11 When electrically contacting the current measuring resistor 1 through the circuit board 7, the contact fingers 9-11 are initially positioned in the position shown in FIG. 1A.
  • a press connection is then created by placing a press stamp 14 on the ends of the contact fingers 9-11 and then pressing on the ends of the contact fingers 9-11 with a pressing force.
  • the pressing force is so great that a cohesive press connection is produced between the contact fingers 9-11 on the one hand and the connecting parts 2, 3 or the resistance element 4 on the other.
  • This press connection can either be a press-adhesive connection or a press-sinter connection, as will be described in detail.
  • FIGS. 2-5 The schematic representations according to FIGS. 2-5 will now be described below, which largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIGS. 1A-1C, so that to avoid repetition, reference is made to the above description, with the same details being used for corresponding details Reference numbers are used.
  • connecting parts 2, 3 are connected to the resistance element 4 by a weld seam 15, as is also known, for example, from EP 0 605 800 B1.
  • the press connection is a press-sinter connection. Heat is introduced during the pressing process to enable the sintering process.
  • connection areas 17-19 are shown, all of which are arranged on the top of the current measuring resistor 1.
  • connection areas 20-22 are additionally provided, all of which are arranged on the underside of the current measuring resistor.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 largely corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 2.
  • the press connection takes place without any heat input as a press-adhesive connection.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 largely corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3. However, there is no press-sinter connection here either, but rather a press-adhesive connection without any heat input. There is therefore an epoxy adhesive under the connection areas 17-22, as is also the case in the exemplary embodiment according to FIG.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 6 again partially corresponds to the exemplary embodiments described above, so that in order to avoid repetition, reference is made to the above description, with the same reference numbers being used for corresponding details.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that a temperature sensor 23, which measures the temperature at the resistance element 4, is also arranged on the circuit board 7. This makes it possible to take into account the temperature dependence of the resistance value of the resistance element 4 when calculating the current I flowing through the current measuring resistor 1 from the measured voltage, which allows temperature compensation.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 again largely corresponds to the exemplary embodiments described above, so that in order to avoid repetition, reference is made to the above description, with the same reference numbers being used for corresponding details.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that on the circuit board 7 additionally several electronic components are arranged, namely an analog/digital converter 24, a microprocessor 25 and a module 26 with an insulation path 27 for electrically isolated data transmission.
  • the module 26 for electrically isolated data transmission is located between the microprocessor 25 and the interface 8.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 8 largely corresponds to the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 7, so that to avoid repetition, reference is made to the above description and the same reference numbers are used.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the module 26 for electrically isolated data transmission is located between the analog/digital converter 24 and the microprocessor 25.
  • Figure 9 shows a perspective view of the exemplary embodiment according to Figures 6-8, so that reference is made to the above description to avoid repetition.
  • Figure 10 shows a perspective detailed view of the current measuring resistor according to the invention in the area of the depressions 12, 13.
  • the connecting parts 2, 3 each have a certain thickness dA, while the resistance element 4 has a reduced thickness dW.
  • the thickness of the connecting parts 2, 3 is reduced, the depressions 12, 13 having a depth dV.
  • Figure 11 shows a schematic representation of a current measuring resistor 1 according to the invention in a top view.
  • connection areas 28, 29 on the one hand and the electrical connection areas 30, 31 on the other hand are spatially separated and electrically decoupled.
  • Figure 12 shows a diagram to illustrate the temperature coefficient TCR as a function of the depth dZ of the depressions 12, 13 in the connecting parts 2, 3 of the current measuring resistor 1. It can be clearly seen from the diagram that the temperature coefficient TCR is determined by adjusting the depth dZ the recesses 12, 13 can be adjusted.
  • Figures 13 and 14 show two variants of the invention, each with four electrical connection areas 30.1, 30.2, 31.1, 31.2, which form two measuring channels in pairs.
  • the measuring channels are arranged in parallel, as is known, for example, from WO 2014/161624 Al.
  • the measuring channels are arranged crosswise, as is known, for example, from DE 10 2021 103 241.5.
  • FIGs 15 and 16 again show perspective views of various variants of the invention without the recesses in the connecting parts ( Figure 15) or with the recesses 12, 13 in the connecting parts 2, 3 ( Figure 16).
  • Figure 17 shows a schematic representation corresponding to Figure 11 with an additional center tap, which includes an electrical connection area 32 and a mechanical connection area 33.
  • Figures 18 and 19 show different views of a current measuring resistor 1 according to the invention with a total of six contact fingers 9-11, 34-36.
  • the contact fingers 9-11 contact the current measuring resistor 1 on its upper side, while the other contact fingers 34-36 contact the current measuring resistor 1 on its underside.
  • Figure 20 shows a modification in which the contact fingers 9-11, 34-36 extend over the entire width the current measuring resistor 1 extend and enable voltage measurement at different points.
  • a current measuring resistor with a resistance element and two connecting parts is first provided.
  • a second step S2 the depressions described above are then formed in the connection parts and optionally in the resistance element of the current measuring resistor, which can be done, for example, by milling.
  • step S3 a circuit board is then provided and in a step S4 contact fingers are formed in the circuit board, which are used to contact the current measuring resistor.
  • connection points of the current measuring resistor can then be nano-structured.
  • the current measuring resistor and the circuit board are then assembled in a step S6 so that the contact fingers of the circuit board lie in the recesses and/or on the back of the recesses.
  • connection points are then heated to a sintering temperature that is sufficient to produce a press-sinter connection.
  • step S8 the circuit board and the current measuring resistor are then pressed together at the connection points in order to produce the desired press-sinter connection.
  • Figure 22 shows a modification of Figure 21, so that reference can be made to the above description to avoid repetition.
  • a press-adhesive connection takes place here instead of a press-sinter connection.
  • an adhesive eg epoxy adhesive
  • step S6 it is provided that an adhesive (eg epoxy adhesive) is applied to the connection points.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.
  • the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to in each case and in particular even without the features of the main claim. The invention therefore encompasses various aspects of the invention, which enjoy protection independently of one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms (I). Die Strommesseinrichtung umfasst zunächst einen Strommesswiderstand (1) mit zwei Anschlussteilen (2, 3) aus einem Leitermaterial und einem Widerstandselement (4) aus einem Widerstandsmaterial. Weiterhin umfasst die Strommesseinrichtung eine Leiterkarte (7), die an mindestens zwei Verbindungspunkten mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) elektrisch verbunden ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1) an den Verbindungspunkten jeweils durch eine Pressverbindung mit einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Leiterkarte (7) verbunden sind. Weiterhin umfasst die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.

Description

BESCHREIBUNG
Strommesseinrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren
Gebiet der
Die Erfindung betrifft eine Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms gemäß der Vierleitertechnik mit einem niederohmigen Strommesswiderstand und einer Leiterkarte, die mit dem Strommesswiderstand verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Herstellung einer solchen Strommesseinrichtung.
Hii der
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Aus dem Stand der Technik (z.B. EP 0 605 800 Bl) ist es bekannt, einen elektrischen Strom gemäß der Vierleitertechnik zu messen. Hierbei wird der zu messende elektrische Strom durch einen niederohmigen Strommesswiderstands („Shunt") geleitet und die über dem Strommesswiderstand abfallende elektrische Spannung gemessen. Die gemessene Spannung bildet dann entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den elektrischen Strom, der durch den niederohmigen Strommesswiderstand fließt.
Es ist aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, eine Leiterkarte (PCB: Printed Circuit Board) fest mit dem Strommesswiderstand zu verbinden, wobei auf der Leiterkarte eine Messschaltung angeordnet ist, die den Spannungsabfall über dem niederohmigen Strommesswiderstand misst. Beispielsweise kann es sich bei der Messschaltung um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC: Application specific integrated circuit) handeln, wie sie beispielsweise aus EP 1 363 131 Al bekannt ist.
Zum einen muss die Leiterkarte mit der Messschaltung hierbei elektrisch mit dem Strommesswiderstand verbunden werden, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement des niederohmigen Strommesswiderstands messen zu können. Diese elektrische Verbindung kann beispielsweise durch eine Lötverbindung erfolgen. Zum anderen muss die Leiterkarte mit der Messschaltung aber auch mechanisch mit dem Strommesswiderstand verbunden werden, was typischerweise anders erfolgt, um die erforderliche mechanische Belastbarkeit der mechanischen Verbindung zu erreichen.
Nachteilig an der vorstehend beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung ist also die Verbindung zwischen der Leiterkarte einerseits und dem Strommesswiderstand andererseits, die noch nicht vollständig befriedigend ist. Beispielsweise haben die Lötverbindungen zwischen der Leiterkarte und dem Strommesswiderstand eine relativ große räumliche Ausdehnung, was eine punktgenaue Spannungsmessung an den Anschlussteilen des Strommesswiderstands erschwert.
Ferner ist zum allgemeinen technischen Hintergrund der Erfindung hinzuweisen auf DE 10 2010 010 152 Ul, DE 10 2020 003 458 Al und DE 10 2006 019 895 Al.
Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine entsprechend verbesserte Strommesseinrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren dafür zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Strommesseinrichtung gemäß dem Hauptanspruch bzw. durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung dient zur Messung eines elektrischen Stroms und weist hierzu in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung zunächst einen niederohmigen Strommesswiderstand auf.
Der Strommesswiderstand weist hierbei in Übereinstimmung mit dem eingangs beschriebenen bekannten Strommesswiderstand zwei Anschlussteile aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) auf, um den zu messenden elektrischen Strom in den Strommesswiderstand einzuleiten bzw. aus dem Strommesswiderstand auszuleiten.
In Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen ist ein niederohmiges Widerstandselement angeordnet, das aus einem niederohmigen Widerstandsmaterial (z.B. Manganin®) besteht und bei einer Messung von dem zu messenden elektrischen Strom durchflossen wird. Derartige Strommesswiderstände sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt (z.B. EP 0 605 800 Bl). Hierbei ist zu erwähnen, dass die Erfindung hinsichtlich des Leitermaterials der Anschlussteile nicht auf Kupfer beschränkt ist, sondern beispielsweise auch mit einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminierlegierung als Leitermaterialien realisierbar ist.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung auch hinsichtlich des Widerstandsmaterials nicht auf Manganin® beschränkt ist. So kann die Erfindung auch mit anderen Widerstandslegierungen realisiert werden, wie noch detailliert beschrieben wird.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung in Übereinstimmung mit der eingangs beschriebenen bekannten Strommesseinrichtung eine Leiterkarte auf, die an mindestens zwei Verbindungspunkten mit den beiden Anschlussteilen des Strommesswiderstands verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Verbindung zwischen der Leiterkarte einerseits und dem Strommesswiderstand andererseits durch eine Pressverbindung erfolgt, die eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Leiterkarte und dem Strommesswiderstand herstellt.
In einer Variante der Erfindung ist die Pressverbindung eine Press-Sinterverbindung. Derartige Press-Sinterverbindungen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht detailliert beschrieben werden. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass die Press-Sin- terverbindung optional ein zusätzliches Sintermaterial enthalten kann, wie beispielsweise Silber o- der Kupfer.
In einer anderen Variante der Erfindung ist die Press-Verbindung dagegen eine Press-Klebeverbin- dung, die beispielsweise einen Epoxidkleber als Klebstoff enthalten kann.
In beiden Varianten (Presse-Sinterverbindung und Press-Klebeverbindung) können die Fügepartner (Anschlussteile des Strommesswiderstands und/oder Leiterkarte) an den Verbindungspunkten eine Oberflächenstrukturierung aufweisen, beispielsweise eine Nano-Strukturierung. Die Oberflächenstrukturierung kann an der Oberfläche der Fügepartner Materialerhebungen aufweisen, die bei dem Pressvorgang auf Druck beansprucht werden und dann an diesen Stellen örtlich begrenzt die gewünschte Pressverbindung herstellen, während der Raum zwischen den Materialerhebungen nicht gepresst wird, so dass an diesen Stellen auch keine Pressverbindung hergestellt wird. Diese Oberflächenstrukturierung ermöglicht es, die räumliche Ausdehnung der Pressverbindung zu begrenzen, was eine punktgenaue Spannungsmessung an den Anschlussteilen ermöglicht. Beispielsweise können die einzelnen Pressverbindungen jeweils eine horizontale Ausdehnung parallel zu der Leiterkarte haben, die höchstens 1 mm, 500 pm, 250 pm oder 100 pm beträgt, was eine punktgenaue Spannungsmessung an den Anschlussteilen ermöglicht.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die Oberflächenstrukturierung eine oder mehrere der folgenden Materialien enthalten kann:
• ENIG („Electroless Nickel Immersion Gold"),
• ENEPIG ("Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold"),
• Gold,
• Kupfer,
• Nickel-Phosphor,
• Silber.
Die vorstehend erwähnte erfindungsgemäße Press-Verbindung zwischen der Leiterkarte und dem Strommesswiderstand stellt in der Praxis sowohl eine mechanische Verbindung als auch eine elektrische Verbindung her. Hierbei ist es möglich, die mechanische Verbindung von der elektrischen Verbindung elektrisch zu entkoppeln. Beispielsweise kann dies durch die vorstehend erwähnte Oberflächenstrukturierung mit Materialerhebungen an der Oberfläche der Fügepartner (Leiterkarte und Anschlussteile des Strommesswiderstands) erfolgen. So erfolgt die Pressverbindung dann nur im Bereich der Materialerhebungen. Die Materialerhebungen können dann räumlich voneinander getrennt sein, wobei eine Materialerhebung die mechanische Verbindung herstellt, während eine andere Materialerhebung die elektrische Verbindung herstellt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Leiterkarte für die Kontaktierung des Strommesswiderstands mehrere Kontaktfinger auf, die von der Leiterkarte abstehen.
Beispielsweise können diese Kontaktfinger hergestellt werden, indem Schlitze seitlich in die Leiterkarte eingebracht werden, die dann die Kontaktfinger voneinander trennen. Die Kontaktfinger stehen deshalb vorzugsweise in derselben Richtung und parallel zueinander von der Leiterkarte ab.
Die Kontaktfinger an der Leiterkarte können dann den Strommesswiderstand an seiner Oberseite und/oder an seiner Unterseite kontaktieren. Hierbei ist zu erwähnen, dass der Strommesswiderstand Vertiefungen („Freistellungen") aufweisen kann, in die jeweils einer der Kontaktfinger der Leiterkarte hineinragen kann. Im Bereich dieser Vertiefungen weist der Strommesswiderstand dann eine verringerte Dicke im Vergleich zu dem Rest des Strommesswiderstands auf. Durch eine Einstellung der Tiefe der Vertiefungen kann dann auch der Temperaturkoeffizient (TCR: Temperature coefficient of resistance) des Widerstandswerts des Strommesswiderstands eingestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich in den beiden Anschlussteilen des Strommesswiderstands jeweils eine Vertiefung für einen der Kontaktfinger der Leiterkarte. Diese Vertiefungen grenzen vorzugsweise an das Widerstandselement an, jedoch besteht auch die Möglichkeit, dass die Vertiefungen bis in das Widerstandselement hineinreichen. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Vertiefungen in den Anschlussteilen des Strommesswiderstands vorzugsweise von einer Seitenkante des Strommesswiderstands ausgehen, so dass die Kontaktfinger der Leiterkarte rechtwinklig zu dem Strommesswiderstand ausgerichtet sein können und von der Seite in die Vertiefungen in den Anschlussteilen des Stromesswiderstands hineinreichen.
Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass sich auch in dem Widerstandselement des Strommesswiderstands eine Vertiefung für einen der Kontaktfinger der Leiterkarte befindet, wobei diese Vertiefung vorzugsweise an derselben Seitenkante des Strommesswiderstands angeordnet ist wie die Vertiefungen in den Anschlussteilen des Strommesswiderstands. Einer der Kontaktfinger der Leiterkarte ragt dann in die Vertiefungen in dem Widerstandselement hinein, was einen Mittelabgriff ermöglicht. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, dass der Mittelabgriff an dem Widerstandselement lediglich optional ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass zumindest einer der Kontaktfinger der Leiterkarte den Strommesswiderstand an seiner Unterseite kontaktiert, während die anderen Kontaktfinger den Strommesswiderstand an seiner Oberseite kontaktieren können.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Leiterkarte mit mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil bestückt. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass dieses Bauteil ebenfalls durch eine Pressverbindung mit der Leiterkarte verbunden ist, insbesondere durch eine Press-Sinterverbindung oder durch eine Press-Klebeverbindung. Der erfindungsgemäße Gedanke einer Pressverbindung ist also nicht beschränkt auf die Verbindung zwischen der Leiterkarte und dem Strommesswiderstand, sondern kann auch bei der Verbindung zwischen der Leiterkarte und den darauf befindlichen Bauteilen eingesetzt werden.
Beispielsweise kann die Leiterkarte mit mindestens einem der folgenden Bauteile bestückt sein:
• Analog-Digital-Wandler,
• Baustein zur potentialgetrennten Datenübertragung,
• Mikroprozessor,
• Schnittstelle zur Übertragung von Messwerten an eine externe Auswertungseinheit.
Zu dem Mikroprozessor ist zu erwähnen, dass dieser wahlweise auf der High-Side oder auf der Low- Side des Bausteins zur potentialgetrennten Datenübertragung angeordnet sein kann.
Es wurde bereits eingangs erwähnt, dass die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung eine Strommessung gemäß der Vierleitertechnik ermöglicht. Hierbei wird die über dem Widerstandselement der Strommesswiderstands abfallende Spannung an zwei Verbindungspunkten an den Anschlussteilen des Strommesswiderstands gemessen. Aus der auf diese Weise gemessenen Spannung über dem Widerstandselement kann dann gemäß dem Ohmschen Gesetz der Strom berechnet werden, der durch den Strommesswiderstand fließt. Im Rahmen der Erfindung kann diese Spannung auch an mehr als zwei Verbindungspunkten gemessen werden. Beispielsweise kann die Leiterkarte an mindestens vier Verbindungspunkten mit den beiden Anschlussteilen des Strommesswiderstands verbunden sein, um an mehreren Stellen die über dem Widerstandselement abfallende Spannung zu messen. Beispielsweise können die vier Verbindungspunkte ein Rechteck bilden, wobei die Verbindungspunkte jeweils paarweise mehrere Messkanäle bilden können, wobei die Messkanäle jeweils die Spannung zwischen den beiden Anschlussteilen des Strommesswiderstands messen.
Die Verbindungspunkte der beiden Messkanäle können hierbei über Kreuz angeordnet sein, wie es beispielsweise aus DE 10 2021 103 241.5 bekannt ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Verbindungspunkte der beiden Messkanäle parallel angeordnet sind, wie es beispielsweise aus WO 2014/161624 Al bekannt ist.
In einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Leiterkarte dagegen nur an zwei Verbindungspunkten mit den beiden Anschlussteilen des Strommesswiderstands verbunden, um die über dem Widerstandselement des Strommesswiderstands abfallende Spannung zu messen. Hierbei kann optional ein Mittelabgriff vorgesehen sein, indem die Leiterkarte auch mit dem Widerstandselement verbunden wird. In einer anderen Variante können der gegen drei Verbindungspunkte vorgesehen sein, um die Leiterkarte mit den Anschlussteilen zu verbinden, wobei die drei Verbindungspunkte eine geschlossene Spannungsmasche bilden.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Leiterkarte auch eine Schnittstelle enthalten kann, um Messwerte der zwischen den Anschlussteilen abfallenden Spannungen und/oder Messwerte eines auf der Leiterkarte angeordneten Temperatursensors über die Schnittstelle an eine externe Auswertungseinheit zu übertragen, wobei die Schnittstelle vorzugsweise eine analoge Schnittstelle ist.
Alternativ besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die Leiterkarte eine Auswertungseinheit trägt, die aus den Messwerten der zwischen den Anschlussteilen abfallenden Spannung den elektrischen Strom berechnet, der durch den Strommesswiderstand fließt. Die Auswertungseinheit kann hierbei optional mit einem Temperatursensor auf der Leiterkarte verbunden sein und bei der Berechnung des durch den Strommesswiderstand fließenden Stroms zur Temperaturkorrektur die Temperatur berücksichtigt. Hierbei kann die Leiterkarte optional auch eine digitale Schnittstelle aufweisen, die mit der Auswertungseinheit auf der Leiterkarte verbunden ist, um den von der Auswertungseinheit berechneten elektrischen Strom auszugeben. Darüber hinaus können über die digitale Schnittstelle auch die eigentlichen Messwerte der gemessenen Spannung und der gemessenen Temperatur übertragen werden.
Bei der Leiterkarte kann es sich im Rahmen der Erfindung um eine starre Leiterkarte handeln, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Derartige Leiterkarten können beispielsweise aus Glasfaserverbundmaterial bestehen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Leiterkarte dagegen eine flexible Leiterkarte (FPC: Flexible Printed Circuit). Ferner besteht auch die Möglichkeit einer hybriden Leiterkarte, die teilweise flexibel und teilweise starr ist, wobei derartige Leiterkarten auch als Starrflex-Leiterkarten bezeichnet werden.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Strommesswiderstand vorzugsweise niederohmig ist mit einem elektrischen Widerstand von höchstens 10 pQ, 25 pQ, 50 pQ, 100 pQ, 200 pQ oder 500 pQ.
Ferner kann der Strommesswiderstand eine Stromfestigkeit von mindestens 100 A, 200 A, 500 A, 1 kA, 2 kA oder 5 kA haben. Allgemein ist auch zu erwähnen, dass die Anschlussteile des Strommesswiderstands, das Widerstandselement des Strommesswiderstands oder der Strommesswiderstand als Ganzes vorzugsweise plattenförmig sind, insbesondere eben oder gebogen.
Das Widerstandselement des Strommesswiderstands kann im Rahmen der Erfindung eine geringere Dicke aufweisen als die Anschlussteile des Strommesswiderstands.
Weiterhin ist zu bemerken, dass bei dem Strommesswiderstand das Widerstandselement durch eine Schweißverbindung mit den Anschlussteilen verbunden sein kann, insbesondere durch eine Elektronenstrahlverschweißung.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, dass der Strommesswiderstand einen elektrischen Widerstandswert mit einem Temperaturkoeffizienten von höchstens 200 ppm/K, 100 ppm/K, 50 ppm/K, 20 ppm/K oder 10 ppm/K aufweist.
Ferner ist auch zu erwähnen, dass das Leitermaterial der Anschlussteile des Strommesswiderstands Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann.
Beispielsweise kann das Widerstandsmaterial des Widerstandselements des Strommesswiderstands eine der folgenden Legierungen sein:
• eine Kupfer-Legierung, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Legierung, insbesondere CuMnl2Ni2 oder CuMn7Sn2,3, oder eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere Cu84Ni4Mnl2 oder Cu65Mn25NilO, oder eine Kupfer-Chrom-Legierung,
• eine Nickellegierung, insbesondere NiCr oder CuNi.
Das Leitermaterial der Anschlussteile des Strommesswiderstands sollte jedoch einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen als das Widerstandsmaterial des Widerstandselements des Strommesswiderstands.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass der Strommesswiderstand vorzugsweise eine Länge aufweist, die entlang der Hauptstromflussrichtung im Bereich 5 mm - 200 mm liegt. Die Breite des Strommesswiderstands quer zur Hauptstromflussrichtung liegt dagegen vorzugsweise im Bereich von 10 mm - 100 mm während der Strommesswiderstand vorzugsweise eine Dicke aufweist, die im Bereich von 1 mm - 5 mm liegt. Zu den erfindungsgemäßen Pressverbindungen ist auch zu erwähnen, dass diese einen sehr kleinen elektrischen Übergangswiderstand haben können, der vorzugsweise kleiner ist als ein 1 pQ/mm2.
Neben der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung beansprucht die Erfindung auch Schutz für ein entsprechendes Herstellungsverfahren, wobei die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bereits aus der vorstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung hervorgehen und deshalb nicht nochmals separat beschrieben werden müssen.
Zu erwähnen ist lediglich, dass bei der Herstellung der Press-Sintertemperatur vorzugsweise ein Wärmeeintrag an den Verbindungspunkten erfolgt, um diese auf eine Sintertemperatur zu erwärmen. Diese Sintertemperatur liegt vorzugsweise unterhalb der Schmelztemperatur des Leitermaterials und auch unterhalb der Schmelztemperatur des Widerstandsmaterials. Die Sintertemperatur kann also beispielsweise im Bereich von 100 °C bis 500 °C liegen.
Bei der erfindungsgemäßen Press-Klebeverbindung erfolgt dagegen vorzugsweise kein Wärmeeintrag.
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Figur 1A zeigt eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung mit einem Strommesswiderstand, einer flexiblen Leiterkarte und einer Schnittstelle mit einer Steckverbindung.
Figur 1B zeigt die Strommesseinrichtung aus Figur 1A mit einem Press-Stempel zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen der Leiterkarte und dem Strommesswiderstand.
Figur 1C zeigt eine Detailansicht aus Figur 1A.
Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands bei einem Pressvorgang. Figur 3 zeigt eine Abwandlung von Figur 2.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands bei einer Press-Klebeverbindung.
Figur 5 zeigt eine Abwandlung von Figur 3.
Figur 6 zeigt eine Aufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung.
Figur 7 zeigt eine Abwandlung von Figur 6, wobei auf der Leiterkarte zusätzliche Bauteile montiert sind.
Figur 8 zeigt eine Abwandlung von Figur 7.
Figur 9 zeigt eine Abwandlung von Figur 1A, wobei der Strommesswiderstand an der Oberseite und an der Unterseite kontaktiert wird.
Figur 10 zeigt eine schematische Detailansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit Vertiefungen im Bereich der Anschlussteile für Kontaktfinger der Leiterkarte.
Figur 11 zeigt eine schematische Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Strommesswiderstand mit Pressverbindungen für eine elektrische Verbindung und davon entkoppelten Pressverbindungen für eine mechanische Verbindung.
Figur 12 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswerts in Abhängigkeit von der Tiefe der Vertiefungen (Freistellungen).
Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit zwei parallelen Messkanälen.
Figur 14 zeigt eine Abwandlung von Figur 13, wobei die Messpunkte der beiden Messkanäle über Kreuz angeordnet sind. Figur 15 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands mit zwei Spannungsabgriffen an den Anschlussteilen und einem Mittelabgriff an dem Widerstandselement.
Figur 16 zeigt eine Abwandlung von Figur 15 mit Vertiefungen an den jeweiligen Verbindungspunkten.
Figur 17 zeigt eine Abwandlung von Figur 11 mit einem zusätzlichen Mittelabgriff an dem Widerstandselement.
Figur 18 zeigt eine Abwandlung von Figur 1C, wobei der Strommesswiderstand an der Unterseite und an der Oberseite von Kontaktfingern kontaktiert wird.
Figur 19 zeigt eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 18.
Figur 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wobei sich die Kontaktfinger der Leiterkarte über die gesamte Breite des Strommesswiderstands erstrecken, um an verschiedenen Punkten eine Spannungsmessung zu ermöglichen.
Figur 21 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Erstellung einer Press-Sinterverbindung.
Figur 22 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Press-Klebeverbindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Strommesseinrichtung beschrieben, das in den Figuren 1A-1C dargestellt ist.
Die Erfindung weist zunächst einen niederohmigen Strommesswiderstand 1 auf, der aus zwei Anschlussteilen 2, 3 aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) und einem Widerstandselement 4 aus einem Widerstandsmaterial (z.B. Manganin®) besteht, wobei das Widerstandselement 4 in Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen 2, 3 angeordnet ist. Der zu messende elektrische Strom I wird hierbei über das Anschlussteil 2 in den Strommesswiderstand 1 eingeleitet und über das Anschlussteil 3 aus dem Strommesswiderstand 1 ausgeleitet. Der Spannungsabfall über dem Widerstandselement 4 ist dann entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den elektrischen Strom I, der durch den Strommesswiderstand 1 fließt.
In den beiden Anschlussteilen 1, 3 ist jeweils eine Bohrung 5 bzw. 6 angeordnet, die zur Kontaktierung der beiden Anschlussteile 1, 3 dient, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise auch in EP 0 605 800 Bl beschrieben ist.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Strommesseinrichtung eine Leiterkarte 7 auf, wobei sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine flexible Leiterkarte (FPC: Flexible printed circuit) handelt.
Die Leiterkarte 7 ist mit einer Schnittstelle 8 verbunden, die dazu dient, Messwerte der über dem Widerstandselement 4 des Strommesswiderstands 1 abfallenden elektrischen Spannung an eine externe Auswertungseinheit auszugeben. Hierzu ermöglicht die Schnittstelle 8 eine Steckverbindung, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Zur elektrischen Kontaktierung des Strommesswiderstands 1 weist die Leiterkarte 7 mehrere Kontaktfinger 9-11 auf. Der Kontaktfinger 9 dient hierbei zur elektrischen Kontaktierung des Anschlussteils 2, während der Kontaktfinger 11 zur elektrischen Kontaktierung des anderen Anschlussteils 3 dient. Der mittlere Kontaktfinger 10 dient dagegen zur elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements 4 und ermöglicht somit einen Mittelabgriff.
Die Kontaktfinger 9-11 stehen hierbei von derselben Seite der Leiterkarte 7 ab und ragen in dieselbe Richtung. Beispielsweise können die Kontaktfinger 9-11 hergestellt werden, indem Schlitze in die Leiterkarte 7 eingebracht werden.
In dem Anschlussteil 2 befindet sich eine Vertiefung 12 zur Aufnahme des Kontaktfingers 9. In dem anderen Anschlussteil 3 befindet sich ebenfalls eine entsprechende Vertiefung 13 zur Aufnahme des anderen Kontaktfingers 11. Die beiden Vertiefungen 12, 13 gehen hierbei von derselben Seitenkante des Strommesswiderstands 1 aus und grenzen unmittelbar an das Widerstandselement 4 an. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, dass alternativ auch die Möglichkeit besteht, dass die beiden Vertiefungen 12, 13 bis in das Widerstandselement 4 hineinreichen. Im Bereich der Vertiefungen 12, 13 weisen die beiden Anschlussteile 2, 3 eine verringerte Dicke auf. Hierbei ist zu erwähnen, dass sich durch die Dickenverringerung im Bereich der Vertiefungen 12, 13 der Temperaturkoeffi- zient (TCR) des Widerstandswerts des Strommesswiderstands 1 einstellen lässt, wie noch beschrieben wird.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Kontaktfinger 9-11 die Anschlussteile 2, 3 bzw. das Widerstandselement 4 jeweils an ihrer Oberseite kontaktieren. Dies bedeutet, dass der Kontaktfinger 10 auf der Oberseite des Widerstandselements 4 aufliegt, während die anderen Kontaktfinger 9, 11 im Bereich der Vertiefungen 12, 13 auf der Oberseite der Anschlussteile 2, 3 aufliegen.
Bei der elektrischen Kontaktierung des Strommesswiderstands 1 durch die Leiterkarte 7 werden die Kontaktfinger 9-11 zunächst in der Lage positioniert, die in Figur 1A dargestellt ist.
Anschließend wird eine Pressverbindung erzeugt, indem ein Press-Stempel 14 auf die Enden der Kontaktfinger 9-11 aufgesetzt wird und dann mit einer Presskraft auf die Enden der Kontaktfinger 9-11 drückt. Die Presskraft ist hierbei so groß, dass eine stoffschlüssige Pressverbindung zwischen den Kontaktfingern 9-11 einerseits und den Anschlussteilen 2, 3 bzw. dem Widerstandselement 4 andererseits hergestellt wird. Bei dieser Pressverbindung kann es sich wahlweise um eine Press- Klebeverbindung oder um eine Press-Sinterverbindung handeln, wie noch detailliert beschrieben wird.
Im Folgenden werden nun die schematischen Darstellungen gemäß den Figuren 2-5 beschrieben, die weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren 1A-1C dargestellten Ausführungsbeispiel übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Aus den Darstellungen ist ersichtlich, dass die Anschlussteile 2, 3 durch eine Schweißnaht 15 mit dem Widerstandselement 4 verbunden sind, wie es beispielsweise auch aus EP 0 605 800 Bl bekannt ist.
Weiterhin ist in den Zeichnungen nicht nur der obere Press-Stempel 14 dargestellt, sondern auch ein unterer Press-Stempel 16, so dass bei der Herstellung der Pressverbindung sowohl von oben als auch von unten eine Presskraft ausgeübt wird.
Bei den Erfindungsvarianten gemäß den Figuren 2 und 3 handelt es sich bei der Pressverbindung um eine Press-Sinterverbindung. Hierbei erfolgt während des Pressvorgangs ein Wärmeeintrag, um den Sintervorgang zu ermöglichen.
Bei der Erfindungsvariante gemäß Figur 2 sind drei Verbindungsbereiche 17-19 dargestellt, die alle an der Oberseite des Strommesswiderstands 1 angeordnet sind.
Bei der Erfindungsvariante gemäß Figur 3 sind jedoch zusätzlich drei Verbindungsbereiche 20-22 vorgesehen, die alle an der Unterseite des Strommesswiderstands angeordnet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 stimmt weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 überein. Allerdings erfolgt die Pressverbindung hierbei ohne einen Wärmeeintrag als Press- Klebeverbindung. Unter den Verbindungsbereichen 17-19 befindet sich deshalb ein Epoxidkleber.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 stimmt weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 überein. Allerdings erfolgt hierbei ebenfalls keine Press-Sinterverbindung, sondern eine Press-Klebeverbindung ohne einen Wärmeeintrag. Unter den Verbindungsbereichen 17-22 befindet sich deshalb hierbei ein Epoxidkleber, wie es auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 der Fall ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 stimmt wieder teilweise mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, 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 auf der Leiterkarte 7 zusätzlich ein Temperatursensor 23 angeordnet ist, der die Temperatur an dem Widerstandselement 4 misst. Dies ermöglicht es, bei der Berechnung des durch den Strommesswiderstand 1 fließenden Stroms I aus der gemessenen Spannung die Temperaturabhängigkeit des Widerstandswerts des Widerstandselements 4 zu berücksichtigen, was eine Temperaturkompensation erlaubt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 stimmt wieder weitgehend mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen überein, 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 auf der Leiterkarte 7 zusätzlich mehrere elektronische Bauteile angeordnet sind, nämlich ein Analog/Digital-Wandler 24, ein Mikroprozessor 25 und ein Baustein 26 mit einer Isolationsstrecke 27 zur potenzialgetrennten Datenübertragung. Der Baustein 26 zur potenzialgetrennten Datenübertragung befindet sich hierbei zwischen dem Mikroprozessor 25 und der Schnittstelle 8.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird und dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sich der Baustein 26 zur potenzialgetrennten Datenübertragung zwischen dem Analog/Digital-Wandler 24 und dem Mikroprozessor 25 befindet.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 6-8, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Figur 10 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Strommesswiderstands im Bereich der Vertiefungen 12, 13.
Daraus ist ersichtlich, dass die Anschlussteile 2, 3 jeweils eine bestimmte Dicke dA haben, während das Widerstandselement 4 eine verringerte Dicke dW hat. Im Bereich der Vertiefungen 12, 13 ist die Dicke der Anschlussteile 2, 3 verringert, wobei die Vertiefungen 12, 13 eine Tiefe dV haben. Durch eine Einstellung der Vertiefung dV kann auch derTemperaturkoeffizient TCR des Strommesswiderstands 1 eingestellt werden.
Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1 in einer Aufsicht.
Hierbei befindet sich in den Vertiefungen 12, 13 jeweils ein mechanischer Verbindungsbereich 28, 29, der nur zur mechanischen Verbindung zwischen der Leiterkarte 7 und dem Strommesswiderstand 1 dient. In den mechanischen Verbindungsbereichen 28, 29 weist die Oberfläche der Fügepartner deshalb eine Materialerhebung auf, die bei der Pressverbindung auf Pressung beansprucht wird und somit eine Pressverbindung herstellt, wobei diese Materialerhebung elektrisch entkoppelt ist. Darüber hinaus befindet sich in den Vertiefungen 12, 13 jeweils ein elektrischer Verbindungsbereich 30, 31 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die mechanischen Verbindungsbereiche 28, 29 einerseits und die elektrischen Verbindungsbereiche 30, 31 andererseits räumlich getrennt und elektrisch entkoppelt sind.
Figur 12 zeigt schließlich ein Diagramm zur Verdeutlichung des Temperaturkoeffizienten TCR in Abhängigkeit von der Tiefe dZ der Vertiefungen 12, 13 in den Anschlussteilen 2, 3 des Strommesswiderstands 1. Aus dem Diagramm ist gut erkennbar, dass sich der Temperaturkoeffizient TCR durch eine Einstellung der Tiefe dZ der Vertiefungen 12, 13 einstellen lässt.
Die Figuren 13 und 14 zeigen zwei Erfindungsvarianten mit jeweils vier elektrischen Verbindungsbereichen 30.1, 30.2, 31.1, 31.2, die paarweise zwei Messkanälen bilden.
Bei der Erfindungsvariante gemäß Figur 13 sind die Messkanäle parallel angeordnet, wie es beispielsweise aus WO 2014/161624 Al bekannt ist. Bei der Erfindungsvariante gemäß Figur 14 sind die Messkanäle dagegen über Kreuz angeordnet sind, wie es beispielsweise aus DE 10 2021 103 241.5 bekannt ist.
Die Figuren 15 und 16 zeigen wieder perspektivische Ansichten verschiedener Erfindungsvarianten ohne die Vertiefungen in den Anschlussteilen (Figur 15) bzw. mit den Vertiefungen 12, 13 in den Anschlussteilen 2, 3 (Figur 16).
Figur 17 zeigt eine schematische Darstellung entsprechend Figur 11 mit einem zusätzlichen Mittelabgriff, der einen elektrischen Verbindungsbereich 32 und einen mechanischen Verbindungsbereich 33 umfasst.
Die Figuren 18 und 19 zeigen verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Strommesswiderstands 1 mit insgesamt sechs Kontaktfingern 9-11, 34-36. Die Kontaktfinger 9-11 kontaktieren den Strommesswiderstand 1 hierbei an seiner Oberseite, während die anderen Kontaktfinger 34-36 den Strommesswiderstand 1 an seiner Unterseite kontaktieren.
Figur 20 zeigt eine Abwandlung, bei der sich die Kontaktfinger 9-11, 34-36 über die gesamte Breite der Strommesswiderstands 1 erstrecken und an verschiedenen Stellen eine Spannungsmessung ermöglichen.
Im Folgenden wird nun das Flussdiagramm gemäß Figur 21 beschrieben, das die Erfindungsvariante mit einer Press-Sinterverbindung erläutert.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst ein Strommesswiderstand mit einem Widerstandselement und zwei Anschlussteilen bereitgestellt.
In einem zweiten Schritt S2 werden dann die vorstehend beschriebenen Vertiefungen in den Anschlussteilen und optional im Widerstandselement des Strommesswiderstands geformt, was beispielsweise durch Fräsen erfolgen kann.
Im nächsten Schritt S3 wird dann eine Leiterkarte bereitgestellt und in der Leiterkarte werden in einem Schritt S4 Kontaktfinger geformt, die zur Kontaktierung des Strommesswiderstands dienen.
Im nächsten Schritt S5 kann dann eine Nano-Strukturierung der Verbindungspunkte des Strommesswiderstands erfolgen.
Der Strommesswiderstand und die Leiterkarte werden dann in einem Schritt S6 so zusammengefügt, dass die Kontaktfinger der Leiterkarte in den Vertiefungen und/oder auf der Rückseite der Vertiefungen liegen.
Im nächsten Schritt S7 werden die Verbindungspunkte dann auf eine Sintertemperatur erwärmt, die ausreichend ist, um eine Press-Sinterverbindung herzustellen.
Im nächsten Schritt S8 werden die Leiterkarte und der Strommesswiderstand dann an den Verbindungspunkten zusammengepresst, um die gewünschte Press-Sinterverbindung herzustellen.
Figur 22 zeigt eine Abwandlung von Figur 21, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen kann. Im Unterschied zu dem Flussdiagramm gemäß Figur 21 erfolgt hierbei jedoch eine Press-Klebeverbindung anstelle einer Press-Sinterverbindung. Bei dem Pressvorgang erfolgt deshalb kein Wärmeeintrag. Stattdessen ist in dem Schritt S6 vorgesehen, dass ein Kleber (z.B. Epoxidkleber) auf die Verbindungspunkte aufgebracht wird. 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 und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.
Bezugszeichenliste
1 Strommesswiderstand
2 Anschlussteil zum Einleiten des Stroms in den Strommesswiderstand
3 Anschlussteil zum Ausleiten des Stroms aus dem Strommesswiderstand
4 Widerstandselement
5 Bohrung in dem Anschlussteil zum Einleiten des Stroms in den Strommesswiderstand
6 Bohrung in dem Anschlussteil zum Ausleiten des Stroms aus dem Strommesswiderstand
7 Leiterkarte
8 Schnittstelle auf der Leiterkarte zum Ausgeben von Messwerten
9-11 Kontaktfinger der Leiterkarte
12 Vertiefung in dem Anschlussteil zum Einleiten des Stroms in den Strommesswiderstand
13 Vertiefung in dem Anschlussteil zum Ausleiten des Stroms aus dem Strommesswiderstand
14 Press-Stempel zum Pressen von oben
15 Schweißnaht zwischen dem Widerstandelement und den Anschlussteilen
16 Press-Stempel zum Pressen von unten
17-22 Verbindungsbereiche auf der Leiterkarte
23 Temperatursensor auf der Leiterkarte
24 Analog/Digital-Wandler auf der Leiterkarte
25 Mikroprozessor
26 Baustein zur potentialgetrennten Datenübertragung
TI Isolationsstrecke
28, 29 Mechanischer Verbindungsbereich
30, 31 Elektrischer Verbindungsbereich
30.1 30.2 Elektrische Verbindungsbereiche
31.1, 31.2 Elektrische Verbindungsbereiche
32 Elektrischer Verbindungsbereich am Mittelabgriff
33 Mechanischer Verbindungsbereich am Mittelabgriff
34-36 Kontaktfinger der Leiterkarte dW Dicke des Widerstandselements dA Dicke der Anschlussteile dV Tiefe der Vertiefung in den Anschlussteilen dz Tiefe der Vertiefung relativ zu dem Widerstandselement
I Strom durch den Strommesswiderstand

Claims

ANSPRÜCHE
1. Strommesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Stroms (I), mit a) einem Strommesswiderstand (1) mit al) einem ersten Anschlussteil (2) aus einem Leitermaterial zum Einleiten des zu messenden elektrischen Stroms (I) in den Strommesswiderstand (1), a2) einem zweiten Anschlussteil (3) aus einem Leitermaterial zum Ausleiten des zu messenden elektrischen Stroms (I) aus dem Strommesswiderstand (1), und a3) 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 zu messende elektrische Strom (I) durch das Widerstandselement (4) fließt, sowie mit b) einer Leiterkarte (7), die an mindestens zwei Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, c) dass die Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) jeweils durch eine Pressverbindung mit einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Leiterkarte (7) verbunden sind.
2. Strommesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Pressverbindung eine Press-Sinterverbindung ist, b) dass die Press-Sinterverbindung optional ein zusätzliches Sintermaterial enthält, insbesondere Silber oder Kupfer.
3. Strommesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressverbindung eine Press-Klebeverbindung ist, insbesondere mit einem Epoxidkleber.
4. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Anschlussteile (2, 3) und/oder die Leiterkarte (7) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) eine Oberflächenstrukturierung aufweist, insbesondere eine Nano- Strukturierung, b) dass die Oberflächenstrukturierung optional mindestens eines der folgenden Materialien enthält: bl) ENIG, b2) ENEPIG, b3) Gold, b4) Kupfer, b5) Nickel-Phosphor, b6) Silber.
5. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass mindestens eine der Pressverbindungen (28, 29) eine mechanische Verbindung und eine elektrische Verbindung zwischen der Leiterkarte (7) und den Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) umfasst, b) dass die mechanische Verbindung von der elektrischen Verbindung (30, 31) räumlich getrennt und elektrisch isoliert ist, insbesondere mit einem Abstand von mindestens 100 pm.
6. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressverbindungen jeweils eine horizontale Ausdehnung parallel zu der Leiterkarte (7) von höchstens 1 mm, 500 pm, 250 pm oder 100 pm haben, um eine punktgenaue Spannungsmessung an den Anschlussteilen (2, 3) zu ermöglichen.
7. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) für die Kontaktierung des Strommesswiderstands (1) mehrere Kontaktfinger (9-11; 34-36) aufweist, die von der Leiterkarte (7) abstehen, insbesondere parallel zueinander und in dieselbe Richtung, und b) dass die Kontaktfinger (9-11; 34-36) der Leiterkarte (7) den Strommesswiderstand (1) an seiner Oberseite und/oder an seiner Unterseite kontaktieren, und/oder c) dass der Strommesswiderstand (1) Vertiefungen (12, 13) aufweist, in die jeweils einer der Kontaktfinger (9-11; 34-36) der Leiterkarte (7) hineinragt, und/oder d) dass auf der Rückseite der Leiterkarte (7) jeweils einer der Kontaktfinger (9-11; 34-36) aufliegt, wobei der Strommesswiderstand (1) im Bereich der Vertiefungen (12, 13) gegenüber dem Rest des Strommesswiderstands (1) eine verringerte Dicke aufweist, e) dass die Dicke der Anschlussteile (2, 3) im Bereich der Vertiefungen (12, 13) vorzugsweise kleiner ist als die Dicke des Widerstandselements (4).
8. Strommesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass sich in den Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) jeweils mindestens eine der Vertiefungen (12, 13) für die Kontaktfinger (9-11; 34-36) der Leiterkarte (7) befindet und zwar vorzugsweise unmittelbar angrenzend an das Widerstandselement (4) und unmittelbar angrenzend an eine Seitenkante des ersten Anschlussteils (2), b) dass die Vertiefungen (12, 13) in den Anschlussteilen (2, 3) optional bis in das Widerstandselement (4) hineinreichen, c) dass sich in dem Widerstandselement (4) des Strommesswiderstands (1) mindestens eine der Vertiefungen (12, 13) für die Kontaktfinger (9-11; 34-36) der Leiterkarte (7) befindet und zwar vorzugsweise unmittelbar angrenzend an dieselbe Seitenkante des Strommesswiderstands (1), und/oder d) dass mindestens einer der Kontaktfinger (9-11; 34-36) der Leiterkarte (7) an der Unterseite des Strommesswiderstands (1), gegenüberliegend von der Vertiefung angeordnet sind.
9. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) mit mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil (23- 26) bestückt ist, und b) dass das Bauteil (23-26) durch eine Pressverbindung mit der Leiterkarte (7) verbunden ist, insbesondere durch eine Press-Sinterverbindung oder durch eine Press-Klebeverbindung, o- der durch eine Standard-Lötverbindung.
10. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte (7) mit mindestens einem der folgenden Bauteile (23-26) bestückt ist: a) einem Analog-Digital-Wandler (24), b) einem Baustein (26) zur potentialgetrennten Datenübertragung, c) einem Mikroprozessor (25), wobei der Mikroprozessor (25) optional auf der High-Side des Bausteins (26) zur potentialgetrennten Datenübertragung angeordnet ist oder auf der Low- Side des Bausteins (26) zur potentialgetrennten Datenübertragung, d) einer Schnittstelle (8).
11. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) an mindestens vier Verbindungspunkten (30.1, 30.2, 31.1, 31.2) mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) verbunden ist, und/oder b) dass die vier Verbindungspunkte (30.1, 30.2, 31.1, 31.2) ein Rechteck bilden, und/oder c) dass die Verbindungspunkte (30.1, 30.2, 31.1, 31.2) jeweils paarweise mehrere Messkanäle bilden, wobei die Messkanäle jeweils die Spannung zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) messen.
12. Strommesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Verbindungspunkte (30.1, 30.2, 31.1, 31.2) der beiden Messkanäle über Kreuz angeordnet sind, oder b) dass die Verbindungspunkte (30.1, 30.2, 31.1, 31.2) der beiden Messkanäle parallel angeordnet sind.
13. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) an mindestens zwei der Verbindungspunkte mit den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) verbunden ist, um die über dem Widerstandselement (4) des Strommesswiderstands (1) abfallende Spannung zu messen, b) dass die Leiterkarte (7) optional an mindestens einem der Verbindungspunkte mit dem Widerstandselement (4) verbunden ist, um einen Mittelabgriff an dem Widerstandselement (4) zu ermöglichen.
14. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte (7) an zwei der Verbindungspunkte mit dem ersten Anschlussteil (2) und an einem der Verbindungspunkte mit dem zweiten Anschlussteil (3) verbunden ist, wobei die drei Verbindungspunkte eine geschlossene Spannungsmasche bilden.
15. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterkarte (7) eine Schnittstelle (8) enthält, um a) Messwerte der zwischen den Anschlussteilen (2, 3) abfallenden Spannung und/oder b) Messwerte eines auf der Leiterkarte (7) angeordneten Temperatursensors über die Schnittstelle (8) an eine externe Auswertungseinheit zu übertragen, wobei die Schnittstelle (8) vorzugsweise eine analoge Schnittstelle ist.
16. Strommesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) eine Auswertungseinheit trägt (25), die aus den Messwerten der zwischen den Anschlussteilen (2, 3) abfallenden Spannung den elektrischen Strom (I) (I) berechnet, der durch den Strommesswiderstand (1) fließt, b) dass die Auswertungseinheit (25) optional mit einem Temperatursensor (23) verbunden ist und bei der Berechnung des durch den Strommesswiderstand (1) fließenden Stroms (I) (I) zur Temperaturkorrektur die Temperatur berücksichtigt, c) dass die Leiterkarte (7) optional eine digitale Schnittstelle (8) aufweist, die mit der Auswertungseinheit (25) auf der Leiterkarte (7) verbunden ist, um den von der Auswertungseinheit (25) berechneten elektrischen Strom (I) auszugeben.
17. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Leiterkarte (7) eine starre Leiterkarte (7) ist, insbesondere aus Glasfaserverbundmaterial, oder b) dass die Leiterkarte (7) eine flexible Leiterkarte (7) ist, oder c) dass die Leiterkarte (7) eine Starrflex-Leiterkarte (7) ist, die teilweise starr und teilweise flexibel ist.
18. Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Strommesswiderstand (1) niederohmig ist mit einem elektrischen Widerstand von höchstens 10 pQ, 25 pQ, 50 pQ, 100 pQ, 200 pQ oder 500 pQ und/oder b) dass der Strommesswiderstand (1) eine Stromfestigkeit von mindestens 100 A, 200 A, 500 A, 1 kA, 2 kA oder 5kA hat, und/oder c) dass der Strommesswiderstand (1) plattenförmig ist, insbesondere eben oder gebogen, und/oder d) dass das Widerstandselement (4) plattenförmig ist, insbesondere als ebene oder gebogene Platte, und/oder e) dass die Anschlussteile (2, 3) jeweils plattenförmig sind, insbesondere als ebene oder gebogene Platte, f) dass das Widerstandselement (4) des Strommesswiderstands (1) eine geringere Dicke aufweist als die Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1), und/oder g) dass in dem Strommesswiderstand (1) das Widerstandselement (4) durch eine Schweißver- bindung mit den Anschlussteilen (2, 3) verbunden ist, insbesondere durch eine Elektronenstrahlverschweißung, und/oder h) dass der Strommesswiderstand (1) einen elektrischen Widerstandswert mit einem Temperaturkoeffizienten von höchstens 200 ppm/K, 100 ppm/K, 50 ppm/K, 20 ppm/K oder 10 ppm/K aufweist, und/oder i) dass das Leitermaterial der Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1) Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, und/oder j) dass das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4) des Strommesswiderstands (1) eine der folgenden Legierungen ist: jl) eine Kupfer-Legierung, insbesondere eine Kupfer-Mangan-Legierung, insbesondere CuMnl2Ni2 oder CuMn7Sn2,3, oder eine Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung, insbesondere Cu84Ni4Mnl2 oder Cu65Mn25NilO, oder eine Kupfer-Chrom-Legierung, j2) eine Nickellegierung, insbesondere NiCr oder CuNi, und/oder k) dass das Leitermaterial der Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1) einen kleineren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das Widerstandsmaterial des Widerstandselements (4) des Strommesswiderstands (1), und/oder l) dass der Strommesswiderstand (1) in Hauptstromflussrichtung eine Länge aufweist, die im Bereich von 5mm-200mm liegt, und/oder m) dass der Strommesswiderstand (1) quer zur Hauptstromflussrichtung eine Breite aufweist, die im Bereich von lOmm-lOOmm liegt, und/oder n) dass der Strommesswiderstand (1) quer zur Hauptstromflussrichtung eine Dicke aufweist, die im Bereich von lmm-5mm liegt, und/oder o) dass die Pressverbindungen jeweils einen elektrischen Übergangswiderstand haben, der kleiner ist als 1 p /mm2.
19. Herstellungsverfahren für eine Strommesseinrichtung, insbesondere für eine Strommesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Strommesswiderstands (1) mit zwei Anschlussteilen (2, 3) aus einem Leitermaterial und einem Widerstandselement (4) aus einem Widerstandsmaterial, wobei das Widerstandselement (4) in Stromflussrichtung zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) angeordnet ist, b) Bereitstellen einer Leiterkarte (7), und c) Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Leiterkarte (7) und den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) an mindestens zwei Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2), dadurch gekennzeichnet, d) dass die Verbindung zwischen der Leiterkarte (7) und den beiden Anschlussteilen (2, 3) des Strommesswiderstands (1) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) jeweils durch Pressen erfolgt, wobei die Leiterkarte (7) und die Anschlussteile (2, 3) zusammengepresst werden, insbesondere mittels eines Press-Stempels.
20. Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, a) dass beim Zusammenpressen der Leiterkarte (7) und der Anschlussteile (2, 3) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) ein Wärmeeintrag erfolgt, so dass eine Press- Sinterverbindung zwischen der Leiterkarte (7) und den Anschlussteilen (2, 3) entsteht, b) dass optional vor dem Zusammenpressen an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) zusätzlich ein Sintermaterial hinzugefügt wird, insbesondere Silber oder Kupfer, c) dass der Wärmeeintrag an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) zu einer Erwärmung auf eine Sintertemperatur führt, d) dass die Sintertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Leitermaterials und des Widerstandsmaterials liegt, e) dass die Sintertemperatur vorzugsweise größer ist als +100°C, +200°C oder +250°C, f) dass die Sintertemperatur vorzugsweise höchstens +500°C, +400°C oder +280°C beträgt.
21. Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Anschlussteile (2, 3) und/oder das Widerstandselement (4) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) vor dem Zusammenpressen mit einem Kleber beschichtet werden, insbesondere mit einem Epoxidkleber, so dass an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2) eine Press-Klebeverbindung entsteht, b) dass das Zusammenpressen vorzugsweise ohne einen zusätzlichen Wärmeeintrag erfolgt.
22. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch folgenden Schritt vor dem Zusammenpressen der Leiterkarte (7) und der Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1):
Erzeugen einer Oberflächenstrukturierung auf den Anschlussteilen (2, 3) und/oder auf dem Widerstandselement (4) an den Verbindungspunkten (30, 31; 30.1, 30.2, 31.1, 31.2), insbesondere einer Nano-Strukturierung, wobei die Oberflächenstrukturierung optional mindestens eines der folgenden Materialien enthält: a) ENIG, b) ENEPIG, c) Gold, d) Kupfer, e) Nickel-Phosphor, f) Silber.
23. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Einbringen von Vertiefungen (12, 13) in die Anschlussteile (2, 3) des Strommesswiderstands (1), insbesondere für die Einstellung des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswerts des Strommesswiderstands (1), insbesondere durch eines der folgenden Verfahren: al) Prägen, a2) Fräsen, a3) Lasern, b) optional Messen des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswerts des Strommesswiderstands (1) während des Herstellungsprozesses, und/oder c) Einstellen des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandswerts des Strommesswiderstands (1) durch eine Anpassung der Tiefe der Vertiefungen (12, 13).
24. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, a) dass in der Leiterkarte (7) Kontaktfinger (9-11; 34-36) geformt werden, die von der Leiterkarte (7) abstehen, insbesondere nebeneinander und in dieselbe Richtung, b) dass optional in die Leiterkarte (7) Schlitze eingebracht werden, um die Kontaktfinger (9-11; 34-36) zu formen.
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0605800B1 (de) 1992-12-21 1996-03-13 Isabellenhütte Heusler GmbH KG Verfahren zum Herstellen von Widerständen aus Verbundmaterial und insbesondere nach diesem Verfahren hergestellte Widerstände
EP1363131A1 (de) 2002-05-14 2003-11-19 Isabellenhütte Heusler GmbH KG Messschaltung mit mehreren Zerhackern
DE102006019895A1 (de) 2006-04-28 2007-11-15 Siemens Ag Strommessvorrichtung mit speziell kontaktierter Leiterplatte und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102010010152A1 (de) 2010-03-04 2010-10-14 Daimler Ag Frontairbag für ein Kraftfahrzeug
WO2014161624A1 (de) 2013-04-05 2014-10-09 Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg Messwiderstand und entsprechendes messverfahren
CN110320404A (zh) * 2019-08-01 2019-10-11 桐乡市伟达电子有限公司 一种模数转换传感器
US20210225565A1 (en) * 2020-01-17 2021-07-22 Wieland-Werke Ag Resistor arrangement, measuring circuit comprising a resistor arrangement and methods for producing a strip-shaped material for the resistor arrangement
US20210382092A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-09 Wieland-Werke Ag Method for producing a device for measuring current intensities and device for measuring current intensities
US20220057436A1 (en) * 2020-08-20 2022-02-24 Vishay Dale Electronics, Llc Resistors, current sense resistors, battery shunts, shunt resistors, and methods of making
US11293952B2 (en) * 2019-03-14 2022-04-05 Te Connectivity Germany Gmbh Passive current sensor with simplified geometry
DE102021103241A1 (de) 2021-02-11 2022-08-11 Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg Strommesswiderstand

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010010152U1 (de) 2010-07-13 2010-10-14 Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg Strommessmodul

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0605800B1 (de) 1992-12-21 1996-03-13 Isabellenhütte Heusler GmbH KG Verfahren zum Herstellen von Widerständen aus Verbundmaterial und insbesondere nach diesem Verfahren hergestellte Widerstände
EP1363131A1 (de) 2002-05-14 2003-11-19 Isabellenhütte Heusler GmbH KG Messschaltung mit mehreren Zerhackern
DE102006019895A1 (de) 2006-04-28 2007-11-15 Siemens Ag Strommessvorrichtung mit speziell kontaktierter Leiterplatte und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102010010152A1 (de) 2010-03-04 2010-10-14 Daimler Ag Frontairbag für ein Kraftfahrzeug
WO2014161624A1 (de) 2013-04-05 2014-10-09 Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg Messwiderstand und entsprechendes messverfahren
US11293952B2 (en) * 2019-03-14 2022-04-05 Te Connectivity Germany Gmbh Passive current sensor with simplified geometry
CN110320404A (zh) * 2019-08-01 2019-10-11 桐乡市伟达电子有限公司 一种模数转换传感器
US20210225565A1 (en) * 2020-01-17 2021-07-22 Wieland-Werke Ag Resistor arrangement, measuring circuit comprising a resistor arrangement and methods for producing a strip-shaped material for the resistor arrangement
US20210382092A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-09 Wieland-Werke Ag Method for producing a device for measuring current intensities and device for measuring current intensities
DE102020003458A1 (de) 2020-06-09 2021-12-09 Wieland-Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Messung von Stromstärken und Vorrichtung zur Messung von Stromstärken
US20220057436A1 (en) * 2020-08-20 2022-02-24 Vishay Dale Electronics, Llc Resistors, current sense resistors, battery shunts, shunt resistors, and methods of making
DE102021103241A1 (de) 2021-02-11 2022-08-11 Isabellenhütte Heusler Gmbh & Co. Kg Strommesswiderstand

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