KOAXIALWIDERSTAND

Die Erfindung betrifft einen Koaxialwiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms.

Ein derartiger Koaxialwiderstand ist beispielsweise aus WO 2007/068409 AI (DE 10 2005 059 561 AI) bekannt und in Figur 6 dargestellt. Hierbei wird der zu messende elektrische Strom über einen rohrförmigen Hinleiter zugeführt und fließt dann in entgegengesetzter Richtung durch einen ebenfalls rohrförmigen, koaxial zu dem Hinleiter angeordneten Rückleiter zurück. Vorteilhaft an dieser Stromführung in entgegengesetzten Richtungen ist die Tatsache, dass sich die von dem elektrischen Strom erzeugten Magnetfelder in gewissen Bereichen im Inneren weitgehend aufheben. Hierbei ist der Querschnitt von Hinleiter und Rückleiter kreisrund, was jedoch bei extrem niedrigen Widerstandswerten von wenigen μΟΙιιτι mit einem relativ hohen Herstellungsaufwand vor allem wegen der schwer zu montierbaren Spannungsanschlüsse und der damit verbundenen zusätzlichen Fehlerquellen verbunden ist.

Zum technischen Hintergrund der Erfindung ist auch hinzuweisen auf DE 10 2014 011 593 B4.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend verbesserten Koaxialwiderstand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Koaxialwiderstand gemäß dem Hauptan- spruch gelöst.

Die Erfindung sieht vor, dass der Koaxialwiderstand zumindest bei dem innen liegenden Rückleiter einen eckigen Querschnitt aufweist, was die Herstellung wesentlich vereinfacht, weil der Rückleiter dann aus eckigen Platten zusammengesetzt werden kann.

Der erfindungsgemäße Koaxialwiderstand weist zunächst in Übereinstimmung mit dem bekannten Koaxialwiderstand einen Hinleiter und einen Rückleiter zum Führen des zu messenden elektrischen Stroms auf, wobei der Hinleiter und der Rückleiter koaxial angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet sind, so dass der Strom in dem Hinleiter und in dem Rückleiter in entgegenge- setzten Stromflussrichtungen fließt. Diese Stromführung in entgegen gesetzten Richtungen ist - wie bereits eingangs zum Stand der Technik erwähnt - vorteilhaft, weil sich dadurch die von dem . u z u , chen Widerstandselementes (siehe unten) weitgehend aufheben.

Darüber hinaus umfasst der erfindungsgemäße Koaxialwiderstand in Übereinstimmung mit dem bekannten Koaxialwiderstand ein Widerstandselement aus einem Widerstandsmaterial (z.B. Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung) auf, wobei das Widerstandselement in dem Hinleiter oder in dem Rückleiter angeordnet ist, so dass der Strom durch das Widerstandselement fließt. Die über dem Widerstandselement abfallende elektrische Spannung ist entsprechend dem Ohm'schen Gesetz proportional zu dem elektrischen Strom und bildet deshalb ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom. Dies ermöglicht eine Strommessung gemäß der Vierleitertechnik, die beispielsweise auch aus EP 0 605 800 AI bekannt ist.

Der erfindungsgemäße Koaxialwiderstand unterscheidet sich nun von dem eingangs beschriebenen bekannten Koaxialwiderstand dadurch, dass der Querschnitt zumindest des innenliegenden Rückleiters in einer Schnittebene rechtwinklig zu der Stromflussrichtung eckig ist, insbesondere rechteckig. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Querschnitt des Rückleiters quadratisch, jedoch kann der Querschnitt auch andere Rechteckformen haben. Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der Querschnitt des Rückleiters dreieckig, fünfeckig oder allgemein vieleckig ist. Der eckige Querschnitt bietet - wie bereits vorstehend kurz erwähnt - den Vorteil, dass der Rückleiter aus mehreren ebenen Platten zusammengesetzt werden kann, wodurch die Herstellung des erfindungsgemäßen Koaxialwiderstands wesentlich vereinfacht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Koaxialwiderstand besteht der Rückleiter und optional auch der Hinleiter also aus mehreren ebenen, vorzugsweise rechteckigen Platten, die zu dem Hinleiter bzw. zu dem Rückleiter zusammengesetzt werden können.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind sowohl der Hinleiter als auch der Rückleiter aus rechteckigen Platten zusammengesetzt. Hierbei liegt vorzugsweise jeweils eine Platte des Hinleiters parallel zu einer Platte des Rückleiters. In diesem Ausführungsbeispiel haben also sowohl der Rückleiter als auch der Hinleiter einen eckigen Querschnitt.

Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass nur der innenliegende Rückleiter einen eckigen Querschnitt aufweist, während der außenliegende Hinleiter einen runden Querschnitt aufweisen kann. Beispielsweise kann der außenliegende Hinleiter einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und somit rohrförmig sein. Hierbei ist der außenliegende Hinleiter also herkömmlich als Rohr ausge- zu u u mehreren Platten besteht.

Das vorstehend erwähnte Widerstandselement kann hierbei wahlweise in dem außenliegenden Hinleiter oder in dem innenliegenden Rückleiter angeordnet sein. Entscheidend ist lediglich, dass das Widerstandselement von dem zu messenden elektrischen Strom durchströmt wird, so dass der Spannungsabfall über dem Widerstandselement entsprechend dem Ohm'schen Gesetz ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom bildet. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Widerstandselement jedoch in dem innenliegenden Rückleiter angeordnet. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die Spannungsmessung an dem Widerstandselement im magnetfeldfreien Raum durch eine innerhalb des Koaxialwiderstands liegende Messschaltung vereinfacht wird, wie noch detailliert beschrieben wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Anschlussteile zur Stromzuführung bzw. Stromabführung sowie Hin- und Rückleiter aus massiven Cu-Platten hergestellt, um die bei hohen Strömen unvermeidliche Verlustleistung in den Zuleitungen zu minimieren.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Widerstandselement jeweils in einem Einlegeteil angeordnet, wobei das Einlegeteil in den Hinleiter oder Rückleiter eingelegt ist und einen quer zur Stromflussrichtung verlaufenden Spalt in dem Hinleiter oder dem Rückleiter überdrückt. Der zu messende elektrische Strom fließt hierbei also durch das Einlegeteil, welches das Widerstandselement enthält, wobei der quer zur Stromflussrichtung verlaufende Spalt in dem Hinleiter bzw. dem Rückleiter einen unerwünschten Nebenschluss vorbei an dem Einlegeteil ver- hindert.

Das Einlegeteil mit dem Widerstandselement besteht vorzugsweise aus einer Verbundmaterialplatte mit zwei plattenförmigen Leiterelementen aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) und dem in Stromflussrichtung dazwischen liegenden plattenförmigen Widerstandselement aus dem Wi- derstandsmaterial (z.B. Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung). Derartige Verbundmaterialplatten sind beispielsweise aus EP 0 605 800 AI bekannt und können kostengünstig aus einem Verbundmaterialband hergestellt werden.

Darüber hinaus umfasst der erfindungsgemäße Koaxialwiderstand vorzugsweise plattenförmige Anschlussteile aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) zum Zuführen bzw. Abführen des zu messenden elektrischen Stroms, wobei Hinleiter und Rückleiter jeweils mit einem der beiden An- ,

Die elektrische Verbindung zwischen dem Hinleiter und dem ückleiter einerseits und den Anschlussteilen andererseits kann beispielsweise durch eine Lötverbindung (z.B. Hartlötverbindung) oder eine Schweißverbindung erfolgen. Darüber hinaus können auch Hinleiter und Rückleiter sowie die Einlegeteile durch eine Lötverbindung (z.B. Hartlötverbindung) oder eine Schweißverbindung miteinander verbunden werden, um die gewünschte Reihenschaltung von Hinleiter und Rückleiter zu erreichen. Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die beiden Anschlussteile zur Stromzuführung bzw. Stromabführung aus ebenen, vorzugsweise rechteckigen Platten bestehen. Ergänzend ist zu bemerken, dass diese plattenförmigen Anschlussteile vorzugsweise rechtwinklig ausgerichtet sind zu dem Hinleiter und dem Rückleiter. Darüber hinaus ist zu bemerken, dass die plattenförmigen Anschlussteile zur Stromzuführung bzw. Stromabführung vorzugsweise parallel zueinander ange- ordnet sind. Hinleiter und Rückleiter können also quasi auf die plattenförmigen Anschlussteile aufgesetzt werden.

Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Spannungsabfall über dem Widerstandselement gemäß dem Ohm'schen Gesetz ein Maß für den zu messenden elektrischen Strom ist. Zur Mes- sung dieses Spannungsabfalls ist deshalb vorzugsweise mindestens ein Paar von Spannungsabgriffen vorgesehen, wobei der eine Spannungsabgriff vorzugsweise das spannungsseitige Leiterelement des Einlegeteils kontaktiert, während der andere Spannungsabgriff des Paars das massesei- tige Leiterelement des Einlegeteils kontaktiert. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jedoch nicht nur ein einziges Paar von Spannungsabgriffen vorgesehen, sondern mehrere Paare von Spannungsabgriffen, die räumlich verteilt angeordnet sind. Jedes Paar von Spannungsabgriffen liefert also einen Spannungsmesswert, wobei aus den verschiedenen Spannungsmesswerten dann ein Mittelwert berechnet werden kann. Auf diese Weise können Inhomogenitäten der Stromverteilung in dem Koaxialwiderstand berücksichtigt werden. Grundsätzlich ist dieses Prinzip der Spannungsmessung an verschiedenen Stellen aus DE 10 2013 005 939 AI bekannt, so dass der Inhalt dieser Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung in vollem Umfang zuzurechnen ist.

Die Spannungsabgriffe können hierbei spannungsseitig oder masseseitig mindestens zwei Kontak- te aus einem Leitermaterial (d.h. Doppelabgriffe) aufweisen, um einen guten Wärmekontakt mit einer Leiterplatte zu erreichen. Dies ist vorteilhaft für die Kompensation von unerwünschten Die Verbindung zwischen den Spannungsabgriffen einerseits und den Leiterelementen der Verbundmaterialplatten (Einlegeteile) andererseits kann beispielsweise durch eine Lötverbindung (z.B. Hartlötverbindung), eine Schweißverbindung oder eine Sinterverbindung erfolgen.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Spannungsabgriffe aus Kupfer bestehen können oder aus demselben Verbundmaterial wie das Einlegeteil, insbesondere aus derselben Charge. Zur Bildung der spannungsseitigen Abgriffe bzw. der masseseitigen Spannungsabgriffe kann im Rahmen der Erfindung jeweils ein Stanzteil vorgesehen sein, das mit dem spannungsseitigen bzw. masseseitigen Leiterelement des Einlegeteils (Verbundmaterialplatte) verbunden ist.

Zur elektrischen Verbindung mit einer Leiterplatte können die Stanzteile Kontaktfahnen aufwei- sen, die auch biegbar sein können. In der bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn bei einem Paar der Spannungsabgriffe aus einem Leitermaterial eine masseseitige schmale und eventuell auch dünnere Kontaktfahne aus Verbundmaterial mittig zwischen zwei spannungsseitigen Kontaktfahnen angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur der High-Seite (Spannungsseite) über die gute Wärmeleitung wegen des deutlich größeren Querschnittes der Kontaktfahnen (doppelt, dicker, breiter und bessere Wärmeleitfähigkeit) effektiv auf die Leiterplatte übertragen wird, so dass die Temperatur an den Lötstellen der Leiterplatte gleich ist mit der Temperatur der spannungsseitigen Lötstelle des Einlegeteiles. Damit liegt über der Verbundmaterialfahne die volle Temperaturdifferenz des Shunts an, so dass die Temperaturspannungskompensation korrekt funktionieren kann.

Die Stanzteile sind hierbei elektrisch und mechanisch mit den Leiterelementen der Einlegeteile (Verbundmaterialplatten) verbunden. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Sinterverbindung, eine Lötverbindung (z.B. Hartlötverbindung) oder eine Schweißverbindung handeln. Bei einer Sinterverbindung kann diese beispielsweise mittels einer Silber-Sinterpaste realisiert wer- den, die zuvor strukturiert auf die aus Kupfer bestehenden Leiterelemente gedruckt und getrocknet wird. Die gesinterte Schicht kann beispielsweise aus reinem Silber bestehen und je nach Druckdichte der Sinterpaste zwischen 30μιτι und 70μιτι dick sein.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stanzteile ungefähr 0,3mm dick, jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch andere Dicken der Stanzteile möglich. . u w , zu z. . t tigen Verbundmaterialplatten (Einlegeteile) vorzugsweise aus demselben Verbundmaterial bestehen, insbesondere aus derselben Charge eines Verbundmaterialbands. Dies ist vorteilhaft zur Kompensation von Thermospannungen.

Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass die über dem Widerstandselement abfallende elektrische Spannung entsprechend dem Ohm'schen Gesetz ein Maß bildet für den zu messenden elektrischen Strom. Zur Messung dieses Spannungsabfalls ist vorzugsweise eine Messschaltung vorgesehen, die innen innerhal b des Rückleiters angeordnet sein kann. Vorzugsweise befindet sich diese Messschaltung auf einer Leiterplatte, die mit den Kontaktfahnen der Stanzteile verbunden ist, wobei die Leiterplatte vorzugsweise quer, insbesondere rechtwinklig, zu der Stromflussrichtung in dem Hinleiter und dem Rückleiter angeordnet ist. An ihren Stirnkanten weist diese Leiterplatte vorzugsweise Anschlüsse (z. B. Löt-Pads) zur Verbindung mit den Spannungsabgriffen auf, um den Spannungsabfall über dem Widerstandselement zu messen. Die Verbindung zwischen den Spannungsabgriffen einerseits und der Leiterplatte andererseits kann hierbei durch die bereits vorstehend erwähnten Kontaktfahnen der Stanzteile erfolgen.

Der Außenquerschnitt der Leiterplatte ist vorzugsweise an den Innenquerschnitt des innen liegenden Rückleiters angepasst, so dass die Leiterplatte den freien Innenquerschnitt des innen lie- genden Rückleiters bis auf einen umlaufenden Spalt ausfüllt. Die vorstehend erwähnten Kontaktfahnen der Stanzteile können dann den umlaufenden Spalt zwischen der Leiterplatte und dem Rückleiter überbrücken und die Leiterplatte kontaktieren. Bei einem quadratischen Querschnitt des innen liegenden Rückleiters ist also vorzugsweise auch die Leiterplatte quadratisch. Bei einem dreieckigen Querschnitt des innen liegenden Rückleiters ist also vorzugsweise auch die Leiterplat- te dreieckig. Jeder Platte des Rückleiters ist also vorzugsweise jeweils eine Stirnkante der Leiterplatte zugeordnet, so dass die Leiterplatte auf einfache Weise alle Einlegeteile in den Platten der Rückleiter kontaktieren kann.

Die Leiterplatte weist vorzugsweise mehrere Leiterplattenebenen auf und ist somit mehrlagig. In einer ersten Leiterplattenebene (z.B. an der Oberseite) können sich Symmetrierwiderstände befinden, wobei die Symmetrierwiderstände jeweils mit einzelnen Paaren von Spannungsabgriffen zugeordnet sind, um die einzelnen Spannungsmesswerte zu gewichten, wie es beispielsweise aus DE 10 2013 005 939 AI bekannt ist. Darüber hinaus kann die erste Leiterplattenebene auch einen Widerstand zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Widerstandselements enthalten und/oder einen Temperaturfühler. Eine zweite Leiterplattenebene enthält einen aus Kupfer bestehenden Widerstand, der ebenfalls zur Temperaturkompensation dient. Dieser kann beispielsweise auch aus zwei parallel geschalteten Widerständen bestehen, die eine Mittelwertbildung der beiden Messspannungen von den Doppelabgriffen ermöglichen. Darüber hinaus kann die Leiterplatte auch eine dritte und eine vierte Leiterplattenebene aufweisen. Dabei können sich beispielsweise an der Unterseite der Leiterplatte Kupferanschlussflächen zum Wärmeausgleich im Bereich der aus Kupfer bestehenden Widerstände befinden. Die Kompensation von Thermospannungen ist beispielsweise aus DE 10 2016 008 415.4 bekannt, so dass der Inhalt dieser früheren Patentanmeldung der vorliegenden Beschreibung ebenfalls in vollem Umfang zuzurechnen ist.

Ferner ist zu erwähnen, dass der erfindungsgemäße Koaxialwiderstand vorzugsweise eine relativ große Dauerstromfestigkeit aufweist, die beispielsweise mindestens IkA, 2kA, 3kA, 4kA oder sogar 5kA betragen kann.

Als Leitermaterial findet vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung Anwendung. Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass es sich bei dem Leitermaterial um Aluminium oder eine Aluminium- legierung handelt.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass das Leitermaterial vorzugsweise eine größere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist als das Widerstandsmaterial. Als Widerstandsmaterial kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise eine Kupfer-Mangan- Nickel-Legierung verwendet werden, wie beispielsweise Cu82Mnl2Ni4 (Manganin ^® ). Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass als Widerstandsmaterial eine Nickel-Chrom-Legierung verwendet wird oder eine andere Widerstandslegierung. Das Widerstandsmaterial des Widerstandselements weist jedoch vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der im Bereich von 1-10 ^"8 Qm bis 50· 10 ^"7 Qm liegt.

Der Widerstandswert des gesamten Koaxialwiderstands liegt dagegen vorzugsweise im Bereich von 0,1 μΩ bis 1 ιτιΩ.

Ferner ist zu erwähnen, dass der Widerstandswert des Koaxialwiderstands vorzugsweise sehr u z v w ,

200 ppm/K oder sogar 50 ppm/K.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1A eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Koaxialwiderstand entlang der Schnittlinie A-A in Figur 1B,

Figur 1B eine Aufsicht auf den Koaxialwiderstand gemäß Figur 1A,

Figur IC einen Teil des erfindungsgemäßen Koaxialwiderstands mit einem Anschlussteil und aufgesetzten Platten des ückleiters,

Figur 1D eine Aufsicht auf einen plattenförmigen Rückleiter mit einem eingelegten Einlegteil,

Figur IE eine Querschnittsansicht durch den Rückleiter mit dem Einlegeteil gemäß Figur 1D, Figur 2A eine vereinfachte Querschnittsansicht durch das Einlegeteil mit den Stanzteilen zur Kon- taktierung und einer Leiterplatte,

Figur 2B eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 2A, Figur 3A eine Aufsicht auf die Leiterplatte für die Messschaltung mit zwölf Paaren von Spannungsabgriffen,

Figur 3B eine vergrößerte Detailansicht eines Paars von Spannungsabgriffen aus Figur 3A, Figur 4 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung der Gewichtung der Spannungsmesswerte der einzelnen Paare von Spannungsabgriffen,

Figur 5 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erläuterung der Kompensation von Thermospannungen und der Kompensation des TKs des Widerstandselements, sowie Figur 6 eine Perspektivansicht eines herkömmlichen Koaxialwiderstands gemäß dem Stand der Die Zeichnungen zeigen einen erfindungsgemäßen Koaxialwiderstand 1 zur Messung eines elektrischen Stroms I gemäß der bekannten Vierleitertechnik.

Der zu messende elektrische Strom I wird hierbei über ein plattenförmiges Anschlussteil 2 aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) in den Koaxialwiderstand 1 eingeleitet und über ein ebenfalls plattenförmiges Anschlussteil 3 aus demselben Leitermaterial wieder aus dem Koaxialwiderstand 1 abgeführt.

In den beiden Anschlussteilen 2, 3 befinden sich jeweils Bohrungen 4 bzw. 5 zur Durchführung von Schrauben, so dass die beiden Anschlussteile 2, 3 beispielsweise mit Stromschienen verschraubt werden können. Der zu messende elektrische Strom I fließt hierbei in Richtung der Pfeile von dem Anschlussteil 2 zunächst durch einen Hinleiter 6 und dann in entgegengesetzter Richtung durch einen Rücklei- ter 7, zu dem Anschlussteil 3. Der Hinleiter 6 und der Rückleiter 7 bestehen jeweils aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) und führen den zu messenden elektrischen Strom I in entgegengesetzten Richtungen. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch die von dem elektrischen Strom I in dem Hinlei- ter 6 einerseits und in dem Rückleiter 7 andererseits erzeugten Magnetfelder sich im Inneren wechselseitig weitgehend aufheben.

Der Hinleiter 6 besteht aus vier rechteckigen Platten, die rechtwinklig zu dem Anschlussteil 2 ausgerichtet und auf die Oberseite des Anschlussteils 2 aufgesetzt sind. Die rechteckigen Platten des Hinleiters 6 und des Rückleiters 7 sind hierbei durch Hartlötverbindungen 8a bzw. 8b mit der Oberseite des Anschlussteils 2 bzw. des Anschlussteils 3 verbunden.

An ihrer Oberseite sind die rechteckigen Platten des Hinleiters 6 ebenfalls durch eine Hartlötverbindung 9 mit den rechteckigen Platten des Rückleiters 7 verbunden.

Hierbei ist zu erwähnen, dass die rechteckigen Platten des Rückleiters 7 zweigeteilt sind und durch einen Spalt 10 unterteilt sind, wobei der Spalt 10 einen Stromfluss zwischen den beiden angrenzenden Teilen des Rückleiters 7 verhindert. Der Spalt 10 wird hierbei durch Einlegeteile 11 überbrückt, die jeweils in einen Absatz in den angrenzenden Platten des Rückleiters 7 eingelegt und damit verbunden sind. Die Einlegeteile 11 sind detailliert in den Figuren 1D und IE dargestellt und bestehen aus zwei plattenförmigen Leiterelementen 12, 13 aus einem Leitermaterial (z.B. Kupfer) und einem dazwischen befindlichen Widerstandselement 14 aus einem Widerstandsmaterial (z.B. Manganin®). Die Einlegeteile 12, 13 können beispielsweise aus einem Verbundmaterialband hergestellt werden, wie es beispielsweise aus EP 0 605 800 AI bekannt ist. Der zu messende elektrische Strom I fließt also beim Durchströmen des ückleiters durch die Einlegeteile 11 und damit auch durch das Widerstandselement 14. Der Spannungsabfall U (vgl. Fig. 2A) über dem Widerstandselement 14 der Einlegeteile 11 bildet also gemäß dem Ohm'schen Gesetz ein Maß für den zu messenden elektri- sehen Strom. Die Messung dieses Spannungsabfalls erfolgt über eine Messschaltung, die auf einer Leiterplatte 15 angeordnet ist, wobei die Leiterplatte 15 innerhalb des Rückleiters 7 angeordnet und rechtwinklig zur Stromflussrichtung ausgerichtet ist.

Wegen der zu erwartenden Inhomogenität der Stromverteilung innerhalb des Widerstandes wird eine Vielzahl von Paaren von Spannungsabgriffen ausgebildet, deren Messwerte in geeigneter Weise gemittelt werden.

In einer vereinfachten Ausführung für niedrigere Ströme bzw. hochohmigere Widerstandswerte kann das Einlegeteil den kompletten Rückleiter inklusive des Rückleiters 7 bilden.

Zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte 15 mit den beiden plattenförmigen Anschlussteilen 12, 13 des Einlegeteils 11 sind zwei Stanzteile 16, 17 vorgesehen, wie insbesondere aus den Figuren 2A und 2B ersichtlich ist. Die beiden Stanzteile 16, 17 sind bevorzugt durch jeweils eine Sinterverbindung mit den beiden plattenförmigen Anschlussteilen 12 bzw. 13 der Einlegeteile 11 verbunden. Hierzu wird zunächst eine Silber-Sinterpaste strukturiert auf die Leiterelemente 12, 13 gedruckt und getrocknet. Die Stanzteile 16, 17 werden dann passgenau in einem Niedertemperatur-Sinterprozess (250°-260°C) aufgebracht. Die gesinterte Verbindungsschicht besteht aus reinem Silber und ist je nach Druck- dichte der Sinterpaste zwischen 30μιτι und 70μιτι dick. Diese Verbindung zwischen den Stanzteilen 16, 17 einerseits und den Leiterelementen 12, 13 andererseits übersteht auch den nachfolgenden Hartlötprozess, in dem der gesamte Koaxialwiderstand 1 verlötet wird, unbeschadet. Die Verbindung wird sogar noch stabiler durch eine intensive Diffusion von Kupfer und Silber. Die Verbindung kann aber auch als Schweiß-oder Hartlötverbindung ausgeführt werden. . . z w zw - bei an dem masseseitigen Stanzteil 17 eine Kontaktfahne 20 angeformt ist, die mittig zwischen den beiden Kontaktfahnen 18, 19 des spannungsseitigen Stanzteils 16 verläuft. Die Kontaktfahnen 18-20 sind entsprechend gebogen, um die Leiterplatte 15 zu kontaktieren, wie insbesondere auf Figur 2A ersichtlich ist. Bei der Montage liegt die Leiterplatte 15 auf den Schultern der gebogenen Kontaktfahnen 18-20 als Positionierhilfe auf. Die Kontaktfahnen 18, 19 bilden also zusammen einen Spannungsabgriff auf der High-Seite (Spannungsabgriff), während die Kontaktfahne 20 einen Spannungsabgriff auf der Low-seite (Masseseite) bildet. Die Vielzahl der Lötverbindungen zwischen der Leiterplatte 15 und den Einlegeteilen 11 garantiert dem Verbund aus der Leiterplatte 15 und dem Koaxialwiderstand 1 eine gute Festigkeit, wobei die gebogenen Kontaktfahnen 18-20 einen gewissen mechanischen Ausgleich bei den durch Temperaturwechsel möglichen Verspannungen erlauben. Die doppelten Kontaktfahnen 18, 19 auf der Spannungsseite (High-Side) bieten den Vorteil, dass die Temperatur der Spannungsseite durch die gute Wärmeleitung über die Kontaktfahnen 18, 19 (doppelt, kurze Länge, breite Kontakte und sehr hohe Wärmeleifähigkeit) effektiv auf die Leiterplatte 15 übertragen wird. Damit liegt über der Verbundmaterialfahne 20 die volle Temperaturdifferenz des Shunts an, so dass die Thermospannungskompensation korrekt funktionieren kann.

Das masseseitige Stanzteil 17 besteht hierbei aus demselben Verbundmaterial band wie das Einlegeteil 11, um die unvermeidbaren Thermospannungen im Einlegeteil möglichst optimal kompensieren zu können. Vorzugsweise besteht das masseseitige Stanzteil 17 sogar aus dersel ben Charge dessel ben Verbundmaterial bands.

Die Figuren 3A und 3B zeigen Details der Leiterplatte 15. Fig. 3a zeigt, dass im realisierten Fall jeweils drei Paar von Spannungsabgriffen pro Einlegeteil 11 ausgebildet sind. Aus Figur 3B ist ersichtlich, dass die Leiterplatte 15 für jedes Paar von Spannungsabgriffen jeweils zwei Anschlussflächen 21, 22 für die Kontaktfahnen 18, 19 und eine mittige Anschlussfläche 23 für die Kontaktfah- ne 20 aufweist.

Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Leiterplatte 15 mehrlagig ist und auf ihrer Oberseite Symme- trierungswiderstände SYM aufweist, wobei die Symmetrierwiderstände SYM die Aufgabe haben, die Spannungsmesswerte der einzelnen Paare von Spannungsabgriffen zu gewichten, wie es bei- spielsweise aus DE 10 2013 005 939 AI bekannt ist. . u . .

Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Widerstandselementes, wie es beispielsweise aus DE 10 2016 008 415.4 bekannt ist. Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild zur Verdeutlichung der Gewichtung der einzelnen Spannungsmesswerte von den einzelnen Paaren von Spannungsabgriffen. Die Widerstände O, Rl, Rn sind hierbei die Widerstandselemente 14 in den einzelnen Einlegeteilen 11. Die Widerstände Ra, Rb entsprechen dagegen den Symmetrierwiderständen RSYM in Figur 3B. Die Funktionsweise dieser Schaltung ist beispielsweise in DE 10 2013 005 939 AI beschrieben, so dass dies- bezüglich auf diese frühere Patentanmeldung verwiesen wird.

Schließlich zeigt Figur 5 ein Ersatzschaltbild zur Verdeutlichung der Kompensation von Thermo- spannungen Uth durch die Verbundmaterialfahne 20. Die Funktionsweise dieser Kompensation von Thermospannungen ist beispielsweise in DE 10 2016 008 415.4 beschrieben, so dass auch diesbezüglich auf diese frühere Patentanmeldung verwiesen werden kann.

Die Zeichnung zeigt auch zwei aus Kupfer bestehende und parallel geschaltete Widerstände Ron und Rcu2, die in einer zweiten Ebene der Leiterplatte 15 angeordnet sind und von spannungsseiti- gen Kupferanschlüssen ausgehen und als Temperaturfühler für die TK-Kompensation dienen. Zu- sätzlich nehmen die beiden Widerstände Ron und Rcu2 eine Mittelwertbildung der beiden span- nungsseitigen Potentialwerte vor.

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. Die Erfindung umfasst also verschiedene Erfindungsaspekte, die unabhängig voneinander Schutz genießen.

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1 Koaxialwiderstand

2 Plattenförmiges Anschlussteil zur Zuführung des Stroms

3 Plattenförmiges Anschlussteil zum Abführen des Stroms

4 Bohrung in dem Anschlussteil zum Festschrauben eines Anschlusskontakts

5 Bohrung in dem Anschlussteil zum Festschrauben eines Anschlusskontakts

6 Hinleiter

7 Rückleiter

8a Hartlötverbindung zwischen Hinleiter und plattenförmigem Anschlussteil

8b Hartlötverbindung zwischen Rückleiter und plattenförmigem Anschlussteil

9 Hartlötverbindung zwischen Hinleiter und Rückleiter

10 Spalt in dem Rückleiter

11 Einlegeteil aus Verbundmaterial in dem Rückleiter

12, 13 Plattenförmige Leiterelemente des Einlegeteils

14 Plattenförmiges Widerstandselement des Einlegeteils

15 Leiterplatte

16 Spannungsseitiges Stanzteil zum Spannungsabgriff

17 Masseseitiges Stanzteil zum Spannungsabgriff

18, 19 Kontaktfahnen des spannungsseitigen Stanzteils zur Kontaktierung der Leiterplatte

20 Kontaktfahne des masseseitigen Stanzteils zur Kontaktierung der Leiterplatte

21, 22 Anschlussflächen in der Leiterplatte für die spannungsseitigen Kontaktfahnen

23 Anschlussfläche in der Leiterplatte für die masseseitige Kontaktfahne

I Elektrischer Strom durch den Koaxialwiderstand

Ra, Rb Symmetrierwiderstände in der Leiterplatte

Rcui, Rcu2 Widerstände zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit

RKOMP Ausgleichswiderstand auf der Leiterplatte

R0,...,Rn Widerstandselemente

RMESS Widerstandselement

RSYM Symmetrierwiderstände auf der Leiterplatte

U Spannungsabfall über dem Widerstandselement

UTH Thermospannung im masseseitigen Stanzteil aus Verbundmaterial

U l,...,Un Spannungsabfall ü ber den Widerstandselementen R0,...,Rn