DE102023003173A1

DE102023003173A1 - Assembly for tapping an electrical signal, device for measuring the strength of an electrical current and method for producing such a device

Info

Publication number: DE102023003173A1
Application number: DE102023003173.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bergmeir; Christoph Kästle; Tobias Keck; Michael Schwarzkopf; Edgar Ritter
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2023-08-02
Filing date: 2023-08-02
Publication date: 2025-02-06
Also published as: CN121464354A; TW202507305A; WO2025026595A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe (1) zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung (4), umfassend ein zumindest teilweise flächiges Trägerelement (2) zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen (6) zur Messung eines elektrischen Signals, wobei das Trägerelement (2) eine Oberseite (21) und eine Unterseite (22) aufweist und mindestens auf seiner Oberseite (21) Leitungselemente zur Leitung von elektrischen Signalen aufweist, und mindestens ein Kontaktelement (3, 31, 32) aus elektrisch leitfähigem Material, wobei das Kontaktelement (3, 31, 32) eine Oberseite (33) und eine Unterseite (34) aufweist und auf seiner Unterseite (34) einen ersten Bereich (35) und einen räumlich davon getrennten, zweiten Bereich (36) aufweist, wobei das Kontaktelement (3, 31, 32) in seinem ersten Bereich (35) stoffschlüssig und flächig mit der Oberseite (21) des Trägerelements (2) verbunden ist und wobei das Kontaktelement (3, 31, 32) so konfiguriert ist, dass der zweite Bereich (36) des Kontaktelements (3, 31, 32) mittels mindestens einer Schweißverbindung (5) mit einer Widerstandsanordnung (4) verbindbar ist, so dass bei Verbindung mit einer Widerstandsanordnung (4) mindestens ein elektrisches Signal durch das Kontaktelement (3, 32) von der Widerstandsanordnung (4) abgreifbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (11) zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung (11).

The invention relates to an assembly (1) for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement (4), comprising an at least partially flat carrier element (2) for receiving electronic components (6) for measuring an electrical signal, wherein the carrier element (2) has a top side (21) and a bottom side (22) and has conduction elements for conducting electrical signals at least on its top side (21), and at least one contact element (3, 31, 32) made of electrically conductive material, wherein the contact element (3, 31, 32) has a top side (33) and a bottom side (34) and has a first region (35) and a second region (36) spatially separated therefrom on its bottom side (34), wherein the contact element (3, 31, 32) is connected in its first region (35) in a materially bonded and flat manner to the top side (21) of the carrier element (2), and wherein the contact element (3, 31, 32) is configured in such a way is that the second region (36) of the contact element (3, 31, 32) can be connected to a resistor arrangement (4) by means of at least one welded connection (5), so that when connected to a resistor arrangement (4), at least one electrical signal can be tapped from the resistor arrangement (4) through the contact element (3, 32). The invention further relates to a device (11) for measuring the strength of an electrical current and to a method for producing such a device (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung, eine Vorrichtung zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Montage einer Leiterplatte auf einem Shunt-Widerstand sowie die elektrische Kontaktierung des Shunt-Widerstands zum Abgreifen eines elektrischen Signals.The invention relates to an assembly for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement, a device for measuring the strength of an electrical current and a method for producing such a device. In particular, the invention relates to the mounting of a circuit board on a shunt resistor and the electrical contacting of the shunt resistor for tapping an electrical signal.

Für die Strommessung in elektronischen Schaltungen werden Messwiderstände verwendet, die in Reihe zu dem zu überwachenden Bauteil geschaltet sind. Dabei wird die Stromstärke nach dem Ohm'schen Gesetz aus der über dem als Shunt-Widerstand bezeichneten Messwiderstand abfallenden Spannung bestimmt. Der Wert des Widerstands wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Die korrekte und verlässliche Messung der Stromstärke ist beispielsweise besonders wichtig in einem Batteriemanagementsystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.To measure current in electronic circuits, measuring resistors are used that are connected in series with the component to be monitored. The current is determined according to Ohm's law from the voltage drop across the measuring resistor, known as the shunt resistor. The value of the resistance is assumed to be known. The correct and reliable measurement of the current is particularly important, for example, in a battery management system of an electric or hybrid vehicle.

Eine Widerstandsanordnung, die als Shunt-Widerstand zur Messung von Stromstärken verwendet wird, umfasst mindestens ein Widerstandselement sowie zwei Anschlusselemente zum Anschließen der Widerstandsanordnung an einen Stromkreis. Das Widerstandselement einerseits und die Anschlusselemente andererseits bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen, üblicherweise metallischen Werkstoffen. Dabei kann der spezifische elektrische Widerstand des Werkstoffs des Widerstandselements mindestens um einen Faktor 10 größer als der spezifische elektrische Widerstand des Werkstoffs der Anschlusselemente sein. Andererseits ist der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Werkstoffs der Anschlusselemente viel größer, typischerweise mindestens um einen Faktor 50 größer als der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Werkstoffs des Widerstandselements. Insbesondere kann der Betrag des Widerstandstemperaturkoeffizienten des Werkstoffs des Widerstandselements weniger als 5·10^-5 1/K betragen, während der Widerstandstemperaturkoeffizient des Werkstoffs der Anschlusselemente ungefähr 4.10^-3 1/K betragen kann. Die Anschlusselemente der Widerstandsanordnung können insbesondere aus Kupfer, einer bevorzugt niedriglegierten Kupferlegierung, aus Aluminium oder einer bevorzugt niedriglegierten Aluminiumlegierung bestehen oder mindestens einen dieser Werkstoffe umfassen. Das Widerstandselement kann insbesondere aus einer Kupferlegierung sein, die als Widerstandslegierung üblicherweise verwendet wird. Die Anschlusselemente und das Widerstandselement einer Widerstandsanordnung sind in vielen Fällen jeweils als platten- oder streifenförmige Elemente ausgeführt und in planarer Weise nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Das Widerstandselement ist an zwei gegenüberliegenden Seiten über jeweils eine Fügenaht mechanisch und elektrisch leitend mit jeweils einem Anschlusselement verbunden.A resistance arrangement used as a shunt resistor for measuring current strengths comprises at least one resistance element and two connection elements for connecting the resistance arrangement to an electrical circuit. The resistance element on the one hand and the connection elements on the other hand are made of different materials, usually metallic materials. The specific electrical resistance of the material of the resistance element can be at least a factor of 10 greater than the specific electrical resistance of the material of the connection elements. On the other hand, the magnitude of the temperature coefficient of resistance of the material of the connection elements is much larger, typically at least a factor of 50 greater than the magnitude of the temperature coefficient of resistance of the material of the resistance element. In particular, the magnitude of the temperature coefficient of resistance of the material of the resistance element can be less than 5·10 ^-5 1/K, while the temperature coefficient of resistance of the material of the connection elements can be approximately 4·10 ^-3 1/K. The connection elements of the resistor arrangement can consist in particular of copper, a preferably low-alloyed copper alloy, of aluminum or a preferably low-alloyed aluminum alloy, or can comprise at least one of these materials. The resistance element can in particular be made of a copper alloy that is usually used as a resistance alloy. The connection elements and the resistance element of a resistor arrangement are in many cases each designed as plate- or strip-shaped elements and arranged next to one another in a row in a planar manner. The resistance element is connected mechanically and electrically conductively to a connection element on two opposite sides via a joint seam.

Die über einem Widerstandselement abfallende Spannung kann beispielsweise über Kontaktstifte, Drähte oder ähnliche Elemente, die meist beidseitig vom Widerstandselement auf den Anschlusselementen angeordnet sind, abgegriffen werden. Solche Kontaktstifte können auf den Anschlusselementen der Widerstandsanordnung aufgelötet, aufgepresst oder aufgeschweißt sein. Die Spannung wird von einer Mess- und Auswerteelektronik erfasst und weiterverarbeitet. Hierfür sind elektronische Bauteile vorgesehen, die auf einer Leiterplatte angeordnet sein können. Die Leiterplatte kann sich dabei in unmittelbarer Nähe der Widerstandsanordnung befinden.The voltage drop across a resistance element can be tapped, for example, via contact pins, wires or similar elements, which are usually arranged on both sides of the resistance element on the connection elements. Such contact pins can be soldered, pressed or welded onto the connection elements of the resistance arrangement. The voltage is recorded and further processed by a measuring and evaluation electronics. Electronic components are provided for this purpose, which can be arranged on a circuit board. The circuit board can be located in the immediate vicinity of the resistance arrangement.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 031 408 A1 ist eine Widerstandsanordnung mit einem niederohmigen Strommesswiderstand bekannt. Bei dieser Widerstandsanordnung sind zum Abgriff der Spannung Anschlusskontakte vorgesehen, die durch Ausprägung und Gewindeformung in den plattenförmigen Teilstücken, die zum Anschluss der Widerstandsanordnung an den äußeren Stromkreis dienen, gebildet sind. Der Anschluss der Messleitungen zur Spannungsmessung an die Anschlusskontakte erfolgt mittels Kabelschuhen und Befestigungsschrauben.From the publication DE 10 2009 031 408 A1 A resistor arrangement with a low-resistance current measuring resistor is known. In this resistor arrangement, connection contacts are provided for tapping the voltage. These are formed by embossing and threading in the plate-shaped sections that serve to connect the resistor arrangement to the external circuit. The measuring lines for voltage measurement are connected to the connection contacts using cable lugs and fastening screws.

Des Weiteren ist aus der Druckschrift US 10 163 553 B2 eine Widerstandsanordnung mit zwei plattenförmigen Elementen zum Anschluss der Widerstandsanordnung an einen äußeren Stromkreis und einem streifenförmigen Widerstandselement bekannt. Beidseitig des Widerstandselements ist in den beiden Anschlusselementen jeweils ein Loch vorhanden, in das jeweils ein Kontaktstift gesteckt wird. Die Kontaktstifte sind separate Bauteile, die eigens hergestellt und zu der Widerstandsanordnung hinzugefügt werden müssen.Furthermore, the publication US 10 163 553 B2 a resistor arrangement with two plate-shaped elements for connecting the resistor arrangement to an external circuit and a strip-shaped resistor element is known. On both sides of the resistor element, there is a hole in each of the two connection elements into which a contact pin is inserted. The contact pins are separate components that must be specially manufactured and added to the resistor arrangement.

Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist es notwendig, zusätzliche Bauteile zu verwenden, um die über dem Messwiderstand abfallende Spannung abzugreifen. Dies erfordert zusätzlichen Aufwand und Kosten. Ferner können an den Kontaktstellen der einzelnen Bauteile Kontaktspannungen auftreten, die das Spannungssignal verfälschen können.With these devices known from the state of the art, it is necessary to use additional components in order to tap the voltage drop across the measuring resistor. This requires additional effort and costs. Furthermore, contact voltages can occur at the contact points of the individual components, which can distort the voltage signal.

Ferner ist aus der Druckschrift DE 11 2021 002 813 T5 ein Nebenschlusswiderstand für eine Stromerfassung und insbesondere ein Spannungserfassungsanschluss des Nebenschlusswiderstands sowie ein Herstellverfahren für einen solchen Nebenschlusswiderstand bekannt. Die Verbindung zwischen dem Messwiderstand und der Leiterplatte wird durch ein Schmelzmaterial hergestellt, die Verbindung erfolgt also durch Löten. Für das Auflöten einer Leiterplatte auf den Messwiderstand sind spezielle Lötanlagen und besondere Kenntnisse der Prozessführung erforderlich. Die große thermische Masse des Messwiderstands spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Bevorzugt werden heutzutage Dampfphasen-Lötanlagen als Alternative zu Reflow-Konvektionslötanlagen verwendet. Der Prozess in Dampfphasen-Lötanlagen ist jedoch teuer und schwierig in die übrigen Schritte des Herstellprozesses zu integrieren. Ferner werden in Dampfphasen-Lötanlagen Substanzen eingesetzt, deren Verwendung umstritten ist, weshalb ein Verbot dieser Substanzen droht.Furthermore, the publication DE 11 2021 002 813 T5 a shunt resistor for current detection and in particular a voltage detection terminal of the shunt resistor resistance and a manufacturing process for such a shunt resistor are known. The connection between the measuring resistor and the circuit board is made by a melting material, so the connection is made by soldering. Special soldering systems and special knowledge of process control are required to solder a circuit board onto the measuring resistor. The large thermal mass of the measuring resistor plays a key role here. Vapor phase soldering systems are preferred today as an alternative to reflow convection soldering systems. However, the process in vapor phase soldering systems is expensive and difficult to integrate into the other steps of the manufacturing process. Furthermore, substances are used in vapor phase soldering systems whose use is controversial, which is why a ban on these substances is threatened.

In Anbetracht der Nachteile der heute etablierten Herstellverfahren besteht die Notwendigkeit, eine Vorrichtung zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms so zu verändern, dass sie mit alternativen Verfahren hergestellt werden kann. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe anzugeben, mittels derer eine Widerstandsanordnung kostengünstig mechanisch und elektrisch kontaktiert werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung anzugeben.In view of the disadvantages of the manufacturing processes established today, there is a need to modify a device for measuring the strength of an electric current so that it can be manufactured using alternative methods. The invention is therefore based on the object of specifying an assembly by means of which a resistor arrangement can be mechanically and electrically contacted in a cost-effective manner. The invention is also based on the object of specifying a device for measuring the strength of an electric current and a method for producing such a device.

Die Erfindung wird bezüglich einer Baugruppe durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich einer Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 und bezüglich eines Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is represented with respect to an assembly by the features of claim 1, with respect to a device by the features of claim 8 and with respect to a method by the features of claim 10. The further dependent claims relate to advantageous embodiments and developments of the invention.

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, also eine Anordnung von Komponenten, zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung. Die Baugruppe umfasst als erste Komponente ein zumindest teilweise flächiges Trägerelement zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen zur Messung eines elektrischen Signals. Das Trägerelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Zumindest auf der Oberseite des Trägerelements sind Leitungselemente, insbesondere Leiterbahnen, zur Leitung von elektrischen Signalen vorhanden. Ferner umfasst die Baugruppe als zweite Komponente mindestens ein Kontaktelement aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt aus Kupfer. Das Kontaktelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Auf seiner Unterseite weist das Kontaktelement einen ersten, bevorzugt flächigen Bereich sowie einen räumlich davon getrennten, zweiten, bevorzugt flächigen Bereich auf. Das Kontaktelement ist in seinem ersten Bereich stoffschlüssig und flächig mit der Oberseite des Trägerelements verbunden. Die Verbindung ist bevorzugt eine Lötverbindung. Das Kontaktelement ist so konfiguriert, dass sein zweiter Bereich mittels mindestens einer Schweißverbindung mit einer Widerstandsanordnung verbunden werden kann. Somit kann bei Verbindung der Baugruppe mit einer Widerstandsanordnung mindestens ein elektrisches Signal durch das Kontaktelement von der Widerstandsanordnung abgegriffen werden.The invention relates to an assembly, i.e. an arrangement of components, for picking up at least one electrical signal from a resistor arrangement. The assembly comprises, as a first component, an at least partially flat carrier element for receiving electronic components for measuring an electrical signal. The carrier element has a top side and a bottom side. At least on the top side of the carrier element there are conduction elements, in particular conductor tracks, for conducting electrical signals. The assembly also comprises, as a second component, at least one contact element made of electrically conductive material, preferably copper. The contact element has a top side and a bottom side. On its bottom side, the contact element has a first, preferably flat area and a second, preferably flat area that is spatially separated from it. The contact element is connected in its first area in a materially bonded and flat manner to the top side of the carrier element. The connection is preferably a soldered connection. The contact element is configured such that its second area can be connected to a resistor arrangement by means of at least one welded connection. Thus, when the assembly is connected to a resistor arrangement, at least one electrical signal can be picked up from the resistor arrangement through the contact element.

Um ein elektrisches Signal, insbesondere ein Spannungssignal, von einer Widerstandsanordnung abzugreifen, kann ein Trägerelement, beispielsweise eine Leiterplatte, auf der Widerstandsanordnung positioniert und mit der Widerstandsanordnung elektrisch verbunden werden. Das Trägerelement dient zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen, mit welchen zumindest die Oberseite des Trägerelements bestückt sein kann. Als Oberseite des Trägerelements wird dabei die Seite des Trägerelements bezeichnet, die nach der Positionierung des Trägerelements auf der Widerstandsanordnung von der Widerstandsanordnung abgewandt ist. Es ist auch möglich, dass sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Trägerelements mit elektronischen Bauteilen bestückt sind. Das abzugreifende elektrische Signal kann mittels Leitungselementen, die sich zumindest auf der Oberseite des Trägerelements befinden, den elektronischen Bauteilen zugeführt werden. Optional kann das Trägerelement auch auf seiner Unterseite Leitungselemente aufweisen. Mittels der genannten elektronischen Bauteile kann das Signal gemessen, digitalisiert und weiterverarbeitet werden. Ein AD-Wandler kann beispielsweise ein solches Bauteil sein. Die mit Leitungselementen versehene Oberseite des Trägerelements weist gegenüber der Oberfläche der Widerstandsanordnung einen Abstand, also einen Höhenversatz auf.In order to tap an electrical signal, in particular a voltage signal, from a resistor arrangement, a carrier element, for example a circuit board, can be positioned on the resistor arrangement and electrically connected to the resistor arrangement. The carrier element serves to accommodate electronic components, with which at least the top of the carrier element can be equipped. The top of the carrier element is the side of the carrier element that faces away from the resistor arrangement after the carrier element has been positioned on the resistor arrangement. It is also possible for both the top and the bottom of the carrier element to be equipped with electronic components. The electrical signal to be tapped can be fed to the electronic components by means of line elements that are located at least on the top of the carrier element. Optionally, the carrier element can also have line elements on its bottom. The signal can be measured, digitized and further processed by means of the electronic components mentioned. An AD converter can be such a component, for example. The upper side of the carrier element, which is provided with conducting elements, has a distance, i.e. a height offset, from the surface of the resistor arrangement.

Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, wie mittels einer oder mehrerer oberflächenmontierbarer Komponenten eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen einer Widerstandsanordnung und einem Trägerelement, das auf der Widerstandsanordnung positioniert werden soll, hergestellt werden kann. Als oberflächenmontierbare Komponenten werden ein oder mehrere Kontaktelemente aus einem elektrisch hochleitfähigem Material, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, verwendet. Die Seite eines Kontaktelements, die der Widerstandsanordnung zugewandt sein soll, wird als Unterseite bezeichnet. Die Kontaktelemente sind so geformt, dass sie auf ihrer Unterseite zwei voneinander beabstandete, also räumlich voneinander getrennte Bereiche aufweisen. Einer dieser beiden Bereich ist mit der Oberseite des Trägerelements verbunden, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Der andere Bereich kann mit der Oberfläche einer Widerstandsanordnung durch eine Schweißverbindung, insbesondere durch Laserschweißen, verbunden werden. Ein solches Kontaktelement ist so geformt, dass der Höhenversatz zwischen der Widerstandsanordnung und der Oberseite des Trägerelements durch das Kontaktelement überwunden werden kann. Somit können die Leitungselemente auf der Oberseite des Trägerelements kontaktiert werden.The invention is based on the consideration of how a mechanical and electrical connection can be established between a resistor arrangement and a carrier element that is to be positioned on the resistor arrangement by means of one or more surface-mountable components. One or more contact elements made of a highly electrically conductive material, for example made of copper or aluminum, are used as surface-mountable components. The side of a contact element that is to face the resistor arrangement is referred to as the underside. The contact elements are shaped in such a way that they have two areas on their underside that are spaced apart from one another, i.e. spatially separated from one another. One of these two areas is connected to the top of the carrier element, for example by a solder connection. The other area can be connected to the Surface of a resistor arrangement by a welded connection, in particular by laser welding. Such a contact element is shaped in such a way that the height offset between the resistor arrangement and the top side of the carrier element can be overcome by the contact element. The line elements on the top side of the carrier element can thus be contacted.

Diese Kontaktierungstechnik ermöglicht eine einseitige und somit kostenoptimierte Assemblierung aller elektrischen und elektronischen Komponenten. Ferner ist der Schweißprozess, insbesondere Laserschweißen, ein gut reproduzierbarer Prozess. Die Qualität der Schweißverbindung kann mittels optischer Kontrolle leicht und sicher überprüft werden. Der Ausschuss wird somit reduziert und die Qualität des Produkts kann besser sichergestellt werden. Die Form der Kontaktelemente unterliegt nur wenigen Vorgaben und kann relativ frei gewählt werden. Damit ist es möglich, die Kontaktelement so zu gestalten, dass sie optimal auf die Geometrie und die Werkstoffe der Widerstandsanordnung angepasst sind. Negative Einflüsse auf das Messsignal, wie beispielsweise der Einfluss der Schweißnaht, Thermospannungen und die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands (TCR) können somit minimiert werden.This contacting technology enables one-sided and therefore cost-optimized assembly of all electrical and electronic components. Furthermore, the welding process, especially laser welding, is a highly reproducible process. The quality of the welded joint can be easily and reliably checked using optical control. This reduces rejects and the quality of the product can be better ensured. The shape of the contact elements is subject to only a few specifications and can be selected relatively freely. This makes it possible to design the contact elements so that they are optimally adapted to the geometry and materials of the resistor arrangement. Negative influences on the measurement signal, such as the influence of the weld seam, thermal voltages and the temperature dependence of the specific resistance (TCR), can thus be minimized.

Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Kontaktierungstechnik besteht darin, dass durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Widerstandsanordnung die Widerstandsanordnung selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden muss. Stoffliche Veränderungen in der Widerstandsanordnung oder in deren Beschichtung, die durch die hohen Temperaturen beim Lötvorgang verursacht werden können, sind somit ausgeschlossen. Darüber hinaus wird der Energieaufwand reduziert, weil nicht die gesamte Widerstandsanordnung erhitzt werden muss. Das Ersetzen des technisch aufwändigen Lötprozesses durch einen einfacheren und besser kontrollierbaren Schweißprozess erweitert ferner den Kreis der Lieferanten, die einen solchen Prozess sicher beherrschen, was letztendlich auch zu einer Kostenreduktion beiträgt.The particular advantage of the proposed contacting technology is that the welded connection between the contact element and the resistor arrangement means that the resistor arrangement itself does not need to be soldered. Material changes in the resistor arrangement or in its coating, which can be caused by the high temperatures during the soldering process, are thus excluded. In addition, energy consumption is reduced because the entire resistor arrangement does not have to be heated. Replacing the technically complex soldering process with a simpler and more controllable welding process also expands the circle of suppliers who can reliably master such a process, which ultimately also contributes to cost reduction.

Im Rahmen einer Ausführungsform kann das Kontaktelement im Wesentlichen eine Stufenform oder eine Treppenform aufweisen, wobei der erste Bereich des Kontaktelements und der zweite Bereich des Kontaktelements aufgrund der Stufenform beziehungsweise Treppenform in zueinander nicht-koplanaren Ebenen liegen. Unter einer Stufen- oder Treppenform wird im Rahmen dieser Erfindung eine Form verstanden, durch die ein Übergang von einer ersten Ebene auf eine zweite Ebene auf einem anderen Niveau vermittelt wird. Die Stufenform beziehungsweise Treppenform des Kontaktelements ermöglicht somit gleichzeitig die Kontaktierung der Oberseite des Trägerelements und der Oberfläche der Widerstandsanordnung durch die Unterseite des Kontaktelements, obwohl die Oberseite des Trägerelements und die dem Trägerelement zugewandte Oberfläche der Widerstandsanordnung einen Abstand, also einen Höhenversatz aufweisen. Besonders bevorzugt können die nicht-koplanaren Ebenen zueinander parallel sein. Hierdurch wird der im Allgemeinen zueinander parallelen Anordnung der Widerstandsanordnung und des Trägerelements Rechnung getragen.In one embodiment, the contact element can essentially have a step shape or a staircase shape, wherein the first region of the contact element and the second region of the contact element lie in planes that are not coplanar to one another due to the step shape or staircase shape. In the context of this invention, a step or staircase shape is understood to mean a shape that provides a transition from a first plane to a second plane at a different level. The step shape or staircase shape of the contact element thus simultaneously enables the top of the carrier element and the surface of the resistor arrangement to be contacted by the bottom of the contact element, although the top of the carrier element and the surface of the resistor arrangement facing the carrier element are spaced apart, i.e. offset in height. Particularly preferably, the non-coplanar planes can be parallel to one another. This takes into account the generally parallel arrangement of the resistor arrangement and the carrier element.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann das Kontaktelement ein Stanz-Biegebauteil sein. Stanz-Biegeverfahren eignen sich besonders gut zur Herstellung geeigneter Kontaktelemente. Es ist jedoch auch möglich, dass das Kontaktelement durch ein anderes spanloses Verfahren oder durch ein spanendes Verfahren hergestellt ist.In a further embodiment, the contact element can be a stamped and bent component. Stamping and bending processes are particularly well suited to producing suitable contact elements. However, it is also possible for the contact element to be produced by another non-cutting process or by a cutting process.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann das Kontaktelement so gestaltet sein, dass es Federeigenschaften aufweist. Durch die Federwirkung des Kontaktelements wird die mechanische und elektrische Verbindung verbessert.In a further embodiment, the contact element can be designed in such a way that it has spring properties. The spring effect of the contact element improves the mechanical and electrical connection.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann das Kontaktelement in seinem zweiten Bereich mehrere Abschnitte zur Kontaktierung einer Widerstandsanordnung aufweisen. Eine Mehrfachkontaktierung verbessert die mechanische Verbindung. Darüber hinaus können durch eine mehrfache elektrische Kontaktierung mehrere elektrische Signale parallel abgegriffen werden. Die Redundanz der Messung kann somit verbessert werden. Alternativ kann aus parallel abgegriffenen Signalen ein Mittelwert gebildet werden, der die tatsächlichen Verhältnisse, insbesondere den Verlauf des elektrischen Potenzials, besser repräsentiert als ein Einzelmesswert. Ein Kontaktelement mit mehreren definierten Abschnitten zur Kontaktierung einer Widerstandsanordnung ermöglicht eine genau vorherbestimmbare Positionierung mehrerer Spannungsabgriffe.In a further embodiment, the contact element can have several sections in its second area for contacting a resistor arrangement. Multiple contacts improve the mechanical connection. In addition, multiple electrical contacts can be used to tap several electrical signals in parallel. The redundancy of the measurement can thus be improved. Alternatively, an average value can be formed from signals tapped in parallel, which represents the actual conditions, in particular the course of the electrical potential, better than a single measured value. A contact element with several defined sections for contacting a resistor arrangement enables a precisely predeterminable positioning of several voltage taps.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann das Kontaktelement mindestens eine Aussparung zur Positionierung eines Temperatursensors auf dem Trägerelement aufweisen. Um die Genauigkeit der Messung der Stromstärke zu verbessern, ist es notwendig, die Temperatur der Widerstandsanordnung zu kennen, so dass die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands berücksichtigt werden kann. Deshalb ist es üblich, auf dem Trägerelement einen Temperatursensor anzubringen, mit dem die Temperatur der Widerstandsanordnung erfasst werden kann. Das Kontaktelement ist aus hochleitfähigem Material hergestellt und steht in gutem thermischem Kontakt mit der Widerstandsanordnung. Deshalb weist das Kontaktelement in sehr guter Näherung die gleiche Temperatur wie die Widerstandsanordnung, insbesondere die gleiche Temperatur wie das Widerstandselement, auf. Wird ein Temperatursensor in einer Aussparung des Kontaktelements positioniert, führt dies zu einer sehr guten thermischen Anbindung des Temperatursensors an die Widerstandsanordnung. Die Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung wird somit verbessert. Zur weiteren Optimierung, insbesondere der thermischen Reaktionszeit, können zwischen dem Kontaktelement und dem Temperatursensor zudem gut wärmeleitende Stoffe eingesetzt werden.In a further embodiment, the contact element can have at least one recess for positioning a temperature sensor on the carrier element. In order to improve the accuracy of the measurement of the current intensity, it is necessary to know the temperature of the resistor arrangement so that the temperature dependence of the specific resistance can be taken into account. It is therefore common to attach a temperature sensor to the carrier element with which the temperature of the resistor arrangement can be measured. The contact element is made of highly conductive material and is in good thermal contact with the resistor arrangement. Therefore, the contact element has very to a good approximation, the same temperature as the resistance arrangement, in particular the same temperature as the resistance element. If a temperature sensor is positioned in a recess in the contact element, this leads to a very good thermal connection between the temperature sensor and the resistance arrangement. The determination of the temperature of the resistance arrangement is thus improved. For further optimization, in particular of the thermal response time, materials that conduct heat well can also be used between the contact element and the temperature sensor.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann die Baugruppe erste Kontaktelemente, die zur mechanischen Verbindung der Baugruppe mit einer Widerstandsanordnung dienen, und zweite Kontaktelement aufweisen, die zur elektrischen Kontaktierung dieser Widerstandsanordnung dienen. Damit werden die Funktionen „mechanische Verbindung“ und „elektrische Kontaktierung“ strukturell getrennt. Diese Trennung ermöglicht eine Optimierung der jeweiligen Kontaktelemente auf die jeweilige Funktion. Insbesondere können die Kontaktelemente für die elektrische Kontaktierung deutlich kleiner gebildet sein als die Kontaktelement für die mechanische Verbindung. Somit ist es auch bei wenig Platz möglich, die elektrischen Kontakte sehr nahe am Widerstandselement der Widerstandsanordnung zu positionieren. Dies verringert den Temperatureinfluss auf den Widerstand der tatsächlichen Messstrecke.In a further embodiment, the assembly can have first contact elements that serve to mechanically connect the assembly to a resistor arrangement, and second contact elements that serve to electrically contact this resistor arrangement. The functions of “mechanical connection” and “electrical contact” are thus structurally separated. This separation enables the respective contact elements to be optimized for the respective function. In particular, the contact elements for electrical contact can be made significantly smaller than the contact elements for mechanical connection. This makes it possible to position the electrical contacts very close to the resistance element of the resistor arrangement even when there is little space. This reduces the influence of temperature on the resistance of the actual measuring section.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Die Vorrichtung umfasst eine vorstehend beschriebene Baugruppe zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung und eine mit der Baugruppe mechanisch und elektrisch verbundene Widerstandsanordnung. Die Baugruppe selbst umfasst mindestens ein Kontaktelement wie vorstehend beschrieben. Die Widerstandsanordnung ist mit dem zweiten Bereich des Kontaktelements mittels mindestens einer Schweißverbindung mechanisch und elektrisch verbunden. Somit kann mindestens ein elektrisches Signal von einer Widerstandsanordnung abgegriffen werden.A further aspect of the invention relates to a device for measuring the strength of an electric current. The device comprises an assembly as described above for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement and a resistor arrangement mechanically and electrically connected to the assembly. The assembly itself comprises at least one contact element as described above. The resistor arrangement is mechanically and electrically connected to the second region of the contact element by means of at least one welded connection. At least one electrical signal can thus be tapped from a resistor arrangement.

Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, dass durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Widerstandsanordnung die Widerstandsanordnung selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden muss. Stoffliche Veränderungen in der Widerstandsanordnung oder in deren Beschichtung, die durch die hohen Temperaturen beim Lötvorgang verursacht werden können, sind somit ausgeschlossen. Darüber hinaus wird der Energieaufwand reduziert, weil nicht die gesamte Widerstandsanordnung erhitzt werden muss. Das Ersetzen des technisch aufwändigen Lötprozesses durch einen einfacheren und besser kontrollierbaren Schweißprozess erweitert ferner den Kreis der Lieferanten, die einen solchen Prozess sicher beherrschen, was letztendlich zu einer Kostenreduktion beiträgt.The particular advantage of the proposed device is that the welded connection between the contact element and the resistor arrangement means that the resistor arrangement itself does not need to be soldered. Material changes in the resistor arrangement or in its coating, which can be caused by the high temperatures during the soldering process, are thus excluded. In addition, energy consumption is reduced because the entire resistor arrangement does not have to be heated. Replacing the technically complex soldering process with a simpler and more controllable welding process also expands the circle of suppliers who can reliably master such a process, which ultimately contributes to cost reduction.

Im Rahmen einer Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweisen, der in der Nähe des Kontaktelements positioniert ist. Insbesondere kann der Temperatursensor in einer Aussparung des Kontaktelements positioniert sein. Wie bereits vorstehend erläutert bewirkt eine Positionierung eines Temperatursensors in der Nähe des Kontaktelements, insbesondere in einer Aussparung des Kontaktelements, eine sehr gute thermische Anbindung des Temperatursensors an die Widerstandsanordnung. Die Bestimmung der Temperatur der Widerstandsanordnung wird somit verbessert.In one embodiment, the device can have at least one temperature sensor that is positioned near the contact element. In particular, the temperature sensor can be positioned in a recess in the contact element. As already explained above, positioning a temperature sensor near the contact element, in particular in a recess in the contact element, results in a very good thermal connection of the temperature sensor to the resistor arrangement. The determination of the temperature of the resistor arrangement is thus improved.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Baugruppe, auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the device according to the invention, explicit reference is hereby made to the explanations in connection with the assembly according to the invention, to the method according to the invention for producing such a device and to the figures, the description of the figures and the exemplary embodiments.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines zumindest teilweise flächigen Trägerelements mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei das Trägerelement mindestens auf seiner Oberseite Leitungselemente zur Leitung von elektrischen Signalen aufweist,
b) Bereitstellen mindestens eines Kontaktelements aus elektrisch leitendem Material, wobei das Kontaktelement eine Oberseite und eine Unterseite aufweist und auf seiner Unterseite einen ersten, bevorzugt flächigen Bereich und einen räumlich davon getrennten, zweiten, bevorzugt flächigen Bereich aufweist,
c) Flächiges und stoffschlüssiges Verbinden der Oberseite des Trägerelements mit dem ersten Bereich des Kontaktelements, so dass das Kontaktelement mit mindestens einem Leitungselement auf der Oberseite des Trägerelements in elektrischem Kontakt steht,
d) Verbinden einer Widerstandsanordnung mit dem zweiten Bereich des Kontaktelements mittels mindestens einer Schweißverbindung, wobei Schritt d) zeitlich nach Schritt c) erfolgt.

Another aspect of the invention relates to methods for producing a device for measuring the strength of an electric current. The method comprises the following steps:

a) providing an at least partially flat carrier element with a top side and a bottom side, wherein the carrier element has conduction elements for conducting electrical signals at least on its top side,
b) providing at least one contact element made of electrically conductive material, wherein the contact element has a top side and a bottom side and has on its bottom side a first, preferably flat region and a spatially separated, second, preferably flat region,
c) Surface and materially bonding the top side of the carrier element to the first region of the contact element, so that the contact element is in electrical contact with at least one conductor element on the top side of the carrier element,
d) connecting a resistor arrangement to the second region of the contact element by means of at least one welded connection, wherein step d) takes place after step c).

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine vorstehend beschriebene Vorrichtung hergestellt werden. Auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung wird verwiesen.The proposed method can be used to produce a device as described above. Reference is made to the corresponding explanations in connection with the device.

Der besondere Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und der Widerstandsanordnung erst nach dem Verbinden des Trägerelements mit dem Kontaktelement erfolgt. Selbst wenn das Trägerelement mit dem Kontaktelement durch einen Lötvorgang verbunden wird, muss die Widerstandsanordnung selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden.The particular advantage of the proposed method is that the welded connection between the contact element and the resistor arrangement is only made after the carrier element has been connected to the contact element. Even if the carrier element is connected to the contact element by a soldering process, the resistor arrangement itself does not have to be subjected to a soldering process.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Baugruppe, auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the method according to the invention, explicit reference is hereby made to the explanations in connection with the assembly according to the invention, to the explanations in connection with the device according to the invention and to the figures, the description of the figures and the exemplary embodiments.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the schematic drawings.

Darin zeigen:

1 ein erstes Kontaktelement
2 ein zweites Kontaktelement
3 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe
4 in Schrägansicht die Unterseite einer Baugruppe gemäß 3
5 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung,
6 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß 5
7 einen schematischen Ablauf eines Herstellverfahrens für eine Vorrichtung Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Showing:

1 a first contact element
2 a second contact element
3 a perspective view of an assembly
4 oblique view of the underside of an assembly according to 3
5 a perspective view of a device,
6 a plan view of a device according to 5
7 a schematic flow of a manufacturing process for a device. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt ein erstes Kontaktelement 3, 31. Das Kontaktelement 3, 31 weist eine Stufen- oder Treppenform auf. Die Ansicht ist so gewählt, dass die Oberseite 33 des Kontaktelements 3, 31 sichtbar ist, während die Unterseite 34 des Kontaktelements 3, 31 nicht sichtbar ist. Das Kontaktelement 3, 31 weist auf seiner Unterseite 34 einen ersten flächigen Bereich 35 auf, in dem es mit der Oberseite eines (nicht dargestellten) Trägerelements stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Lötverbindung, verbunden werden kann. Das Kontaktelement 3, 31 weist ferner eine Aussparung 38 aus. Im Bereich dieser Aussparung 38 kann auf dem Trägerelement ein Temperatursensor positioniert werden, der die Temperatur des Kontaktelements 3, 31 misst. Das Kontaktelement 3, 31 weist auf seiner Unterseite 34 ferner einen zweiten flächigen Bereich 36 auf, der vom ersten flächigen Bereich 35 räumlich getrennt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Kontaktelements 3, 31 liegt der zweite Bereich 36 in einer Ebene, die parallel zu der Ebene ist, in der der erste Bereich 35 liegt. Die beiden Ebenen sind jedoch nicht koplanar, sondern aufgrund der Stufenform zueinander versetzt. Der erste Bereich 35 und der zweite Bereich 36 liegen somit auf unterschiedlichen Niveaus. In dem zweiten Bereich 36 kann das Kontaktelement 3, 31 mit der Oberfläche einer (nicht dargestellten) Widerstandsanordnung durch eine oder mehrere Schweißverbindungen verbunden werden. Durch den Niveauunterschied zwischen dem ersten Bereich 35 und dem zweiten Bereich 36 kann der Abstand zwischen der Oberseite des Trägerelements und der Oberfläche der Widerstandsanordnung überbrückt werden. In seinem zweiten Bereich 36 weist das Kontaktelement 3, 31 vier Abschnitte 37 auf, die durch Einschnitte voneinander getrennt sind. Die Abschnitte 37 dienen dazu, mehrere Schweißverbindungen nebeneinander anzubringen. Das Kontaktelement 3, 31 kann als Stanz-Biegebauteil ausgeführt sein. Zu seiner Herstellung wird zunächst aus einem band- oder streifenförmigen Werkstoff ein ebenes Bauteil gestanzt. Anschließend wird durch zwei Biegevorgänge die Stufen- oder Treppenform gebildet. 1 shows a first contact element 3, 31. The contact element 3, 31 has a step or staircase shape. The view is selected so that the top 33 of the contact element 3, 31 is visible, while the bottom 34 of the contact element 3, 31 is not visible. The contact element 3, 31 has a first flat area 35 on its bottom 34, in which it can be connected to the top of a carrier element (not shown) in a material-locking manner, for example by a soldered connection. The contact element 3, 31 also has a recess 38. In the area of this recess 38, a temperature sensor can be positioned on the carrier element, which measures the temperature of the contact element 3, 31. The contact element 3, 31 also has a second flat area 36 on its bottom 34, which is spatially separated from the first flat area 35. In the illustrated embodiment of the contact element 3, 31, the second region 36 lies in a plane that is parallel to the plane in which the first region 35 lies. However, the two planes are not coplanar, but offset from one another due to the step shape. The first region 35 and the second region 36 are thus at different levels. In the second region 36, the contact element 3, 31 can be connected to the surface of a resistor arrangement (not shown) by one or more welded connections. The difference in level between the first region 35 and the second region 36 can bridge the distance between the top of the carrier element and the surface of the resistor arrangement. In its second region 36, the contact element 3, 31 has four sections 37 that are separated from one another by incisions. The sections 37 serve to attach several welded connections next to one another. The contact element 3, 31 can be designed as a stamped and bent component. To produce it, a flat component is first punched out of a band or strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed through two bending processes.

2 zeigt ein zweites Kontaktelement 3, 32. Das Kontaktelement 3, 32 weist eine Stufen- oder Treppenform auf. Im dargestellten Fall ist der Übergang von der unteren Stufe auf die obere Stufe nicht rechtwinklig ausgeführt, sondern als geneigter Abschnitt. Die Ansicht ist so gewählt, dass die Oberseite 33 des Kontaktelements 3, 32 sichtbar ist, während die Unterseite 34 des Kontaktelements 3, 32 nicht sichtbar ist. Das Kontaktelement 3, 32 weist auf seiner Unterseite 34 einen ersten flächigen Bereich 35 auf, in dem es mit der Oberseite eines (nicht dargestellten) Trägerelements stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Lötverbindung, verbunden werden kann. Das Kontaktelement 3, 32 weist ferner eine Aussparung 38 aus. Im Bereich dieser Aussparung 38 kann auf dem Trägerelement ein Temperatursensor positioniert werden, der die Temperatur des Kontaktelements 3, 32 misst. Das Kontaktelement 3, 32 weist auf seiner Unterseite 34 ferner einen zweiten flächigen Bereich 36 auf, der vom ersten flächigen Bereich 35 räumlich getrennt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Kontaktelements 3, 32 liegt der zweite Bereich 36 in einer Ebene, die parallel zu der Ebene ist, in der der erste Bereich 35 liegt. Die beiden Ebenen sind jedoch nicht koplanar, sondern aufgrund der Stufenform zueinander versetzt. Der erste Bereich 35 und der zweite Bereich 36 liegen somit auf unterschiedlichen Niveaus. In dem zweiten Bereich 36 kann das Kontaktelement 3, 32 mit der Oberfläche einer (nicht dargestellten) Widerstandsanordnung durch eine oder mehrere Schweißverbindungen verbunden werden. Durch den Niveauunterschied zwischen dem ersten Bereich 35 und dem zweiten Bereich 36 kann der Abstand zwischen der Oberseite des Trägerelement und der Oberfläche der Widerstandsanordnung überbrückt werden. In seinem zweiten Bereich 36 weist das Kontaktelement 3, 32 zwei Abschnitte 37 auf, die durch einen Einschnitt voneinander getrennt sind. Die Abschnitte 37 dienen dazu, mehrere Schweißverbindungen nebeneinander anzubringen. Das in 2 dargestellte Kontaktelement 32 ist schmaler als das in 1 dargestellte Kontaktelement 31. Das in 2 dargestellte Kontaktelement 32 kann somit bevorzugt zur elektrischen Kontaktierung einer Widerstandsanordnung verwendet werden, während das in 1 dargestellt Kontaktelement bevorzugt zur Sicherstellung der mechanischen Verbindung von Trägerelement und Widerstandsanordnung eingesetzt werden kann. Das Kontaktelement 3, 32 kann als Stanz-Biegebauteil ausgeführt sein. Zu seiner Herstellung wird zunächst aus einem band- oder streifenförmigen Werkstoff ein ebenes Bauteil gestanzt. Anschließend wird durch zwei Biegevorgänge die Stufen- oder Treppenform gebildet. 2 shows a second contact element 3, 32. The contact element 3, 32 has a step or staircase shape. In the case shown, the transition from the lower step to the upper step is not at a right angle, but as an inclined section. The view is selected so that the top 33 of the contact element 3, 32 is visible, while the bottom 34 of the contact element 3, 32 is not visible. The contact element 3, 32 has a first flat area 35 on its bottom 34, in which it can be connected to the top of a carrier element (not shown) in a material-locking manner, for example by means of a soldered connection. The contact element 3, 32 also has a recess 38. In the area of this recess 38, a temperature sensor can be positioned on the carrier element, which measures the temperature of the contact element 3, 32. The contact element 3, 32 also has a second flat area 36 on its underside 34, which is spatially separated from the first flat area 35. In the illustrated embodiment of the contact element 3, 32, the second area 36 lies in a plane that is parallel to the plane in which the first area 35 lies. However, the two planes are not coplanar, but offset from one another due to the step shape. The first area 35 and the second Area 36 are thus at different levels. In the second area 36, the contact element 3, 32 can be connected to the surface of a resistor arrangement (not shown) by one or more welded connections. The difference in level between the first area 35 and the second area 36 can bridge the distance between the top of the carrier element and the surface of the resistor arrangement. In its second area 36, the contact element 3, 32 has two sections 37 which are separated from one another by an incision. The sections 37 are used to attach several welded connections next to one another. The 2 The contact element 32 shown is narrower than the one in 1 Contact element 31 shown in 2 The contact element 32 shown can thus preferably be used for electrical contacting of a resistor arrangement, while the one shown in 1 The contact element shown can preferably be used to ensure the mechanical connection between the carrier element and the resistor arrangement. The contact element 3, 32 can be designed as a punched and bent component. To produce it, a flat component is first punched out of a band or strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed by two bending processes.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe 1. Die Baugruppe 1 umfasst ein Trägerelement 2 in Form einer Leiterplatte, zwei erste Kontaktelemente 31 gemäß 1 und zwei zweite Kontaktelemente 32 gemäß 2. Die Oberseite 21 des Trägerelements 2 ist mit einem elektronischen Bauteil 6 bestückt. Zur Vereinfachung ist dieses als Quader dargestellt. Ferner weist das Trägerelement 2 auf seiner Oberseite 21 Leiterbahnen auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Das elektronische Bauteil 6 steht in elektrischem Kontakt mit den Leiterbahnen. Die beiden ersten Kontaktelemente 31 sind einander gegenüber jeweils am äußeren Rand des Trägerelements 2 angebracht. Sie sind jeweils in ihrem ersten Bereich 35 mit der Oberseite 21 des Trägerelements 2 verlötet. Hinsichtlich weiterer Details dieser ersten Kontaktelemente 31 wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Das Trägerelement 2 weist neben dem elektronischen Bauteil 6 eine Aussparung 23 in Form eines Durchbruchs auf. Die beiden zweiten Kontaktelemente 32 sind so angebracht, dass sie in diese Aussparung 23 hineinragen. Bevorzugt können die zweiten Kontaktelemente 32 sogar durch die Aussparung 23 hindurchragen. Die Kontaktelemente 32 sind jeweils in ihrem ersten Bereich 35 mit der Oberseite 21 des Trägerelements 2 so verlötet, dass ein elektrischer Kontakt mit den Leiterbahnen hergestellt ist. Hinsichtlich weiterer Details dieser zweiten Kontaktelemente 32 wird auf die Beschreibung der 2 verwiesen. 3 shows a perspective view of an assembly 1. The assembly 1 comprises a carrier element 2 in the form of a printed circuit board, two first contact elements 31 according to 1 and two second contact elements 32 according to 2 . The top side 21 of the carrier element 2 is fitted with an electronic component 6. For simplification, this is shown as a cuboid. The carrier element 2 also has conductor tracks on its top side 21, which are not shown for reasons of clarity. The electronic component 6 is in electrical contact with the conductor tracks. The two first contact elements 31 are mounted opposite each other on the outer edge of the carrier element 2. They are each soldered in their first area 35 to the top side 21 of the carrier element 2. For further details of these first contact elements 31, please refer to the description of the 1 The carrier element 2 has, in addition to the electronic component 6, a recess 23 in the form of an opening. The two second contact elements 32 are mounted in such a way that they protrude into this recess 23. Preferably, the second contact elements 32 can even protrude through the recess 23. The contact elements 32 are each soldered in their first region 35 to the upper side 21 of the carrier element 2 in such a way that an electrical contact is established with the conductor tracks. With regard to further details of these second contact elements 32, reference is made to the description of the 2 referred to.

4 zeigt in Schrägansicht die Unterseite 22 der in 3 dargestellten Baugruppe 1. Aufgrund der Schrägansicht ist das elektronische Bauteil 6, mit dem das Trägerelement 2 auf seiner Oberseite bestückt ist, zu erkennen. Am äußeren Rand des Trägerelements 2 sind jeweils erste Kontaktelemente 31 und insbesondere deren jeweiliger zweiter Bereich 36 beziehungsweise dessen Unterseite 34 zu erkennen. Aufgrund der Stufenform der Kontaktelemente 31 befindet sich deren jeweiliger zweiter Bereich 36 mindestens auf dem Niveau der Unterseite 22 des Trägerelements 2 und kann somit die Oberfläche einer (nicht dargestellten) Widerstandsanordnung kontaktieren. Bevorzugt können die zweiten Bereiche 36 sogar einen Überstand über die Unterseite 22 des Trägerelements 2 aufweisen. In der Mitte des Trägerelements 2 befindet sich die bereits im Zusammenhang mit 3 erwähnte Aussparung 23. In dieser Aussparung 23 sind zwei zweite Kontaktelemente 32 und insbesondere deren jeweiliger zweiter Bereich 36 zu erkennen. Aufgrund der Stufenform der Kontaktelemente 32 befindet sich deren jeweiliger zweiter Bereich 36 mindestens auf dem Niveau der Unterseite 22 des Trägerelements 2 und kann somit die Oberfläche einer (nicht dargestellten) Widerstandsanordnung kontaktieren. Bevorzugt können die zweiten Kontaktelemente 32 mit ihrem jeweiligen zweiten Bereich 36 sogar durch die Aussparung 23 hindurchragen. 4 shows in oblique view the underside 22 of the 3 illustrated assembly 1. Due to the oblique view, the electronic component 6, with which the carrier element 2 is equipped on its upper side, can be seen. On the outer edge of the carrier element 2, first contact elements 31 and in particular their respective second area 36 or their underside 34 can be seen. Due to the step shape of the contact elements 31, their respective second area 36 is at least at the level of the underside 22 of the carrier element 2 and can thus contact the surface of a resistor arrangement (not shown). Preferably, the second areas 36 can even have a projection over the underside 22 of the carrier element 2. In the middle of the carrier element 2 is the already mentioned in connection with 3 mentioned recess 23. In this recess 23, two second contact elements 32 and in particular their respective second region 36 can be seen. Due to the step shape of the contact elements 32, their respective second region 36 is located at least at the level of the underside 22 of the carrier element 2 and can thus contact the surface of a resistor arrangement (not shown). Preferably, the second contact elements 32 with their respective second region 36 can even protrude through the recess 23.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 11 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Die Vorrichtung umfasst eine Baugruppe 1 wie in 3 und 4 dargestellt sowie eine Widerstandsanordnung 4. Die Widerstandsanordnung 4 besteht aus zwei Anschlusselementen 41 sowie einem Widerstandselement 42, das zwischen den beiden Anschlusselementen 41 angeordnet und mit diesen über eine nicht näher dargestellte Fügenaht verbunden ist. Die beiden Anschlusselemente 41 weisen jeweils eine Bohrung auf, mittels derer die Widerstandsanordnung 4 an einen (nicht dargestellten) äußeren Stromkreis angeschlossen werden kann. Die Baugruppe 1 ist auf der Widerstandsanordnung 4 so positioniert, dass die Oberseite 21 des Trägerelements 2 von der Widerstandsanordnung 4 abgewandt ist. Die Baugruppe 11 ist über die beiden ersten Kontaktelemente 31, die jeweils am Rand des Trägerelements 2 angeordnet sind, mit den Anschlusselementen 41 der Widerstandsanordnung 4 zumindest mechanisch verbunden. Hierzu ist der jeweils zweite Bereich 36 eines Kontaktelements 31 mit einem der Anschlusselemente 41 verschweißt. Ferner ist die Baugruppe 11 über die beiden zweiten Kontaktelemente 32 mit den Anschlusselementen 41 der Widerstandsanordnung 4 elektrisch verbunden. Hierzu ist der jeweils zweite Bereich 36 eines zweiten Kontaktelements 32 mit einem der Anschlusselemente 41 verschweißt, wobei die Kontaktierung des Anschlusselements 41 jeweils in unmittelbarer Nähe zum Widerstandselement 42 erfolgt. Somit kann im Wesentlichen die Spannung abgegriffen werden, die bei Stromfluss über das Widerstandselement 42 abfällt. Durch die Nähe der Spannungsabgriffe zum Widerstandselement 42 wird der Anteil der Anschlusselemente 41, deren elektrischer Widerstand stark von der Temperatur abhängt, minimiert und somit das TCR-Verhalten der gesamten Messtrecke verbessert. 5 shows a perspective view of a device 11 for measuring the strength of an electric current. The device comprises an assembly 1 as in 3 and 4 shown as well as a resistor arrangement 4. The resistor arrangement 4 consists of two connection elements 41 and a resistor element 42, which is arranged between the two connection elements 41 and is connected to them via a joint seam not shown in detail. The two connection elements 41 each have a hole by means of which the resistor arrangement 4 can be connected to an external circuit (not shown). The assembly 1 is positioned on the resistor arrangement 4 such that the top side 21 of the carrier element 2 faces away from the resistor arrangement 4. The assembly 11 is at least mechanically connected to the connection elements 41 of the resistor arrangement 4 via the two first contact elements 31, which are each arranged on the edge of the carrier element 2. For this purpose, the second region 36 of a contact element 31 is welded to one of the connection elements 41. Furthermore, the assembly 11 is electrically connected to the connection elements 41 of the resistor arrangement 4 via the two second contact elements 32. For this purpose, the respective second area 36 of a second contact element 32 is welded to one of the connection elements 41, whereby the contacting of the connection element 41 takes place in the immediate vicinity of the resistance element 42. This essentially makes it possible to tap the voltage that drops when current flows through the resistance element 42. Due to the proximity of the voltage taps to the resistance element 42, the proportion of the connection elements 41 whose electrical resistance depends heavily on the temperature is minimized and thus the TCR behavior of the entire measuring section is improved.

6 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß 5. 6 wurde gegenüber 5 insoweit ergänzt, dass in beiden ersten Kontaktelemente 31 und in beiden zweiten Kontaktelement 32 die Schweißverbindungen 5 mit der Widerstandsanordnung 4 durch Kreise angedeutet sind. 6 shows a plan view of a device according to 5 . 6 was compared 5 supplemented in that in both first contact elements 31 and in both second contact elements 32 the welded connections 5 with the resistor arrangement 4 are indicated by circles.

7 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 11 gemäß 5 und 6. In Schritt a) wird ein Trägerelement 2 in Form einer Leiterplatte bereitgestellt, die optional mit elektronischen Bauteilen 6 zur Messung eines elektrischen Signals bestückt sein kann. In Schritt b) werden Kontaktelemente 31, 32 bereitgestellt. Diese werden in Schritt c) durch einen Lötvorgang so mit der Leiterplatte verbunden, dass die Kontaktelemente 31, 32 an ihrer Unterseite 34 in ihrem jeweiligen ersten Bereich 35 mit der Oberseite 21 der Leiterplatte verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Baugruppe 1 gebildet. Das Verlöten der elektronischen Bauteile 6 mit der Leiterplatte 2 kann dabei entweder gleichzeitig in Schritt c) erfolgen oder vor oder nach Schritt c). Die Baugruppe 1 wird auf einer Widerstandsanordnung 4 positioniert. Die Herstellung einer solchen Widerstandsordnung 4 ist allgemein bekannt. In Verfahrensschritt d) wird die Baugruppe 1 mit der Widerstandsanordnung 4 durch ein oder mehrere Schweißverbindungen verbunden. Dadurch wird eine Vorrichtung 11 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms gebildet. 7 shows a schematic sequence of a method for producing a device 11 according to 5 and 6 In step a), a carrier element 2 is provided in the form of a circuit board, which can optionally be equipped with electronic components 6 for measuring an electrical signal. In step b), contact elements 31, 32 are provided. In step c), these are connected to the circuit board by a soldering process such that the contact elements 31, 32 are connected to the top 21 of the circuit board on their underside 34 in their respective first region 35. In this way, an assembly 1 is formed. The electronic components 6 can be soldered to the circuit board 2 either simultaneously in step c) or before or after step c). The assembly 1 is positioned on a resistor arrangement 4. The production of such a resistor arrangement 4 is generally known. In process step d), the assembly 1 is connected to the resistor arrangement 4 by one or more welded connections. This forms a device 11 for measuring the strength of an electrical current.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: Baugruppemodule
1111: Vorrichtungdevice
22: Trägerelementsupport element
2121: Oberseite des Trägerelementstop of the support element
2222: Unterseite des Trägerelementsunderside of the support element
2323: Aussparungrecess
33: Kontaktelementcontact element
3131: erstes Kontaktelementfirst contact element
3232: zweites Kontaktelementsecond contact element
3333: Oberseite eines Kontaktelementstop of a contact element
3434: Unterseite eines Kontaktelementsunderside of a contact element
3535: erster Bereichfirst area
3636: zweiter Bereichsecond area
3737: AbschnittSection
3838: Aussparungrecess
44: Widerstandsanordnungresistor arrangement
4141: Anschlusselementconnecting element
4242: Widerstandselementresistance element
4343: Bohrungdrilling
55: Schweißverbindungwelded joint
66: Bauteilcomponent

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2009 031 408 A1 [0005]
US 10 163 553 B2 [0006]
DE 11 2021 002 813 T5 [0008]

Claims

Assembly (1) for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement (4), comprising an at least partially flat carrier element (2) for receiving electronic components (6) for measuring an electrical signal, wherein the carrier element (2) has a top side (21) and a bottom side (22) and has conduction elements for conducting electrical signals at least on its top side (21), and at least one contact element (3, 31, 32) made of electrically conductive material, wherein the contact element (3, 31, 32) has a top side (33) and a bottom side (34) and has a first region (35) and a second region (36) spatially separated therefrom on its bottom side (34), wherein the contact element (3, 31, 32) is connected in its first region (35) in a materially bonded and flat manner to the top side (21) of the carrier element (2), and wherein the contact element (3, 31, 32) is so is configured such that the second region (36) of the contact element (3, 31, 32) can be connected to a resistor arrangement (4) by means of at least one welded connection (5), so that when connected to a resistor arrangement (4), at least one electrical signal can be tapped from the resistor arrangement (4) through the contact element (3, 32).

assembly (1) according to claim 1 , characterized in that the contact element (3, 31, 32) has essentially a step shape or a staircase shape, so that the first region (35) of the contact element (3, 31, 32) and the second region (36) of the contact element (3, 31, 32) lie in planes which are not coplanar with one another.

Assembly (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element (3, 31, 32) is a stamped and bent component.

Assembly (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the contact element (3, 31, 32) has spring properties.

Assembly (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the contact element (3, 31, 32) has in its second region (36) several sections (37) for contacting a resistor arrangement (4).

Assembly (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the contact element (3, 31, 32) has at least one recess (38) for positioning a temperature sensor on the carrier element (2).

Assembly (1) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the assembly (1) has first contact elements (31) which serve for the mechanical connection of the assembly (1) to a resistor arrangement (4), and second contact elements (32) which serve for the electrical contacting of this resistor arrangement (4).

Device (11) for measuring the strength of an electric current, comprising: an assembly (1) according to one or more of the preceding claims, a resistance arrangement (4) mechanically and electrically connected to the assembly (1), characterized in that the resistance arrangement (4) is mechanically and electrically connected to the second region (36) of the contact element (3, 31, 32) by means of at least one welded connection (5), so that at least one electrical signal can be tapped from the resistance arrangement (4).

Device (11) according to claim 8 , characterized in that it comprises at least one temperature sensor which is positioned near the contact element (3, 31, 32).

Method for producing a device (11) for measuring the strength of an electric current, the method comprising the following steps: a) providing an at least partially flat carrier element (2) with a top side (21) and a bottom side (22), the carrier element (2) having conduction elements for conducting electrical signals at least on its top side (21), b) providing at least one contact element (3, 31, 32) made of electrically conductive material, the contact element (3, 31, 32) having a top side (33) and a bottom side (34) and having a first region (35) and a second region (36) spatially separated therefrom on its bottom side (34), c) flat and materially connecting the top side (21) of the carrier element (2) to the first region (35) of the contact element (3, 31, 32), so that the contact element (3, 31, 32) is connected to at least one conduction element on the top side (21) of the carrier element (2) is in electrical contact, d) connecting a resistor arrangement (4) to the second region (36) of the contact element (3, 31, 32) by means of at least one welded connection (5), wherein step d) takes place after step c).