WO2025026595A1 - Assemblies for measuring the strength of an electric current, devices for measuring the strength of an electric current, and method for producing such devices - Google Patents
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- G01R19/32—Compensating for temperature change
Definitions
- the invention relates to an assembly for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement, an assembly for magnetic field-based measurement of the strength of a current in an electrical conductor through which current flows, devices for measuring the strength of an electrical current and methods for producing such devices.
- the invention relates to the mounting of a circuit board on an electrical conductor or on a shunt resistor and the electrical contacting of the shunt resistor for tapping an electrical signal.
- 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 in a battery management system of an electric or hybrid vehicle, for example.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 resistor arrangement.
- the voltage is recorded and 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 resistor arrangement.
- magnetic field-based sensors are also used for current measurement. Examples of these are Hall sensors and magneto-resistive sensors. These sensors use the magnetic field that surrounds an electrical conductor through which current flows to generate a signal that is a measure of the strength of the electrical current. Although it is not necessary to establish electrical contact between the sensor and the electrical conductor with a magnetic field-based sensor, the sensor must be positioned close to the electrical conductor at a certain distance. Furthermore, the sensor must be connected to measuring and evaluation electronics. The sensor and the measuring and evaluation electronics are usually mounted on a circuit board that is located in the immediate vicinity of the electrical conductor. Devices with magneto-resistive sensors are described, for example, in the publications EP 1 882 953 A1 and WO 2023/ 079 386 A1.
- Both current measurement with shunt resistors and current measurement using magnetic field-based sensors require positioning a circuit board at a certain distance close to the measurement object and establishing at least mechanical contact between the circuit board and the measurement object.
- a resistor arrangement with a low-resistance current measuring resistor is known from the publication DE 10 2009 031 408 A1.
- connection contacts are provided for tapping the voltage, which are formed by embossing and threading in the plate-shaped sections that serve to connect the resistor arrangement to the external circuit.
- the measuring leads for voltage measurement are connected to the connection contacts using cable lugs and fastening screws.
- Resistance arrangement with two plate-shaped elements for connecting the resistance arrangement to an external circuit and a strip-shaped resistance element. On both sides of the resistance 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 resistance arrangement.
- a shunt resistor for current detection and in particular a voltage detection connection of the shunt resistor as well as 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 an important role here.
- Vapor phase soldering systems are preferred nowadays as an alternative to reflow convection soldering systems.
- the process in vapor phase soldering systems is However, they are 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.
- 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 an assembly by means of which a magnetic field-based current sensor can be positioned in the vicinity of an electrical conductor in a cost-effective manner.
- the invention is also based on the object of specifying devices for measuring the strength of an electric current and methods for producing such devices.
- the invention is represented with respect to a first assembly by the features of claim 1, with respect to a second assembly by the features of claim 2, with respect to a first device by the features of claim 9, with respect to a second device by the features of claim 10, with respect to a first method by the features of claim 12 and with respect to a second method by the features of claim 13.
- the further dependent claims relate to advantageous embodiments and developments of the invention.
- a first aspect of the invention relates to an assembly, i.e. an arrangement of components, for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement.
- the assembly comprises as a first component an at least partially flat carrier element for accommodating 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 further 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 material-locking 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 tapped from the resistor arrangement through the contact element.
- 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 refers to 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.
- the carrier element can also have line elements on its bottom.
- the signal can be measured, digitized and further processed using components.
- An AD converter can be such a component, for example.
- the top of the carrier element, which is provided with conductive elements, has a distance, i.e. a height offset, from the surface of the resistor arrangement.
- 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 soldered connection.
- the other area can be connected to the surface of a resistor arrangement by a welded connection, in particular by laser welding.
- a contact element is shaped in such a way that the height offset between the resistor arrangement and the top of the carrier element can be overcome by the contact element.
- the line elements on the top of the carrier element can thus be contacted.
- a second aspect of the invention relates to an assembly for magnetic field-based measurement of the strength of a current in an electrical conductor through which current flows.
- the assembly comprises 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
- the top side of the carrier element is the side of the carrier element that faces away from the electrical conductor after the carrier element has been positioned on the electrical conductor.
- the assembly further comprises at least one sensor that is mounted on the carrier element.
- the sensor is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds an electrical conductor when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current.
- the sensor can in particular be a Hall sensor or a magneto-resistive current sensor.
- the assembly further comprises at least one contact element that is weldable and preferably consists of electrically conductive material.
- the contact element has a top side and a bottom side. The side of the contact element that is to face the electrical conductor is referred to as the bottom side.
- the contact element 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. In its first area, the contact element is connected in a material-to-material and flat manner, preferably by a soldered connection, to the top side of the carrier element.
- the contact element is configured such that the second region of the contact element can be connected to an electrical conductor by means of at least one welded connection.
- the contact element is shaped such that the height offset between the electrical conductor and the top of the carrier element can be overcome by the contact element.
- the contacting technology used in both of the above-described assemblies 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 chosen relatively freely. This makes it possible to design the contact elements so that they are optimally adapted to the geometry and materials of the measurement object, i.e. the resistor arrangement or the electrical conductor. Negative influences on the measurement signal, such as the influence of the weld seam in a resistor arrangement, thermoelectric voltages and the temperature dependence of the specific resistance (TCR), can thus be minimized.
- the particular advantage of the proposed contacting technology is that the welded connection between the contact element and the measuring object means that the measuring object, i.e. the resistor arrangement or the electrical conductor, does not have to undergo a soldering process. Material changes in the measuring object 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 measuring object does not have to be heated. Replacing the technically complex soldering process with a simpler and better controllable welding process also expands the circle of suppliers who can reliably master such a process, which ultimately also contributes to cost reduction.
- 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 with one another due to the step shape or staircase shape.
- the step shape or staircase shape of the contact element thus simultaneously enables the top of the carrier element and the surface of the measurement object to be contacted by the bottom of the contact element, although the top of the carrier element and the surface of the measurement object facing the carrier element are spaced apart, i.e. have a height offset.
- the non-coplanar planes can be parallel to one another. This takes account of the generally parallel arrangement of the measurement object and the carrier element.
- the contact element can be a punched and bent component. Punching 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.
- 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.
- the contact element can have several sections in its second area for contacting a measurement object, i.e. a resistor arrangement or an electrical conductor. Multiple contacting improves the mechanical connection.
- multiple electrical contacts can be used to tap several electrical signals in parallel from a resistor arrangement. The redundancy of the measurement can thus be improved.
- an average value can be formed from signals tapped in parallel, which reflects the actual conditions, in particular the course of the electrical potential. better represented 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.
- the contact element can have at least one recess for positioning a temperature sensor on the carrier element.
- a temperature sensor 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 recorded.
- the contact element is made of highly conductive material and is in good thermal contact with the resistor arrangement. Therefore, the contact element has, to a very good approximation, the same temperature as the resistor arrangement, in particular the same temperature as the resistor element.
- a temperature sensor is positioned in a recess in the contact element, this leads to 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.
- materials with good thermal conductivity can also be used between the contact element and the temperature sensor.
- the assembly can have first contact elements that only serve to mechanically connect the assembly to a resistor arrangement, and second contact elements that serve at least to electrically contact this resistor arrangement.
- the functions of “mechanical connection” and “electrical contact” are thus structurally separated. This separation enables optimization of the respective contact elements to the respective function.
- the contact elements for the electrical contact can be made significantly smaller than the contact elements for the mechanical connection. This makes it possible to position the electrical contacts very close to the resistance element of the resistance arrangement, even when there is little space. This reduces the influence of temperature on the resistance of the actual measuring section.
- 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.
- a further aspect of the invention relates to a device for magnetic field-based measurement of the strength of an electrical current.
- the device comprises an electrical conductor and an assembly at least mechanically connected to the electrical conductor as described above.
- the assembly has 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.
- the top side of the carrier element is the side of the carrier element that faces away from the electrical conductor.
- the assembly also has at least one sensor that is attached to the carrier element.
- the sensor is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds the electrical conductor when current flows. which is a measure of the strength of the electric current.
- the device further comprises at least one contact element, which is preferably made of electrically conductive material.
- the contact element has a top side and a bottom side. On its bottom side, the contact element has a first region and a second region that is spatially separated from it. In the first region of its bottom side, the contact element is connected in a materially bonded and flat manner to the top side of the carrier element.
- the electrical conductor is connected to the second region of the bottom side of the contact element by means of at least one welded connection.
- the particular advantage of the proposed devices is that the welded connection between the contact element and the measuring element, i.e. the resistance arrangement or the electrical conductor, means that the measuring element itself does not need to be soldered. Material changes in the measuring element or 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 measuring element 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.
- the device can have at least one temperature sensor that is positioned near the contact element.
- the temperature sensor can be positioned in a recess in the contact element.
- 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.
- a further aspect of the invention relates to a method for producing a device for resistance-based measurement of 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 second, preferably flat region spatially separated therefrom, c) flat and materially connecting 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 conduction 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 chronologically after step c).
- Another aspect of the invention relates to a method for producing a device for magnetic field-based measurement of 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 and with at least one sensor which is attached to the carrier element and which is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field which surrounds an electrical conductor when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current, b) Providing at least one contact element, preferably 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 second, preferably flat region spatially separated therefrom, c) Flat and materially connecting the top side of the carrier element to the first region of the contact element, d) Connecting an electrical conductor to the second region of the contact element by means of at least one welded connection, wherein step d) takes place chronologically after step c).
- the devices described above can be manufactured using the proposed methods. Reference is made to the corresponding explanations in connection with the devices.
- the particular advantage of the proposed method is that the welded connection between the contact element and the measuring element, i.e. the resistance arrangement or the electrical conductor, only takes place 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 measuring element itself does not have to be subjected to a soldering process.
- Fig. 1 a first contact element
- Fig. 3 is a perspective view of a first assembly
- FIG. 4 in oblique view the underside of an assembly according to Fig. 3
- Fig. 5 is a perspective view of a first device
- Fig. 6 is a plan view of a device according to Fig. 5
- Fig. 7 is a perspective view of a second assembly
- Fig. 8 is a perspective view of a second device
- Fig. 9 shows a schematic sequence of a manufacturing process for a first device
- Fig. 10 shows a schematic sequence of a manufacturing process for a second device
- Fig. 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 Fig. 1) in a material-locking manner, for example by means of 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 underside 34, which is spatially separated from the first flat area 35.
- the second area 36 lies in a plane that is parallel to the plane in which the first area 35 lies.
- 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 therefore at different levels.
- the contact element 3, 31 can be connected to the surface of an electrical conductor (not shown in Fig. 1) or to the surface of a resistor arrangement (not shown in Fig. 1) by one or more welded connections.
- the contact element 3, 31 has four sections 37 that are separated from one another by incisions. The sections 37 are used to attach several welded connections next to one another.
- the contact element 3, 31 can be designed as a punched and bent component. To produce it, a flat component is first punched from a band or strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed by two bending processes.
- Fig. 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 region 35 on its underside 34, in which it can be connected to the top side of a carrier element (not shown in Fig. 2) in a materially bonded manner, for example by a soldered connection.
- the contact element 3, 32 also has a 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 region 36 on its underside 34, which is spatially separated from the first flat region 35.
- the second region 36 lies in a plane that is parallel to the plane in which the first region 35 lies. The two planes are not coplanar, however, but are offset from one another due to the step shape. The first area 35 and the second area 36 are thus at different levels.
- the contact element 3, 32 can be connected to the surface of a resistor arrangement (not shown in Fig. 2) or to one or more welded connections.
- the contact element 3 32 has two sections 37 which are separated from one another by an incision. The sections 37 serve to attach several welded connections next to one another.
- the contact element 32 shown in Fig. 2 is narrower than the contact element 31 shown in Fig. 1.
- Contact element 32 can thus preferably be used for electrically contacting a resistor arrangement, while the contact element shown in Fig. 1 can preferably be used to ensure the mechanical connection of the carrier element and resistor arrangement or an electrical conductor.
- the contact element 3, 32 can be designed as a stamped and bent component. To manufacture it, a strip or A flat component is punched out of strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed through two bending processes.
- Fig. 3 shows a perspective view of a first assembly 1.
- the assembly 1 comprises a carrier element 2 in the form of a circuit board, two first contact elements 31 according to Fig. 1 and two second contact elements 32 according to Fig. 2.
- the top side 21 of the carrier element 2 is equipped with an electronic component 6. For simplicity, 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 each attached opposite one another on the outer edge of the carrier element 2. They are each soldered in their first region 35 to the top side 21 of the carrier element 2. With regard to further details of these first contact elements 31, reference is made to the description of Fig. 1.
- the carrier element 2 has 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.
- the second contact elements 32 can even protrude through the recess 23.
- the second contact elements 32 are each soldered in their first region 35 to the top side 21 of the carrier element 2 in such a way that an electrical contact is established with the conductor tracks.
- Fig. 2 For further details of these second contact elements 32, reference is made to the description of Fig. 2.
- Fig. 4 shows an oblique view of the underside 22 of the assembly 1 shown in Fig. 3. Due to the oblique view, the electronic component 6 with which the carrier element 2 is equipped on its upper side can still be seen. On the outer edge of the carrier element 2, first contact elements 31 and in particular their respective second area 36 on the underside 34 of the contact element 31 can be seen. Due to the step shape of the contact elements 31, 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 in Fig. 4). Preferably, the second regions 36 can even have a projection over the underside 22 of the carrier element 2. Approximately in the middle of the carrier element 2 is the recess 23 already mentioned in connection with Fig.
- 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 in Fig. 4). Preferably, the second contact elements 32 can even protrude through the recess 23 with their respective second region 36.
- Fig. 5 shows a perspective view of a first device 11 for measuring the strength of an electric current.
- the device comprises an assembly 1 as shown in Fig. 3 and Fig. 4 and 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 bore 43 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 1 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.
- the second area 36 of a contact element 31 is welded to one of the connection elements 41.
- the assembly 1 is connected via the two second contact elements 32 are electrically connected to the connection elements 41 of the resistor arrangement 4.
- the second region 36 of a second contact element 32 is welded to one of the connection elements 41, with the connection element 41 being contacted in the immediate vicinity of the resistance element 42. This essentially allows the voltage to be tapped that drops when current flows through the resistance element 42.
- the proximity of the voltage taps to the resistance element 42 minimizes the proportion of connection elements 41 whose electrical resistance depends heavily on the temperature. This improves the TCR behavior of the entire measuring section.
- Fig. 6 shows a plan view of a device according to Fig. 5.
- Fig. 6 has been supplemented compared to Fig. 5 in that in the two first contact elements 31 and in the two second contact elements 32 the welded connections 5 with the resistor arrangement 4 are indicated by circles.
- Fig. 7 shows a perspective view of a second assembly 10.
- the assembly 10 comprises a carrier element 2 in the form of a circuit board and two contact elements 31 according to Fig. 1.
- the top side 21 of the carrier element 2 is equipped with a sensor 8 for magnetic field-based measurement of the current intensity and with an electronic component 6.
- the carrier element 2 also has conductor tracks on its top side 21, which are not shown for reasons of clarity.
- the sensor 8 and the electronic component 6 are in electrical contact with the conductor tracks.
- the two contact elements 31 are attached opposite one another 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 contact elements 31, reference is made to the description of Fig. 1.
- Fig. 8 shows a perspective view of a second device 12 for Measuring the strength of an electric current using a magnetic field-based measuring method.
- the device comprises an assembly 10 as shown in Fig. 7 and an electrical conductor 7.
- the electrical conductor 7 consists of a metallic material in the form of a strip.
- the electrical conductor 7 has a hole 73 at each of its two ends, by means of which the electrical conductor 7 can be connected to an external circuit (not shown).
- the assembly 10 is positioned on the conductor 7 such that the top side 21 of the carrier element 2 faces away from the electrical conductor 7.
- the assembly 10 is mechanically connected to the electrical conductor 7 via the two contact elements 31, which are each arranged on the edge of the carrier element 2.
- the second region 36 of a contact element 31 is welded to the electrical conductor 7.
- the sensor 8 mounted on the carrier element 2 is set up and configured to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds the electrical conductor 7 when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current flowing in the conductor 7.
- the sensor 8 can in particular be a Hall sensor or a magneto-resistive current sensor.
- Fig. 9 shows a schematic sequence of a method for producing a device 11 according to Figs. 5 and 6.
- 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.
- contact elements 31, 32 are provided.
- step c) these are connected to the circuit board 2 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.
- an assembly 1 is formed.
- the soldering of the electronic components 6 to the circuit board 2 can take place 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.
- the assembly 1 is connected to the resistor arrangement 4 via the contact elements 31, 32 by one or more welded connections. This forms a device 11 for measuring the strength of an electric current.
- Fig. 10 shows a schematic sequence of a method for producing a device 12 according to Figs. 7 and 8.
- a carrier element 2 in the form of a circuit board is provided, which is equipped with a sensor 8 and optionally with electronic components 6 for measuring an electrical signal.
- contact elements 31 are provided.
- step c) these are connected to the circuit board 2 by a soldering process such that the contact elements 31 are connected on their underside 34 in their respective first region 35 to the top side 21 of the circuit board.
- an assembly 10 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 10 is positioned on an electrical conductor 7.
- the assembly 10 is connected to the electrical conductor 7 via the contact elements 31 by one or more welded connections. This forms a device 12 for measuring the strength of an electric current.
Landscapes
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- Details Of Resistors (AREA)
Abstract
Description
Beschreibung Description
Baugruppen zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms, Vorrichtungen zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen Assemblies for measuring the intensity of an electric current, devices for measuring the intensity of an electric current and methods for producing such devices
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung, eine Baugruppe zur magnetfeld-basierten Messung der Stärke eines Stroms in einem von Strom durchflossenen elektrischen Leiter, Vorrichtungen zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Montage einer Leiterplatte auf einem elektrischen Leiter oder 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, an assembly for magnetic field-based measurement of the strength of a current in an electrical conductor through which current flows, devices for measuring the strength of an electrical current and methods for producing such devices. In particular, the invention relates to the mounting of a circuit board on an electrical conductor or 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. 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. For current measurement 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 in a battery management system of an electric or hybrid vehicle, for example. 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 zu 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 resistor arrangement. The voltage is recorded and 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 resistor arrangement.
Alternativ werden für die Strommessung auch magnetfeld-basierte Sensoren verwendet. Beispiele hierfür sind Hall-Sensoren und magneto-resistive Sensoren. Diese Sensoren nutzen das Magnetfeld, das einen Strom durchflossenen elektrischen Leiter umgibt, um ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Stärke des elektrischen Stroms ist. Zwar ist es bei einem magnetfeld-basierten Sensor nicht erforderlich, einen elektrischen Kontakt zwischen dem Sensor und dem elektrischen Leiter herzustellen, der Sensor muss aber mit einem bestimmten Abstand nahe beim elektrischen Leiter positioniert sein. Ferner muss der Sensor mit einer Mess- und Auswerteelektronik in Verbindung stehen. Üblicherweise sind Sensor sowie Mess- und Auswerteelektronik auf einer Leiterplatte montiert, die sich in unmittelbarer Nähe zu dem elektrischen Leiter befindet. Vorrichtungen mit magneto-resistiven Sensoren sind beispielsweise in den Druckschriften EP 1 882 953 A1 und WO 2023/ 079 386 A1 beschrieben. Alternatively, magnetic field-based sensors are also used for current measurement. Examples of these are Hall sensors and magneto-resistive sensors. These sensors use the magnetic field that surrounds an electrical conductor through which current flows to generate a signal that is a measure of the strength of the electrical current. Although it is not necessary to establish electrical contact between the sensor and the electrical conductor with a magnetic field-based sensor, the sensor must be positioned close to the electrical conductor at a certain distance. Furthermore, the sensor must be connected to measuring and evaluation electronics. The sensor and the measuring and evaluation electronics are usually mounted on a circuit board that is located in the immediate vicinity of the electrical conductor. Devices with magneto-resistive sensors are described, for example, in the publications EP 1 882 953 A1 and WO 2023/ 079 386 A1.
Sowohl die Strommessung mit Shunt-Widerständen als auch die Strommessung mittels magnetfeld-basierten Sensoren erfordern also, eine Leiterplatte mit einem bestimmten Abstand nahe am Messobjekt zu positionieren und zumindest einen mechanischen Kontakt zwischen Leiterplatte und Messobjekt herzustellen. Both current measurement with shunt resistors and current measurement using magnetic field-based sensors require positioning a circuit board at a certain distance close to the measurement object and establishing at least mechanical contact between the circuit board and the measurement object.
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. A resistor arrangement with a low-resistance current measuring resistor is known from the publication DE 10 2009 031 408 A1. In this resistor arrangement, connection contacts are provided for tapping the voltage, which are formed by embossing and threading in the plate-shaped sections that serve to connect the resistor arrangement to the external circuit. The measuring leads 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 eineFurthermore, the publication US 10 163 553 B2 discloses a
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. Resistance arrangement with two plate-shaped elements for connecting the resistance arrangement to an external circuit and a strip-shaped resistance element. On both sides of the resistance 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 resistance 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 einFurthermore, the publication DE 11 2021 002 813 T5 contains a
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. A shunt resistor for current detection and in particular a voltage detection connection of the shunt resistor as well as 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 an important role here. Vapor phase soldering systems are preferred nowadays as an alternative to reflow convection soldering systems. The process in vapor phase soldering systems is However, they are 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, Vorrichtungen zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms so zu verändern, dass sie mit alternativen Verfahren hergestellt werden können. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe anzugeben, mittels derer eine Widerstandsanordnung kostengünstig mechanisch und elektrisch kontaktiert werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe anzugeben, mittels derer ein magnetfeld-basierter Stromsensor kostengünstig in der Nähe eines elektrischen Leiters positioniert werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms sowie Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen anzugeben. In view of the disadvantages of the manufacturing processes established today, there is a need to modify devices for measuring the strength of an electric current so that they 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 an assembly by means of which a magnetic field-based current sensor can be positioned in the vicinity of an electrical conductor in a cost-effective manner. The invention is also based on the object of specifying devices for measuring the strength of an electric current and methods for producing such devices.
Die Erfindung wird bezüglich einer ersten Baugruppe durch die Merkmale des Anspruchs 1 , bezüglich einer zweiten Baugruppe durch die Merkmale des Anspruchs 2, bezüglich einer ersten Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 9, bezüglich einer zweiten Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 10, bezüglich eines ersten Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 12 und bezüglich eines zweiten Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 13 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung. The invention is represented with respect to a first assembly by the features of claim 1, with respect to a second assembly by the features of claim 2, with respect to a first device by the features of claim 9, with respect to a second device by the features of claim 10, with respect to a first method by the features of claim 12 and with respect to a second method by the features of claim 13. The further dependent claims relate to advantageous embodiments and developments of the invention.
Ein erster Aspekt der 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. A first aspect of the invention relates to an assembly, i.e. an arrangement of components, for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement. The assembly comprises as a first component an at least partially flat carrier element for accommodating 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 further 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 material-locking 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 tapped 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 refers to 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. By means of the electronic components mentioned The signal can be measured, digitized and further processed using components. An AD converter can be such a component, for example. The top of the carrier element, which is provided with conductive 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 Bereiche 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 soldered 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 of the carrier element can be overcome by the contact element. The line elements on the top of the carrier element can thus be contacted.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Baugruppe zur magnetfeld-basierten Messung der Stärke eines Stroms in einem von Strom durchflossenen elektrischen Leiter. Die Baugruppe umfasst ein zumindest teilweise flächiges Trägerelement zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen zur Messung eines elektrischen Signals. Das Trägerelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Als Oberseite des Trägerelements wird dabei die Seite des Trägerelements bezeichnet, die nach der Positionierung des Trägerelements auf dem elektrischen Leiter vom elektrischen Leiter abgewandt ist. Die Baugruppe umfasst ferner mindestens einen Sensor, der auf dem Trägerelement angebracht ist. Der Sensor ist konfiguriert und eingerichtet, aus der Stärke des magnetischen Felds, das bei Stromfluss einen elektrischen Leiter umgibt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Stärke des elektrischen Stroms ist. Der Sensor kann insbesondere ein Hall-Sensor oder ein magneto-resistiver Stromsensor sein. Ferner weist die Baugruppe mindestens ein Kontaktelement auf, das schweißbar ist und bevorzugt aus elektrisch leitfähigem Material besteht. Das Kontaktelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Seite des Kontaktelements, die dem elektrischen Leiter zugewandt sein soll, wird als Unterseite bezeichnet. Auf seiner Unterseite weist das Kontaktelement einen ersten, bevorzugt flächigen Bereich und einen räumlich davon getrennten, zweiten, bevorzugt flächigen Bereich auf. Das Kontaktelement ist in seinem ersten Bereich stoffschlüssig und flächig, bevorzugt durch eine Lötverbindung, mit der Oberseite des Trägerelements verbunden. Das Kontaktelement ist so konfiguriert, dass der zweite Bereich des Kontaktelements mittels mindestens einer Schweißverbindung mit einem elektrischen Leiter verbindbar ist. Ferner ist das Kontaktelement so geformt, dass der Höhenversatz zwischen dem elektrischen Leiter und der Oberseite des Trägerelements durch das Kontaktelement überwunden werden kann. Hinsichtlich weiterer Merkmale des Kontaktelements wird auf die vorstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit der Baugruppe zum Abgreifen mindestens eines elektrischen Signals von einer Widerstandsanordnung verwiesen. A second aspect of the invention relates to an assembly for magnetic field-based measurement of the strength of a current in an electrical conductor through which current flows. The assembly comprises 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 The top side of the carrier element is the side of the carrier element that faces away from the electrical conductor after the carrier element has been positioned on the electrical conductor. The assembly further comprises at least one sensor that is mounted on the carrier element. The sensor is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds an electrical conductor when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current. The sensor can in particular be a Hall sensor or a magneto-resistive current sensor. The assembly further comprises at least one contact element that is weldable and preferably consists of electrically conductive material. The contact element has a top side and a bottom side. The side of the contact element that is to face the electrical conductor is referred to as the 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. In its first area, the contact element is connected in a material-to-material and flat manner, preferably by a soldered connection, to the top side of the carrier element. The contact element is configured such that the second region of the contact element can be connected to an electrical conductor by means of at least one welded connection. Furthermore, the contact element is shaped such that the height offset between the electrical conductor and the top of the carrier element can be overcome by the contact element. With regard to further features of the contact element, reference is made to the above explanations in connection with the assembly for tapping at least one electrical signal from a resistor arrangement.
Die bei beiden vorstehend beschriebenen Baugruppen verwirklichte 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 Kontaktelemente so zu gestalten, dass sie optimal auf die Geometrie und die Werkstoffe des Messobjekts, also der Widerstandsanordnung beziehungsweise des elektrischen Leiters, angepasst sind. Negative Einflüsse auf das Messsignal, wie beispielsweise bei einer Widerstandsanordnung der Einfluss der Schweißnaht, Thermospannungen und die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands (TCR), können somit minimiert werden. The contacting technology used in both of the above-described assemblies 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 chosen relatively freely. This makes it possible to design the contact elements so that they are optimally adapted to the geometry and materials of the measurement object, i.e. the resistor arrangement or the electrical conductor. Negative influences on the measurement signal, such as the influence of the weld seam in a resistor arrangement, thermoelectric voltages and the temperature dependence of the specific resistance (TCR), can thus be minimized.
Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Kontaktierungstechnik (SMT) besteht darin, dass durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Messobjekt das Messobjekt, also die Widerstandsanordnung oder der elektrische Leiter, selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden muss. Stoffliche Veränderungen im Messobjekt oder in dessen Beschichtung, die durch die hohen Temperaturen beim Lötvorgang verursacht werden können, sind somit ausgeschlossen. Darüber hinaus wird der Energieaufwand reduziert, weil nicht das gesamte Messobjekt 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 (SMT) is that the welded connection between the contact element and the measuring object means that the measuring object, i.e. the resistor arrangement or the electrical conductor, does not have to undergo a soldering process. Material changes in the measuring object 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 measuring object does not have to be heated. Replacing the technically complex soldering process with a simpler and better 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-komplanaren 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 des Messobjekts jeweils durch die Unterseite des Kontaktelements, obwohl die Oberseite des Trägerelements und die dem Trägerelement zugewandte Oberfläche des Messobjekts einen Abstand, also einen Höhenversatz aufweisen. Besonders bevorzugt können die nicht-komplanaren Ebenen zueinander parallel sein. Hierdurch wird der im Allgemeinen zueinander parallelen Anordnung des Messobjekts 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 with one another due to the step shape or staircase shape. In the context of this Invention is understood to mean a shape through which a transition from a first level to a second level at a different level is mediated. The step shape or staircase shape of the contact element thus simultaneously enables the top of the carrier element and the surface of the measurement object to be contacted by the bottom of the contact element, although the top of the carrier element and the surface of the measurement object facing the carrier element are spaced apart, i.e. have a height offset. Particularly preferably, the non-coplanar planes can be parallel to one another. This takes account of the generally parallel arrangement of the measurement object 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 punched and bent component. Punching 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 eines Messobjekts, also einer Widerstandsanordnung oder eines elektrischen Leiters, aufweisen. Eine Mehrfachkontaktierung verbessert die mechanische Verbindung. Darüber hinaus können durch eine mehrfache elektrische Kontaktierung mehrere elektrische Signale parallel von einer Widerstandsanordnung 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 measurement object, i.e. a resistor arrangement or an electrical conductor. Multiple contacting improves the mechanical connection. In addition, multiple electrical contacts can be used to tap several electrical signals in parallel from a resistor arrangement. The redundancy of the measurement can thus be improved. Alternatively, an average value can be formed from signals tapped in parallel, which reflects the actual conditions, in particular the course of the electrical potential. better represented 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 zudem zwischen dem Kontaktelement und dem Temperatursensor 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 recorded. The contact element is made of highly conductive material and is in good thermal contact with the resistor arrangement. Therefore, the contact element has, to a very good approximation, the same temperature as the resistor arrangement, in particular the same temperature as the resistor element. If a temperature sensor is positioned in a recess in the contact element, this leads to 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. For further optimization, in particular of the thermal response time, materials with good thermal conductivity can also be used between the contact element and the temperature sensor.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform kann die Baugruppe erste Kontaktelemente, die nur zur mechanischen Verbindung der Baugruppe mit einer Widerstandsanordnung dienen, und zweite Kontaktelement aufweisen, die zumindest 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 only serve to mechanically connect the assembly to a resistor arrangement, and second contact elements that serve at least to electrically contact this resistor arrangement. The functions of “mechanical connection” and “electrical contact” are thus structurally separated. This separation enables optimization of the respective contact elements to the respective function. In particular, the contact elements for the electrical contact can be made significantly smaller than the contact elements for the mechanical connection. This makes it possible to position the electrical contacts very close to the resistance element of the resistance 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.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetfeldbasierten Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Die Vorrichtung umfasst einen elektrischen Leiter sowie eine mit dem elektrischen Leiter zumindest mechanisch verbundene Baugruppe wie vorstehend beschrieben. Die Baugruppe weist ein zumindest teilweise flächiges Trägerelement zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen zur Messung eines elektrischen Signals auf. Das Trägerelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Als Oberseite des Trägerelements wird dabei die Seite des Trägerelements bezeichnet, die vom elektrischen Leiter abgewandt ist. Ferner weist die Baugruppe hierbei mindestens einen Sensor auf, der auf dem Trägerelement angebracht ist. Der Sensor ist konfiguriert und eingerichtet, aus der Stärke des magnetischen Felds, das bei Stromfluss den elektrischen Leiter umgibt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Stärke des elektrischen Stroms ist. Die Vorrichtung umfasst ferner mindestens ein Kontaktelement, das bevorzugt aus elektrisch leitfähigem Material besteht. Das Kontaktelement weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Auf seiner Unterseite weist das Kontaktelement einen ersten Bereich und einen räumlich davon getrennten, zweiten Bereich auf. Das Kontaktelement ist im ersten Bereich seiner Unterseite stoffschlüssig und flächig mit der Oberseite des Trägerelements verbunden. Der elektrische Leiter ist mit dem zweiten Bereich der Unterseite des Kontaktelements mittels mindestens einer Schweißverbindung verbunden. A further aspect of the invention relates to a device for magnetic field-based measurement of the strength of an electrical current. The device comprises an electrical conductor and an assembly at least mechanically connected to the electrical conductor as described above. The assembly has 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. The top side of the carrier element is the side of the carrier element that faces away from the electrical conductor. The assembly also has at least one sensor that is attached to the carrier element. The sensor is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds the electrical conductor when current flows. which is a measure of the strength of the electric current. The device further comprises at least one contact element, which is preferably made of electrically conductive material. The contact element has a top side and a bottom side. On its bottom side, the contact element has a first region and a second region that is spatially separated from it. In the first region of its bottom side, the contact element is connected in a materially bonded and flat manner to the top side of the carrier element. The electrical conductor is connected to the second region of the bottom side of the contact element by means of at least one welded connection.
Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtungen besteht darin, dass durch die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Messelement, also der Widerstandsanordnung beziehungsweise dem elektrischen Leiter, das Messelement selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden muss. Stoffliche Veränderungen im Messelement oder in dessen Beschichtung, die durch die hohen Temperaturen beim Lötvorgang verursacht werden können, sind somit ausgeschlossen. Darüber hinaus wird der Energieaufwand reduziert, weil nicht das gesamte Messelement 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 devices is that the welded connection between the contact element and the measuring element, i.e. the resistance arrangement or the electrical conductor, means that the measuring element itself does not need to be soldered. Material changes in the measuring element or 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 measuring element 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 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. Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Baugruppen, auf die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen. 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. With regard to further technical features and advantages of the devices according to the invention, explicit reference is hereby made to the explanations in connection with the assemblies according to the invention, to the methods according to the invention for producing such devices as well as to the figures, the description of the figures and the exemplary embodiments.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur widerstandsbasierten 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. A further aspect of the invention relates to a method for producing a device for resistance-based measurement of 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 second, preferably flat region spatially separated therefrom, c) flat and materially connecting 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 conduction 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 chronologically after step c).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur magnetfeld-basierten Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Bereitstellen eines zumindest teilweise flächigen Trägerelements mit einer Oberseite und einer Unterseite und mit mindestens einem Sensor, der auf dem Trägerelement angebracht ist und der konfiguriert und eingerichtet ist, aus der Stärke des magnetischen Felds, das bei Stromfluss einen elektrischen Leiter umgibt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Stärke des elektrischen Stroms ist, b) Bereitstellen mindestens eines Kontaktelements, bevorzugt aus elektrisch leitfähigem 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, d) Verbinden eines elektrischen Leiters 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 a method for producing a device for magnetic field-based measurement of 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 and with at least one sensor which is attached to the carrier element and which is configured and set up to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field which surrounds an electrical conductor when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current, b) Providing at least one contact element, preferably 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 second, preferably flat region spatially separated therefrom, c) Flat and materially connecting the top side of the carrier element to the first region of the contact element, d) Connecting an electrical conductor to the second region of the contact element by means of at least one welded connection, wherein step d) takes place chronologically after step c).
Mit den vorgeschlagenen Verfahren können die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen hergestellt werden. Auf die entsprechenden Erläuterungen im Zusammenhang mit den Vorrichtungen wird verwiesen. The devices described above can be manufactured using the proposed methods. Reference is made to the corresponding explanations in connection with the devices.
Der besondere Vorteil der vorgeschlagenen Verfahren besteht darin, dass die Schweißverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Messelement, also der Widerstandsanordnung beziehungsweise dem elektrischen Leiter, erst nach dem Verbinden des Trägerelements mit dem Kontaktelement erfolgt. Selbst wenn das Trägerelement mit dem Kontaktelement durch einen Lötvorgang verbunden wird, muss das Messelement selbst keinem Lötvorgang unterzogen werden. The particular advantage of the proposed method is that the welded connection between the contact element and the measuring element, i.e. the resistance arrangement or the electrical conductor, only takes place 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 measuring element itself does not have to be subjected to a soldering process.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahren wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Baugruppen, auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen sowie auf die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ausführungsbeispiele verwiesen. With regard to further technical features and advantages of the methods according to the invention, reference is hereby made explicitly to the explanations in connection with the assemblies according to the invention, to the explanations in connection with the devices according to the invention as well as to the figures, the description of the figures and the embodiments.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the schematic drawings, in which:
Fig. 1 ein erstes Kontaktelement Fig. 1 a first contact element
Fig. 2 ein zweites Kontaktelement Fig. 2 a second contact element
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Baugruppe Fig. 3 is a perspective view of a first assembly
Fig. 4 in Schrägansicht die Unterseite einer Baugruppe gemäß Fig. 3 Fig. 4 in oblique view the underside of an assembly according to Fig. 3
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer ersten Vorrichtung Fig. 5 is a perspective view of a first device
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß Fig. 5 Fig. 6 is a plan view of a device according to Fig. 5
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Baugruppe Fig. 7 is a perspective view of a second assembly
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Vorrichtung Fig. 8 is a perspective view of a second device
Fig. 9 einen schematischen Ablauf eines Herstellverfahrens für eine erste Vorrichtung Fig. 9 shows a schematic sequence of a manufacturing process for a first device
Fig. 10 einen schematischen Ablauf eines Herstellverfahrens für eine zweite Vorrichtung Fig. 10 shows a schematic sequence of a manufacturing process for a second device
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Fig. 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 (in Fig. 1 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 komplanar, 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 eines (in Fig. 1 nicht dargestellten) elektrischen Leiters oder mit der Oberfläche einer (in Fig. 1 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. Fig. 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 Fig. 1) in a material-locking manner, for example by means of 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 underside 34, which is spatially separated from the first flat area 35. In the illustrated embodiment of the contact element 3, 31, 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 therefore at different levels. In the second area 36, the contact element 3, 31 can be connected to the surface of an electrical conductor (not shown in Fig. 1) or to the surface of a resistor arrangement (not shown in Fig. 1) by one or more welded connections. The difference in level between the first area 35 and the second area 36 allows the distance between the top of the carrier element and the surface of the resistor arrangement to be bridged. In its second area 36, the contact element 3, 31 has four sections 37 that are separated from one another by incisions. The sections 37 are used to attach several welded connections next to one another. The contact element 3, 31 can be designed as a punched and bent component. To produce it, a flat component is first punched from a band or strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed by two bending processes.
Fig. 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 (in Fig. 2 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 komplanar, 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 (in Fig. 2 nicht dargestellten) Widerstandsanordnung oder mit 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 Fig. 2 dargestellte Kontaktelement 32 ist schmaler als das in Fig. 1 dargestellte Kontaktelement 31 . Das in Fig. 2 dargestellteFig. 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 region 35 on its underside 34, in which it can be connected to the top side of a carrier element (not shown in Fig. 2) in a materially bonded manner, for example by 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 region 36 on its underside 34, which is spatially separated from the first flat region 35. In the illustrated embodiment of the contact element 3, 32, the second region 36 lies in a plane that is parallel to the plane in which the first region 35 lies. The two planes are not coplanar, however, but are 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 in Fig. 2) or to 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 serve to attach several welded connections next to one another. The contact element 32 shown in Fig. 2 is narrower than the contact element 31 shown in Fig. 1. The contact element 31 shown in Fig. 2
Kontaktelement 32 kann somit bevorzugt zur elektrischen Kontaktierung einer Widerstandsanordnung verwendet werden, während das in Fig. 1 dargestellt Kontaktelement bevorzugt zur Sicherstellung der mechanischen Verbindung von Trägerelement und Widerstandsanordnung oder einem elektrischen Leiter 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. Contact element 32 can thus preferably be used for electrically contacting a resistor arrangement, while the contact element shown in Fig. 1 can preferably be used to ensure the mechanical connection of the carrier element and resistor arrangement or an electrical conductor. The contact element 3, 32 can be designed as a stamped and bent component. To manufacture it, a strip or A flat component is punched out of strip-shaped material. The step or staircase shape is then formed through two bending processes.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Baugruppe 1. Die Baugruppe 1 umfasst ein Trägerelement 2 in Form einer Leiterplatte, zwei erste Kontaktelemente 31 gemäß Fig. 1 und zwei zweite Kontaktelemente 32 gemäß Fig. 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 Fig. 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 zweiten 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 Fig. 2 verwiesen. Fig. 3 shows a perspective view of a first assembly 1. The assembly 1 comprises a carrier element 2 in the form of a circuit board, two first contact elements 31 according to Fig. 1 and two second contact elements 32 according to Fig. 2. The top side 21 of the carrier element 2 is equipped with an electronic component 6. For simplicity, 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 each attached opposite one another on the outer edge of the carrier element 2. They are each soldered in their first region 35 to the top side 21 of the carrier element 2. With regard to further details of these first contact elements 31, reference is made to the description of Fig. 1. In addition to the electronic component 6, the carrier element 2 has 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 second contact elements 32 are each soldered in their first region 35 to the top side 21 of the carrier element 2 in such a way that an electrical contact is established with the conductor tracks. For further details of these second contact elements 32, reference is made to the description of Fig. 2.
Fig. 4 zeigt in Schrägansicht die Unterseite 22 der in Fig. 3 dargestellten Baugruppe 1 . Aufgrund der Schrägansicht ist das elektronische Bauteil 6, mit dem das Trägerelement 2 auf seiner Oberseite bestückt ist, noch zu erkennen. Am äußeren Rand des Trägerelements 2 sind jeweils erste Kontaktelemente 31 und insbesondere deren jeweiliger zweiter Bereich 36 auf der Unterseite 34 des Kontaktelements 31 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 (in Fig. 4 nicht dargestellten) Widerstandsanordnung kontaktieren. Bevorzugt können die zweiten Bereiche 36 sogar einen Überstand über die Unterseite 22 des Trägerelements 2 aufweisen. Ungefähr in der Mitte des Trägerelements 2 befindet sich die bereits im Zusammenhang mit Fig. 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 (in Fig. 4 nicht dargestellten) Widerstandsanordnung kontaktieren. Bevorzugt können die zweiten Kontaktelemente 32 mit ihrem jeweiligen zweiten Bereich 36 sogar durch die Aussparung 23 hindurchragen. Fig. 4 shows an oblique view of the underside 22 of the assembly 1 shown in Fig. 3. Due to the oblique view, the electronic component 6 with which the carrier element 2 is equipped on its upper side can still be seen. On the outer edge of the carrier element 2, first contact elements 31 and in particular their respective second area 36 on the underside 34 of the contact element 31 can be seen. Due to the step shape of the contact elements 31, 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 in Fig. 4). Preferably, the second regions 36 can even have a projection over the underside 22 of the carrier element 2. Approximately in the middle of the carrier element 2 is the recess 23 already mentioned in connection with Fig. 3. 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 in Fig. 4). Preferably, the second contact elements 32 can even protrude through the recess 23 with their respective second region 36.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Vorrichtung 11 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms. Die Vorrichtung umfasst eine Baugruppe 1 wie in Fig. 3 und Fig. 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 43 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 1 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 1 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. Dadurch wird das TCR-Verhalten des gesamten Messtrecke verbessert. Fig. 5 shows a perspective view of a first device 11 for measuring the strength of an electric current. The device comprises an assembly 1 as shown in Fig. 3 and Fig. 4 and 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 bore 43 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 1 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 area 36 of a contact element 31 is welded to one of the connection elements 41. Furthermore, the assembly 1 is connected via the two second contact elements 32 are electrically connected to the connection elements 41 of the resistor arrangement 4. For this purpose, the second region 36 of a second contact element 32 is welded to one of the connection elements 41, with the connection element 41 being contacted in the immediate vicinity of the resistance element 42. This essentially allows the voltage to be tapped that drops when current flows through the resistance element 42. The proximity of the voltage taps to the resistance element 42 minimizes the proportion of connection elements 41 whose electrical resistance depends heavily on the temperature. This improves the TCR behavior of the entire measuring section.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung gemäß Fig. 5. Fig. 6 wurde gegenüber Fig. 5 insoweit ergänzt, als dass bei beiden ersten Kontaktelementen 31 und bei beiden zweiten Kontaktelementen 32 die Schweißverbindungen 5 mit der Widerstandsanordnung 4 durch Kreise angedeutet sind. Fig. 6 shows a plan view of a device according to Fig. 5. Fig. 6 has been supplemented compared to Fig. 5 in that in the two first contact elements 31 and in the two second contact elements 32 the welded connections 5 with the resistor arrangement 4 are indicated by circles.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Baugruppe 10. Die Baugruppe 10 umfasst ein Trägerelement 2 in Form einer Leiterplatte und zwei Kontaktelemente 31 gemäß Fig. 1. Die Oberseite 21 des Trägerelements 2 ist mit einem Sensor 8 zur magnetfeld-basierten Messung der Stromstärke und mit einem elektronischen Bauteil 6 bestückt. Ferner weist das Trägerelement 2 auf seiner Oberseite 21 Leiterbahnen auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Der Sensor 8 und das elektronische Bauteil 6 stehen in elektrischem Kontakt mit den Leiterbahnen. Die beiden 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 Kontaktelemente 31 wird auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen. Fig. 7 shows a perspective view of a second assembly 10. The assembly 10 comprises a carrier element 2 in the form of a circuit board and two contact elements 31 according to Fig. 1. The top side 21 of the carrier element 2 is equipped with a sensor 8 for magnetic field-based measurement of the current intensity and with an electronic component 6. The carrier element 2 also has conductor tracks on its top side 21, which are not shown for reasons of clarity. The sensor 8 and the electronic component 6 are in electrical contact with the conductor tracks. The two contact elements 31 are attached opposite one another 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 contact elements 31, reference is made to the description of Fig. 1.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Vorrichtung 12 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms mittels einer magnetfeld-basierten Messmethode. Die Vorrichtung umfasst eine Baugruppe 10 wie in Fig. 7 dargestellt sowie einen elektrischen Leiter 7. Der elektrische Leiter 7 besteht aus einem metallischen Werkstoff in Form eines Streifens. Der elektrische Leiter 7 weist an seinen beiden Enden jeweils eine Bohrung 73 auf, mittels derer der elektrische Leiter 7 an einen (nicht dargestellten) äußeren Stromkreis angeschlossen werden kann. Die Baugruppe 10 ist auf dem Leiter 7 so positioniert, dass die Oberseite 21 des Trägerelements 2 vom elektrischen Leiter 7 abgewandt ist. Die Baugruppe 10 ist über die beiden Kontaktelemente 31 , die jeweils am Rand des Trägerelements 2 angeordnet sind, mit dem elektrischen Leiter 7 mechanisch verbunden. Hierzu ist der jeweils zweite Bereich 36 eines Kontaktelements 31 mit dem elektrischen Leiter 7 verschweißt. Der auf dem Trägerelement 2 angebrachte Sensor 8 ist eingerichtet und konfiguriert, aus der Stärke des magnetischen Felds, das bei Stromfluss den elektrischen Leiter 7 umgibt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das ein Maß für die Stärke des im Leiter 7 fließenden elektrischen Stroms ist. Der Sensor 8 kann insbesondere ein Hall-Sensor oder ein magneto-resistiver Stromsensor sein. Fig. 8 shows a perspective view of a second device 12 for Measuring the strength of an electric current using a magnetic field-based measuring method. The device comprises an assembly 10 as shown in Fig. 7 and an electrical conductor 7. The electrical conductor 7 consists of a metallic material in the form of a strip. The electrical conductor 7 has a hole 73 at each of its two ends, by means of which the electrical conductor 7 can be connected to an external circuit (not shown). The assembly 10 is positioned on the conductor 7 such that the top side 21 of the carrier element 2 faces away from the electrical conductor 7. The assembly 10 is mechanically connected to the electrical conductor 7 via the two 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 the electrical conductor 7. The sensor 8 mounted on the carrier element 2 is set up and configured to generate an electrical signal from the strength of the magnetic field that surrounds the electrical conductor 7 when current flows, which is a measure of the strength of the electrical current flowing in the conductor 7. The sensor 8 can in particular be a Hall sensor or a magneto-resistive current sensor.
Fig. 9 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 11 gemäß Fig. 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 2 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 über die Kontaktelemente 31 , 32 durch eine oder mehrere Schweißverbindungen verbunden. Dadurch wird eine Vorrichtung 11 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms gebildet. Fig. 9 shows a schematic sequence of a method for producing a device 11 according to Figs. 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 2 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 soldering of the electronic components 6 to the circuit board 2 can take place 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 via the contact elements 31, 32 by one or more welded connections. This forms a device 11 for measuring the strength of an electric current.
Fig. 10 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung 12 gemäß Fig. 7 und 8. In Schritt a) wird ein Trägerelement 2 in Form einer Leiterplatte bereitgestellt, die mit einem Sensor 8 und optional mit elektronischen Bauteilen 6 zur Messung eines elektrischen Signals bestückt ist. In Schritt b) werden Kontaktelemente 31 bereitgestellt. Diese werden in Schritt c) durch einen Lötvorgang so mit der Leiterplatte 2 verbunden, dass die Kontaktelemente 31 an ihrer Unterseite 34 in ihrem jeweiligen ersten Bereich 35 mit der Oberseite 21 der Leiterplatte verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Baugruppe 10 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 10 wird auf einem elektrischen Leiter 7 positioniert. In Verfahrensschritt d) wird die Baugruppe 10 mit dem elektrischen Leiter 7 über die Kontaktelemente 31 durch eine oder mehrere Schweißverbindungen verbunden. Dadurch wird eine Vorrichtung 12 zur Messung der Stärke eines elektrischen Stroms gebildet. Fig. 10 shows a schematic sequence of a method for producing a device 12 according to Figs. 7 and 8. In step a), a carrier element 2 in the form of a circuit board is provided, which is equipped with a sensor 8 and optionally with electronic components 6 for measuring an electrical signal. In step b), contact elements 31 are provided. In step c), these are connected to the circuit board 2 by a soldering process such that the contact elements 31 are connected on their underside 34 in their respective first region 35 to the top side 21 of the circuit board. In this way, an assembly 10 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 10 is positioned on an electrical conductor 7. In process step d), the assembly 10 is connected to the electrical conductor 7 via the contact elements 31 by one or more welded connections. This forms a device 12 for measuring the strength of an electric current.
Bezugszeichenliste list of reference symbols
Baugruppe assembly
Baugruppe assembly
Vorrichtung device
Vorrichtung device
Trägerelement support element
Oberseite des Trägerelements top of the support element
Unterseite des Trägerelementsunderside of the support element
Aussparung recess
Kontaktelement erstes Kontaktelement zweites Kontaktelement contact element first contact element second contact element
Oberseite eines Kontaktelementstop of a contact element
Unterseite eines Kontaktelements erster Bereich zweiter Bereich Bottom of a contact element first area second area
Abschnitt Section
Aussparung recess
Widerstandsanordnungresistor arrangement
Anschlusselement connecting element
Widerstandselement resistance element
Bohrung drilling
Schweißverbindung welded joint
Bauteil elektrischer Leiter component electrical conductor
Bohrung drilling
Sensor sensor
Claims
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