Dickschichtwiderstände für leistungsstarke Anwendungen in der E-Mobilität

Für E-Mobilitätsanwendungen werden innovative Produkte gemäß spezifischen Kundenanforderungen entwickelt. Dabei ist ein sicherer Betriebszustand der elektrischen Fahrzeuge ein zentraler Fokus. Spezielle Dickschichtwiderstände zum Beispiel sorgen für die schnelle und sichere Entladung des DC-Zwischenkreises an DC-AC Wechselrichtern im elektrischen Antriebsstrang. Wir gehen in diesem Beitrag auf folgende Fragen ein:

 

  • Was genau ist ein Dickschichtwiderstand?
  • Wo wird er eingesetzt?
  • Wie wird er hergestellt?
  • Was sind die Vorteile?
  • Wie funktioniert der Produktionsprozess?
  • Worauf muss man beim Kauf achten?

 

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Was ist ein Dickschichtwiderstand?

Widerstände werden je nach Herstellungsprozess und nach den verwendeten Materialien klassifiziert. Die Technologie der Dickschicht ermöglicht sehr niedrige bis zu sehr hohe Widerstandswerte.

Der Dickschichtwiderstand ist mit circa 10 um Dicke tausend Mal dicker als der Dünnschichtwiderstand. Seine Widerstandwerte betragen zwischen 0,05 Ω und 100 GΩ. Dies ist von der Geometrie des Widerstandes abhängig. Die maximale Betriebstemperatur liegt zwischen +150°C und +275°C, und der Spannungsbereich beträgt bis zu 200 KV. Bei Serienschaltung kann dies sogar höher sein.

Entwicklungsteams in der Branche arbeiten an immer kleineren und immer leistungsfähigeren Widerständen. Dickschichtwiderstände sind eine kosteneffiziente Lösung für Energieüberträger in der E-Mobilität.

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Sabine Kamper-Rottensteiner - Solution Team Industrie
Sabine Kamper-Rottensteiner

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Wo werden Dickschichtwiderstände eingesetzt?

Sie lassen sich einfach in einen Bauraum integrieren, der meist begrenzt ist. Mittels zusätzlicher Temperatursensoren sorgen sie für einen kontrollierten und sicheren Abbau elektrischer Energie im Zwischenkreis.

 

Dickschichtwiderstände werden in vielen Branchen eingesetzt. Dazu zählen:

 

  • E-Mobilität
  • Hochgeschwindigkeitszüge
  • Luft- und Raumfahrt
  • Medizintechnik
  • Energieübertragung und -verteilung (HGÜ / Smart Grid)
  • Stromerzeugung / erneuerbare Energiequellen
  • Energiespeicherung (Batterie-Management-Systeme)
  • Ladeinfrastruktur
  • Industrielle Maschinen und Steuerungen

 

In der E-Mobilität findet man sie, unter anderen, in den folgenden Anwendungen:

 

  • Inverter (Wechselrichter)
  • Batterie-Management-System (Power Distribution Unit - Stromverteilung)
  • DC/AC-Converter (Wandler)
  • im Bereich der Ladeinfrastruktur
  • Onboard-Charger (Ladegerät)

 

Bei der Auswahl eines Dickschichtwiderstandes stimmt man das Design und die genauen Parameter auf die Applikation und Anforderungen des Kunden individuell ab. So ist es möglich, den Bauraum perfekt zu nutzen und optimierte Komponenten mit höchster Leistungsdichte einzusetzen.

Wie werden Dickschichtwiderstände hergestellt?

Dickschichtwiderstände werden aus einer Schicht Metalloxidpaste hergestellt. Durch die spezielle Zusammensetzung und Verarbeitung der Dickschichtpaste erreicht man für viele Anwendungen die optimale Komposition.

Die Dickschichtpaste wird im Siebdruckverfahren auf ein hochwertiges Keramiksubstrat aufgebracht. Diese spezielle Art von Keramiksubstrat bietet hervorragende Wärmeableitung und ermöglicht somit eine hohe Leistungsdichte.

 

Die Herstellung erfolgt in mehreren Schritten:

 

1. Die Rohstoffe, wie die Dickschichtpaste und die keramischen Substrate, die als Trägermaterial dienen, werden vorbereitet. Sie werden gereinigt und bearbeitet, da sie frei von Verunreinigungen und Beschädigungen sein müssen. Die zu verwendende Widerstandspaste wird gemäß Zielwerten gewählt und für die Anwendung vorbereitet.

2. Die Widerstandsschicht, die individuelle Form und Abmessungen haben kann, wird mittels Siebdruckverfahren aufgebracht. Layout, Druckdicke und Widerstandspaste geben dabei maßgeblich den Ohmwert vor. Temperaturkoeffizient und andere technische Parameter werden im Wesentlichen von der verwendeten Dickschichtpaste und den Prozessparametern beeinflusst.

3. Im nächsten Schritt wird die Widerstandsschicht getrocknet und eingebrannt, um sie mit der Keramik zu versintern. Eine glashältige Schutzschicht wird noch über die Widerstandsschicht gedruckt und ebenfalls gesintert.

4. Der anschließende Stabilisierungsprozess fixiert die endgültigen Parameter bzw. vollendet den grundsätzlichen Herstellungsprozess.

5. In der Prüf- und Testphase wird sichergestellt, dass die Dickschichtwiderstände den gewünschten Qualitätsanforderungen entsprechen.

 

Der Herstellungsprozess erfordert Präzision und Zeit, um die Qualität des endgültigen Produktes zu gewährleisten. Für unsere höchsten Qualitätsansprüche maßgeblich verantwortlich sind dabei stabile Fertigungsparameter!

Was sind Eigenschaften und Vorteile von Dickschichtwiderständen?

1. Leistungsfähigkeit

Dickschichtwiderstände sind besonders leistungsfähig und werden daher in vielen elektrischen und elektronischen Systemen verwendet. Durch die hohe Leistung sind sie auch wichtige Komponenten von Elektrofahrzeugen.

2. Fail-Safe Design

Dickschichtwiderstände können so entwickelt werden, dass sie die Eigenschaft haben, den Stromkreis im Fehlerfall zu unterbrechen. Somit wird das System vor gröberen Schäden bewahrt. Ein Beispiel dafür ist die Sicherheitskomponente für den Antriebsstrang.

3. Temperaturbeständigkeit

Ein weiterer Vorteil ist die hohe Temperaturbeständigkeit. Dies ist in der E-Mobilität sehr wichtig, da die Widerstände bei viel Wärme, die erzeugt wird, ihre Leistungsfähigkeit beibehalten.

4. Lange Lebensdauer

Außerdem sind sie sehr zuverlässig und haben eine lange Lebensdauer.

5. Geringer Platzbedarf

Neueste Dickschichttechnologie bietet eine Kombination aus hoher elektrischer Belastbarkeit und einem geringen Platzbedarf. In der E-Mobilität tragen sie dazu bei, elektrische Ströme effektiv zu leiten, zu verteilen und zu regulieren.

6. Hohe Leistungsdichte

Aufgrund ihres strukturellen Aufbaus erreichen sie höchste Leistungsdichte. Ein Großteil der Verlustleistung kann durch sehr gute thermische Anbindung an ein definiertes Kühlsystem abgegeben werden.

7. Individuell anpassbar

Dickschichtwiderstände können an verschiedene Kundenanforderungen angepasst werden.

8. Vielzahl an Ausführungen

Durch unterschiedlichste Möglichkeiten von Anschlüssen, wie Draht, Fast-On, Solder-Pin Anschlüsse, und Kabel oder Schraubkontakte gibt es nahezu grenzenlose Ausführungen.

Worauf soll man beim Kauf von Dickschichtwiderständen achten?

Folgende Faktoren sollte man berücksichtigen:

 

  • Bevor Sie Ihren Dickschichtwiderstand bestimmen, sollten Sie den benötigten Widerstandswert für ihr System kennen.
  • Prüfen Sie den benötigten Toleranzwert. Damit können unnötige Kosten vermieden werden.
  • Achten Sie auf das Leistungsvermögen, um Überhitzung zu verhindern.
  • Gepulste Anwendungen stellen oft besondere Anforderungen an Dickschichtwiderstände. Setzen Sie sich in diesem Fall mit dem Hersteller in Verbindung.
  • Beachten Sie die Detailparameter, wie, unter anderen, Temperaturkoeffizient, Spannungskoeffizient und Teilentladung.
  • Entscheiden Sie sich für Dickschichtwiderstände, bei denen Sie sicher sind, dass die Verarbeitungsqualität Ihren Anforderungen entspricht. Sie sollten zudem mit den Komponenten Ihres eigenen Systems zusammenpassen.
  • Achten sie drauf, dass Sie Ihre Widerstände von zertifizierten Unternehmen beziehen (IATF 16949).

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Höhere Leistungsdichte in der E-Mobilität durch den Einsatz von Dickschichtwiderständen

Die EBG Elektronische Bauelemente GmbH  ist Teil der Miba Gruppe und ein führender internationaler Hersteller von kundenspezifischen Dickschichtwiderständen für High Performance Anwendungen. Mit uns profitieren Sie von einem zertifizierten verlässlichen Partner, der mit fundiertem Wissen auf Ihre spezifischen Leistungsanforderungen reagieren kann.

Wir tragen seit über 50 Jahren dazu bei, dass Energie sicher und effizient umgewandelt und übertragen wird. Mit starker Innovationskraft arbeiten unsere Entwicklerteams an immer kleineren und immer leistungsfähigeren Widerständen für unsere Kunden. – Ganz nach dem Motto: „Technologies for a Cleaner Planet.“

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