DE19520869A1

DE19520869A1 - PTC resistor

Info

Publication number: DE19520869A1
Application number: DE1995120869
Authority: DE
Inventors: Gerd Maidorn; Ralf Dr Struempler
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-12-12
Also published as: EP0747910A3; EP0747910A2; JPH097802A; CN1140318A

Description

Technical field

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem PTC-Widerstand nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Widerstände auf der Basis einer Polymer-Matrix und eines in die Polymer-Matrix eingebetteten pulverförmigen Füllstoffs aus elektrisch leit fähigem Material mit PTC-Verhalten werden als strombegrenzende Elemente in der Energietechnik verwendet und dienen der Begrenzung eines in einem Stromkreis auftretenden Kurzschluß- oder Überstroms. Hierbei wird der PTC-Widerstand durch den Kurzschluß- oder Überstrom auf eine kritische Temperatur aufgeheizt, bei der das die Füllstoffteilchen einbettende Polymer des PTC-Widerstands etwa durch Aufschmelzen seine Phase ändert und dann von den Füllstoffteilchen gebildete, stromführenden Perkolationspfade des PTC-Widerstands unterbricht.The invention is based on a PTC resistor according to the preamble of claim 1. Resistors on the Basis of a polymer matrix and one in the polymer matrix embedded powdered filler made of electrically conductive capable material with PTC behavior are called current limiting Elements used in energy technology and serve the Limitation of a short-circuit occurring in a circuit or overcurrent. Here, the PTC resistance by the Short-circuit or overcurrent to a critical temperature heated, in which the embedding the filler particles Polymer of the PTC resistor, for example, by melting its phase changes and then formed by the filler particles, current-carrying percolation paths of the PTC resistor interrupts.

State of the art

Ein PTC-Widerstand auf der Basis einer Polymer-Matrix und eines in die Polymer-Matrix eingebetteten, pulverförmigen Füllstoffs aus elektrisch leitfähigem Material ist in WO-A-91 19 297 beschrieben. Die Matrix dieses Widerstands ist von einem thermoplastischen Polymer, wie insbesondere Polyäthylen gebildet. Als Füllstoff werden Ruß mit Teilchengrößen bis 0,1 µm, Metalle, wie Nickel, Wolfram, Messing oder Aluminium, Boride, wie TiB₂, Nitride, wie ZrN, Oxide, wie TiO, oder Carbide, wie TaC, mit Teilchengrößen bis 100 µm eingesetzt. Bedingt durch die Materialzusammensetzung und durch geeignete Herstellverfahren weist der bekannte PTC-Widerstand im kaltleitenden Zustand einen spezifischen Widerstand zwischen 30 und 50 mΩ·cm auf und kann dann mit relativ hohen Nennströmen belastet werden.A PTC resistor based on a polymer matrix and one powdered filler embedded in the polymer matrix is made of electrically conductive material in WO-A-91 19 297 described. The matrix of this resistance is one thermoplastic polymer, such as in particular polyethylene educated. Carbon black with particle sizes of up to 0.1 µm, Metals such as nickel, tungsten, brass or aluminum, Borides, such as TiB₂, nitrides, such as ZrN, oxides, such as TiO, or Carbides such as TaC are used with particle sizes up to 100 µm. Due to the material composition and suitable The known PTC resistor in the manufacturing process cold conducting state has a specific resistance between 30 and 50 mΩ · cm and can then with relatively high nominal currents be charged.

Für das zur Strombegrenzung in einem Stromkreis der Energietechnik wichtige PTC-Verhalten des Widerstandes ist jedoch nicht allein dessen spezifischer Widerstand im kaltleitenden Zustand wesentlich, sondern sind material spezifische Eigenschaften bedeutsam, die beim Anstieg des durch den Widerstand geführten Stroms über einen Grenzwert hinaus eine rasche Begrenzung dieses Stromes bewirken, ohne daß der Widerstand unzulässig hoch erwärmt wird. Dies kann insbesondere dann, wenn der Schaltvorgang im PTC-Widerstand inhomogen erfolgt, dazu führen, daß der PTC-Widerstand - etwa in der Mitte zwischen den Kontaktanschlüssen - lokal überhitzte Bereiche, sogenannter "hot spots", bildet. In den überhitzten Bereichen schaltet der PTC-Widerstand früher in den hochohmigen Zustand als an nicht erhitzten Stellen. Es fällt dann die gesamte am PTC-Widerstand anliegende Spannung über eine relativ kleine Distanz am Ort des höchsten Widerstands ab. Die damit verbundene hohe elektrische Feldstärke kann dann zu Durch schlägen und zur Beschädigung des PTC-Widerstands führen.For that to limit the current in a circuit Power engineering is important PTC behavior of the resistor but not only its specific resistance in the cold-conducting condition essential, but are material specific properties significant when increasing by the resistance of the conducted current beyond a limit cause a rapid limitation of this current without the Resistance is heated to an impermissibly high level. In particular, this can when the switching process in the PTC resistor is inhomogeneous takes place, cause the PTC resistor - approximately in the Middle between the contact connections - locally overheated Areas, so-called "hot spots", forms. In the overheated The PTC resistor switches to the high-resistance areas earlier Condition as in unheated areas. Then it falls total voltage across the PTC resistor over a relative small distance at the place of highest resistance. The one with it connected high electric field strength can then lead to impact and damage the PTC resistor.

Brief description of the invention

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen PTC-Widerstand der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine besonders rasche Begrenzung eines in einem Schaltkreis fließenden Kurzschluß- oder Überstroms ermöglicht. The invention as set out in claim 1 lies based on the task of a PTC resistor at the beginning to create the type mentioned, which is particularly rapid Limitation of a short circuit flowing in a circuit or overcurrent.

Der PTC-Widerstand nach der Erfindung zeichnet dadurch aus, daß er äußerst schnell auf einen Kurzschluß- oder Überstrom anspricht und so schon zu einem frühen Zeitpunkt diesen Strom begrenzen kann. Der PTC-Widerstand nach der Erfindung nimmt relativ wenig Energie auf und bleibt weitgehend von unzulässig hohen thermischen und elektrischen Belastungen verschont. Überhitzte lokale Bereiche werden daher im allgemeinen vermieden. Diese günstigen Eigenschaften ergeben sich aus dem geeignet ausgewählten und bemessenen Füllstoff.The PTC resistor according to the invention is characterized by that he is extremely quick to a short circuit or overcurrent responds to this current at an early stage can limit. The PTC resistor according to the invention takes relatively little energy and remains largely inadmissible spared high thermal and electrical loads. Overheated local areas are therefore common avoided. These favorable properties result from the suitably selected and dimensioned filler.

Durch einen Kurzschluß- oder Überstrom I(t) wird der PTC-Widerstand auf seine kritische Temperatur T_c erhitzt, bei der der PTC-Übergang stattfindet und der Strom begrenzt wird. Die für ein homogenes Material erforderliche Zeit δt zur Begrenzung des Kurzschluß- oder Überstroms hängt vom spezifischen Widerstand r, der spezifischen Dichte d_mass und der spezifischen Wärme c_p des Materials des PTC-Widerstands sowie seinem Querschnitt A und seiner Länge l zwischen seinen Anschlußelektroden ab. Es gilt folgende Ungleichung:A short-circuit or overcurrent I (t) heats the PTC resistor to its critical temperature T _c , at which the PTC transition takes place and the current is limited. The time δt required for a homogeneous material to limit the short-circuit or overcurrent depends on the specific resistance r, the specific density d _mass and the specific heat c _{p of} the material of the PTC resistor as well as its cross section A and its length l between its connecting electrodes . The following inequality applies:

r·(l/A)·I(t)²·δt A·l·c_p·d_mass·δT,r · (l / A) · I (t) ² · δt A · l · c _p · d _mass · δT,

mit δT=T_c-T, wobei T die Umgebungstemperatur ist.with δT = T _c -T, where T is the ambient temperature.

Dies bedeutet, daß die in in der Ansprechperiode δt im PTC-Widerstand umgesetzte Energie zumindest so groß sein muß wie diejenige Energie, die notwendig ist, um das Material des Widerstands von der Umgebungstemperatur T auf die Übergangs temperatur T_c aufzuheizen.This means that the energy converted in the response period δt in the PTC resistor must be at least as large as that energy which is necessary to heat the material of the resistor from the ambient temperature T to the transition temperature T _c .

Im PTC-Widerstand wird jedoch die vom Kurzschluß- oder Überstrom zugeführte Energie nicht homogen umgesetzt. Der Widerstand weist von den leitfähigen Teilchen gebildete perkolierende Strompfade auf. Der größte elektrische Widerstand und damit auch die größte Umsetzung von elektrischer in thermische Energie findet am elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Füllstoffteilchen statt. Die an den Kontaktstellen erzeugte thermische Energie erhitzt das die Füllstoffteilchen einbettende Polymer. Sind die Füllstoffteil chen relativ groß, beispielsweise größer 100 µm, so bilden sich zwischen den einzelnen Teilchen relativ große mit Polymer gefüllte Lücken. Sind hingegen die Füllstoffteilchen relativ klein, so bilden sich zwischen den einzelnen Teilchen lediglich relativ kleine mit Polymer gefüllte Lücken. Die an den Kontaktstellen umgesetzte Energie kann das in den kleinen Lücken befindliche Polymer sehr viel schneller erwärmen als das in den Größen Lücken vorgesehenen Polymer. Die zur Durchfüh rung des PTC-Übergangs benötigte Temperatur T_c wird daher bei kleineren Füllstoffteilchen rascher erreicht. Jedoch darf der überwiegende Teil der Füllstoffteilchen nicht kleiner 10 µm sein, da sonst der spezifische Widerstand zu groß wird.However, the energy supplied by the short-circuit or overcurrent is not converted homogeneously in the PTC resistor. The resistor has percolating current paths formed by the conductive particles. The greatest electrical resistance and thus the greatest conversion from electrical to thermal energy takes place at the electrical contact between the individual filler particles. The thermal energy generated at the contact points heats the polymer embedding the filler particles. If the filler particles are relatively large, for example larger than 100 μm, relatively large gaps filled with polymer are formed between the individual particles. If, on the other hand, the filler particles are relatively small, only relatively small gaps filled with polymer form between the individual particles. The energy converted at the contact points can heat the polymer located in the small gaps much faster than the polymer provided in the large gaps. The temperature T _c required to carry out the PTC transition is therefore achieved more quickly with smaller filler particles. However, the majority of the filler particles must not be less than 10 µm, since otherwise the resistivity will be too great.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:Preferred embodiments of the invention and the so achievable further advantages are described below with the aid of Drawings explained in more detail. Here shows:

Fig. 1 Kennlinien von drei PTC-Widerständen, bei denen jeweils die Größe eines in einem Schaltkreis durch Entladung einer auf 200 V aufgeladenen Kondensatorbank erzeugten, durch die PTC-Widerstände fließenden und durch die PTC-Widerstände unterschiedlich begrenzten Kurzschlußstroms I [A] in Abhängigkeit von der Zeit t [ms] dargestellt ist, Fig. 1 characteristics of three PTC resistors, in each of which the size of a short circuit current I [A] generated in a circuit by discharging a capacitor bank charged to 200 V, flowing through the PTC resistors and differently limited by the PTC resistors is represented by the time t [ms],

Fig. 2 Kennlinien von fünf weiteren PTC-Widerständen, bei denen entsprechend den Kennlinien gemäß Fig. 1 die Größe des Stroms I [A] in Abhängigkeit von der Zeit t [ms] dargestellt ist, die Kondensatorbank des Schaltkreises jedoch auf 400 V aufgeladen war, Fig. 2 characteristics of five other PTC-resistors, which in accordance with characteristics shown in FIG. 1, the size of the current I [A] as a function of time t [ms] is shown, the capacitor bank, however, was charged the circuit at 400 V ,

Fig. 3 weitere Kennlinien der in Fig. 2 genannten fünf PTC- Widerstände, bei denen die Energieaufnahme W [J] der vom Strom I(t) durchflossenen PTC-Widerstände in Abhängigkeit von der Zeit t [ms] dargestellt ist, und Fig. 3 further characteristics referred to in Fig. 2 has five PTC resistors, in which the energy consumption W [J] is illustrated of the current I (t) through which PTC-resistors as a function of time t [ms], and

Fig. 4 Kennlinien von zwei weiteren PTC-Widerständen und einem der fünf in Fig. 2 genannten PTC-Widerstände, bei denen entsprechend den Kennlinien gemäß Fig. 2 die Größe des Stroms I(t) in Abhängigkeit von der Zeit t [ms] dargestellt ist. Fig. 4 curves further from two PTC resistors and one of said five in Fig. 2 PTC-resistors, which in accordance with characteristics shown in FIG. 2 of the current I (t) is shown the size in dependence on the time t [ms] is.

WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

Es wurden nach einem bei der Herstellung von PTC-Widerständen üblichen Verfahren ein thermoplastisches PTC-Polymer, wie insbesondere Polyäthylen, mit elektrisch leitfähigem Füllstoffpulver vermischt und aus der resultierenden Mischung bei erhöhter Temperatur und bei erhöhtem Druck quaderförmige Widerstandskörper mit zueinander durch Läppen oder Polieren geglätteten Stirnflächen gepreßt. Auf die Stirnflächen wurden Kontaktanschlüsse gelötet. Die Länge l der Widerstände lag im Zentimeterbereich, die Querschnittsfläche A lag im Quadrat zentimeterbereich. Typische Werte für l bzw. A waren ca. 0,5 bis ca. 2 cm bzw. 0,3 cm².It was used in the manufacture of PTC resistors usual method a thermoplastic PTC polymer, such as especially polyethylene, with electrically conductive Filler powder mixed and from the resulting mixture cuboid at elevated temperature and pressure Resistance bodies with each other by lapping or polishing smoothed end faces pressed. On the end faces were Contact connections soldered. The length l of the resistors was in Centimeter range, the cross-sectional area A was square centimeter range. Typical values for l and A were approx. 0.5 up to approx. 2 cm or 0.3 cm².

Als Ausgangsmaterial für das Polymer wurde Polyäthylen verwendet. Anstelle von Polyäthylen kann aber je nach Anwendungsfall auch ein Epoxid oder irgendein anderes thermo- oder duroplastisches Polymer eingesetzt werden. Als Füllstoff wurde pulverförmiges TiB₂ mit unterschiedlichen Teilchengrößen verwendet, insbesondere mit mittleren Teilchengrößen zwischen 100 und 200 µm, zwischen 71 und 90 µm, zwischen 63 und 71 µm, zwischen 50 und 63 µm, zwischen 32 und 50 µm, zwischen 32 und 45 µm, zwischen 10 und 30 µm, zwischen 1 und 5 µm und mit mittleren Teilchengrößen kleiner 45 µm, von welchen Teilchen 10 Gewichtsprozent kleiner 4 µm, 20 Gewichtsprozent kleiner 8 µm, 50 Gewichtsprozent kleiner 15 µm und 90 Gewichtsprozent kleiner 20 µm waren. Anstelle von TiB₂ kann der Füllstoff auch ein anderes leitfähiges Borid, wie etwa ZrB₂, ein leitfähiges Carbid, wie etwa TiC oder SiC, ein leitfähiges Nitrid, wie etwa ZrN, ein leitfähiges Oxid, wie RuO₂ oder VO, oder ein leitfähiges Silicid, wie etwa MoSi₂ oder WSi₂, und/oder ein Metall oder eine dieses Metall enthaltende Legierung, etwa auf der Basis von Nickel, Silber, Wolfram, Kobalt, Kupfer, Aluminium, Zink, Zinn oder Molybdän, sein.Polyethylene was used as the starting material for the polymer used. Instead of polyethylene, however, depending on An epoxy or some other thermo- or thermosetting polymer can be used. As a filler was powdered TiB₂ with different particle sizes used, especially with medium particle sizes between 100 and 200 µm, between 71 and 90 µm, between 63 and 71 µm, between 50 and 63 µm, between 32 and 50 µm, between 32 and 45 µm, between 10 and 30 µm, between 1 and 5 µm and with average particle sizes smaller than 45 µm, of which Particles 10 percent by weight less than 4 microns, 20 percent by weight less than 8 µm, 50% by weight less than 15 µm and 90 Weight percent were less than 20 microns. Instead of TiB₂ the Filler also another conductive boride, such as ZrB₂, a conductive carbide, such as TiC or SiC, a conductive Nitride, such as ZrN, a conductive oxide, such as RuO₂ or VO, or a conductive silicide, such as MoSi₂ or WSi₂, and / or a metal or one containing this metal Alloy, for example based on nickel, silver, tungsten, Cobalt, copper, aluminum, zinc, tin or molybdenum.

Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, waren die einzelnen PTC-Widerstände derart ausgebildet, daß sie bei gleicher chemischer Zusammensetzung von Polymer und Füllstoff gleichen Querschnitt A aufwiesen und sich voneinander durch die Länge l und vor allem durch die Größe des pulverförmigen Füllstoffs voneinander unterschieden.To get comparable results, the individual PTC resistors designed such that they are the same Chemical composition of polymer and filler are the same Cross section A and differ from each other by the length l and especially by the size of the powdered filler distinguished from each other.

Es wurden PTC-Widerstandsproben A bis N mit den nachfolgend tabellarisch angegebenen mittleren Füllstoffteilchengrößen und Füllstoffmengen sowie geometrischen Abmessungen hergestellt.PTC resistance samples A to N were carried out with the following average filler particle sizes and Filler quantities and geometric dimensions produced.

Unterschiede in den Füllstoffgehalten bei den Proben A-D bewirken nur eine vernachlässigbar geringe Änderung der spezifischen Wärme und hatten daher bei den nachfolgend beschriebenen Vergleichsversuchen keinen wesentlichen Einfluß auf das Ansprechverhalten der PTC-Widerstände. Bei den Proben E-N wurden gleiche Füllstoffgehalte gewählt.Differences in the filler contents in samples A-D cause only a negligible change in the specific heat and therefore had the following comparative experiments described have no significant influence on the response behavior of the PTC resistors. At the rehearsals E-N the same filler contents were chosen.

Von diese Widerständen wurden bei Raumtemperatur der Kaltwiderstand R [mΩ], der spezifische Widerstand r [mΩ·cm] und mit Hilfe von Kurzschlußstromversuchen der maximal in der Widerstandsprobe auftretende Kurzschlußstrom I_max [A] und die beim Wirken des Kurzschlußstromes vom Widerstand aufgenommene Energie [Joule] ermittelt.The cold resistance R [mΩ], the specific resistance r [mΩ · cm] and, with the help of short-circuit current tests, the maximum short-circuit current I _max [A] occurring in the resistance test and the energy absorbed by the resistor when the short-circuit current was effective were obtained from these resistors [ Joule] determined.

Bei den Kurzschlußstromversuchen wurde jede der zu untersuchenden Widerstandsproben A-N in einen Schaltkreis eingebaut, in dem als Kurzschlußstromquelle eine bei den Proben A-D auf 200 V und bei den Proben E-N auf 400 V aufgeladene Kondensatorbank mit einer Kapazität von 7,5 mF zur Verfügung stand. Die Induktivität des Schaltkreises betrug 4,5 µH, was nach Kurzschließen des Kreises mit einem Ignitron zu einer Schwingkreisfrequenz von ca. 800 Hz führte. Die Wider standsproben A-N waren jeweils durch parallelgeschaltete Varistoren vor Überspannungen geschützt. Gegen Außenüberschläge waren die Proben E, F, H, J und L-N jeweils durch Tauchen in Transformatoröl und die Proben G und K jeweils durch Aufbringen eines Silikonüberzugs geschützt.In the short-circuit current tests, each of the examining resistance samples A-N in a circuit installed, in which one as the short-circuit current source Samples A-D to 200 V and samples E-N to 400 V charged capacitor bank with a capacity of 7.5 mF Was available. The inductance of the circuit was 4.5 µH, what after short circuiting the circuit with an ignitron too a resonant circuit frequency of about 800 Hz. The cons Level samples A-N were each connected in parallel Varistors protected against overvoltages. Against rollovers Samples E, F, H, J and L-N were each through Dip into transformer oil and samples G and K, respectively Application of a silicone coating protected.

Die Ergebnisse der Kurzschlußstromversuche sind in den Figuren und zusammen mit den Widerstandsmessungen in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.The results of the short circuit current tests are in the figures and along with the resistance measurements in the following Compiled table.

Der Strom I_max ist der höchste gemessene Strom, der beim Kurzschlußstromversuch durch den jeweiligen Probewiderstand geflossen ist. Je höher sein Wert, um so später hat der PTC- Übergang und damit die Strombegrenzung eingesetzt. Energie in Joule bedeutet diejenige Energie, die im Zeitraum zwischen dem Auftreten des Kurzschlußstroms (t_A = 0) bis zu seinem Verschwinden (je nach Probewiderstand t_E = 0,4-2 ms) vom jeweiligen Probewiderstand überwiegend in Form von Wärme aufgenommen worden ist.The current I _max is the highest measured current that has flowed through the respective test resistance during the short-circuit current test. The higher its value, the later the PTC transition and thus the current limitation started. Energy in joules means the energy that has been absorbed by the respective test resistor in the form of heat in the period between the occurrence of the short-circuit current (t _A = 0) and its disappearance (depending on the test resistance t _E = 0.4-2 ms) .

[Energieaufnahme = ∫ U (t) · I (t) dt][Energy consumption = ∫ U (t) · I (t) dt]

Die Energieaufnahme ist ein Mass für das Schaltverhalten der PTC-Widerstände. Das Schaltvermögen der PTC-Widerstände ist umso besser je geringer bei vergleichbaren Bedingungen die Energieaufnahme ist.The energy consumption is a measure of the switching behavior of the PTC resistors. The switching capacity of the PTC resistors is the better the lower under comparable conditions the Is energy intake.

Aus den Messergebnissen ist ersichtlich, daß bei einem PTC- Widerstand mit vergleichsweise großen Füllstoffteilchen (Probe A mit Teilchengrößen zwischen 100 und 200 µm) der Kurzschlußstrom verhältnismäßig spät begrenzt wird und der Kurzschlußstrom zugleich einen ziemlich hohen Wert (I_max=1350 [A]) erreicht. Auch die hierbei vom Widerstand aufgenommene Energie ist mit 107 [J] verhältnismäßig groß. The measurement results show that with a PTC resistor with comparatively large filler particles (sample A with particle sizes between 100 and 200 µm) the short-circuit current is limited relatively late and the short-circuit current is at the same time a fairly high value (I _max = 1350 [A]) reached. The energy absorbed by the resistance is also relatively large at 107 [J].

Bei PTC-Widerständen mit kleineren Füllstoffteilchen (Proben B bzw. C mit Teilchengrößen zwischen 63 und 71 µm bzw. 32 und 45 µm) wird der Kurzschlußstrom zum Teil schon erheblich früher begrenzt (bei Probe C ca. 50 µs, d. h. ca. 25% eher als bei Probe A). Zudem erreicht der Kurzschlußstrom nicht mehr so hohe Werte wie bei Probe A (bei Probe C mit 1200 A lediglich noch ca. 90% des Wertes von Probe A). Darüber hinaus ist auch die von den Widerständen bei der Strombegrenzung aufgenommene Energie geringer. Bei der Probe B ist diese Energie ca. 15% und bei der Probe C ca. 45% kleiner als bei Probe A. Die hieraus zu erkennende Tendenz, daß sich mit abnehmender Größe der Füll stoffteilchen das Strombegrenzungsvermögen und das Schalt verhalten der PTC-Widerstände zunehmend verbessern, ist weder den kleinen Unterschieden im spezifischen Widerstand noch im Kaltwiderstand der einzelnen Proben zuzuschreiben, sondern ausschließlich der geeigneten Wahl der Füllstoffteilchen.For PTC resistors with smaller filler particles (samples B or C with particle sizes between 63 and 71 µm or 32 and 45 µm) the short-circuit current is sometimes considerably earlier limited (approx. 50 µs for sample C, i.e. approx. 25% earlier than for Sample A). In addition, the short-circuit current no longer reaches this high values as for sample A (only for sample C with 1200 A about 90% of the value of sample A). Beyond that too the one absorbed by the resistors in the current limitation Energy less. In sample B, this energy is approx. 15% and for sample C approx. 45% smaller than for sample A. recognizing tendency that with decreasing size the filling the current limiting capacity and the switching behavior of the PTC resistors increasingly improve, is neither the small differences in the specific resistance Cold resistance attributed to the individual samples, but only the appropriate choice of filler particles.

Dieses Verhalten ist besonders deutlich aus den Messungen an den Proben E-N zu ersehen (Fig. 2-4 und Tabelle), bei denen im Unterschied zu den Messungen an den Proben A-D die Ladespannung der Kondensatorbank 400 V betrug und dement sprechend der Prüfstrom stärker anstieg als bei den Messungen an den Proben A-D. Eine äußerst rasche und wirkungsvolle Strombegrenzung bei gleichzeitig guten Kaltleiteigenschaften wurde mit den Proben E bis H erreicht, also mit PTC-Widerstän den, bei denen wie bei den Proben G und H die Füllstoffteilchen 10-30 µm bzw. wie bei den Proben E und F die Füllstoffteil chen überwiegend kleiner 20 oder sogar 15 µm waren.This behavior can be seen particularly clearly from the measurements on the samples EN ( Fig. 2-4 and table), in which, in contrast to the measurements on the samples AD, the charging voltage of the capacitor bank was 400 V and accordingly the test current rose more than in the measurements on the samples AD. An extremely rapid and effective current limitation with good cold conduction properties was achieved with samples E to H, i.e. with PTC resistors in which, as with samples G and H, the filler particles 10-30 µm or as with samples E and F the filler particles were mostly smaller than 20 or even 15 microns.

Gegenüber PTC-Widerständen, welche überwiegend Füllstoffteil chen mit mittleren Durchmessern größer 100 µm enthalten, weisen PTC-Widerstände, bei denen der überwiegende Volumen anteil des Füllstoffs Partikel mit mittleren Durchmessern kleiner ca. 100 µm oder besser kleiner ca. 70 µm aufweisen, ein erheblich verbessertes Schaltverhalten auf. Ein besonders günstiges Schaltverhalten mit kleiner Energieaufnahme, kurzer Ansprechzeit und kleinem Spitzenwert des im Widerstand geführten Stroms I_max wird erreicht, wenn der überwiegende Volumenanteil des Füllstoffs Partikel mit Teilchengrößen kleiner 30 µm oder sogar kleiner 20 µm aufweist.Compared to PTC resistors, which predominantly contain filler particles with average diameters greater than 100 µm, PTC resistors, in which the predominant volume fraction of the filler has particles with average diameters less than about 100 µm or better less than about 70 µm, have a considerable impact improved switching behavior. A particularly favorable switching behavior with low energy consumption, short response time and small peak value of the current I _max conducted in the resistor is achieved if the predominant volume fraction of the filler has particles with particle sizes smaller than 30 µm or even smaller 20 µm.

Jedoch darf die mittlere Größe der im überwiegenden Volumenanteil vorgesehenen Partikel nicht zu klein gewählt werden, da dann unter anderem der spezifische Widerstand und damit auch der Kaltwiderstand eines aus einem solchen Material gefertigten PTC-Widerstands zu stark ansteigt. Dies ist aus Probe D zu erkennen, bei der die Füllstoffpartikel mittlere Teilchengrößen zwischen 1 und 5 µm aufwiesen. Um einen zumindest mit den Proben A bis C annähernd (Abweichung ca. 50-60%) vergleichbaren Kaltwiderstand zu erreichen, mußte bei Probe D mit einem Volumenanteil von ca. 60% praktisch 50% mehr Füllstoff in das Polymer eingemischt werden als bei den anderen Proben. Eine Strombegrenzung durch einen PTC-Übergang konnte mit einem solchen Widerstand nicht erreicht werden. Der in der vorstehenden Tabelle angegebene Begrenzungsstrom I_max ist lediglich durch den hohen Kaltwiderstand von 226 mΩ und nicht durch einen PTC-Übergang bedingt.However, the average size of the particles provided in the predominant volume fraction must not be chosen too small, since then among other things the specific resistance and thus also the cold resistance of a PTC resistor made from such a material increases too much. This can be seen from sample D, in which the filler particles had average particle sizes between 1 and 5 μm. In order to achieve a cold resistance comparable at least to that of samples A to C (deviation approx. 50-60%), practically 50% more filler had to be mixed into the polymer with sample D with a volume fraction of approx. 60% than with the others Rehearse. Current limitation through a PTC junction could not be achieved with such a resistor. The limit current I _max given in the table above is only due to the high cold resistance of 226 mΩ and not due to a PTC transition.

Eine weitere Verbesserung des Ansprechverhaltens des erfindungsgemäßen PTC-Widerstands wird erzielt, wenn die Füllstoffteilchen hohl ausgebildet sind oder eine geringe Masse aufweisen, da dann aufgrund einer relativ geringen spezifischen Wärme eine besonders rasche Erwärmung des Polymers erreicht werden kann.Another improvement in the responsiveness of the PTC resistor according to the invention is achieved when the Filler particles are hollow or have a low mass have, because then due to a relatively low specific Heat achieves particularly rapid heating of the polymer can be.

Claims

1. PTC resistor with an arranged between two contact connections electrical resistance body made of composite material with a polymer matrix and an embedded in the polymer matrix powdery filler made of electrically conductive material, characterized in that the predominant volume fraction of the filler has a fraction of particles whose average diameter is less than 100 µm and greater than 5 µm.

2. PTC resistor according to claim 1, characterized in that the predominant volume fraction of the filler is a Has fraction of particles, the mean Diameter is less than 70 microns.

3. PTC resistor according to claim 2, characterized in that the predominant volume fraction of the filler is a Has fraction of particles, the mean Diameter is less than 30 microns.

4. PTC resistor according to claim 3, characterized in that the predominant volume fraction of the filler is a Has fraction of particles, the mean Diameter is less than 20 microns.

5. PTC resistor according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the predominant volume fraction of the Filler has a fraction of particles whose average diameter is greater than 10 microns.

6. PTC resistor according to one of claims 1-5, characterized characterized in that the filler is electrically conductive Particles in the form of at least one metal boride or carbide, nitrides, oxide and / or silicide and / or one Metal and / or an alloy based on the Metal are provided.

7. PTC resistor according to one of claims 1-6, characterized characterized in that the filler is predominantly hollow Has particles.