CN101335127A - 具有ptc电阻元件的电气部件 - Google Patents

Abstract

说明了一种具有PTC电阻元件的电气部件，其具有一个封闭的外壳(2，3)，且具有至少两个布置于外壳(2，3)中的PTC电阻元件(11，12)。电阻元件(11，12)分别具有扁平形状的基体(15)，以及布置于其主面上的电极(16，17)，电绝缘的包封壳(6)覆盖相应的电阻元件。基体(15)最好具有展平的边缘。

Description

具有PTC电阻元件的电气部件

技术领域

本发明涉及一种电气部件，其包括基于PTC电阻元件的用于给信号线去干扰的保护装置。

背景技术

例如由公开文献DE 10243113A1公开了所述电气部件。

发明内容

本发明的任务在于阐述一种电气部件，其是可靠地防止形成火花以防止高电流负荷与高瞬态电流脉冲以保护信号线的保护装置。

所述电气部件具有一个封闭外壳，且具有至少两个布置于外壳中的电阻元件。这些电阻元件均具有扁平形状的基体，并且具有布置于其主面上的电极。电绝缘的包封壳覆盖相应的电阻元件。

电阻元件最好具有PTC特性。PTC表示正温度系数。

原则上可以仅用一个电阻元件来替代多个电阻元件，或者将两个以上的电阻元件布置于一个封闭的外壳之中。

所述包封壳特别有助于保证所述部件在限流装置之中在出现瞬态脉冲形式的过电压时的功能。当电流脉冲引起基体加热时，电阻元件的电阻会随之增大。通过在规定的防护水平以上触发电阻元件来限制电流。

包封壳防止在电阻元件之间出现飞弧，并因此使得所述部件具有较高的击穿强度。如果出于节省位置空间的原因省去电阻元件之间的隔离装置，则是特别有利的。

在被保护的信号线中可能出现大电流强度的交流电压，这会引起持续负荷，所述部件满足在所述持续负荷方面的规定要求。在故障情况下，可能会使得基体由于热而损坏。电阻元件的损坏在某些情况下可能会产生火花甚至火焰，这可以通过外壳将其截留。由耐火材料、也就是不可燃的材料所制成的封闭外壳防止了周围环境起火的危险。

外壳材料最好具有高的热容。这样尤其在发生故障情况时，阻止热量传递到安装有所述部件的电路板上。

例如，所述部件可以在下列测试条件下保证其功能，尤其是在规定的防护水平以上的限流功能：

a)脉冲2500V，500A，脉冲持续时间2/10μs

b)交流电压600V，3A，持续时间11秒。

在下列测试条件下，尽管预期电阻元件将会毁坏，也保证所述部件的耐火性能：

a)脉冲5000V，500A，脉冲持续时间2/10μs

b)交流电压600V，60A，持续时间5.0秒。

脉冲持续时间2/10μs表示上升时间为2μs，下降时间为10μs。

以下是所述部件的一些优选设计方案，可以将其任意组合。

PTC电阻元件原则上替代熔断器，并且具有成本优势，因为这些电阻元件尽管会在短时间超过防护水平时触发，对电流进行限制，但尽管如此其功能仍然可以保持。只有当超过最大电流强度时，才会使电阻元件毁坏。

在一种优选的变型方案中，每个电话接线端子的信号线分别配有所述部件中的电阻元件。由于电话接线端子是一种往、复线路，也就是有两个信号线，因此配有两个这样的电阻元件。这些电阻元件构成保护装置，以防止电话线上的干扰引起故障，尤其是线路中断的危险。例如雷击会引起干扰。通电源的线路通过接触也会在电话线中感应出过电压。

最好将每个电阻元件布置在信号线的串联支路中。当超过最大电流强度时，就会因电阻元件毁坏而断开该串联支路。

这些电阻元件最好具有在允许公差范围内的相同电阻值。较窄的公差极限在这方面是有利的。

基体最好含有具有PTC特性的材料。基体最好含有烧结陶瓷材料，例如基于钛酸钡的材料。在一种变型方案中，基体含有一定比例的铅。通过有利地选择陶瓷组件的成份，可以不使用铅。无铅部件特别符合环保要求。

通过随温度变化的电阻特性曲线来描述电阻元件或者其基体的特性。在达到开关点之前，电阻与温度基本上呈线性关系。当温度高于开关点时，电阻值以非线性方式随温度上升，更确切地说非常快地上升。开关点取决于基体的材料。

基体最好具有扁平构造型式，例如圆形盘片的构造型式。但基体也可以具有矩形或者其它基本形状。基体最好具有展平的或者倒圆的边缘。

基体在室温下的电阻值最好为5～100 Ohm。基体的击穿电压优选至少为600V。

相应电极的面积最好小于0.5cm²。相应电极的面积最好大于0.18cm²。电极的直径最好至少为5mm。

最好使电极具有可焊接性。可以通过相应电极的可焊接的外层来实现这一目的。可焊接的外层最好含有银。

例如可以通过适当的层序使电阻元件具有载流能力高、长期稳定的电极。作为最下面的、即朝向基体的电极层，每一电极包括一铬层。另一个电极层可以含有镍。最上面的电极层最好布置在镍层上，且最好含有银和/或者锡。

在相应电阻元件的每一个电极的焊接点上焊接有引线。引线最好具有圆形横截面，但也不排除其它引线形状。

通过焊接引线保证电阻元件的低欧姆接触。即使当工作条件较为不利时，焊接点实际上也不会发生腐蚀，因此其突出之处是在所述部件的使用寿命之内具有稳定的电阻值。

最好通过包封壳将焊接点以及基体覆盖，这样提高焊接点的抗腐蚀能力。

包封壳最好具有弹性特性，且能够随温度变化膨胀或收缩。这样就可防止在包封壳和电阻元件之间出现受热所引起的机械应力。作为替代方案也可以使包封壳的热膨胀系数与基体的热膨胀系数相匹配。

在材料和需要进行涂层的表面之间施加电场，使材料在电场中沉积，从而将包封壳施加到电阻元件的表面上。

例如可以通过喷涂法所涂布的漆层来形成包封壳。在漆层沉积时产生喷雾。油漆液滴最好带有静电。电阻元件的表面最好也带有电荷极性相反的静电。这样就可吸引油漆液滴经过电阻元件的表面。采用静电喷涂油漆的方法，可以获得高度均匀的薄层。厚度较薄的包封壳其好处在于，不会显著增大电阻元件优选保持较小的热容。这样就会使电阻元件的基体均匀加热，因此只要受限制的电流强度达到防护水平，电阻元件就会迅速、可靠地触发。

包封壳可以含有硅胶复合物。包封壳可以含有玻璃成份或者SiO₂。环氧树脂粉末也是合适的。

包封壳的厚度最好小于200μm。在保证充分覆盖边缘的情况下，原则上也可使厚度低于100μm。这尤其适合于具有展平的或者倒圆的边缘的基体。基体的主面以及边缘区域中的包封壳厚度最好均匀。

外壳具有一个载体板，电阻元件就布置于载体板上。电阻元件最好竖立定向。

外壳具有一个盖子，该盖子可以固定在载体板上。盖子与载体板一起全方位封闭。

在一种优选的变型方案中，外壳具有一个隔板，该隔板在电阻元件之间至少设置在其焊接点的范围内。

可以通过盖子的内壁构成隔板。也可以通过载体板的一部分构成隔板。在载体板中最好设有用于容纳隔板的一个区域的凹坑或者开口。

隔板朝向下方的区域最好在横截面中逐渐变细。这样方便将隔板插入载体板的为此设置的凹坑或者开口之中。

在载体板中设有供穿过电阻元件引线的开口。

相应电阻元件的朝向载体板的区域沉入载体板的凹坑之中。载体板的设置用于容纳电阻元件的凹坑具有在电阻元件滚动方面具有最小势能的稳定位置。例如，这些凹坑的深度可在垂直于相应电阻元件厚度方向的横截面中朝向两个相反的方向从内向外逐渐增大。当电阻元件滚动时，就会产生可使其重新回到稳定位置的回位力。这样就防止盘片状的基体滚落。

例如可以将凹坑的底面设计成圆柱壳表面的一部分。也适合使用两个与凹坑中心倾斜延伸的面，例如平面。

外壳的部件、也就是盖子和载体板最好分别作为成型件制成。例如可以采用注塑法制造它们。

外壳含有至少在250°以内形状稳定且耐火的材料。热塑性材料特别适合作为外壳材料。也可使用热固性塑料。

原则上也可使用陶瓷作为外壳材料。塑料也可作为外壳材料，尤其是聚合物塑料，例如液晶聚合物。

外壳材料可以是玻璃增强的，这种材料具有特别好的耐火性能。例如玻璃成份可以在10～70％之间。

每个电阻元件在其电阻值、基体材料的开关点以及几何尺寸方面这样设计，使其具有500mA以下的防护水平。所谓防护水平，指的是通过电阻元件触发限流功能的电流强度最小值。

取较低的防护水平较为适宜，因为这样可以对例如在用户一侧的电阻元件所保护的电路设计用于较小的电流。通过热容特别小的电阻元件就可实现较低的防护水平。

也可实现200mA以下的特别低的防护水平。要实现特别低的防护水平，优选选用较大电阻值的电阻元件，例如至少30欧姆，优选至少为50欧姆。最好使PTC材料的开关点为120°或者低于120°，可通过适合的材料成份达到这一目的。开关点也可以选择为100°或者更低，但最好比部件或者应用所规定的温度范围高出至少20°。

作为盖子的替代方案，外壳也可具有浇注材料，通过浇注材料将固定在载体板上的电阻元件进行浇注。最好使用模具对电阻元件进行挤压包封。

附图说明

以下将根据未按比例绘出的示意图对所述部件及其优选的设计方案进行解释。相关附图如下：

图1是所述部件的局部纵剖面图，配有两个布置于封闭外壳中的盘片状电阻元件；

图2是图1所示部件的局部横截面；

图3是具有绝缘包封壳的电阻元件的横截面；

图4是图1所示部件的侧视图；

图5是图1所示部件的底面的俯视图；

图6是图1所示部件的横截面；

图7是图1所示部件的纵剖面；

图8是图1所示部件的外壳的侧视图；

图9是图8所示外壳的载体板的底面的俯视图；

图10是图8所示外壳的载体板的局部横截面；

图11是图8所示外壳的载体板的横截面；

图12是图8所示外壳的载体板从下面看的透视图；

图13是图8所示外壳的载体板从上面看的透视图；

图14是图8所示外壳的盖子的底面的俯视图；

图15是图8所示外壳的盖子的纵剖面图；

图16是图8所示外壳的盖子的局部横截面；

具体实施方式

图1中绘出了所述部件的若干构造相同的组件，为了简明清晰起见，以下仅对一个组件进行说明。但该说明适用于所有相应类型的组件。尤其是电阻元件11、12，焊接点5，引线41、42，基体15，定中装置33，凹坑27、29、38，凹进部分26以及开口20、28。

图1、2、6和7中所示的部件配有电阻元件12、13和外壳，外壳具有载体板2和盖子3。图3所示的是电阻元件。图4、5、8和9所示的是外壳及盖子以及固定于其上的载体板。图10～13所示的是载体板的不同视图。图14～16所示的是盖子的不同视图。

外壳包括一个载体板2，在载体板上布置有两个彼此间隔开且竖立定向的电阻元件11、12。这些电阻元件的主面相互平行。

在电阻元件11、12之间设有外壳内壁、例如盖子3的内壁所构成的隔板31。该隔板至少延伸至紧挨着位于焊接点5下方的某一点，电阻元件电极上的引线41、42就固定在这些焊接点上。如果隔板至少延伸至载体板2的上侧面，则特别有利。如果该隔板的下部区域伸入载体板2中设置的凹坑或者开口20之中，则是有利的，参见图7。

也可以作为替代方案通过成型于载体板中、或者固定于载体板上，并且从载体板中向外伸出的壁面来构成隔板31。隔板的高度至少延伸至紧挨着位于焊接点5上方的某一点，电阻元件电极上的引线41、42就固定在这些焊接点上。

电阻元件11、12的构造优选相同，图3所示就是这些电阻元件的构造。电阻元件包括一个基体15和两个层电极16、17，基体15就布置在这些层电极之间。

在电阻元件的第一电极16上固定有第一引线41，在第二电极17上固定有第二引线42。优选的固定方式是钎焊。在电极16、17和引线41、42的连接部位上构成焊接点5，这些焊接点提高了电阻元件的总厚度。

焊接点5最好大致位于电阻元件或电极16、17的主面的中间。可以有所偏差。但如果如图6所示要使电阻元件的下部区域沉入载体板2的凹坑29之中，则焊接点和电阻元件的最低点之间最好有确定的最小间距。

在一种优选的变型方案中，通过电绝缘的包封壳6覆盖电阻元件，除了引线41、42。该包封壳也覆盖焊接点5。因此在一种变型方案中，两个保持相互电绝缘的电阻元件相隔极小的间距布置，之间没有安置隔板31。

包封壳6最好具有均匀的厚度，且厚度最好为200微米或更小。例如以喷涂法涂覆的绝缘漆就是特别适合作为包封壳的材料。如果基体没有尖锐的边缘，则最好将边缘充分覆盖。例如可以将基体边缘镶边，由此使其展平。倒圆的边缘也是有利的。

敷设引线41、42，使其具有一个倾斜延伸的区域。该区域沿着电阻元件的主面延伸。第二引线42最好与第一引线41形成一个角度。该角度例如可以在60°和120°之间。引线41、42的其余部分应适当弯折或弯曲，使其下部区域基本垂直。

将引线41、42穿过载体板2的开口28。开口28的直径最好大于引线41、42的直径。开口28最好在下部区域中与引线的直径非常精确地匹配，这样就可以将电阻元件固定在载体板上。

引线41、42的从载体板中向外突出的、用于电接触电阻元件的末端最好适当弯曲，使其平行于载体板的基面。引线的外露端具有接触区域43，该接触区域构成电阻元件和所述部件的外接触点。

载体板2具有基脚区域21，该基脚区域相对于载体板的上部区域下沉，参见图6。由此就可以通过测试仪的测量尖端来接近设置在引线41、42末端的用于接触的接触区域43。

载体板2具有布置于底面上的凹坑27。凹坑的主要作用是节约制造载体板所需的材料。这些凹坑具有不平整的底面，因此尽管有这些凹坑29存在，也保证载体板2的最小强度。

每个凹坑29用来容纳电阻元件11、12的下部区域。

将盘片状电阻元件装入载体板之后，原理上电阻元件可能会由于相对于初始位置的滚动而产生侧向移位。这样就有可能改变引线伸出端的长度，这种情况有害无益。尤其是一个外接触点可能会变得比另一个长，从而可能会影响到部件的机械特性。

为了防止盘片状电阻元件滚离，凹坑29的底面被设计成不平整的构造，即向外侧抬高，使得电阻元件侧向移位时所产生的回位力能够使电阻元件重新回到其初始位置中。凹坑29的底部横截面最好跟随半径大于电阻元件半径的圆弧。

载体板2具有图13中所示的凹进部分26，相应电阻元件11、12的朝向外侧的引线的一部分就置于该凹进部分之中。此外，载体板2还具有凹进部分25，相应电阻元件11、12的朝向内侧的引线的一部分就置于该凹进部分之中。借助这些凹进部分可以缩短外壳的长度。

载体板2具有两个相对置的侧壁23。原则上还可以设置其它侧壁，例如载体板可以设计成盆子形状。外壳具有一个盖子3，盖子具有两个敞开的侧面以及两个相对置的侧壁35，侧壁最好基本垂直于部件的纵向。也可以通过盖子3的侧壁构成外壳的所有侧壁。这样盖子设计成最好具有矩形底面的盖罩形状。

也可以设想，通过盖子的侧壁以及载体板的与其形状匹配的侧壁来构成外壳的至少一个壁面。

利用卡锁装置32将盖子3固定在载体板2的端面上。卡锁装置例如设计成卡扣。原则上可以使用其它紧固件来替代卡锁装置。例如可以通过铆接、螺纹连接或者粘接将盖子和载体板彼此固定连接在一起。

盖子3具有沿部件纵向延伸的凹坑38。该凹坑具有扁平且相对较宽的沟槽形状。电阻元件11、12的上部区域就伸入该凹坑之中。该凹坑用作定位元件，其类似于载体板2的防止电阻元件滚离的凹坑29起作用。凹坑38的底面略微展平，以保证盖子3在该凹坑范围内具有规定的最小强度。

载体板2的凹坑29和盖子3的凹坑38有助于减小部件的总高度。

盖子3具有定中装置33，这些定中装置布置于电阻元件11、12之间，用于防止电阻元件从垂直方向倾斜。定中装置可以设计成疙瘩形，或者如图14、15所示的扁平元件。在定中装置33和电阻元件之间最好有一个较窄的间隙，以便兼顾到制造基体15时的厚度公差。

所述部件的设计方案，尤其是载体板和盖子的组件的形状，并不仅限于图中所示的方案。凹坑和凹进部分可以采用任意形状。除此之外，还可以设置其它凹坑或开口。电阻元件的个数可以多于两个。

隔板31可以设计成适当的宽度，使其延伸至外壳的侧壁23、35。

由此为每一个电阻元件11、12构成独立封闭的小室。

附图标记列表

11，12  电阻元件

15      电阻元件的基体

16      电阻元件的第一电极

17      电阻元件的第二电极

2       载体板

20      用于容纳隔板31的开口

21      基脚区域

23      载体板2的侧壁

25      凹进部分

26      凹进部分，其中布置有朝向外侧的引线

27      载体板底面上的凹坑

28      用于穿过引线41、42的开口

29      用于容纳电阻元件的凹坑

3       盖子

31      隔板

32      卡锁装置

33      定中装置

35      盖子的侧壁

38      盖子的凹坑

41      第一引线

42      第二引线

43      引线的接触区域

5       焊接点

6       绝缘包封壳

Claims (18)

1.电气部件，

-具有外壳(2，3)以及至少两个布置于外壳(2，3)中的PTC电阻元件(11，12)，

-其中所述电阻元件(11，12)分别具有扁平结构形状的基体(15)，以及布置于其主面上的电极(16，17)，

-其中每个电阻元件(11，12)具有电绝缘的包封壳(6)，

-其中所述外壳(2，3)是封闭的。

2.根据权利要求1所述的部件，

-其中所述外壳具有载体板(2)，在载体板上布置有电阻元件(11，12)。

3.根据权利要求1或者2所述的部件，

-其中所述电阻元件(11，12)是竖立定向的。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的部件，

-其中在相应电阻元件(11，12，13，14)的每一个电极(16，17)的焊接点(5)上焊接有引线(41，42)。

5.根据权利要求4所述的部件，

-其中所述包封壳(6)覆盖焊接点(5)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的部件，

-其中所述包封壳(6)的厚度不超过200μm。

7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的部件，

-其中所述包封壳(6)在主面上以及基体(15)边缘范围内的厚度在很大程度上是均匀的。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的部件，

-其中所述基体(15)具有展平的边缘。

9.根据权利要求2所述的部件，

-其中所述外壳具有固定在载体板(2)上的盖子(3)。

10.根据权利要求4～9中任一项所述的部件，

-其中所述外壳具有隔板(31)，该隔板在电阻元件(11，12)之间至少设置在焊接点(5)的范围内。

11.根据权利要求10所述的部件，

-其中通过盖子的内壁构成所述隔板(31)，

-其中所述隔板(31)的一个区域布置于载体板(2)的开口(20)中。

12.根据权利要求4～11中任一项所述的部件，

-其中在所述载体板(2)中设有用于穿过引线(41，42)的开口(28)。

13.根据权利要求2～12中任一项所述的部件，

-其中所述电阻元件(11，12)的一个区段沉入到载体板(2)的凹坑(29)之中。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的部件，

-其中所述外壳含有热塑性塑料，

15.根据权利要求1～14中任一项所述的部件，

-其中所述外壳含有玻璃纤维增强的材料，

16.根据权利要求1～15中任一项所述的部件，

-其中所述外壳含有基于聚合物的材料，

17.根据权利要求1～16中任一项所述的部件，

-其中所述外壳至少在250°以下是形状稳定的。

18.根据权利要求1～17中任一项所述的部件，

-其中每个电阻元件(11，12)在其电阻值、基体材料的开关点以及几何尺寸方面这样设计，使其具有500mA以下的防护水平。

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