CN104658724A

CN104658724A - 用于压敏变阻器的多触点元件及压敏变阻器

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Publication number: CN104658724A
Application number: CN201410651158.5A
Authority: CN
Inventors: 西莫茨·简埃里克; 布兰德·弗里德里希埃克哈德
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG; Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: EP2876653A1; US20150170806A1; US9514865B2; CN104658724B; EP2876653B1; DE102013223648B3; SI2876653T1

Abstract

本发明是一种用于压敏变阻器的多触点元件及压敏变阻器，具有夹层结构，夹层结构在最下层有两个或多个触点元件，夹层结构在最上层有至少一个公共连接电极，在最下层和最上层之间设置有电绝缘层材料制成的第一中间层，在第一中间层中设置有熔断器，熔断器能够承受额定的浪涌电流，每个熔断器的额定浪涌电流小于变阻器额定的浪涌电流；其中，熔断器设置在第一中间层内的过度通孔中，在第一中间层中的熔断器与公共连接电极直接电接触，每一个熔断器与触点元件局部直接或间接电接触，在第一中间层中的熔断器设置有熔断排放通道，使得在熔断器热过载的情况下，可以通过熔断通道蒸发。

Description

用于压敏变阻器的多触点元件及压敏变阻器

技术领域

本发明涉及一种用于压敏变阻器的多触点元件及压敏变阻器。

背景技术

压敏变阻器在电路中敏感于电压。因此，压敏变阻器被广泛的得到应用，压敏变阻器通常是为了对高于某一阈值电压的过电压进行放电，从而防止后续装置的过载或损坏。由于这个原因，压敏变阻器通常被称为过电压保护装置。这种过电压的一个实例是可能由于闪电而出现的电压。如果发生这样的过电压事件，那么压敏变阻器的任务是防止连接到下游的相应设备的电流进行放电，从而限制电气设备处的电压。

压敏变阻器一般包含粒状金属氧化物，例如，氧化锌和/或氧化铋和/或氧化锰和/或氧化铬和/或碳化硅，压敏变阻器几乎总是以（烧结的）陶瓷的形式被插入到两个平面电极之间作为供应元件。

通常，各个颗粒具有不同的导电性。在各自颗粒的边界处，也就是说在颗粒的接触点处，形成边界层。可以确定的是，随着厚度增加，颗粒边界的数目增加，并且因此阈值电压也增加。如果将电压施加到供应元件上，那么形成电场。根据该电压，边界层被击穿并且电阻下降。

由于压敏变阻器的材料特性，电流的分布和边界层的击穿都不是整齐划一的过程；相反，形成局部电流通路，它们以不同的速度达到导电状态。

由于材料特性，并且由于压敏变阻器的使用发生漏电流。而这些漏电流通常很小，在某些情况下它们可能导致部件的发热，从而造成火灾危险。为了克服该问题，通常使用温度传感器，当超过某一温度时，该温度传感器启动开关。然而，温度传感器只能用于检测慢事件。由于所需的和已知的慢热传导性，如施加高电压时出现的快速升温，例如导致温度传感器处的温度的升高极大延迟，这样使得变阻器通常已被破坏。这里，选择性通常也是有限的；也就是说，仅可以切断小电流。

这种能量输入例如可以作为延长周期内出现的过电压的结果而发生，从而导致压敏变阻器的互连，其中，经由压敏变阻器对网络的短路电流进行放电。在这种情况下，出现压敏变阻器的发热，因而存在火灾危险。此外，可以以这种方式将压敏变阻器损坏到一定程度，使得压敏变阻器爆炸性地短路。

因此，压敏变阻器通常设有上游熔断器。

先前，连接在相应的过电压保护装置上游的标准熔断器被用于此目的。然而，这样做时，必须协调两个冲突的基本条件：虽然暂时在过电压事件期间的高电平电流不应当触发熔断器，但是如果即将发生对过电压保护装置的损坏，那么尽可能低电平的电流必须可靠地触发熔断器。

也就是说，为了保证在故障的情况下（即在低故障电流下）迅速切断过电压保护装置，需要使用具有较低额定值的熔断器。然而，由于与之相关的I²t值，这样的熔断器仅仅承受小的脉冲电流。然而，相反地，为了能够对大的脉冲电流进行放电，熔断器必须具有更高的额定值。

尽管如此，在压敏变阻器中一次又一次地出现上述元件无法检测到的损坏，也就是说，出现不能再由热断路器的选择性进行分流但对于上游熔断器来说太小的电流。

鉴于此背景，希望将上游熔断器的熔断器额定值最小化，同时保持最大的浪涌耐受电流。

解决此问题的先前方案并不令人满意。

在DE10 2012 011 241.6中描述了一种解决此问题的初始方法。在此提出将电流分成平行通路，从而减小各个熔断器的额定值。

虽然所提出的方案确实完成了其任务，但是希望找到一种易于调节同时实现较小的安装尺寸，并且也易于制造的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免了上述缺点中的一个或多个的用于压敏变阻器的触点元件及其压敏变阻器。

一种用于压敏变阻器的多触点元件，

所述多触点元件是一种夹层结构；

所述夹层结构的最下层有两个或多个触点元件，触点用于接触变阻器，在所述夹层结构在最上层有至少一个公共连接电极；

由电绝缘材料制成的第一中间层被设置在所述最下层和所述最上层之间，

所述第一中间层中设置有多个熔断器，熔断器承受额定浪涌电流，每个熔断器额定浪涌电流小于所述变阻器额定浪涌电流，

所述熔断器经过度孔穿过所述第一中间层设置，

其中，所述穿过第一中间层中的所述熔断器与所述公共连接电极直接电连接，

其中，所述熔断器与所述触点元件局部直接或间接电连接，

其中，所述第一中间层中的所述熔断器提供了熔断排放通道，以便在所述第一中间层的熔断器热过载时，熔断器通过所述排放通道蒸发。

一种压敏变阻器，所述变阻器是具有所述的多触点元件的变阻器。

所述目的通过上述独立权利要求的特征来实现。有利的发展也是各从属权利要求的主题。

基于优选实施例参照所披露的附图，下文进一步详细地描述了本发明。

附图说明

图1示出了本发明的一个方面的示意性等效电路图，

图2示出了根据本发明的各实施例的通过一种示例性布置的剖面图，

图3示出了本发明的另一个方面的示意性等效电路图，

图4示出了根据本发明的各实施例的通过另一种示例性布置的剖面图，

图5示出了根据本发明的一个方面的等效电路的示意性表示，

图6示出了本发明的又一方面的示意性等效电路图，

图7示出了根据本发明的各实施例的通过另一个示例性布置的剖面图，

图8示出了根据本发明的各实施例的通过另一个示例性布置的剖面图，

图9示出了根据本发明的另一方面的示意性等效电路图和相应的准空间布置，

图10示出了根据本发明的另一方面的在准空间布置中的示意性等效电路图，

图11示出了根据本发明的各实施例的通过另一个示例性布置的剖面图，

图12示出了根据本发明的各实施例的通过另一个示例性布置的剖面图，以及

图13示出了图12的俯视图。

参考符号列表

多触点元件 MKE

变电阻 VAR

触点元件 KE1，KE2

最上层 OS

公共连接电极 A

最下层 US

第一中间层 ZS1

熔断器 DK1，DK2，DK3，DK4

熔断通道 AK

第二中间层 ZS2

电绝缘灭火剂 LM。

具体实施方式

本发明利用了这样的事实：变阻器的短路通常最初是一种局部现象，只是随后影响了整个变阻器。

因此，本发明提出将熔断器细分成各个熔断器1、2，…n，如图1所示，它们以并联方式接触变阻器。图2中示出了相应的示例性结构。一种多触点元件MKE被用作于压敏变电阻VAR，该多触点元件MKE具有夹层结构。在最下层US中，夹层结构具有用于接触变电阻VAR的两个或多个触点元件KE1、KE2，并且在最上层OS中，具有用于电接触要保护的消费者网络的至少一个公共连接电极A。

由电绝缘材料层制成的第一中间层ZS1至少被设置在最下层US和最上层OS之间的区段中。例如，通过电路板材料，用环氧树脂（例如FR4）或聚合物、陶瓷或玻璃浸透的玻璃纤维毡，可以对这样材料的电绝缘层加以利用。

各个熔断器DK1、DK2位于第一中间层ZS1中，它们被设置得可以承受额定的浪涌电流，每个熔断器的额定的浪涌电流小于变阻器VAR的额定的浪涌电流。也就是说，尽管各个熔断器的额定值较小，但是可以通过熔断器的并联连接提供所需的选择性，而可以同时保证：由于各个熔断器的低额定值，在局部故障电流的情况下提供快速切断，并因此而言在一般故障电流的情况下也是如此。

以这种方式，熔断器DK1、DK2被作为过渡孔设置在第一中间层ZS1内。这使得降低结构高度成为可能。

为此，在第一中间层中的熔断器DK1、DK2与公共连接电极A直接电接触连接。

熔断器DK1、DK2中的每一个与触点元件KE1、KE2的局部直接或间接电接触连接。也就是说，在图2的实施例中，触点元件KE1与熔断器DK1直接接触并且触点元件KE2与熔断器DK2直接接触。

在故障的情况下，熔断器DK1、DK2在第一中间层ZS1中提供熔断排放通道AK，这样使得，在第一中间层ZS1的熔断器DK1、DK2热过载的情况下，受影响的熔断器DK1可以通过熔断通道蒸发，从而中断到下面的（子）变阻器的电连接。换句话说，在切断的情况下形成的等离子体可以通过熔断通道AK进入任意可用的周围灭火剂LM中，在那里等离子体被冷却。

如果正好一个熔断器DK被分配给图1和图2的实施例中的每个触点元件KE，那么也可以相对于触点元件采取有利的细分，或者，如果不能实现一个熔断器的希望的额定值，那么这可以通过表示第一熔断器1的多个（m个）熔断器a₁、b₁，…，m₁的并联连接，表示第二熔断器2的多个熔断器a₂、b₂，…，m₂的并联连接等来实现，如与图1相比在图3中清楚所示的。

也就是说，在图4中，熔断器DK1、DK2、DK3、DK4中的每一个与触点元件KE1、KE2的局部直接或间接电接触。换句话说，在图4的实施例中，触点元件KE1与熔断器DK1₁和DK1₂直接接触，而触点元件KE2与熔断器DK2₁和DK2₂直接接触。

在本发明的另一个实施例中，如图7和图8中所示，在最下层US和第一中间层ZS1之间的区段中，有由电绝缘层材料制成的第二中间层ZS2。第二中间层也是通过电路板材料制作，例如，用环氧树脂（例如FR4）或聚合物、陶瓷或玻璃浸透的玻璃纤维毡，对这样的材料的电绝缘层加以利用。除了材料的各个层，在此可以特别使用组合产品（例如多层电路板等）等。

熔断器DK3、DK4依次布置于第二中间层ZS2中，它们被配置使得可以承受额定的浪涌电流，每个熔断器的额定的浪涌电流小于变阻器VAR的额定的浪涌电流。也就是说，尽管各个熔断器的额定值较小，但是可以通过熔断器的并联连接提供所需的选择性，而可以同时保证：由于各个熔断器的低额定值，在局部故障电流的情况下提供快速切断，因此可以适用一般故障电流的情况。

以这种方式，熔断器DK3、DK4被设置在第二中间层ZS2内的过度通孔中。这使得低结构高度成为可能。

在第二中间层中的熔断器DK3、DK4通过第一中间层ZS1的熔断器DK1、DK2过度通孔与公共连接电极A电接触。

第二中间层ZS2的熔断器DK3、DK4中的每一个与触点元件KE1、KE2的局部直接电接触。也就是说，如图7所示的实施例中，触点元件KE1与熔断器DK3直接接触并且触点元件KE2与熔断器DK4直接接触。如图8所示的实施例中，触点元件KE1与熔断器DK2和DK3直接接触并且触点元件KE2与熔断器DK4和DK5直接接触。

在故障的情况下，熔断器DK3、DK4在第二中间层ZS2中提供熔断排放通道AK，这样使得，在第二中间层ZS2的熔断器DK3、DK4热过载的情况下，熔断器DK3、DK4可以通过熔断通道蒸发，从而中断到下面的（子）变阻器的电连接。换句话说，在切断的情况下形成的等离子体可以通过熔断通道AK并且进入任意可用的周围灭火剂LM中，在那里等离子体被冷却。

在图7和图8中，实现了第一中间层的熔断器的串联连接与第二中间层的熔断器的并联连接的对应于图5的变型。该布置并不局限于这些形式的串联连接，而是相反，当然，可以规定在串联连接的第一中间层和第二中间层中设置并联连接。这些措施使得有可能非常精确地调节各个熔断器的额定值以及由电路提供的额定值。在图9中再次非常一般性地说明了该原理，其中，在图9的下方的图示中示出了一种可能的准空间交替布置，如用例如中间层可以实现。另一方面，可将单个熔断器实现为熔断器的并联连接，如图10所示。

图11中示出了这种多触点元件的示例性曲折布置。其中由虚线表示一种可能的电流通路。变阻器VAR的（部分）电流进入触点元件KE1处，并且通过过度通孔将电流通过第三中间层ZS3（出于举例的目的，将其描述成用于变阻器的绝缘），并通过第二中间层ZS2馈送。在第一中间层ZS1和第二中间层ZS2之间的导电通路位置处，也可用熔断器的方式来实现，然后在右侧挨着它建立到第二通孔的触点。在第三中间层ZS3和第二中间层ZS2之间的第二导电通路位置处，也可用熔断器的方式来实现，然后在右侧挨着它建立到第三通孔的触点。可以按所需的频率实现该过程，以达到希望的额定值或希望的电压。当然，还可以规定：几个熔断器在此并联连接；例如在通过在其后的另一平面中重复相同布置以及在导电通路上在适当的位置处提供各平面的连接所示的剖面透视图中，这将容易成为可能。

如图2、4、7和8所示，第一中间层ZS1的熔断器DK1、DK2是由过度通孔中部分导电通路实现的，导电通路连接到连接电极A。通过适当设计导电通路的尺寸和/或形状达到额定电流，导电通路还可以被设置为附加的熔断器。

为了在故障的情况下提供附加的保护，还可以设定：在第一中间层ZS1中环绕所述熔断排放通道AK侧壁覆盖一层电绝缘灭火剂LM。聚甲醛（POM）或石英砂可以用作电绝缘灭火剂。

在一个特别优选的实施例中，第一中间层ZS1的熔断器DK1、DK2以及第二中间层ZS2的熔断器DK3、DK4（如果存在）熔断额定值最高达10A，优选地为1A。同样有利地，如果浪涌耐受电流是高达1kA，特别是高达2kA或以上的电流，那么可以在短期内承受。

如图12、13所示，还可以规定：熔断器DK1，DK2、DK3，DK4是通过对金属过度孔钻孔加工而成，通过改变过度孔的金属壁厚度改变流经的额定电流大小和排放通道的大小。因此，例如可以通过进一步加工过度通孔以非常精确的方式设置切割值。此外，可以规定：例如通过目标钻孔，中断到连接电极A的连接，从而能够进行额定值的后续调节。例如，通过重新钻孔可以将熔断器从熔断器的并联连接中移除。

为了特别精确地调节额定值，可以规定：例如，孔是偏心的。

将容易理解，本发明并不仅仅局限于多触点元件，而且压敏变阻器VAR是包括具有至少一个多触点元件MKE的变阻器VAR。甚至可以规定：变阻器的连接配备有根据本发明的多触点元件。本发明能够以相同的方式用于所有连接，即使在最近在市场上可购得的多触点变阻器中，即具有一个或多个中心抽头的多触点变阻器。

优选地通过压力触点建立多触点元件MKE和变阻器陶瓷VAR之间的连接。可替换地或另外，也可以提供焊接连接、胶黏连接或夹子连接。

然后，压敏变阻器VAR和多触点元件MKE优选地设置在壳体G中，尤其是如果继续使用灭火剂LM。

因此，提出了这样一种布置：其中，熔断器被布置成基本平行于变阻器表面。使用电路板技术可以特别容易地生产熔断器。多层电路板可特别有利地用于此目的。

代替多层电路板，也可使用在下侧具有触点元件的电路板，所述触点元件通过过度孔连接到上侧的导电通路。在其下侧没有铜包衣并且具有凹槽和孔的第二电路板被固定到下电路板上，这样使得凹槽与（熔断器）导电通路基本对准并且孔在其末端对准。通过钻孔可以将导线接合、焊接或熔接到熔断器导电通路的末端，并且然后附接到上电路板的上侧。

对于较高电平的电压，可以将几个通孔串联连接。在大的短路电流的情况下，这些通孔几乎同时断开，由此实现用于切割的足够的反电压。

Claims

1.一种用于压敏变阻器（VAR）的多触点元件（MKE），其特征在于，

所述多触点元件（MKE）是一种夹层结构；

所述夹层结构的最下层（US）有两个或多个触点元件（KE1，KE2），触点用于接触变阻器，所述夹层结构在最上层（OS）有至少一个公共连接电极（A）；

由电绝缘材料制成的第一中间层（ZS1）设置在所述最下层（US）和所述最上层（OS）之间，

所述第一中间层（ZS1）中设置有多个熔断器（DK1，DK2），熔断器可以承受额定浪涌电流，每个熔断器额定浪涌电流小于所述变阻器（VAR）额定浪涌电流，

所述熔断器（DK1，DK2）经过度孔穿过所述第一中间层（ZS1）设置，

其中，所述穿过第一中间层中的所述熔断器（DK1，DK2）与所述公共连接电极（A）直接电连接，

其中，所述熔断器（DK1，DK2）与所述触点元件（KE1，KE2）局部直接或间接电连接，

其中，所述第一中间层（ZS1）中的所述熔断器（DK1，DK2）提供了熔断排放通道（AK），以便在所述第一中间层（ZS1）的熔断器（DK1，DK2）热过载时，熔断器（DK1）通过所述排放通道蒸发。

2.如权利要求1所述的多触点元件，其特征在于，在所述最下层（US）和所述第一中间层（ZS1）之间还设置有由电绝缘材料制成的第二中间层（ZS2），

所述第二中间层（ZS2）中设置有熔断器（DK3，DK4），熔断器承受额定的浪涌电流，每个熔断器的额定浪涌电流小于所述变阻器（VAR）额定浪涌电流，

所述熔断器（DK3，DK4）经过度孔穿过所述第二中间层（ZS2）设置，

在所述第二中间层中的所述熔断器（DK3，DK4）经所述第一中间层（ZS1）熔断器（DK1，DK2）的过度孔与所述公共连接电极（A）电连接，

其中，所述第二中间层的所述熔断器（DK3，DK4）与所述触点元件（KE1，KE2）局部直接电连接，

其中，所述熔断器（DK3，DK4）提供有熔断排放通道，排放通道由所述第二中间层（ZS2）通过所述第一中间层（ZS1），以便所述第二中间层（ZS2）熔断器（DK3，DK4）热过载时，熔断器（DK3，DK4）通过所述排放通道蒸发。

3.如权利要求2所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述第二中间层（ZS2）是由电路板材料制作而成。

4.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述第一中间层（ZS1）是由电路板材料制作而成。

5.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述第一中间层（ZS1）过度孔中的一部分作为导电路径与所述连接电极（A）连接，所述导电路径是熔断器（DK1，DK2）。

6.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述第一中间层（ZS1）中环绕所述排放通道（AK）侧壁覆盖了一层电绝缘灭火剂（LM）。

7.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述第一中间层（ZS1）中环绕所述排放通道（AK）侧壁覆盖了一层作为电绝缘灭火剂（LM）的聚甲醛或石英砂。

8.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述熔断器（DK1，DK2；DK3，DK4）熔断额定值最高到10A，或者优选地为1A。

9.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE），其特征在于，所述多个熔断器（DK1，DK2；DK3，DK4）并联连接。

10.如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件，其特征在于，所述熔断器（DK1，DK2；DK3，DK4）是通过对金属过度孔钻孔加工而成，通过改变过度孔的金属壁厚度改变流经的额定电流大小和排放通道的大小。

11.如权利要求10所述的多触点元件，其特征在于，所述钻孔是偏心钻孔。

12.一种压敏变阻器（VAR），其特征在于，所述变阻器是具有至少一个如以上权利要求中的任何一项所述的多触点元件（MKE）的变阻器（VAR）。

13.如权利要求12所述的变阻器（VAR），其特征在于，所述多触点元件（MKE）和所述变阻器（VAR）被布置在壳体（G）中。