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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement, das eine elektronische Komponente und eine Schaltung mit einer darauf angebrachten elektronischen Komponente gegen eine Überspannung schützt.
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Hintergrund
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Ein Überspannungsschutzelement hat die Funktion, es zu verursachen, dass ein Stoßstrom fließt, um eine Schaltung in einer nachfolgenden Stufe zu schützen, wenn eine Spannung, die gleich oder höher als eine vorgegebene Spannung ist, angelegt wird. Das Überspannungsschutzelement weist im Allgemeinen einen Aufbau auf, bei welchem ein Paar von Elektroden jeweils an beiden Enden eines Varistor-Substrats, welches aus ZnO oder dergleichen besteht, angebracht ist, wobei von den jeweiligen Elektroden externe Zuleitungen gezogen werden, und das Varistor-Substrat und die Elektroden mit einem Außenelement abgedeckt werden.
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Aufgrund dessen, dass ein Strom im Varistor-Substrat fließt, sinkt eine Betriebsstartspannung. Das heißt, ein Stromfluss verschlechtert die Arbeitsweise des Überspannungsschutzelements und bringt allmählich das Varistor-Substrat näher an einen Kurzschlusszustand. Wenn eine übermäßige Überspannung an dem Varistor-Substrat mehrmals angebracht wird, verschlechtert sich dementsprechend das Varistor-Substrat weiter, wobei die übermäßige Überspannung schließlich einen Kurzschlussfehler erzeugt.
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Zum Beispiel, beschreibt die Patentliteratur 1 einen Metalloxid-Varistor mit einem Bimetall, der eine solche Funktion hat, dass das Bimetall in einem Metalloxid-Varistor eingebaut ist (ein Überspannungsschutzelement), zum Ableiten einer Überspannung, wobei der Metalloxid-Varistor dazu verwendet wird, eine elektronische Komponente zu schützen.
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Ferner beschreibt Patentliteratur 2 einen Varistor mit einem Wärmeausdehnungskörper, der zwischen einem Paar von Elektroden vorgesehen ist und der sich durch die vom einem Varistor-Substrat erzeugte Wärme irreversibel ausdehnt, um eine Elektrode von dem Varistor-Substrat zu trennen, wobei der Wärmeausdehnungskörper sichtbar bleibt, wenn er sich ausdehnt.
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Liste der Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr.: JP H01 - 86 202 U
- Patentliteratur 2: Deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 014 430 U1
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Überblick
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Technisches Problem
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In dem Metalloxid-Varistor mit Bimetall, welcher in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, wenn eine Überspannung, die gleich oder höher als ein Nennwert ist, an ein Varistor-Substrat, welches Metalloxid enthält, angelegt wird, verformt sich das Bimetall auf Grund der im Varistor-Substrat erzeugten Wärme und das Überspannungsschutzelement wird in einen offenen Zustand gebracht, um den Strom, welcher durch den Metalloxid-Varistor fließt, zu sperren. Wenn der Strom gesperrt wird, wird dann der Metalloxid-Varistor auf natürlicher Weise gekühlt. Dementsprechend, wird das Bimetall wieder in seine ursprüngliche Form zurückgebracht und das Überspannungsschutzelement wird zurück in den Kurzschlusszustand gebracht, so dass die Funktion des Überspannungsschutzelements wiedererlangt wird.
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Allerdings kann der Metalloxid-Varistor mit einem Bimetall, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, seinerseits nicht verhindern, dass eine Verschlechterung des Varistor-Substrats selbst auftritt. Deshalb wird das Bimetall wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehren, wenn der Metalloxid-Varistor auf natürlicher Weise gekühlt wird, und das Überspannungsschutzelement wird zurück in den Kurzschlusszustand gebracht. Dementsprechend kann eine Überspannung, die gleich oder höher als der Nennwert ist, an den Metalloxid-Varistor (das Überspannungsschutzelement) angebracht werden, um es zu bewirken, dass ein Strom, erneut den Varistor durchströmt, wobei ein Kurzschlussfehler auftreten kann, was zu einer Temperaturerhöhung im Metalloxid-Varistor führt.
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Bei dem in Patentliteratur 2 beschriebenen Varistor ist zwar optisch erkennbar, wenn sich der Wärmeausdehnungskörper irreversibel ausgedehnt hat, allerdings ist dies nicht einfach und zuverlässig zu erkennen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Überspannungsschutzelement mit einem Wärmeausdehnungskörper bereitzustellen, bei dem die irreversible Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers einfach und zuverlässig optisch erkennbar ist.
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Lösung des Problems
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Überspannungsschutzelement mit den in dem beiliegenden Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung kann das Auftreten eines Kurzschlussfehlers in einem Zustand unterdrücken, in dem eine Funktion eines Überspannungsschutzelements als Schutzelement gegen Überspannungen verschlechtert ist.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Überspannungsschutzelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
- 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
- 3 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die ein Überspannungsschutzelement gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
- 4 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
- 5 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die ein Überspannungsschutzelement gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
- 6 zeigt eine Teilquerschnittsansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulich t.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsarten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung (Ausführungsbeispiele) werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen in Detail erläutert.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Überspannungsschutzelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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Ein Überspannungsschutzelement 10 hat eine Funktion, es zu verursachen, dass ein Stoßstrom fließt, wenn eine hohe Spannung, die gleich oder höher als eine vorgegebene Spannung angelegt wird. Das heißt, dass das Überspannungsschutzelement eine Überspannungsschutzfunktion aufweist. Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, umfasst das Überspannungsschutzelement 10 gemäß der ersten Ausführungsform ein Varistor-Substrat 11, ein Paar von Elektroden 12a und 12b, äußere Zuleitungen 13a und 13b, Außenteile 15a und 15b, und einen Wärmeausdehnungskörper 14.
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Das Varistor-Substrat 11 umfasst beispielsweise ein Metalloxid, wie ZnO oder SrTiO3. Jedoch, ist ein Material, das für das Varistor-Substrat 11 verwendet werden kann, nicht auf die oben beschriebenen Metalloxide beschränkt. Das Varistor-Substrat 11 weist ein Paar von Endflächen 11Ta und 11Tb und ein Seitenteil 11S auf. Die paarweise angeordneten Endflächen 11Ta und 11Tb sind einander gegenüberliegend angeordnet. Das Seitenteil 11S verbindet das Paar von Endflächen 11Ta und 11Tb miteinander.
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Die beiden Elektroden 12a und 12b sind jeweils mit den beiden Endflächen 11Ta und 11Tb des Varistors-Substrats 11 elektrisch verbunden. Insbesondere, ist die Elektrode 12a mit der Endfläche 11Ta des Varistor-Substrats 11 elektrisch verbunden und die Elektrode 12b ist mit der Endfläche 11Tb des Varistor-Substrats 11 elektrisch verbunden. Mit diesem Aufbau hält das Paar von Elektroden 12a und 12b das Varistor-Substrat 11 sandwichartig, und die beiden Elektroden 12aund 12b sind nicht elektrisch miteinander verbunden.
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Die äußeren Zuleitungen 13a und 13b sind jeweils mit den beiden Elektroden 12a und 12b elektrisch verbunden. Die Außenteile 15a und 15b decken die beiden Elektroden 12a und 12b ab.
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Das Varistor-Substrat 11 und die Elektrode 12b werden beispielsweise mit einem leitenden Klebstoff verbunden, um somit elektrisch miteinander verbunden zu sein. Das Varistor-Substrat 11 und die Elektrode 12a sind lösbar und elektrisch, beispielsweise mittels einer leitfähigen Paste, miteinander verbunden. In der ersten Ausführungsform ist es ausreichend, dass zumindest entweder das Varistor-Substrat 11 und die Elektrode 12b oder das Varistor-Substrat 11 und die Elektrode 12a lösbar und elektrisch miteinander verbunden sind. Daher können sowohl die miteinander verbundenen Varistor-Substrat 11 und Elektrode 12b als auch die miteinander verbundenen Varistor-Substrat 11 und Elektrode 12a, beispielsweise über eine leitfähige Paste, elektrisch miteinander verbunden werden.
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Der Wärmeausdehnungskörper 14 ist auf dem Seitenteil 11S des Varistor-Substrats 11 vorgesehen, um zwischen den beiden Elektroden 12a und 12b angeordnet zu sein und zwischen den beiden Elektroden 12a und 12b sandwichartig angeordnet zu sein. Der Wärmeausdehnungskörper 14 dehnt sich irreversibel aufgrund der vom Varistor-Substrat 11 erzeugten Wärme aus und trennt mindestens eine der beiden Elektroden 12a und 12b von dem Varistor-Substrat 11. In der ersten Ausführungsform, da die Elektrode 12b mit dem Varistor-Substrat 11 verbunden ist und die Elektrode 12a mit dem Varistor-Substrat 11 mittels der leitfähigen Paste oder dergleichen verbunden ist, wird die Elektrode 12a aufgrund der Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 von dem Varistor-Substrat 11 getrennt. Wie oben beschrieben, kann die Elektrode 12b von dem Varistor-Substrat 11 getrennt werden, oder aber auch beide Elektroden 12a und 12b können von dem Varistor-Substrat 11 getrennt werden.
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Wenn sich beispielsweise das Varistor-Substrat 11 verschlechtert und wenn die Betriebsstartspannung sinkt, was zu einem Fehlerzustand, wie einem Kurzschluss, führen wird, fließt als Folge im Varistor-Substrat 11 ein großer Strom und das Varistor-Substrat 11 erzeugt entsprechend Wärme. Die Wärme, die auf diese Weise erzeugt wird, wird an den Wärmeausdehnungskörper 14 übertragen, so dass sich der Wärmeausdehnungskörper 14 irreversibel ausdehnt (sich thermisch ausdehnt), um die Elektrode 12a vom Varistor-Substrat 11 zu trennen.
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Der Wärmeausdehnungskörper 14 ist derart angeordnet, so dass er das Seitenteil 11S des Varistor-Substrats 11 ummanteln kann. Der Wärmeausdehnungskörper 14 ist mit den Elektroden 12a und 12b, beispielsweise mittels eines isolierenden Klebstoffes, verbunden. Die Außenteile 15a und 15b bestehen beispielsweise aus Harz und decken die Elektroden 12a und 12b und einen Teil des Wärmeausdehnungskörpers 14, ab. Auf diese Weise decken die Außenteile 15a und 15b in der ersten Ausführungsform, ein Teil des Wärmeausdehnungskörpers 14 ab, und nicht den ganzen Wärmeausdehnungskörper 14 vollständig. Daher kann im Überspannungsschutzelement 10 ein Teil des Wärmeausdehnungskörpers 14, das durch die Außenteile 15a und 15b nicht abgedeckt ist, visuell von außen erkannt werden. Obwohl sich der Wärmeausdehnungskörper 14 durch die Wärme, in einer Weise, die unten beschrieben wird, ausdehnt, wird eine Verhinderung der Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 unterdrückt, weil die Außenteile 15a und 15b nicht vollständig den Wärmeausdehnungskörper 14 abdecken.
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Der Wärmeausdehnungskörper 14 besteht beispielsweise aus Harz, das durch Wärme irreversibel ausdehnbar ist. Als ein Harz, das irreversibel durch Wärme ausdehnbar ist, kann beispielsweise ein AF-3024, hergestellt von Sumitomo 3M Ltd., verwendet werden. Wenn der Wärmeausdehnungskörper 14, welcher aus einem irreversibel ausdehnbaren Harz besteht, eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, befindet sich eine Vielzahl von Gashohlräumen, die darin gebildet werden, in einem geschäumten Zustand und der Wärmeausdehnungskörper 14 dehnt sich aus, um die Außenabmessungen zu vergrößern. Da sich im Wärmeausdehnungskörper 14 bereits Gashohlräume gebildet haben, wird sein Volumen selbst nach einer Abkühlung nicht reduziert. Auf diese Weise wird der Wärmeausdehnungskörper 14 irreversibel ausgedehnt. Das heißt, sobald der Wärmeausdehnungskörper 14 ausgedehnt wird, behält er seinen ausgedehnten Zustand bei.
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Wenn der Wärmeausdehnungskörper 14 irreversibel ausgedehnt wird, um die Außenabmessung zu vergrößern, erhöht sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden 12a und 12b. Als Ergebnis trennt der Wärmeausdehnungskörper 14 die Elektrode 12a von dem Varistor-Substrat 11 und bildet einen isolierenden Spalt 16 zwischen dem Varistor-Substrat 11 und der Elektrode 12a, wie in 2 gezeigt. Wenn die Elektrode 12a von dem Varistor-Substrat 11 getrennt ist, wird das Überspannungsschutzelement 10 in einen geöffneten Zustand gebracht, und somit fließt kein Strom im Varistor-Substrat 11, selbst wenn eine Spannung an das Paar von Elektroden 12a und 12b angelegt ist.
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Wenn eine Überspannung an das Varistor-Substrat 11 mehrmals angelegt wird, und ein Überstrom mehrmals darin fließt, verschlechtert sich das Varistor-Substrat 11, um die Betriebsstartspannung zu senken, und nähert sich dem Kurzschlussfehlerzustand. Das heißt, die Überspannungsschutzfunktion des Überspannungsschutzelements 10 verschlechtert sich. Wenn sich das Varistor-Substrat 11 dem Kurzschlussfehlerzustand nähert, verringert sich die Betriebsstartspannung. Daher wird in einem solchen Fall, in welchem das Überspannungsschutzelement 10 zwischen den Phasen der Stromversorgungsleitungen angeschlossen ist, fließt ein Strom im Varistor-Substrat 11, und Wärme wird erzeugt, was zu einer Temperaturerhöhung führt. Als Ergebnis, erhöht sich die Temperatur des Überspannungsschutzelements 10, genauer gesagt, die Temperatur der Außenteile 15a und 15b.
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Der Wärmeausdehnungskörper 14 dehnt sich, aufgrund der vom Varistor-Substrat 11 infolge des Stromes, der im verschlechterten Varistor-Substrat 11 fließt, erzeugen Wärme, irreversibel aus. Dementsprechend, wenn der Wärmeausdehnungskörper 14 ausgedehnt wird, behält das Überspannungsschutzelement 10 den Zustand, in dem der isolierende Spalt 16 zwischen dem Varistor-Substrat 11 und der Elektrode 12a gebildet ist, wie in 2 gezeigt. Daher behält das Überspannungsschutzelement 10, sobald der Wärmeausdehnungskörper 14 ausgedehnt wird, den offenen Zustand bei. In dem Überspannungsschutzelement 10 kann, da kein Strom in dem Varistor-Substrat 11 nachdem der Wärmeausdehnungskörper 14 ausgedehnt wird, fließt, das Auftreten eines Kurzschlussfehlers der Stromversorgungsleitungen, einer Schaltung oder Vorrichtungen, mit denen das Überspannungsschutzelement 10 verbunden ist, in einem Zustand vermieden werden, wenn die Überspannungsschutzfunktion gesenkt wird. Ferner, wird ein Temperaturanstieg in dem Varistor-Substrat 11 und den Außenteilen 15a und 15b in dem Zustand, in dem die Überspannungsschutzfunktion des Überspannungsschutzelements 10 abgesenkt wird, unterdrückt.
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Eine Temperatur, bei der der Wärmeausdehnungskörper 14 anfängt sich irreversibel auszudehnen, wird als eine „Ausdehnungsstarttemperatur“ bezeichnet. Der Wärmeausdehnungskörper 14 dehnt sich irreversibel aus, wenn eine Temperatur, die gleich oder höher als die Ausdehnungsstarttemperatur (beispielsweise 180°C) ist, erreicht wird. Die Ausdehnungsstarttemperatur hängt von den Eigenschaften des Harzes, welches irreversibel durch Wärme ausdehnbar ist, so dass die Ausdehnungsstarttemperatur nicht auf 180°C, wie oben beschrieben, beschränkt ist. Beispielsweise ist die Expansionsstarttemperatur vorzugsweise gleich zu oder niedriger als eine Wärmebeständigkeitstemperatur der Außenteile 15a und 15b und ist vorzugsweise etwa 5°C bis 10°C niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur der Außenteile 15a und 15b. Durch Änderung mindestens einer der Eigenschaften des dehnbaren Harzes, welches bei dem Wärmeausdehnungskörper 14 verwendet wird, und der Eigenschaften der Außenteile 15a und 15b, kann die Ausdehnungsstarttemperatur derart eingestellt werden, dass sie gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur der Außenteile 15a und 15b ist.
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Wenn sich die Überspannungsschutzfunktion des Überspannungsschutzelements 10 verschlechtert, dehnt sich der Wärmeausdehnungskörper 14 irreversibel aus und der offene Zustand wird auf einer sicheren Seite beibehalten. Als Ergebnis wird der Stromfluss in das Überspannungsschutzelement 10, welches die verschlechterte Überspannungsschutzfunktion aufweist, unterbrochen, so dass das Auftreten eines Kurzschlussfehler-Zustands in der Schaltung oder in den Vorrichtungen, an welche das Überspannungsschutzelement 10 angebracht ist, unterdrückt werden kann. Es ist auch möglich, einen in das Varistor-Substrat 11 des Überspannungsschutzelements 10 kontinuierlich fließenden Strom, in einem Zustand zu unterdrücken, in welchem das Überspannungsschutzelement 10 verschlechtert wird. Als Ergebnis wird eine Temperaturerhöhung im Überspannungsschutzelement 10 unterdrückt und somit die Sicherheit verbessert. Da sich ferner der Wärmeausdehnungskörper 14 bei einer Temperatur, die gleich zu der oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur der Außenteile 15a und 15b ist, irreversibel ausdehnt, können die Außenteile 15a und 15b bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger als die Wärmebeständigkeitstemperatur ist, verwendet werden.
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Obwohl ein Harz, das sich durch Wärme irreversibel ausdehnt, als Wärmeausdehnungskörper 14 in der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist das Material des Wärmeausdehnungskörpers 14 nicht auf Harz beschränkt, so dass auch ein anderes Material verwendet werden kann, solange es sich irreversibel durch Wärme ausdehnen kann. Zum Beispiel kann der Wärmeausdehnungskörper 14 eine Formgedächtnislegierung sein, die sich verformt, um den Abstand zwischen den beiden Elektroden 12a und 12b zu erhöhen, wenn die Temperatur eine Temperatur erreicht, die gleich oder höher als die Ausdehnungsstarttemperatur ist. Alternativ kann der Wärmeausdehnungskörper 14 eine Struktur sein, in der ein Verdampfungsmaterial oder ein Material mit einem großen Wärmeausdehnungskoeffizienten in einem Behälter aus einem verformbaren Kunststoffmaterial umschlossen wird.
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Zweite Ausführungsform.
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3 zeigt eine Teilschnittansicht, die ein Überspannungsschutzelement gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
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4 zeigt eine Teilschnittansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, umfasst ein Überspannungsschutzelement 20 ein Varistor-Substrat 21, ein Paar von Elektroden 22a und 22b, äußere Zuleitungen 23a und 23b und Außenteile 25a und 25b. Das Varistor-Substrat 21 weist eine Form und Funktionen auf, die identisch mit denen des Varistor-Substrats 11 des Überspannungsschutzelements 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind.
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Das Überspannungsschutzelement 20 unterscheidet sich von dem Überspannungsschutzelement 10 gemäß der ersten Ausführungsform in der Form und den Funktionen eines Wärmeausdehnungskörpers 24. Der Wärmeausdehnungskörper 24 ist ein säulenartiges Element und weist einen gebogenen Teil 24B zwischen dem Paar von Elektroden 22a und 22b auf. Der gebogene Teil 24B ist S-förmig gebogen. Der gebogene Teil 24B hat eine Markierung 24a in einem gebogenen Bereich, der von der Außenseite des Überspannungsschutzelements 20 nicht ersichtlich ist. Die Markierung 24a zeigt an, dass das Überspannungsschutzelement 20, als Folge der Verschlechterung des Varistor-Substrats 21, welches im Überspannungsschutzelement 20 enthalten ist, in einen offenen Zustand gebracht worden war.
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In der zweiten Ausführungsform umfasst das Überspannungsschutzelement 20 eine Vielzahl von Wärmeausdehnungskörpern 24. Die Wärmeausdehnungskörper 24 sind zwischen dem Paar von Elektroden 22a und 22b sandwichartig angeordnet und außerhalb eines Seitenteils 21S des Varistor-Substrats 21 angebracht. Wenn das Überspannungsschutzelement 20 in einer Richtung, die orthogonal zu den Endflächen 21Ta und 21Tb des Varistor-Substrats 21 ist, betrachtet wird, sind die Wärmeausdehnungskörper 24 jeweils, vorzugsweise in im Wesentlichen gleichen Abständen entlang einer Richtung angeordnet, in der sich das Seitenteil 21S des Varistor-Substrat 21 erstreckt. Diese Anordnung ermöglicht es, dass der Abstand zwischen den beiden Elektroden 22a und 22b gleichmäßig erhöht wird, wenn sich die Wärmeausdehnungskörper 24 irreversibel ausdehnen. Als Ergebnis wird eine der Elektroden 22a oder 22b zuverlässig von dem Varistor-Substrat 21 getrennt.
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Während die Anzahl der Wärmeausdehnungskörper 24 nicht begrenzt ist, ist es bevorzugt, dass das Überspannungsschutzelement 20 mindestens drei Wärmeausdehnungskörper 24 aufweist. Dies verhindert, dass die Elektrode 22a oder die Elektrode 22b geneigt wird, wenn sich die Wärmeausdehnungskörper 24 irreversibel ausdehnen. Dementsprechend wird die Elektrode 22a oder die Elektrode 22b zuverlässig von dem Varistor-Substrat 21 abgetrennt, und das Überspannungsschutzelement 20 wird zuverlässig in den offenen Zustand gebracht.
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Wenn das Varistor-Substrat 21 weiter verschlechtert wird, verringert sich die Betriebsstartspannung und das Überspannungsschutzelement 20 nähert sich dem Kurzschlussfehlerzustand. Wenn ein Strom in diesem Zustand im Varistor-Substrat 21 fließt und die Temperatur des Wärmeausdehnungskörpers 24 gleich oder höher als die Temperatur, bei der die Ausdehnung beginnt, ist, dehnen sich die Wärmeausdehnungskörper 24 irreversibel aus und die gebogenen Teile 21B werden gestreckt. Aufgrund der irreversiblen Ausdehnung der Wärmeausdehnungskörper 24, wird die Elektrode 22a von dem Varistor-Substrat 21 getrennt, wobei ein isolierender Spalt 26 zwischen dem Varistor-Substrat 21 und der Elektrode 22a ausgebildet wird.
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Wenn die gebogenen Teile 24B der Wärmeausdehnungskörper 24 gestreckt werden, werden die Markierungen 24a, die innerhalb der gebogenen Abschnitte vorgesehen sind, von außerhalb der Wärmeausdehnungskörper 24 sichtbar. Deshalb, kann ein Benutzer über den offenen Zustand des Überspannungsschutzelements 20 informiert werden. Das Material und die Ausdehnungsstarttemperatur des Wärmeausdehnungskörpers 24 sind identisch mit denen des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Wärmeausdehnungskörpers 14.
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Auf diese Weise weist das Überspannungsschutzelement 20 Funktionen und Wirkungen auf, die denjenigen des Überspannungsschutzelements 10 gemäß der ersten Ausführungsform gleich sind. Darüber hinaus kann das Überspannungsschutzelement 20 den Benutzer über den offenen Zustand informieren und ihn auffordern, das Überspannungsschutzelement 20 auszutauschen. Ein Austausch mit einem neuen Überspannungsschutzelement 20 ermöglicht einen zuverlässigen Schutz einer Schaltung einer nachfolgenden Stufe gegen Überspannung.
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Dritte Ausführungsform.
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5 ist eine Teilschnittansicht, die ein Überspannungsschutzelement gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. 6 ist eine Teilschnittansicht, die einen geöffneten Zustand des Überspannungsschutzelements gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, weist ein Überspannungsschutzelement 30 ein Varistor-Substrat 31, ein Paar von Elektroden 32a und 32b, äußeren Zuleitungen 33a und 33b, Außenteile 35a und 35b und einen Wärmeausdehnungskörper 34 auf. Das Varistor-Substrat 31, welches im Überspannungsschutzelement 30 enthalten ist, hat eine Form und Funktionen, die gleich mit denen des Überspannungsschutzelements 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind.
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Das Überspannungsschutzelement 30 unterscheidet sich von dem Überspannungsschutzelement 10 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Abdeckungen 34a und 34b, die den Wärmeausdehnungskörper 34 abdecken, an den beiden Elektroden 32a bzw. 32b befestigt sind.
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Die Abdeckungen 34a und 34b sind auf den Oberflächen der beiden Elektroden 32a und 32b, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, vorgesehen. Die Abdeckung 34a ist an der Elektrode 32a angebracht und die Abdeckung 34b ist an der Elektrode 32b angebracht. Beispielsweise können die Abdeckungen 34a und 34b durch Falten der entsprechenden Elektroden 32a und 32b geformt werden, um jeweils mit den Elektroden 32a und 32b integral zu sein, oder sie können jeweils auf den entsprechenden Elektroden 32a und 32b als separate Teile von Elektroden 32a und 32b angebracht werden. Alternativ können die Abdeckungen 34a und 34b jeweils mit den Außenteilen 35a und 35b verbunden werden.
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Die Abdeckungen 34a und 34b sind außerhalb des
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Wärmeausdehnungskörpers 34, der zwischen den beiden Elektroden 32a und 32b sandwichartig angeordnet ist, vorgesehen. Wie in 5 gezeigt, überlappen die Abdeckungen 34a und 34b einander an Endteilen auf der gegenüberliegenden Seite von den Teilen, die mit den Elektroden 32a und 32b verbunden sind. Derart aufgebaut, können die Abdeckungen 34a und 34b den Wärmeausdehnungskörper 34 abdecken. Die Abdeckungen 34a und 34b sind derart gestaltet, dass sie an den Endteilen auf der gegenüberliegenden Seite von den Teilen, die mit den Elektroden 32a und 32b verbunden sind, beabstandet werden, wenn sich der Wärmeausdehnungskörper 34 irreversibel ausdehnt und der Abstand zwischen den beiden Elektroden 32a und 32b erhöht wird.
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Wenn das Varistor-Substrat 31 weiterhin beschädigt wird, verringert sich die Betriebsstartspannung und das Überspannungsschutzelement 30 nähert sich dem Kurzschlussfehlerzustand. Wenn in diesem Zustand ein Strom im Varistor-Substrat 31 fließt und die Temperatur des Wärmeausdehnungskörpers 34 gleich oder höher als die Ausdehnungsstartemperatur wird, dehnt sich der Wärmeausdehnungskörper 34 irreversibel aus. Eine irreversible Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 34 trennt die Elektrode 32a vom Varistor-Substrat 31 ab und bildet eine isolierende Lücke 36 zwischen dem Varistor-Substrat 31 und der Elektrode 32a.
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Wenn sich der Wärmeausdehnungskörper 34 ausdehnt, werden die Abdeckungen 34a und 34b beabstandet angeordnet, so dass der Wärmeausdehnungskörper 34 von außen sichtbar werden kann. Daher kann das Überspannungsschutzelement 30 einen Benutzer über den offenen Zustand informieren. Das Material und die Ausdehnungsstarttemperatur des Wärmeausdehnungskörpers 34 sind mit denen des in der ersten Ausführungsform beschrieben Wärmeausdehnungskörpers 14 gleich.
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Auf diese Weise weist das Überspannungsschutzelement 30 Funktionen und Wirkungen auf, die mit denjenigen des Überspannungsschutzelements 10 gemäß der ersten Ausführungsform gleich sind. Darüber hinaus, kann das Überspannungsschutzelement 30 den Benutzer darüber informieren, dass das Überspannungsschutzelement 30 in den offenen Zustand gebracht worden ist und ihn auffordern, das Überspannungsschutzelement 30 zu ersetzen. Ein Austausch durch ein neues Überspannungsschutzelement 30 ermöglicht es, dass eine Schaltung einer nachfolgenden Stufe zuverlässig gegen eine Überspannung geschützt wird.
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Es ist bevorzugt, dass der Wärmeausdehnungskörper 34 auf der Seite der Abdeckungen 34a und 34b eine andere Farbe, als die Farbe wenigstens entweder der Abdeckungen 34a und 34b oder der Außenteile 35a und 35b, aufweist. Dies ermöglicht es einem Benutzer leicht den Wärmeausdehnungskörper 34 visuell zu erkennen, wenn die Abdeckungen 34a und 34b beabstandet sind, da der Wärmeausdehnungskörper 34 eine andere Farbe, als die Farbe mindestens entweder der Abdeckungen 34a und 34b oder der Außenteile 35a und 35b, aufweist. Als Ergebnis kann das Überspannungsschutzelement 30 zuverlässig den Benutzer informieren, dass das Überspannungsschutzelement 30 in den geöffneten Zustand gebracht wurde.
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Beispielsweise, kann als ein Verfahren, den Benutzer zu informieren, dass das Überspannungsschutzelement 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den geöffneten Zustand gebracht worden ist, ein Farbanstrich, der die Farbe ändert, wenn eine Temperatur erreicht wird, die gleich oder höher als die Ausdehnungsstarttemperatur ist, wird auf einer äußeren Oberfläche des Wärmeausdehnungskörpers 14 beschichtet, oder es wird ein Material verwendet, das seine Farbe verändert, wenn eine Temperatur erreicht wird, die gleich oder höher als die Ausdehnungsstarttemperatur für den Wärmeausdehnungskörper 14 ist.
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Alternativ, kann ein Benutzer gemäß der ersten Ausführungsform durch die Bereitstellung eines Sensors, welcher eine Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 durch Erwärmung erfasst, darüber informiert werden, dass das Überspannungsschutzelement 10 in den offenen Zustand gebracht wird. Eine Warneinrichtung kann vorgesehen sein, die ein Warnsignal als Antwort auf ein Ausgabesignal des Sensors, welches bei Detektion einer Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 durch Wärme das Signal, beispielsweise an eine Schaltung einer nachfolgenden Stufe des Überspannungsschutzelements 10, ausgibt. Der Sensor, der eine Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 detektiert, ist beispielsweise ein Sensor, der die Länge des Wärmeausdehnungskörpers 14 erfasst, oder ein Temperaturerfassungssensor, der erfasst, dass die Temperatur des Wärmeausdehnungskörpers 14 eine Temperatur erreicht hat, die gleich oder höher, als die Ausdehnungsstarttemperatur ist. Die Warneinrichtung kann zum Beispiel eine Warneinrichtung sein, die wenigstens Licht und/oder Ton ausgibt, wenn der Sensor eine Ausdehnung des Wärmeausdehnungskörpers 14 erfasst hat.
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Während die erste bis dritte Ausführungsformen oben beschrieben wurden, sind die erste bis dritte Ausführungsformen nicht auf die vorangehend beschriebenen Inhalte nicht beschränkt. Weiterhin umfassen die oben beschriebenen Bestandteile jene, die leicht von dem auf diesen Gebiet tätigen Fachmann nachvollziehbar sind, und die im Wesentlichen gleich sind, oder im Bereich der so genannten Äquivalente liegen. Ferner können die oben beschriebenen Bestandteile geeignet sein, miteinander kombiniert zu werden. Außerdem können mindestens eine der verschiedenen Arten von Auslassung, Ersatz und Modifikation der einzelnen Bestandteile durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der ersten bis dritten Ausführungsformen abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 20, 30
- Überspannungsschutzelement,
- 11, 21, 31
- Varistor-Substrat,
- 12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b
- Elektrode,
- 13a, 13b, 23a, 23b, 33a, 33b
- externe Zuleitung,
- 14, 24, 34
- Wärmeausdehnungskörper,
- 24a
- Fehleranzeige-Markierung,
- 34a, 34b
- Abdeckung,
- 15a, 15b, 25a, 25b, 35a, 35b
- Außenteil.
