DE19612841A1

DE19612841A1 - Strombegrenzender Widerstand mit PTC-Verhalten

Info

Publication number: DE19612841A1
Application number: DE19612841A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Glatz-Reichenbach; Felix Dr Greuter; Gerhard Mauthe; Zdenek Pelanek; Claus Dr Schueler; Jorgen Dr Skindhoj; Ralf Dr Struempler
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1996-03-30
Filing date: 1996-03-30
Publication date: 1997-10-02
Also published as: EP0798750B1; JPH1022109A; EP0798750A3; DE59712291D1; EP0798750A2; US5861795A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Wider stand nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger Widerstand erkennt und begrenzt in einem Lastkreis fließende Kurzschluß- oder Überströme. Erst danach unterbricht ein im Lastkreis vorgesehener Schalter den begrenzten Strom. Der Schalter kann daher auf eine gegenüber der Kurzschlußleistung geringe Abschaltleistung ausgelegt sein.

STAND DER TECHNIK

Ein strombegrenzender Widerstand der zuvor genannten Art ist beispielsweise in US 5,313,184 A beschrieben. Ein solcher Wider stand enthält zwei Anschlußelektroden zwischen denen zueinander parallel geschaltet ein PTC-Verhalten aufweisender Widerstands körper sowie ein Varistor angeordnet sind. Der Widerstandskörper und der Varistor kontaktieren einander über die gesamte Isola tionsstrecke zwischen den beiden Anschlußelektroden. Hierdurch werden lokale Überspannungen im Widerstandskörper und damit unzulässig hohe lokale thermische Belastungen des Widerstands körpers vermieden.

Zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit dieses Widerstandes können mehrere Widerstände in Reihe geschaltet werden. Eine solche Anordnung ist relativ aufwendig, da sowohl zwischen den einzelnen Widerstandskörpern als auch zwischen den einzelnen Varistoren metallene Elektroden angeordnet sind. Im normalen Betriebszustand des Widerstandes wird der Strom durch eine Reihenschaltung von mehreren PTC-Verhalten aufweisenden Wider standskörpern, zwischen den jeweils eine metallene Elektrode angeordnet ist, geführt. Der Übergangswiderstand zwischen einer metallenen Elektrode und dem Material des Widerstandskörpers ist im allgemeinen relativ hoch und trägt bei einem für Strombegren zungsaufgaben typischen Widerstand mit einem Gesamtwiderstand von ca. 50 mΩ ebensoviel wie das Material des Widerstandskörpers zum Gesamtwiderstand bei. Darüber hinaus weisen metallene Elek troden und die üblicherweise als Material für den Widerstands körper eingesetzten füllstoffgefüllten Polymere unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und unterschiedliche Wärmeausdeh nungskoeffizienten auf. Dadurch können mechanische Spannungen im Inneren des Widerstandes entstehen, welche dessen mechanische und elektrische Eigenschaften gegebenenfalls beeinträchtigen können.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen strombegrenzenden Widerstand mit PTC-Verhalten zu schaffen, welcher in einfacher und kosten günstiger Weise herstellbar ist und sowohl eine hohe Nennstrom tragfähigkeit und einen weiten Spannungsbereich als auch eine große Betriebssicherheit aufweist.

Beim erfindungsgemäßen Widerstand ist der PTC-Verhalten aufweisende Widerstandskörper derart ausgebildet, daß er sowohl den elektrischen Kontakt zu den Anschlußelektroden als auch zum Varistor gewährleistet. Dadurch werden der elektrischen Kontak tierung des Varistors dienende metallene Elektroden eingespart. Zugleich kann der erfindungsgemäße Widerstand äußerst kostengünstig und in einem für eine Serienfertigung besonders geeigneten Verfahren hergestellt werden. Der den Varistor und die Anschlußelektroden haltende und üblicherweise von einem füllstoffgefüllten Polymer gebildete Widerstandskörper kann nämlich äußerst preiswert in einem gängigen Kunststoff verarbeitungsverfahren, wie etwa durch Spritzgießen, erzeugt werden. Durch Einstecken des Varistors in den Widerstandskörper und Aufbringen der Anschlußelektroden an den Widerstandskörper kann dann in äußerst einfacher Weise der erfindungsgemäße Widerstand fertiggestellt werden. Da sich das als füllstoff gefülltes Polymer ausgeführte Material des Widerstandskörpers besonders gut an den im allgemeinen aus einer Metalloxidkeramik bestehenden Körper des Varistors anpaßt, kann zudem eine beim Varistor normalerweise vorgesehene flächenhafte Kontaktmetalli sierung gegebenenfalls entfallen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die parallel zum Varistor geschaltete und einen PTC-Übergang ausführende Ansprechstelle durch geeignete Ausbildung des Widerstandskörpers in einem Abstand zum Varistor angeordnet werden kann, in dem eine thermische Rückkoppelung zwischen der beim PTC-Übergang erwärmten Ansprechstelle und dem Varistor nicht zu befürchten ist.

Weist der erfindungsgemäße Widerstand mehr als zwei in Reihe geschaltete Varistoren auf, so entfallen metallene Elektroden zwischen den einzelnen Varistoren und zwischen PTC-Verhalten aufweisenden Teilkörpern des Widerstandskörpers, welche ebenso wie die Varistoren in Reihe geschaltet sind. Der Kaltwiderstand des Widerstands wird so ganz wesentlich herabgesetzt und entsprechend die Nennstromtragfähigkeit des strombegrenzenden Widerstands nach der Erfindung erheblich verbessert. Eine besonders hohe Nennstromtragfähigkeit wird erreicht, wenn der Widerstandskörpers einstückig ausgebildet wird. Der sonst zwischen den einzelnen Teilkörpern vorhandene geringe Übergangswiderstand entfällt dann vollständig. Zudem kann der Widerstand dann in besonders kostengünstiger Weise gefertigt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Hierbei zeigen die Fig. 1 bis 6, 10 und 11 jeweils in der Seitenansicht bevorzugte Ausführungsformen des strombegrenzenden Widerstands nach der Erfindung mit zwei zueinander parallel liegenden Anschlußelektroden, einem zwischen den Anschluß elektroden angeordneten Widerstandskörper mit PTC-Verhalten und einem oder mehreren mit dem Widerstandskörper kontaktierten Varistoren.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen in einer Seitenansicht von rechts ein als Ansprechstelle ausgebildetes Teil des gemäß den Fig. 1 und 2 ausgeführten Widerstands.

Die Fig. 12 schließlich zeigt ein Diagramm, in dem der zeit liche Verlauf von elektrischen Größen dargestellt ist, die beim Begrenzen eines Kurzschlußstroms für das Verhalten des gemäß Fig. 2 ausgeführten Widerstands typisch sind, wie die am Wider standskörper anliegende Spannung U_PTC sowie der im Widerstands körper geführte Strom I_PTC und der im Varistor geführte Strom I_Varistor.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichwirkende Teile. Die in den Fig. 1 bis 6, 10 und 11 dargestellten strombegrenzenden Widerstände enthalten jeweils einen zwischen zwei parallel zueinander ausgerichteten metallenen Anschluß elektroden 1, 2 angeordneten und flächenhaft kontaktierten Widerstandskörper 3 sowie einen Varistor 40 oder mehrere Varistoren 40, 41, 42, 43, 44, 45.

Die Varistoren 40-45 sind vorzugsweise aus einer dotierten Keramik auf der Basis eines Metalloxids, wie etwa ZnO, oder eines Titanates, wie etwa SrTiO₃ oder BaTiO₃, oder eines Carbides, wie etwa SiC, gebildet. Der in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 2 und 10 vorgesehene Varistor 40 weist eine Durchbruchspannung auf, die oberhalb der Nennspannung des elektrischen Systems liegt, in der der Widerstand eingesetzt wird. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 3, 4, 5, 6 und 11 hingegen sind mehrere Varistoren, z. B. die Varistoren 40, 41, 42, 43, 44 und 45, in einem Stapel angeordnet in Reihe geschaltet. Dieser Varistorstapel weist eine Durchbruchspannung auf, die ebenfalls oberhalb der Nennspannung des den strombe grenzenden Widerstand enthaltenden elektrischen Systems liegt.

Der Widerstandskörper 3 besteht aus einem PTC-Verhalten aufwei senden Material und kann von einem mit einem elektrisch leiten den Füllstoff, wie beispielsweise Leitfähigkeitsruß, TiC oder TiB₂, gefüllten, insbesondere thermo- oder duroplastischen, Polymer gebildet sein.

Die erfindungsgemäßen Widerstände können in einfacher Weise wie folgt hergestellt werden:
Zunächst werden nach einem in der Varistortechnik üblichen Verfahren, wie etwa durch Pressen oder Gießen und nachfolgendes Sintern einer mit verschiedenen Metalloxiden dotierten kerami schen Grundsubstanz, wie etwa ZnO, Varistoren 40 bis 45 herge stellt. Diese Varistoren sind plattenförmig ausgebildet und wei sen eine Dicke von beispielsweise 2 mm auf. Auf ihren flächigen Seiten können die Varistoren zur Verbesserung des Stromübergangs metallisiert sein. Mit einem Schermischer wird aus einem thermo plastischen Polymer, wie etwa einem Polyäthylen, und einem elektrisch leitfähigen, pulverförmigen Füllstoff, wie beispiels weise TiC, PTC-Material hergestellt. Aus dem PTC-Material wird etwa durch Spritzgießen der Widerstandskörper 3 gefertigt. Je nach Ausbildung des Widerstandskörpers wird der Varistor 40 oder werden zwei oder mehrere der Varistoren 40 bis 45 in den Wider standskörper 3 eingebaut. Sodann werden die Anschlußelektroden 1, 2 auf den Widerstandskörper gebracht und unter Ausübung von Kontaktdruck festgesetzt. Da der Widerstandskörper 3 aus kompressiblem Material hergestellt ist und zugleich in Druckrichtung elastisch verbiegbar ausgebildet ist, setzt der Kontaktdruck zugleich auch den Varistor oder die Varistoren im Widerstandskörper 3 fest.

In allen Ausführungsformen weist der Widerstandskörper 3 zwei Kontaktflächen 50, 51 auf sowie eine Ansprechstelle 60, welche über die zwei Kontaktflächen 50, 51 parallel zum Varistor 40 geschaltet ist. Die Ansprechstelle 60 ist derart bemessen, daß sie einen PTC-Übergang ausführt, wenn ein im Widerstand geführ ter Strom einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Widerstandskörper im wesentlichen jeweils U-förmig ausgebildet. Die Kontaktflächen 50 und 51 sind jeweils auf den Innenflächen der Schenkel des U angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß der Varistor 40 ohne zusätzliche metallene Kontakte über den Wider standskörper 3 in elektrisch leitender Weise mit den Anschluß elektroden 1, 2 verbunden ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist zusätzlich ein aus Metall oder leitfähigem Polymer bestehendes Zwischenstück 70 vorgesehen, welches zwischen einer Kontaktfläche des Varistors 40 und der Kontaktfläche 51 der Widerstandskörpers 3 angeordnet ist. Dieses Zwischenstück ermöglicht zum einen die Aufweitung des U. Andererseits dient das Zwischenstück 70 der Absorption thermischer Energie aus dem Varistor 40. Eine solche Energie wird erzeugt, wenn aufgrund einer an den Kontaktflächen 50, 51 auftretenden Überspannung ein Ableitstrom durch den Varistor 40 geführt wird.

Bei beiden Ausführungsformen befindet sich die Ansprechstelle 60 im gebogenen Verbindungsteil des U. Durch diese Verlagerung der Ansprechstelle nach außen wird zum einem der Varistor 40 vor thermischer Aufheizung bei einem PTC-Übergang geschützt und wird zum anderen beim PTC-Übergang der Aufbau unerwünschter mechani scher Spannungen im Widerstandskörper 3 weitgehend vermieden.

Die Ansprechstelle kann den gleichen Querschnitt wie der Wider standskörper 3 im Bereich der beiden Kontaktflächen 50, 51 auf weisen, da durch die Biegung des U bereits eine lokale Erhöhung des Widerstands gewährleistet ist. Im allgemeinen wird die Ansprechstelle jedoch als Materialeinformung ausgebildet sein, welche den Querschnitt des U im Bereich seiner Biegung verrin gert. In jedem Fall sollte der Querschnitt des Widerstands körpers 3 im Bereich der Ansprechstelle 60 kleiner sein als jede der beiden Kontaktflächen zwischen dem Widerstandskörper und den beiden Anschlußelektroden 1, 2, da nur dann der PTC-Übergang zur Ansprechstelle 60 hin verlagert werden kann.

Konstruktive Ausbildungen der Ansprechstelle 60 sind aus den Fig. 7, 8 und 9 ersichtlich und können durch Taillierung des Querschnitts des U quer zur Zeichenebene (Fig. 7) oder in Richtung der Schenkel des U in der Zeichenebene (Fig. 8 in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2), durch Anordnung von in Richtung der Enden des U geführten und im wesentlichen zueinander parallel verlaufenden Schlitzen 601 (Fig. 9) oder in besonders einfacher Weise durch runde Durchgangslöcher erreicht werden. Insbesondere die geschlitzte Ausführungsform der Ansprechstelle 60 zeichnet sich dadurch aus, daß der Strom nicht nur gleichmäßig über den eingeengten Querschnitt verteilt geführt wird, sondern daß beim Ausführen des PTC-Überganges das Material der Ansprechstelle sich in praktisch alle Richtungen bewegen kann, wodurch unerwünschte mechanische Spannungen im Widerstandskörper 3 in besonders starken Maße vermieden werden.

Bei Nennstrombetrieb des beispielsweise in einem Lastkreis als Strombegrenzer eingebauten Widerstands fließt der über die Anschlußelektrode 1 eingespeiste Strom über den als U ausgebil deten Widerstandskörper 3 zur Anschlußelektrode 2. Tritt im Lastkreis ein Kurzschlußstrom oder ein unzulässig hoher Über strom auf, so führt die an der Ansprechstelle 60 besonders hohe Stromdichte zu einem PTC-Übergang. Beim PTC-Übergang erhöht sich der ohmsche Widerstand des Widerstandskörpers 3 im Bereich der Ansprechstelle 60 sehr rasch um mehrere Größenordnungen und wird so der durch den Widerstand fließende Strom schnell begrenzt. Nach der Begrenzung des Stromes an den Anschlußelek troden 1, 2 auftretende Überspannungen werden durch Ableitströme abgebaut. Da der Varistor 40 hierbei Energie aufnimmt und erheblich aufgeheizt wird, ist es besonders vorteilhaft, daß die durch den PTC-Übergang ebenfalls stark aufgeheizte Ansprech stelle 60 vom Varistor 40 räumlich getrennt angeordnet ist.

Bei den gemäß den Fig. 3, 4, 5, 6 und 11 ausgeführten Widerständen ist neben dem Varistor 40 noch mindestens ein weiterer mit diesem Varistor in Reihe geschalteter Varistor 41 bis 45 vorgesehen. Dementsprechend weist der Widerstandskörper 3 weitere Kontaktflächen auf, von denen aus Gründen der Übersicht lichkeit nur die den Varistor 41 auf Potential führenden Kon taktflächen 52 und 53 bezeichnet sind. Über zwei der weiteren Kontaktflächen, wie z. B. 52, 53, jeweils parallel zu einem, wie z. B. 41, der weiteren Varistoren 41 bis 45 sind weitere Ansprechstellen geschaltet, von denen aus Gründen der Übersicht lichkeit nur die Ansprechstelle 61 dargestellt ist. Entsprechend der Ansprechstelle 60 sind auch diese weiteren Ansprechstellen, wie die Ansprechstelle 61, von den Varistoren lokal entkoppelt in den Widerstandskörper 3 eingeformt und führen entsprechend der Ansprechstelle 60 einen PTC-Übergang aus, wenn der im Wider stand geführte Strom den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Die mindestens zwei in Reihe geschaltete Varistoren 40, 41 enthaltenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wider stands sind zum Einsatz in Lastkreisen mit hohen Spannungen vorgesehen. Beim Auftreten eines Stroms führen die in Reihe geschalteten Ansprechstellen 60, 61 den PTC-Übergang aus und wird so der durch den Widerstand fließende Strom schnell begrenzt. Nach der Begrenzung des Stromes an den Anschlußelek troden 1, 2 auftretende Überspannungen werden durch Ableitströme abgebaut, welche in den in Reihe geschalteten Varistoren 40, 41 geführt werden. Spricht eine der Ansprechstellen, beispielsweise die Ansprechstelle 61, an bevor die anderen Ansprechstellen angesprochen haben, so wird das Auftreten unzulässig hoher Überspannungen an dieser Ansprechstelle durch den parallel geschalteten Varistor vermieden.

Wie aus den Fig. 3 bzw. 5 bzw. 6 entnommen werden kann, ist der Widerstandskörper 3 aus Teilkörpern 30 bis 35 bzw. 30′ bis 34′ bzw. 36 und 37 mit jeweils zwei parallel zu den Anschluß elektroden verlaufenden Abschnitten und mindestens einem die beiden Abschnitte verbindenden und die Ansprechstelle, z. B. 60, 61, enthaltendem Teil aufgebaut. Zwischen den beiden Abschnitten der Teilkörper, z. B. 31, 31′ oder 36, ist jeweils einer der Varistoren, z. B. 41, angeordnet.

Bei den Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 5 sind die Teilkörper 30 bis 35 jeweils als U ausgebildet und sind derart aneinandergefügt, daß der Widerstandskörper 3 ein Mäander bildet. Bei diesem Mäander sind je zwei im Mäander paarweise aufeinanderfolgende U gegeneinander um 180° gedreht und derart ineinandergeschoben, daß sich jeweils einer der Schenkel eines der U zwischen den Schenkeln des anderen U befindet. Die Varistoren können dann ohne zusätzliche Abstandsmittel durch einfaches Einschieben in die U mit dem Widerstandskörper 3 kontaktiert werden.

Eine besonders gute mechanische Festigkeit des Widerstandskör pers 3 wird erhalten, wenn wie aus der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ersichtlich ist, zwischen den beiden Abschnitten minde stens eines der U, z. B. der Teilkörper 31′, jeweils einer der Varistoren, z. B. 41, und je ein Schenkel zweier im Widerstands körper benachbarter und lediglich durch den Varistor voneinander beabstandeter U, z. B. die Teilkörper 30′ und 32′, angeordnet sind. Sind zusätzlich die einander zugewandten Innenflächen der aufeinanderliegenden Schenkel der U, z. B. der Teilkörper 31′ und 32′ bzw. 30′ und 31′, keilförmig abgeschrägt ausgebildet, dann kann der Widerstandskörper 3 durch gegenseitiges Verkeilen der einzelnen U besonders einfach hergestellt werden. Zudem können die durch Spritzgießen hergestellten U dann problemlos aus der Spritzgußform entfernt werden.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 5 können die im Widerstandskörper 3 aufeinanderfolgenden Varistoren 40 bis 45 bzw. 40 bis 44 zusätzlich durch U-förmig gebogene Zwischenstücke 701, 702 (aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur in der Fig. 3 zwei derartige Teile gestrichelt angedeutet) verbunden werden. Hierdurch wird zum einen eine besonders niederohmige Reihenschaltung der Varistoren erreicht und zum anderen wird die von den Varistoren beim Auftreten von Ableitströmen erzeugte Wärme aus dem Inneren des Widerstands weggeführt.

Aus den Fig. 4 und 11 sind Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Widerstandes ersichtlich, bei denen der Widerstandskör per einstückig ausgebildet ist. Da bei diesen Ausführungsformen der Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Teilkörpern entfällt, zeichnet sich der Widerstandskörper 3 durch einen besonders geringen ohmschen Widerstand aus. Zugleich kann der Widerstandskörper in einem Gießvorgang hergestellt werden und kann dann der Widerstand durch nachfolgendes Einstecken der Varistoren und der gegebenenfalls vorgesehenen Zwischenstücke 70 bis 73 bzw. 70, 71 in besonders einfacher und kostensparender Weise hergestellt werden. Bei scheibenförmiger Ausbildung der Varistoren weist der Widerstandskörper 3 dann nach vorne geöffnete und nach hinten geschlossene Taschen von halbrundem Querschnitt auf, in die bei der Fertigung des Widerstands die einzelnen Varistoren eingeschoben werden.

Der Widerstandskörper 3 kann wie folgt ausgebildet sein: als U mit gebogenem (Fig. 1 bis 5) oder geradem Verbindungs abschnitt, als Doppel-U mit gebogenen Verbindungsabschnitten (Fig. 2 mit Strichelung) oder geraden Verbindungsabschnitten, als Schneckenlinie (Fig. 10), als Doppel- oder Mehrfachschneckenlinie (Fig. 10 mit Strichelung), als Mäander (Fig. 3 bis 5), als Doppelmäander (Fig. 6 und 11) oder Girlande bzw. Doppelgirlande (Übereinanderstapeln von mehreren Teilkörpern, welche gemäß dem Teilkörper nach Fig. 10 ausgebildet sind).

Ist der Widerstandskörper als Doppel-U, Doppelschneckenlinie, Doppelmäander oder Doppelgirlande ausgebildet, so kann er neben der Ansprechstelle 60 eine dazu parallel geschaltete zusätzliche Ansprechstelle 60′ aufweisen (Fig. 2, 6, 10 und 11). Ein mit einem derartigen Widerstandskörper 3 versehener Widerstand zeichnet sich durch große Festigkeit, größere Stromtragfähig keit und einfache Herstellbarkeit aus. Zugleich werden beim PTC-Übergang auftretende thermische und mechanische Kräfte gleich mäßig im ganzen Widerstand verteilt.

Verläuft bzw. verlaufen wie bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 6 das die Ansprechstelle 60 enthaltende Teil bzw. die die Ansprechstellen 60, 60′, 61, . . . enthaltenden Teile des U oder des Doppel-U gebogen, so wird beim Ausführen des PTC-Über gangs durch starkes lokales Erwärmen des Widerstandskörpers im Bereich der Ansprechstellen erzeugte mechanische Kraft aufgrund der Federwirkung der Schenkel des U bzw. Doppel-U abgeschwächt auf den die Varistoren enthaltenden Teil des Widerstandskörpers übertragen. Werden die Ansprechstellen in überwiegend horizontal geführte Bereiche der Verbindungsteile des U bzw. Doppel-U geführt, so wird praktisch keine die vertikal wirkende Kontakt kraft des Widerstands schwächende Gegenkraft erzeugt.

Verläuft ein eine Ansprechstelle 60 enthaltendes Teil des U oder Doppel-U senkrecht zu den Schenkeln des U oder Doppel-U (Fig. 11), so kann der Widerstand besonders platzsparend ausgebildet werden.

Ist der Widerstandskörper 3 als Schneckenlinie, Girlande oder Doppel- oder Mehrfachgirlande ausgebildet, so wird eine besonders gute Kühlung des Widerstands erreicht, da dann Umgebungsluft längs des schneckenlinienförmigen aufgebauten Widerstandskörpers 3 ins Innere des Widerstandes geführt wird. Zugleich sind die Ansprechstellen 60, 60′ in einen überwiegend horizontal geführten Teil des Widerstandskörpers eingeformt. Beim Ausführen des PTC-Übergangs durch starkes lokales Erwärmen des Widerstandskörpers im Bereich der Ansprechstellen erzeugte mechanische Kraft wirkt dann überwiegend in horizontaler Richtung, so daß keine die vertikal wirkende Kontaktkraft des Widerstands schwächende Gegenkraft erzeugt wird.

Der Widerstandskörper kann auch andere, jedoch topologisch ähnliche Formen aufweisen, welche gegebenenfalls an die Topologie des Varistors bzw. der Varistoren angepaßt sind. Der Varistor kann praktisch beliebige Querschnittsformen annehmen und beispielsweise rund, rechteckig oder oval ausgebildet sein.

Aus Fig. 12 ist die Wirkungsweise eines erfindungsgemäß ausgebildeten Widerstands zu entnehmen. Dieser Widerstand ist entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ausgebildet. Die U-Form des Widerstandskörpers 3 wurde durch Warmbiegen einer mit 90 mm × 40 mm × 1,5 mm bemessenen Platte aus PTC-Material um einen 6 mm dicken Stab erzeugt. Der gebogene Widerstandskörper 3 hatte über das ganze U konstanten Querschnitt und wies einen ohmschen Widerstand von 160 mΩ auf. In einem Lastkreis wurde dem Widerstand ein prospektiver Kurzschlußstrom von 12 kA zuge führt. Dieser Strom wurde ersichtlich auf eine Stromspitze von 1,2 kA begrenzt und war nach 1 ms bereits kleiner 200 A. Der Widerstand konnte die wiederkehrenden Spannung mindestens 100 ms, d. h. über 5 Perioden, problemlos halten. Mit einem ent sprechend ausgebildeten Widerstand, bei dem jedoch die Biegung aufgrund von Durchgangsbohrungen bzw. einer Materialeinschnürung einen verringerten Querschnitt aufwies, wurde die Stromspitze sogar auf 1 kA begrenzt. Der ohmsche Widerstand dieses Elementes war jedoch mit 250 mΩ etwas größer.

Bezugszeichenliste

1, 2 Anschlußelektroden
3 Widerstandskörper
30, 31, 32, 33, 34, 35, 30′, 31′, 32′, 33′, 34′ Teilkörper
40, 41, 42, 43, 44, 45 Varistoren
50, 51, 52, 53 Kontaktflächen
60, 60′, 61, 61′ Ansprechstellen
601 Schlitze
70, 71, 72, 73, 701, 702 Zwischenstücke

Claims

1. Strombegrenzender Widerstand mit zwei parallel zueinander angeordneten Anschlußelektroden (1, 2), mit einem von den Anschlußelektroden (1, 2) flächenhaft kontaktierten und PTC-Verhalten aufweisenden Widerstandskörper (3) und mit einem mit dem Widerstandskörper (3) in elektrisch leitendem Kontakt befindlichen ersten Varistor (40), dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (3) zwei erste Kontaktflächen (50, 51) enthält sowie eine erste Ansprechstelle (60), welche über die zwei ersten Kontaktflächen (50, 51) parallel zum ersten Varistor (40) geschaltet ist und oberhalb eines Schwellwertes eines durch den Widerstand fließenden Stroms einen PTC-Übergang ausführt.

2. Widerstand nach Anspruch 1 mit mindestens einem mit dem ersten Varistor (40) in Reihe schaltbaren zweiten Varistor (41), dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (3) zwei zweite Kontaktflächen (52, 53) sowie mindestens eine zweite Ansprechstelle (61) enthält, welche über die zwei zweiten Kontaktflächen (52, 53) parallel zum zweiten Varistor (41) geschaltet ist und welche oberhalb des Schwellwertes den PTC-Übergang ausführt.

3. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (50) der zwei ersten Kontaktflächen über ein elektrisch leitendes erstes Zwischenstück (70) mit einer Kontaktfläche des ersten Varistors (40) verbunden ist (Fig. 2, 4, 6, 10, 11).

4. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der ersten (60) und/oder der mindestens einen zweiten Ansprechstelle (61) die Quer schnittsfläche des Widerstandskörpers (3) geringer ist als jede der beiden Kontaktflächen zwischen dem Widerstands körper (3) und den beiden Anschlußelektroden (1, 2).

5. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Anschlußelektroden (1, 2) geführte Abschnitte des Widerstandskörpers (3) jeweils eine der beiden ersten (50, 51) oder zweiten Kontaktflächen (52, 53) enthalten, und daß die erste (60) oder die mindestens eine zweite Ansprechstelle (61) in ein zwei benachbarte dieser Abschnitte verbindendes Teil des Widerstandskörpers (3) eingeformt ist.

6. Widerstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (60) und/oder die mindestens eine zweite Ansprechstelle (61) in Richtung der Abschnittsenden geführte und im wesentlichen zueinander parallel angeordnete Schlitze (601) oder eine Taillierung enthalten.

7. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (3) einstückig ausgebildet ist (Fig. 1, 2, 4, 10 und 11).

8. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (3) aus Teilkörpern (30, 31, . . ., 34′) mit jeweils zwei parallel zu den Anschlußelektroden (1, 2) verlaufenden Abschnitten und mindestens einem die beiden Abschnitte verbindenden Teil aufgebaut ist.

9. Widerstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Abschnitten mindestens eines Teilkörpers (30) einer der Varistoren (40) und höchstens ein Abschnitt eines im Widerstandskörper (3) benachbarten Teilkörpers (31) angeordnet sind (Fig. 3).

10. Widerstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Abschnitten mindestens eines der Teilkörper (31′) einer der Varistoren (41) und je ein Abschnitt zweier im Widerstandskörper (3) benachbarter Teilkörper (30′, 32′) angeordnet sind (Fig. 5).

11. Widerstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Flächen der beiden Abschnitte der Teilkörper (30′, 31′, . . .) keilförmig abgeschrägt ausgebildet sind.

12. Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (3) als U, Schneckenlinie, Doppel-U, Doppel- oder Mehrfachschnecken linie, Mäander, Girlande, Doppel- oder Mehrfachmäander oder Doppel- oder Mehrfachgirlande ausgebildet ist.

13. Widerstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Widerstandskörpers als Doppel-U, Doppel schneckenlinie, Doppelmäander oder Doppelgirlande neben der ersten (60) oder der zweiten Ansprechstelle (61) mindestens eine dazu parallel geschaltete zusätzliche Ansprechstelle (60′, 61′) vorgesehen ist (Fig. 2, 6, 10, 11).

14. Widerstand nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes eine Ansprechstelle (60) enthaltende Teil des U oder Doppel-U senkrecht zu den Schenkeln des U oder Doppel-U verläuft (Fig. 11).

15. Widerstand nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes eine Ansprechstelle (60) enthaltende Teil des U oder Doppel- oder Mehrfach-U gebogen verläuft (Fig. 1-6).