DE19842008A1 - Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger Polymere - Google Patents

Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger Polymere

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DE19842008A1
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coated copper
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DE1998142008
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Frank Richarz
Dietrich Amft
Thilo Hindert
Alf Wabner
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Eaton Industries GmbH
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Moeller GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1406—Terminals or electrodes formed on resistive elements having positive temperature coefficient

Abstract

Eine Kontaktanordnung für elektrisch leitfähiger Polymere mit PTC-Effekt zur Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten, bestehend aus einem plattenförmigen Polymer und zwei das Polymer sandwichartig kontaktierenden metallischen Kontaktelektroden soll derart verbessert werden, daß geringe Kontaktübergangswiderstände realisiert werden können und diese über das gesamte Arbeitstemperaturintervall aufrecht erhalten werden können. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß die Kontaktelektroden aus oberflächenbeschichtetem Kupfer bestehen, wobei der Elastizitätsmodul des Kupferelektrodenwerkstoffs durch eine Wärmebehandlung reduziert wurde.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannt ist es, derartige Kontakte mit speziellen Kontaktwerkstoffen, z. B. oberflächenbehandelten Kupferlegierungen, zu verwenden. Diese zeichnen sich durch einen insgesamt hohen Elastizitätsmodul aus. Die Kontaktelektroden werden hierbei unter hohem Druck aufeinandergepreßt. Diese Vorgehensweise führt dazu, daß sich der Kontaktwiderstand abhängig von verschiedenen Einflußgrößen wie Zeit, Anpreßkraft, Temperatur, Elastizitätsmoduln der Werkstoffpaarung u.ä. verändert. Ferner kann es durch elektrodynamische Kräfte zum Abheben der Elektroden vom Polymeren kommen. Dadurch können Lichtbögen entstehen, welche zur Zerstörung des Polymeren führen.
Bei bisherigen Lösungen treten zwei Problemschwerpunkte auf: Die tatsächliche Kontaktfläche zwischen dem metallischen Kontaktstück und dem polymeren Kontaktstück beträgt infolge von Oberflächenunebenheiten und Fremdschichten nur wenige Prozent der geometrischen Kontaktfläche. Da der Kontaktwiderstand relativ hoch ist, wird sich daraus resultierend eine hohe Stromdichte mit starker lokaler Wärmeentwicklung einstellen.
Problematisch ist ferner der Umstand, daß sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Kunststoff um eine Größenordnung unterscheiden. Da zum Auftreten von nutzbaren PTC-Effekten Temperaturunterschiede bis mehrere hundert Kelvin zwischen der Arbeitstemperatur und der PTC-Temperatur erzeugt werden müssen, werden thermisch induzierte Relativbewegungen in Größenordnungen von mehreren Millimetern auftreten. Diese Unterschiede in der Längenausdehnung führen zur weiteren Reduzierung der geometrischen Kontaktfläche und daraus resultierend zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes. Diese Erhöhung ist besonders in der Abkühlphase nach einem Schaltvorgang infolge des PTC-Effektes unerwünscht.
Ferner können elektrodynamische Kräfte zum Abheben der Elektroden führen, was zum Auftreten von Lichtbögen und damit zur Zerstörung des Polymers führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Verbindung zwischen metallischen und polymeren Bestandteilen eines Stromkreises derart zu verbessern, daß geringe Kontaktübergangswiderstände realisiert werden können und diese über das gesamte Arbeitstemperaturintervall aufrecht erhalten werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung und
Fig. 2 eine Darstellung des Standes der Technik.
Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktanordnung für elektrisch leitfähiger Polymere mit PTC-Effekt zur Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten. Diese Schaltgeräte begrenzen den Kurzschlußstrom durch Erhöhung ihres Widerstandes.
Die Kontaktanordnung besteht aus einem plattenförmigen Polymer 1 und zwei das Polymer sandwichartig kontaktierenden metallischen Kontaktelektroden 2.
Die bestehen Kontaktelektroden aus oberflächenbeschichtetem Kupfer bestehen, wobei der Elastizitätsmodul des Kupferelektrodenwerkstoffs durch eine Wärmebehandlung bzw, Weichglühen reduziert wurde. Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, passt sich das weiche Kupfermaterial der Unebenheit des Polymers 1 an.
Das Elastizitätsmodul des Kupferelektrodenwerkstoffs wird vor der Oberflächenbeschichtung durch Weichglühen auf einen Betrag kleiner als 10 000 N/mm2 reduziert.
Die Kontaktelektroden 2 bestehen aus versilbertem, vernickeltem oder verchromtem Kupfer.
Die Oberflächenrautiefe µR der Kontaktelektroden ist kleiner als 20 µm, vorzugsweise 10 µm.
Die erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, anstelle von starren Elektroden insgesamt elastische Elektrodenpaarungen zu verwenden. Dies kann erreicht werden durch die konstruktive Gestaltung und/oder durch die Wahl der mechanischen u./o. chemischen Eigenschaften des keinen PTC-Effekt aufweisenden Kontaktwerkstoffs oder durch Kombination der beiden Vorgehensweisen.

Claims (5)

1. Kontaktanordnung für elektrisch leitfähige Polymere mit PTC-Effekt zur Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten, bestehend aus einem plattenförmigen Polymer und zwei das Polymer sandwichartig kontaktierenden metallischen Kontaktelektroden, wobei die Kontaktelektroden aus oberflächenbeschichtetem Kupfer bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Kupferelektrodenwerkstoffs durch eine Wärmebehandlung reduziert wurde.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastizitätsmodul des Kupferelektrodenwerkstoffs vor der Oberflächenbeschichtung durch Weichglühen auf einen Betrag kleiner als 10 000 N/mm2 reduziert wurde.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektroden aus versilbertem, vernickeltem oder verchromtem Kupfer bestehen.
4. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrautiefe µR der Kontaktelektroden kleiner 20 µm beträgt.
5. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrautiefe µR der Kontaktelektroden etwa 10 µm beträgt.
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