DE19842125A1

DE19842125A1 - Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger Polymere

Info

Publication number: DE19842125A1
Application number: DE1998142125
Authority: DE
Inventors: Frank Richarz; Dietrich Amft; Thilo Hindert; Alf Wabner
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Eine 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 soll derart verbessert werden, daß geringe Kontaktübergangswiderstände realisiert werden können und diese über das gesamte Arbeitstemperaturintervall erhalten werden können. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen den Kontaktelektroden und dem elektrisch leitfähigem Polymer eine Zwischenschicht aus einem leitfähigen Elastomerwerkstoff angebracht wird.

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 Polymers 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.

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Glaskörperanordnung bei niedrigen Temperaturen und

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Glaskörperanordnung bei hohen Temperaturen.

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 Elektroden 2 aus leitfähigen Elastomerwerkstoff.

Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, passt sich das weiche Elastomerwerkstoff 2 der Unebenheit des Polymers 1 an.

Elektrisch leitfähige Elastomere werden bereits zu Dichtungszwecken und zur Abschirmung elektromagnetischer Wellen beispielsweise in Handys eingesetzt.

Verbessert wird das Leitverhalten, wenn der Elastomerwerkstoff durch Einarbeitung von metallisierten Glaskörpern 3 und einem weiteren elektrisch leitfähigem Additiv 4 leitfähig ausgerüstet ist, wobei die Partikeldurchmesser des Additivs 4 kleiner als der Durchmesser der Glaskörper 3 sind, wie in Fig. 3 zu sehen ist.

Das Additiv 4 ist vorgesehen, um Lichtbögen innerhalb des Elastomerwerkstoff 1 zu vermeiden. Das Additiv 4 besteht aus Ruß oder Graphit.

Durch höhe Ströme erwärmt sich der Elastomerwerkstoff, wobei sich der Abstand der leitfähigen Glaskörper 3 vergrößert. Die Rußpartikel (Additiv 4) füllen die Zwischenräume, so daß keine Lichtbögen entstehen können, wie Fig. 4 zeigt.

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

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, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kontaktelektroden und dem elektrisch leitfähigem Polymer (1) eine Zwischenschicht aus einem leitfähigem Elastomerwerkstoff angebracht wird.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerwerkstoff durch Einarbeitung von metallisierten Glaskörpern (3) und einem weiteren elektrisch leitfähigem Additiv (4) leitfähig ausgerüstet ist, wobei die Partikeldurchmesser des Additivs kleiner als der Durchmesser der Glaskörper sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv (4) aus Ruß oder Graphit besteht.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Durchmesser der Glaskörper 20 bis 50 µm beträgt.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Durchmesser der Ruß- oder Graphitpartikeln kleiner 800 nm beträgt.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil der Glaskörper 40 bis 90 Masse-% beträgt.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil der Ruß- oder Graphitpartikeln 10 bis 30 Masse-% beträgt.