DE2247643C2 - Varistor mit mindestens drei Elektroden - Google Patents

Description

a) eine erste und eine zweite entsprechend belastbare Elektrode (13,14) liegen im Hauptstromkreis,

b) eine dritte Elektrode (17) liegt zusammen mit der ersten oder der zweiten Elektrode (13 bzw. 14) in einem Überwachungsstromkreis zur widerstandsabhängigen Überwachung der Betriebstemperatur des Varistorkörpers (19), in dem ein im Vergleich zum Hauptstromkreis nur relativ geringer Strom fließt (F i g. 2).

2. Varistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor aus einem Metalloxidmaterial besteht

3. Varistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelfaktor (<*) des Varistors oberhalb von 10 liegt.

4. Varistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (17) auf derselben Oberfläche (10) wie eine der beiden ersten Elektroden (13, 14) und dieser direkt benachbart angeordnet ist

5. Varistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (13) kreisringförmig ausgeführt ist und die dritte Elektrode (17) innerhalb der ersten Elektrode (13) mit Abstand von der inneren Kante der ersten Elektrode (13) angeordnet ist.

6. Varistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (17) konzentrisch zur ersten Elektrode (13) angeordnet und kreisförmig ausgebildet ist.

7. Varistor mit zumindest drei an seiner Außenfläche getrennt voneinander angeordneten Elektroden zur Bildung von zwei unterschiedlichen Stromkreisen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) eine erste und eine zweite entsprechend belastbare Elektrode (13, 14) liegen im Hauptstromkreis,

b) eine dritte Elektrode (20) und eine vierte Elektrode (21) liegen in einem Überwachungsstromkreis zur widerstandsabhängigen Überwachung der Betriebstemperatur des Varistor körpers (19), in dem ein im Vergleich zum Hauptstromkreis nur relativ geringer Strom fließt (F i g. 3).

8. Varistor nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß dei Varisiorkörper (19) als Zylinder ausgeführt ist, auf desen Stirnfläche (10,11) die erste und die zweite Elektrode (13, 14) und auf dessen Mantelfläche (12) die dritte und die vierte Elektrode (20, 21) angeordnet sind.

9. Varistor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistorkörper (19) in Form eines geraden Zylinders ausgeführt ist, auf dessen Stirnflächen (10, 11) die erste und die zweite Elektrode (13,14) zentrisch angeordnet sind und auf

dessen Mantelfläche (12) die dritte und die vierte Elektrode (20,21) in gleichem Abstand von einer der beiden Stirnflächen (10 bzw. 11) des Zylinders angebracht sind.

10. Varistor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und die vierte Elektrode (20 bzw. 21) einander diametral gegenüberliegen.

11. Varistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überwachungsstromkreis einen Zweig einer Meßbrücke (19, _t 30/b*W36) bildet (Fig.4a). *-/ tiS

YL Varistor nach Anspruch 11, dadurch gekenn-' zeichnet, daß der betreffende Zweig der Meßbrücke (19, 30 bis 36) von einem konstanten Gleichstrom durchflossen wird (F i g. 4b).

Die Erfindung betrifft einen Varistor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 7.

Aus der US-PS 29 35 712 ist ein Varistor dieser Art bekannt, der mehrere an seiner Außenfläche getrennt voneinander angeordnete Elektroden aufweist und bei dem der zwischen einem Elektrodenpaar abgegriffene Widerstandswert über eine zwischen einem beidseitig außerhalb des einen Elektrodenpaars angeordneten Elektvodenpaar anliegende, veränderbare Gleichspannung gezielt steuerbar ist und seinerseits zur Steuerung einer Röhrengitterspannung einer Transistorbasisspannung oder dergleichen dient. Allerdings sind Varistoren allgemein in ihrem Betriebsverhalten stark temperaturempfindlich, so daß in vielen Anwendungsfällen eine Temperaturüberwachung und/oder der -steuerung wünschenswert ist. Derartige Maßnahmen sind der US-PS 29 35 712 jedoch nicht entnehmbar.

In der DE-OS 22 35 784 ist ein Metalloxid-Varistor vorgeschlagen, der auf seiner Oberfläche drei Elektroden trägt. Zur Verwendung dieses Varistors für niedrige Spannungen weisen die drei Elektroden einen sehr geringen, gegebenenfalls unterschiedlichen gegenseitigen Abstand voneinander auf, so daß als »aktive« Varistorabschnitte lediglich die Bereiche zwischen jeweils zwei Elektroden anzusprechen sind. Auch hier

sind keine Maßnahmen zur Überwachung der Betriebstemperatur des Varistors vorgesehen.

Aus der DE-PS 7 38 415 ist ein Varistor bekannt, der bei hohen Betriebstemperaturen über 200^cC betrieben wird. Zur Versteilerung der Widerstands-/Spannungs- Kennlinie kann bei dem bekannten Varistor zusätzlich zur Spannungsabhängigkeit auch die sich bei einer Spannungserhöhung bzw. -erniedrigung ergebende Temperaturerhöhung bzw. -erniedrigung herangezogen werden, da eine derartige Temperaturveränderung auf

5S Grund des negativen Temperaturkoeffizienten des Varistors eine gegensinnige Widerstandsveränderung bewirkt. Hierbei handelt es sich jedoch lediglich um eine sich ohne weitere äußere Heschaliung ergebenen gleichzeitige Ausnutzung sowohl der Spanmings- als

6(i auch der Temperaiurabhängigkeit.

Weiterhin ist aus der DE-OS 19 61 680 ein Varistor bekannt, der zur Erzielung eines hohen n-Wem bei niedrigem C-Wert im wesentlichen aus Zinkoxid und mit mehreren Additiven gebildet ist. Der bekannte Varistor zeichnet sich durch hohe elektrische Belastbar keit aus.

Aus der US-PS 25 30 980 ist eine Steuervorrichtung bekannt, mit der eine übermäßige Erhitzung beheizter

Ll 4/ 043

Fenster, ζ. B. eines Flugzeugs, vermieden werden solL

Hierbei ist nahe dem jeweils zu überwachenden Fenster ein Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten angebracht, dessen Widerstandswert sich somit mit der Fenstertemperatur verändert. Der Widerstand bildet einen Bestandteil einer Brückenschaltung, deren Brückenspannung zum Ein- und Ausschalten der Fensterheizung dient.

Aus der US-PS 32 95 087 ist ein Temperaturfühler bekannt, der aus mehreren konzentrisch angeordneten Schichten und symmetrisch in diese eingelagerten Lekern besteht. Als Material für die Schichten sind gegebenenfalls unterschiedliche Substanzen gewählt, deren Widerstand jeweils bei einer bestimmten Temperatur und elektrischen Feldstärke zusammenbricht, so daß der Temperaturfühler als Thermostat verwendbar ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Varistor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine Überwachung der Varistortemperatur auf äußerst einfache Weise erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 7 genannten Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß ist somit eine dritte Elektrode vorgesehen, die zusammen mit einer der beiden den Hauptstromkreis bestimmenden Elektroden oder aber mit einer vierten Elektrode einen Überwachungsstromkreis zur Überwachung der Betriebstemperatur des Varistorkörpers bestimmt Der im Überwachungsstromkreis ermittelte Widerstand liefert hierbei eine exakte Aussage über die jeweilige Varistorteinperatur. Da der im Überwachungsstromkreis fließende Strom sehr gering ist, sind seine Auswirkungen auf die Betriebseigenschaften des Varistors vernachlässigbar. Darüber hinaus erfolgt die Betriebstemperaturüberwachung ohne Zeitverzögerung, da über den Überwachungsstrom die Betriebstemperatur im Inneren des Varistorkörpers erfaßt wird. Zudem ist kein separater Temperatursensor erforderlich, so daß die Temperatur überwachung auf äußerst einfache Weise erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. la im doppelt-logarithmischem Maßstab mehrer re Widerstandskennlinien eines Metalloxidvaristors für verschiedene Werte von « als Parameter,

Fig. tb im doppelt-logarithmischem Maßstab mehrere Widerstandskennlinien eines Metalloxidvaristors für unterschiedliche Temperaturen bei konstantem «-Wert.

F ι g. 2 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Varistors,

F i \i. 3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausfüh rurigsbeispiei des Varistors und

Γ i g. 4a und 4b unter Verwendung eines Varistors autgebauti Urückenüchaltungen. dsren jeweilige Brük kenspannungen jeweils proportional zur Varistorbetriebstemperatur sind.

Allgemein weisen Varistoren nicht-lineare Eigenschaften auf und lassen sich in ihrem Widerstandsverhalten im wesentlichen durch die nachstehende Gleichung beschreiben:

(SJ

wobei V die am Varistor anliegende Spannung, / den durch den Varistor fließenden Strom, C eine Konstante und « einen Exponent bezeichnen, der größer als 1 ist Die Größen C und « sind von den Abmessungen des Varistorkörpers und der Materialzusammensetzung abhängig. C hängt dabei im wesentlichen von der Korngröße des Materials ab, während « im wesentlichen eine Funktion der Korngrenzenverhältntsse darstellt. Während sich mit Varistoren aus Siliciumkarbid, d. h. mit nicht-metallischen Varistoren, normalerweise keine «-Werte oberhalb von 6 erzielen lassen, weisen Metalloxidvaristoren im Stromdichtebereich zwischen 10-³ bis 10-² Ampere/cm² «-Werte oberhalb 10 auf, wobei die «-Werte im angegebenen Stromdichtebereich darüber hinaus im wesentlichen konstant sind. Zwar bleiben die «-Werte auch bei höheren und niedrigeren Stromdichten ebenfalls hoch, jedoch kann bei derartigen Stromdichten eine gewisse Abweichung von den maximalen «-Werten auftreten.

Das Metalloxidvaristormaterial ist ein polykristallines Keramikmaterial, das aus einem ausgewählten Metalloxid, ζ. B. Zinkoxid besteht, dem geringe Mengen zumindest eines weiteren Metalloxids, z. B. Wismutoxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid, Magnesiumoxid oder CaI-ciumoxid zugesetzt sind. Das ausgewählte Metalloxid wird mit dem zumindest einen zugesetzten Oxid gesintert, so daß sich ein gesinterter keramischer Metalloxidvaristorkörper ergibt Da der Metalloxidvaristor aus keramischem Pulver gebildet wird, kann das Material in die verschiedenartigsten Formen mit unterschiedlichsten Abmessungen gepreßt werden. Die Eigenschaften des polykristallinen Metalloxidvaristors werden dabei im wesentlichen durch die Korn- oder Kristallgröße, die Kornzusammensetzung, und die Art und die Dicke der Korngrenzen bestimmt, wobei diese Faktoren beim Herstellungsverfahren des Keramikmaterials festgelegt werden können.

Der Widerstand des Metalloxidvaristors ist bei sehr niedrigen Stromstärken im Mikroamperebereich sehr

groß (bis zu etwa 10 G · il) und sinkt mit zunehmender Stromstärke nichtlinear bis zu einem äußerst niedrigen Wert in der Größenordnung von zehntel Ohm. Der Widerstand verläuft bei höheren «-Werten stärker nichtlinear. Dieses nichtlineare Widerstandsverhalten ergib? eine Stronv/Spannungs-Kennlinie, bei der die Spannung effektiv begrenzt wird. Wie aus Fig. la ersichtlich, ist die Spannungsbegrenzungswirkung bei höheren Werten von « stärker ausgeprägt Die Strom-/Spannungs-Kennlinie des Metalloxidvaristors

entspricht daher zum Teil der Kennlinie einer Zenerdiode, besitzt jedoch das darüber hinausgehende Merkmal, daß sie in beiden Richtungen, d h. bei beiden Polaritäten, und über einen größeren Strombereich symmetrisch verläuft. Das Betriebsverhalten des M dans'· oxidvaristors kann theoretisch möglicherweise mit einer Strombegrenzung durch Raumladung erklärt werden.

Der Nennwert der Spannung und der Spannungsbereich, in dem der Varistoreffekt auftritt, sind bestimmt durch die Zusammensetzung des Metalloxidvaristorma

bo terials und die Dicke des Preßlings beim Herstellungsvorgang. Beim Metalloxidvaristor treten Leitfähigkeit*- änderungen an den Korngrenzen auf, so daß sich durch Masse und Abmessungen bedingte Eigenschaften ergeben. Dies gestattet eine große Flexibilität bei der

6S Auslegung eines Varistors für bestimmte Anwendungsfälle durch einfache Änderung der Abmessungen des Körpers aus Metalloxidvaristormaterial. Diese Eigenschaft der Bestimmung des Verhaltens durch Masse und

Abmessungen des Metalloxidvaristors gestattet auch eine viel größere Kapazität zur Handhabung von Energie im Vergleich zu Einrichtungen, die in ihrer Wirkungsweise auf Übergangsbereichen (junctions) beruhen. Da ein Metalloxidvaristor mit jeder gewünschten Dicke aufgebaut werden kann, kann er bei viel höheren Spannungen als eine Übergangsbereiche aufweisende Zenerdiode betrieben und in einem Bereich von einigen Volt bis mehreren Kilovolt verwendet werden. Die Spannungsänderungen bei einem Siliziumkarbidvaristor sind für eine vorgegebene Stromänderung viel größer als bei einem Metalloxidvaristor. Damit besitzt der Siliziumkarbidvaristor einen viel kleineren Betriebsbereich für die Spannung, wodurch seine Anwendungsmöglichkeit begrenzt ist. Die thermische Leitfähigkeit von rvietailoxidvaristormaleriai ist relativ hoch (etwa halb so groß wie die Leitfähigkeit von Aluminiumoxid), so daß es eine viel größere Fähigkeit zur Ableitung der durch die Verlustleistung erzeugten Wärme als Siliziumkarbid besitzt Weiterhin zeigt es eine vernachlässigbare Ansprechzeit im Bereich unterhalb einer Nanosek. Schließlich können Metalloxidvaristormaterial und die daraus hergestellten Einrichtungen genau bearbeitet, gelötet und bei sehr niedrigen Spannungen betrieben werden. Dies ist bei Siliziumkarbid mit seinen größeren Körnern nicht möglich.

Die Spannungsstromkennlinien gemäß Fig. la veranschaulichen das nicht-lineare, exponentiell Widerstandsverhalten des Metalloxidvaristormaterials und insbesondere die Erhöhung der Nicht-Linearität und die Steigerung der Spannungsbegrenzungseigenschaft bei höherer Werten des Exponenten «. Auf der Ordinate ist die Spannung in Volt angegeben, die an den Elektroden des Hauptstromkreises des Metalloxidvarislors entsprechend dem durch ihn fließenden Strom auftritt. Auf der Abszisse ist die Dichte des durch den Metalloxidvaristor fließenden Stroms aufgetragen. Aus den Kurven in F i g. 1 a ist ersichtlich, daß bei niedrigen Werten der Stromdichte der Widerstand des Metalloxidvaristormaterials sehr hoch ist und bei zunehmender Stromdichte nicht-linear kleiner wird. Die Extrapolation der Kurven zu niedrigeren und höheren Werten der Stromdichte würde entsprechend höhere und niedrigere Widerstände ergeben. Beim Betrieb des Metalloxidvaristors können sich vorübergehend solche Werte in Abhängigkeit von der Verwendung in einer bestimmten Schaltung ergeben.

Die Kurven gemäß Fig. Ib veranschaulichen die Spannungs-Stromstärke-Kennlinien eines Metalloxidvaristors bei verschiedenen Temperaturen und konstantem Λ-Wert Insbesondere ist ersichtlich, daß der negative ι

ucf rriucrSiäiiuScigen-

schaften des Metalloxidvaristormaterials stärker ausgeprägt ist bei niedrigen Stromstärken, besonders im Mikroamperebereich. So ist beispielsweise bei einer Stromstärke von 1,0 Mikroampere das Metalloxidvaristormaterial bedeutend temperaturempfindlicher als bei 10 oder 100 Mikroampere. Beispielsweise bewirkt eine Temperaturerhöhung von T₁ = 25° C auf T₂ = 100° C ein Absinken der Spannung von 150 Volt auf 18 Volt für einen Metalloxidvaristor mit einer Nennspannung von 300 Volt und einem Nennstrom von 1 Milliampere im stationären Zustand und einem «-Wert von 25. Dieses Temperaturverhalten gilt zwar in den oben angegebenen Zahlenwerten nur für einen bestimmten Metalloxidvaristor; es zeigt jedoch deutlich den temperaturempfindlichen Charakter eines solchen Materials. -.
Fig.2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Varistors als Metalloxidvaristor mit integralem Temperaturfühler, bei welchem der Überwachungsstromkreis durch einen Körper 19 aus Metalloxidvaristormaterial in unmittelbarer Nähe zum Hauptstromkreis verläuft. Der Körper 19 weist eine erste und zweite einander gegenüberliegende Oberfläche 10 bzw. 11 und mindestens eine dazwischen angeordnete Oberfläche 12 auf. Im allgemeinen sind die Oberflächen 10 und 11 parallel zueinander und die dritte Oberfläche 12 senkrecht dazu.

ίο Die Oberflächen 10 und 11 sind allgemein eben, während die Oberfläche 12 gekrümmt sein und beispielsweise einen geraden Zylinder mit kreisförmigem oder anders gekrümmtem Querschnitt definieren kann. Der Querschnitt kann z. B. auch ein Quadrat, ein Rechteck oder ein Vieleck mit beliebiger Seitenzahl darstellen. Die Oberfläche 12 kann dabei eine einzige gekrümmte Oberfläche sein oder aus einer Anzahl von einander schneidenden ebenen oder gekrümmten Oberflächen bestehen. Wie bereits erwähnt, wird die Dicke des Metalloxidvaristors hauptsächlich bestimmt durch den Nennwert der Spannung (der Nennwert der Spannung ist allgemein die maximal an den Metalloxidvaristor anlegbare stationäre Spannung ohne Erzeugung einer übermäßigen Verlustleistung). Beispielsweise können solche Metalloxidvaristoren eine Nennspannung von 240 bzw. 480 Volt und eine Dicke von 0,25 cm bzw. 0,50 cm besitzen. Elektroden 13 bzw. 14 sind in geeigneter Weise mit den Oberflächen 10 bzw. 11 so verbunden, daß sie mit diesen Oberflächen guten elektrischen und mechanischen Kontakt bilden. Die Elektroden können in typischen Beispielen einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt besitzen. Die in der Abbildung dargestellte Elektrode 14 besitzt Kreisform, während die Elektrode 13 Kreisringform besitzt und ausgerichtet oder konzentrisch zur Elektrode 14 angeordnet ist. Die Elektroden bilden eine metallisierte Oberfläche auf dem Metalloxidvaristormaterial und können durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, z. B. durch Löten bei niedriger Temperatur.

durch Druckkontakt oder durch Einbrennen einer dünnen Schicht einer Silber-Glas-Fritte (Silber- und Glasteilchen) auf die Oberflächen des Metalloxidvaristors aufgebracht werden. Im allgemeinen wird ein ohmscher Kontakt verwendet, so daß das Betriebsverhalten durch die Masse des Varistorkörpers bestimmt ist Geeignete elektrische Leiter 15 bzw. 16 werden angelötet oder in anderer bekannter Weise mit den äußeren Oberflächen der Elektroden 13 bzw. 14 verbunden.

Eine dritte Elektrode 17 wird in nächster Nähe zur Elektrode 13 mit Abstand zu dieser auf der Oberfläche 10 deS mciäiiöXidväriStöriCörpers I7 äüigcurächi, So daß ein Überwachungsstromkreis C durch den Metalloxidvaristorkörper 19 zwischen den Elektroden 13 und 17 in nächster Nähe zu einem Hauptstromkreis M zwischen den Elektroden 13 und 14 gebildet ist Der Hauptstromkreis M und der Überwachungsstromkreis C ergeben sich in Abhängigkeit von den an die Elektroden 13, 14 bzw. 13, 17 angelegten elektrischen Potentialen. Die Lage des Überwachungsstromkreises Cist so bestimmt, daß an seinen Anschlüssen praktisch Äquipotentialpunkte, bezogen auf das vom Strom im Hauptstromkreis M erzeugte Potential, geschaffen sind. Die Elektrode 17 ist viel kleiner als die Elektrode 13 und 14, da der Überwachungsstrom nur einen geringen Bruchteil des zwischen den Elektroden 13 und 14 fließenden Hauptstroms beträgt Die Elektrode 17 ist daher so bemessen, daß sie einen Oberwachungsstrom

von etwa 1 Mikroampere erfaßt, wenn der stationäre Hauptstrom in der Größenordnung von 1 Milliampere liegt. Der geringe Überwachungsstrom besitzt eine vernachlässigbare Auswirkung auf den Hauptsirom und gestattet einen Überwachungs- oder Meßfühlerbetricb in dem temperaturempfindlicheren Bereich der Spannungsstromkurve gemäß Fig. Ib. Fis können auch andere räumliche Ausgestaltungen der Elektroden 13 und 17 verwendet werden, sofern sie nur sehr nahe beieinander liegen und vorzugsweise auf der gleichen I lauptuberflächc des Metalloxidvaristorkörpers 19 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Elektrode 13 kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, mit oder ohne ausgespartem mittleren Teil, und die Meßfühlerelektrode 17 kann konzentrisch hierzu (wie abgebildet), oder sehr nahe mit Abstand seitlich davon angeordnet sein. Die Elektrode 17 wird an dem Wetalloxidvaristorkörper 19 in der gleichen Weise befestigt wie die Elektroden 13 und 14. An der Oberfläche der Elektrode 17 ist ein elektrischer Leiter 18 angebracht. Der Widerstand des Metalloxidvaristorkörpers längs des Überwachungsstromkreises C wird über die Leiter 15 und 18 erfaßt und in einer geeigneten Briickcnschsliu.ng, beispielsweise gemäß der Beschreibung der ^! ig. 4a und 4b, zur Überwachung der Tcmpi-riitui «ios Metalloxidvaristorkörpers 19 verwendet.

l· ι g. i /cigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Varistors. \·-·Δ dem der Überwachungsstromkreis Cden Haupistromkreis M schneidet — im Unterschied zum vorbeschriebi nen Ausführungsbeispiel, bei dem er in unmittelbarer Nähe hierzu liegt. Dieses Ausführungsbeispiel is; besonders geeignet für Metalloxidvaristoren mit größerer Masse (d. h. relativ großer Dicke), wobei der Metalloxidvaristorkörper die verschiedensten Formen aufweisen kann. Um einen derartigen Überwachungsstromkreis C durch den Meialloxidvaristorkörper herzustellen, wird ein drittes Elektrodenpaar 20 und 21 an der απικ-η Oberfläche 12 angebracht, welche die ■mc und 7-A'L-iti* Oberfläche 10 und 11 verbindet. Auch hi..-: .;!;.! JiC L'iekimoen 20 und 2! ^--deutend kleiner als viic i-.i'.-kiroderi 13 und 14 und >λ·; it.· so miteinander ausgerichtet angeordnet, daß vorzugsweise eine durch die Mitten beider Elektroden gelegte Gerade die Mittellinie des Hauptstromkreises M zwischen den Elektroden 13 und 14 schneidet. Die Elektrode 13 besitzt vorzugsweise bei dieser Ausführungsform die gleiche Größe und die gleiche Form wie die Elektrode 14. Beispielsweise sind im Falle eines Metalloxidvaristorkörpers in Form einer Scheibe (d. h. eines geraden Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt) die Elektroden 20 und 2! einander diametral gegenüberliegend auf der gekrümmten Oberfläche 12 angeordnet und besitzen gleichen Abstand von der Oberfläche 10. Im Falle eines Metalloxidvaristorkörpers mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt sind die Elektroden 20, 21 auf einander gegenüberliegenden Seitenflächen 12 in der Mitte zwischen den Seitenkanten und wiederum in gleichem Abstand von der Oberfläche 10 angeordnet. Die Temperaturfühler-Elektroden 20 und 21 brauchen im allgemeinen keinen gleichen Abstand von beiden Oberflächen 10 und 11 aufzuweisen (d. h. sie liegen im allgemeinen nicht in der Mitte zwischen den beiden Flächen), da die Dicke des Metalloxidvaristorkörpers 19 im allgemeinen kleiner ist als die Breite, wobei hier als Dickenabmessung der Abstand zwischen den Oberflächen 10 und 11 betrachtet ist. Wichtiger ist dagegen die Tatsache, daß das Potential des Meßfühler-Überwachungsstromkreises C bezüglich des Hauptsfomkreises bestimmt ist durch die Lage der Elektroden 20 und 21 relativ zur Oberfläche 10. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 wird das Meßsignal ■, (Widerstandssignal) zur Überwachung der Betriebstemperatur des Metalloxidvaristorkörpers 19 über den Leiter 22 und 23, welche mit den Elektroden 20 bzw. 21 verbunden sind, abgegriffen.

F ig. 4a zeigt eine Brückenschaltung, deren Aus-ίο gangssignal proportional zur Betriebstemperatur des Metalloxidvarislorkörpers 19 ist. In drei Brückenzweigen der Brückenschaltung sind drei Widerstände 30,31 und 32 mit bekanntem festem Widerstandswert vorgesehen, während der Widerstand des Metalloxidvaristorkörpers 19 den vierten Brückenzweig bildet. Die Widerstände 30 und 31 sind in Reihe miteinander parallel zu einer Gleichspannungsquelle ± LJgeschaltet. Diese Spannungsquelle ist isoliert, um eine Erdung des Haupt- oder Leistungsschaltkreises zu ermöglichen. In ähnlicher Weise sind der Widerstand 32 und der im Überwachungsstromkreis C auftretende Widerstand in Reihe miteinander parallel zur Spannungsquelle ± U geschaltet. Daher bleiben die Spannungsabfälle über den festen Widerständen 30 und 31 konstant. Die Spannungsabfälle über dem festen Widerstand 32 und dem Metalloxidvaristorkörper 19 ändern sich gemäß der Temperatur des Metalloxidvaristorkörpers. Der Widerstand 32 besitzt vorzugsweise einen Widerstandswert, der wesentlich größer ist als der Widerstand des Metalloxidvaristorkörpers 19 bei normalen Betriebsbedingungen, um die Auswirkung von Stromänderungen im Metalloxidvaristorkörper 19 zu vermindern und dadurch den Zustand anzunähern, bei dem der Widerstand 32 die Eigenschaften einer Konstantstromquelle besitzt. Im Falle eines Metalloxidvaristorkörpers 19 gemäß der Ausführungsform nach F i g. 2 wird das vom Anschluß + LJentfernte Ende des Widerstandes 32 mit dem Leiter 18 und der Leiter 15 mit dem Anschluß - U der Spar.nungsquelie verbunden. Bei der Ausfüh-

4u rungsfürrii nach F i g. 3 wird das entfernte Ende de;: Widerstandes 32 mit dem Leiter 22 (oder 23) und der Leiter 23 (oder 22) mit dem Anschluß - U der Spannungsquelle verbunden.

Die Spannungsquelle ±£/und die Widerstandswerte der Widerstände 30, 31 und 32 können so eingestellt werden, daß man ein Ausgangssignal erhält, welches eine nicht-lineare Funktion der Temperatur des Metalioxidvaristorkörpers darstellt Bei dieser Anordnung sind die Widerstandswerte der Widerstände 30 und 32 gleich groß. Die Widerstandswerte des Widerstandes 31 und des Metalloxidvaristorkörpers 19 sind gleich groß bei einer aüsgewählieii Beiriebsiemperatur des Körpers 19. In einem noch allgemeineren Falle wird das Verhältnis der Widerstandswerte des Wider-Standes 30 zum Widerstand 31 so gewählt daß es gleich dem Verhältnis der Widerstandswerte des Widerstandes 32 zum Metalloxidvaristorkörper bei einer ausgewählten Betriebstemperatur des Metalloxidvaristorkörpers 19 ist. Diese Temperatur kann bezeichnet werden als Standardtemperatur oder normale Betriebstemperatur, wenn der Varistor mit dem Nennwert der Spannung und der Stromstärke betrieben wird Daher sind bei normalen Betriebsbedingungen des Körpers 19 die Spannungen am Verbindungspunkt 34 (für den Widerstand 30 und 31) und am Verbindungspunkt 35 (für die Widerstände 32 und den Körper 19) gleich groß, so daß das an diesen Punkten abgegriffene ausgangsseitige Spannungssignal Null ist Leiter 36 bzw. 33 sind mit den

Verbindungspunkten 34 bzw. 35 verbunden. Die anderen Enden der Leiter können mit einem Komparator oder einem Spannungsverstärker zur weiteren Verarbeitung des Ausgangssignals verbunden sein..

Es sei angenommen, daß die Temperatur in dem Varistorkörper 19 über den Normalwer.t ansteigt und der negative Temperaturkoeffizient des Varistorkörpers bewirkt, daß sich sein Widerstand gemäß der Darstellung in Fig. Ib vermindert, so daß der Spannungsabfall an den Elektroden 20 und 21 des Varistors verringert ist. Unter solchen Bedingungen ist das Potential am Verbindungspunkt 34 positiver als das am Verbindungspunkt 35, so daß eine ausgangsseitige Spannung mit der dargestellten Polarität auftritt. Für einen Varistorkörper mit den bestimmten Abmessungen wird eine Eichkurve ermittelt, um die nicht-lineare Kennlinie, gegeben durch die ausgangsseitige Spannung und die Temperatur, zu ermitteln. Ein Voltmeter mit einer Skala gemäß dieser Eichkurve ermöglicht dann eine unmittelbare Ablesung der Temperatur. Alternativ hierzu können die Werte der Widerstände der Brückenschaltung so eingestellt werden, daß nur dann ein Ausgangssignal erhalten wird, wenn die Temperatur des Varistorkörpers eine vorgegebene zulässige Maximaltemperatur übersteigt. Bei dieser alternativen Anordnung sind die Spannungen an den Verbindungspunkten bei normalen Betriebstemperaturen nicht abgeglichen (die Spannung am Verbindungspunkt 35 ist positiver als am Verbindungspunkt 34) und sie sind abgeglichen bei der kritischen Temperatur, jede höhere Temperatur bewirkt eine relative Polarität der Spannungen gemäß der Abbildung in F i g. 4a (das Potential am Verbindungspunkt 34 ist positiver als das am Verbindungspunkt 35) und ein solches Signal kann ausgenutzt werden, um ein Warnsignal auszulösen oder eine visuelle oder hörbare Anzeige zu erhalten, oder einen bestimmten Vorgang in der Schaltung mit dem Varistor zu veranlassen, beispielsweise eine Verminderung der an den Leistungsanschlüssen des Varistors angelegten Spannung.

Die Brückenschaltung gemäß Fig. 4a arbeitet mit konstanter Spannung, wobei sich eine Änderung (Erhöhung) des Stroms im Überwachungssiromkreis

ίο des Varistorkörpers 19 bei einer Änderung (Erhöhung) der Temperatur des Varistorkörpers ergibt. Alternativ hierzu kann eine Brückenschaltung des Konstantstromtyps gemäß der Abbildung in Fig.4b verwendet werden, bei welcher der Widerstand 32 durch eine konventionelle Konstantstromqueiie 32a (unendlich große Impedanz) ersetzt ist. Der Vorteil der Ausführungsform nach Fig.4b gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 4a besteht darin, daß die Arbeitskurve auf einer Kurve konstanten Stroms verläuft (beispielsweise 1,0 Mikroampere in Fig. Ib) anstatt längs einer Kurve mit konstantem Widerstand. Dadurch wird die Temperaturänderung beseitigt, welche auf der Stromänderung beruht; sie ist zwar klein, aber inhärent der Ausführungsform nach F i g. 4a.

An Stelle des Metalloxidmaterials können andere Varistormaterialien, z. B. nicht-metallisches Varistormaterial, wie etwa Siliciumkarbidmaterial, verwendet werden. Weiterhin besteht bei der Anordnung der Elektroden das einzige Erfordernis darin, daß der Überwachungsstromkreis lagemäßig derart bestimmt ist, daß er die Betriebstemperatur des Varistorkörpers in einem Bereich unmittelbar nahe dem Hauptstromkreis erfaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Varistor mit zumindest drei an seiner Außenfläche getrennt voneinander angeordneten Elektroden zur Bildung von zwei unterschiedlichen Stromkreisen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: