-
-
Metalloxidvaristor
-
Die Erfindung betrifft einen Metalloxidvaristor mit einem Sinterkörper
aus Metalloxid, der aui einander gegenüberliegenden F1äohren mit Elektroden versehen
ist.
-
Ein derartiger Metalloxidvaristor ist aus der DT-AS 24 34 858 bekannt.
Der Sinterkörper besteht dabei aus im wesentlichen Zinkoxid (ZnO) und Zusätzen von
Wismutoxid (Bi203) und mindestens noch einem weiteren vierwertigen Metalloxid (MeO2)
und kann eine kreisförmige1 quadratische oder rechteckig gestaltete Platte sein.
-
Bei den bekannten Metalloxidvaristoren sind stets die einander gegenüberliegenden
planparallelen Flächen mit den Elektroden versehen.
-
Auf Leitungen des Nachrichtenverkehrs treten tiberspannungen durch
atmosphärische Entladungen, Kurzschlüsse oder Stromstöße in Netzleitungen und Schaltern
induktiver Kreise auf. Uberspannungen stören den Nachrichtenverkehr durch Fehlinformation
oder durch Zerstörung von Geräten oder Bauelementen. Durch gasgefüllte tiberspannungsableiter
oder Netalloxidvaristoren wird die Überspannung begrenzt und der durch die Überspannung
erzeugte Strom abgeleitet.
-
Bei niederfrequenten Leitungen und Kabeln ist bei kleinem und mittlerem
Energieumsatz aus der Überspannung der Schutz durch t)ber£spannungsableiter und
Metalloxidvaristoren üblich, Bei großem Energieumsatz im Uberspannungsschutz muß
stets der gasgeiUllte Überspannungsableiter oder eine Kombination aus gasgefülltem
Überspannungsableiter und Metalloxidvaristor eingesetzt werden (DT-AS 2 355 421).
-
Ein gasgefüllter Überspannungsableiter hat den Vorteil der höheren
Belastbarkeit und der niedrigen Eigenkapazität. Ein Metalloxidvaristor hat den Vorteil
der schnelleren Ansprechgeschwindigkeit und der vom Strom nahezu unabhängigen Ansprechspannudg.
Da ein Metalloxidvaristor keine negative Kennlinie hat, erniedrigt sich auch seine
Arbeitsspannung nicht mit zunehmender Stromstärke innerhalb des zugelassenen Arbeitsbereiches.
Der Nachteil eines Metalioxidvaristors ist seine große Kapazität in der bisher angebotenen
Form, so daß diese Konstruktionen für hohe Frequenzen wegen des zunehmenden Blindstromes
nicht eingesetzt werden können.
-
Oberhalb einer Frequenz von 100 kHz bis 1 MHz, d.h. bei Tragerfrequenz-Übertragungssystemen,
werden für den Geräteschutz deshalb ausschließlich gasgefüllte Überspannungsableiter
eingesetzt.
-
Bei Unterilurverstärkern und anderen wartungsfreien Geraten versucht
man die Zuverlässigkeit des Überspanungsschutzes dadurch zu erhöhen, daß man an
den Kabel ein und -ausgängen mehrere gasgefüllte Überspannungsableiter parallel
schaltet, wobei 1 er nur der Ableiter mit der niedrigsten Ansprechspannung arbeitet.
Fällt ein Gaventladungsüberspannungsableiter durch ein Leck aus, so übernimmt der
parallelgeschaltete zweite oder dritte Ableiter die Aufgabe des Überspannungsschutzes.
-
Bei der bisherigen Lösung des Problems werden also folgende Nachteile
in Kauf genommen. Erhöhter Aufwand von mehreren Ableiten für hohe Zuverlässigkeit.
Veränderung der Ansprechgleich- und Aflsprechstoßspannung nach Belastungen. Hohe
Ansprechstoßspnnnl rng bei großen Ansprechstoßspannungssteilheiten und Streuung
dieser Verte. Veränderung der Ansprechgleichspannung durch abnehmende radioaktive
Vorionisation der Gasfüllung eines Überspennungsab-
leiters als
Funktion dea verwendetexl radioaktiven Präparates mit gegebener Halbwertzeit. Der
Überspannungsschutz von Geräten und konzentrischen Leitungen bei hoher Frequenz
ist mit Metalloxidvaristoren der üblichen Geometrie wegen der großen Eigenkapazität
nicht möglich.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden
und einen wirksamen Überspannungsschutz von Geräten und konzentrischen Leitungen
auch bei hohen Frequenzen zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die
Erfindung bei einem Metalloxidvaristor der eingangs erwähnten Art vor, daß der Sinterkörper
die Gestalt eines Rotationskörpers hat, dessen rotationssymmetrische Innen- und
Außenmantelflächen mit den Elektroden versehen sind.
-
Der Sinterkörper besteht zweckmäßig aus Zinkoxid. Vorzugsweise ist
die Innenelektrode ein Draht und die Außenelektrode eine konzentrische Metallhülse.
-
Ein derartiger Metalloxidvaristor hat den Vorteil, daß er die Uberspanqung
in einer konzentrischen Leitung zwischen Innen- und Außenleiter begrenzen kann,
indem er konzentrisch in den Leitungszug eingefügt wird. Es ist von besonderem Vorteil,
den Metalloxidvaristor in eine konzentrische Hülse gebrauchsfertig einzubauen, die
an beiden Enden für die Kabelanschlüsse vorbereitet ist. Auf der zylindrischen Außenfläche
wird der Metalloxidvaristor mit dem Außenmantel kontaktiert. Der Innenleiter wird
durch den Metalloxidvaristor getragen.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
der Sinterkörper um die Innenelektrode (Draht) herum im wesentlichen als ein sich
nach außen verjüngender, rotationssymmetrischer Doppelhyperboloid ausgebildet, dessen
zylindrische Außenfläche mit der Außenelektrode versehen ist.
-
Durch die vorzugsweise doppelhyperbolische Rotationssymmetrie des
Metalloxidvaristors ist die Stromdichte im Metalloxidvaristor an allen Stellen konstant,
so daß eine Überbelastung des Kristall-
gefüges vermieden wird.
Gleichzeitig wird durch den scheibenartigen Aufbau des Varistors eine Konstruktion
mit kleinster Eigenkapazität zwischen Innen- und Außenleiter erzielt. Zweckmäßigerweise
kann bei gegebenem Kristallgefüge der Außenleiter am Ort des Varistors vergrößert
sein, um sich an die geforderte Ansprechspannung und die Kapazität anzupassen.
-
An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit
weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
-
Es zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Metalloxidvaristor in Form
eines Doppelhyperboloids im Schnitt und Fig. 2 den in eine konzentrische Metallhülse
eingebauten Metalloxidvaristor nach Fig. 1.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Metalloxidvaristor weist einen Sinterkörper
1 auf, der vorzugsweise aus Zinkoxid besteht. Der Sinterkörper 1 ist um einen die
Innenelektrode 2 bildenden Draht herum als ein sich nach außen verJüngender, rotationssymmetrischer
Doppelhyperboloid ausgebildet. Die zylindrische Außenfläche des Sinterkörpers 1
ist mit der aus einem Metall bestehenden Außenelektrode 3 bedeckt.
-
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Metalloxidvaristor ist die AuBenelektrode
3 eine konzentrische Metallhülse, deren Durchmesser in diesem Ausführungsbeispiel
zweckmäßigerweise am Ort des Metalloxidvaristors vergrößert ist und die mit dem
Innenleiter (Innenelektrode) eine konzentrische Leitung bildet. Die eine Elektrode
2 bzw. in diesem Ausführungsbeispiel den Innenleiter bildende Draht ist von dem
Sinterkörper 1 umgeben, der in diesem Ausführungsbeispiel als ein sich nach auBen
verJüngender rotationssymmetrischer Doppelhyperboloid ausgebildet ist. Die zylindrische
Außenfläche des Sinterkörpers 1 ist mit der als konzentrische Metallhülse ausgebildeten
Außenelektrode 3 kontaktiert. Die Metallhülse 3 besteht dabei zweckmäßig aus zwei
Teilen 31, 32>die im Bereich der zylindrischen Außenfläche des Sinterkörpers
1 über eine Verbindungsfuge 4 miteinander und mit dem Sinterkörper 1 verbunden sind.
Es
ist zweckmäßig, den die Iluenelestrode 2 bildenden Draht und
die als konzentrische MetallhUlse ausgebildete Außenelektrode 3 an den Enden mit
nicht dargestellten Kabelanschlüssen zu versehen.
-
Die als Gegenelektrode 3 ausgebildete Metalihülse ist in ihren Außenbereichen,
die einen geringeren Durchmesser haben als der mittlere Bereich, mit einem Dielektrikum
5 ausgefüllt. In dem Ausführngsbeispiel ist das Verhältnis von Außenelektrode 3
zur Innenelektrode 2 (von Außen- zu Innenleiter) mit der für das Dielektrikum von
Hochfrequenzleitungen Ublichen Größe f X 2,3 so gewählt, daß der Wellenwiderstand
60 # beträgt. Die Außenfläche soll der Gleichung X*Y - const gehorchen. Mit der
Wahl der gonstanten in dieser Gleichung kann die Form des als rotationssymmetrisches
Doppelhyperboloid ausgebildeten Sinterkörpers 1 so gewählt werden, daß bei konstanter
Stromdichte als Funktion des Radius und gegebener Ansprechspannung die Belastbarkeit
oder die Kapazität des Netalloxidvaristors eingestellt werden kann.
-
Der konzentrische Mitteldraht des Metalloxidvaristors kann beim Brennvorgang
der Varistorscheibe unmittelbar mit dem Kristallgefüge verbunden werden oder nachträglich
in das metallisierte Loch des Varistors eingelötet werden.
-
7 Patentansprüche, 2 Figuren.