DE3335613A1

DE3335613A1 - Spannungsabhaengiger elektrischer widerstand (varistor) mit besonders kleiner varistorspannung, verbesserter impulsbelastbarkeit und hoher energieabsorption

Info

Publication number: DE3335613A1
Application number: DE19833335613
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Schwanberg Ott
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE3335613C2

Description

Spannungsabhängiger elektrischer Widerstand (Varistor) mit
besonders kleiner Varistorspannung, verbesserter Impulsbelastbarkeit und hoher Energieabsorption Die Erfindung betrifft einen elektrischen Widerstand (Varistor) mit besonders kleiner Varistorspannung, verbesserter Impulsbelastbarkeit und hoher Energieabsorption aus einem Körper aus durch Beimengungen halbleitender Oxid-Keramik auf ZnO-Basis mit auf gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers aufgetragenen Metallbelegungen und daran befestigten Stromzuführungselementen.
ZnO-Varistoren mit kleinen Varistorspannungen werden bisher in Scheibenform hergestellt, wobei zur Erreichung der niedrigen Varistorspannung diese Scheibe besonders dünn sein muß.
Die Energieabsorption eines Varistors ist jedoch in seinem Volumen begründet, so daß diese Bauform nur geringe Energieabsorption besitzt.
Spannungsabhängige elektrische Widerstände, auch als Varistoren oder VDR-Widerstände (voltage dependend resistors) bezeichnet, sind beispielsweise beschrieben in SIEMENS, Datenbuch 1978/79 SIOV-MetallOxid-Varistoren " , S. 8-55.
Varistoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dort anwendbar, wo Niederspannungsqeräte (Spannungen von 6 bis 60 V) vor Uberspannungen geschützt werden müssen, bei- spielsweise das Bordnetz eines Kraftfahrzeuges für den Fall, daß das Batteriekabel bricht.
Elektrische Bauelemente mit einem Körper aus Keramikmaterial mit flachrohrförmigem Querschnitt sind bisher für elektrische Kondensatoren (vgl. US-PS 3 001 106; DE-OS 20 43 774 = US=PS 3 676 757), für keramische Kaltleiter (PTC-Widerseände) (vgl. DE-OS 26 08 109)- und für Massewiderstände (vgl US-PS 5 001 106, Fig. 1 D, 2 C und 3 D) bekannt.
Bei diesen bekannten Bauelementen kommt es weder auf eine geringe Spannung und verbesserte Impulsbelastbarkeit noch auf eine hohe Energieabsorption an.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen spannungsabhängigen elektrischen Widerstand anzugeben, der eine besonders kleine Varistorspannung ( 2 bis 10 V) verbesserte Impulsbelastbarkeit (1 x 200 A bei 8/20 psec) und hohe Energieabsorption (z.B. 4 Ws) aufweist.
Aus dem bekannten Stand der Technik erhält der auf diesem Gebiet tätige Fachmann keine Anregung zur Lösung dieser Aufgabe.
Gemäß der Erfindung Ifird diese Aufqabe gelöst, in dem der spannungsabhängige elektrische Widerstand der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Körper aus Oxid-Keramik als Rohr mit kreisrundem efliptischen oder rechteckiaem Querschnitt oder als Flachrohr ausgebildet ist, daß die Metallbelegungen auf der Innen- und der Außenfläche aufgetragen sind und daß der Innenraum des rohrförmigen Körpers mit gut wärmeleitendem Material gefüllt ist, das eine Stromzuführ'ung'aus !mEall umgibt.
Die Wandstärke des rohrförmigen Körpers aus Oxid-Keramik beträgt vorzugsweise 0,5 bis 2,0 mm.
Vorzugsweise ist das gut wärmeleitende Material ein Lotmetall, das gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen der Metall belegung auf der Innenfläche des rohrförmigen Körpers und der Stromzuführung bildet.
Das gut wärmeleitende Material kann aber auch aus mit Metallpartikeln gefülltem Kunststoff (Leitkleber) bestehen, der gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen der Metall belegung auf der Innenfläche des rohrförmigen Körpers und der Stromzuführung bildet.
Vorzugsweise ist die Stromzuführung im Innenraum des rohrförmigen Körpers ein Metallblech, das rechtwinklig einen Fuß bildend abgebogen ist.
Zum Einstecken in eine Schaltplatte ist es vorteilhaft, wenn die Stromzuführung im Innenraum des rohrförmigen Körpers ein Metallblech ist, das mit Auflageschultern versehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht eines Varistors gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Varistor gemäß der Erfindung mit kreisrundem Querschnitt, Fig. 3 einen Varistor gemäß der Erfindung mit elliptischem Querschnitt und Fig. 4 einen Varistor gemäß der Erfindung mit rechteckförmigem Querschnitt In Fig0 1 ist mit 1d ein Körper aus Oxid-Keramik mit flachrohrförmigem Querschnitt gezeigt. Die Metallbelegung 2 auf der Innenfläche 6 des rohrförmigen Körpers 1d ist mit dem Stromzuführungselement 4 dadurch elektrisch und wärmeleitend verbunden, e daß der verbleibende Innenraum mit gut wärmeleitendem Material 8 gefüllt ist. Dieses gut wärmeleitende Material kann Lotinetall oder mit Metallpartikeln gefüllter Kunststoff (sog Leitkleber) sein.
Auf der Außenfläche 7 des rohrförmigen Körpers Id befindet sich die Metallbelegung 3, an der das Stromzuführungselement 5 durch eine Lötstelle 14 befestigt ist. Das Stromzuführungselement 5 besteht beispielsweise aus einem isolierten Draht, dessen Isolierunq in den Anschlußbereichen entfernt ist0 Das Stromzuführungseleinent 5 ist vorzugsweise als Metallblech 9 ausgeführt, das rechtwinglig einen Fuß 10 bildendabgebogen ist0 Zum Einstecken in die Platinen gedruckter Schaltunqen ist es vorteilhaft das Metallblech 9 nicht abzuknicken, sondern mit Auflageschultern 11 und 12 zu versehen.
Im Fuß 10 befindet sich ein Loch 13, das zum Befestigen des Varistors an eine Gehäusewand oder an einer anderen wärmeableitenden ad Wand mittels einer Schraube dient.
Der Varistor oder große Teile davon sind, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, mit einer Isolierumhüllung 15, vorzuqsweise aus wärmebeständigen Epoxidharzen, umgeben.
Fig. 2 zeigt einen Varistor gemäß der Erfindung mit kreisrundem Querschnitt 1a.
Fig. 3 zeigt einen Varistor gemäß der Erfindung mit elliptischem Querschnitt Ib.
Fig. 4 zeigt einen Varistor gemäß der Erfindung mit rechteckförmigem Querschnitt 1cs In den Fig. 2, 3 und 4 sind diejenigen Teile, die denen in der -Fig. 1 entsprechen auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die ihr zugrundeliegende Aufgabe vollständig und zufriedenstellend gelöst wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Rohre, insbesondere Flachrohre, in besonders einfacher Weise hergestellt und in Serienfertigung innen und außen mit den Metallisierungen versehen werden können. Hierbei kann es sich um eine Vakuumversilberunq oder eine chemische Vernickelung handeln. Durch Wahl der entsprechenden Längen kann die gewünschte Energieabsorption eingestellt werden, durch die Wahl einer entsprechenden Wandstärke die Varistorspannung.
6 Patentansprüche 1 Zusammenfassung 1 Bezugszeichenliste 4 Figuren Bezugszeichenliste 1 rohrförmiger Körper aus Oyid-Keramik la Körper mit kreisrundem Querschnitt Ib Körper mit elliptischem Querschnitt 1c Körper mit rechteckförmigem Querschnitt 1d Körper mit flachrohrförmigem Querschnitt 2 Metall belegung auf der Tnnenfläche 3 Metallbelegung auf der Außenfläche 4 Stromzuführungselement zur Netallbelegung 2 5 Stromzuführungselement (isolierter Draht) zur Metallbelegung 3 6 Innenfläche 7 Außenfläche 8 gut tiärmeleitendes Material 9 Metallblech 10 Fuß am Metall blech 11 Auflageschulter 12 Auflageschulter 13 Loch zum Befestigen mittels Schraube 14 Lötstelle 15 Isolierumhüllung

Claims

Patentans riiche Spannungsabhänqiger elektrischer Widerstand (Varistor) mit besonders kleiner Varistorspannung, verbesserter Impulsbelastbarkeit und hoher Energieabsorption aus einem Körper (1) aus durch Beimengungen halbleitender Oxid-Keramik auf ZnO-Basis mit auf gegenüberliegenden Oberflächen des Körpers (1) aufgetragenen Metallbelegungen (2, 3) und daran befestigten Stromzuführungselementen (4, 5) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Körper (1) aus Oxid-Keramik als Rohr mit kreisrunden (ja), elliptischen (1b) oder rechteckigen (lc) Querschnitt oder als Flachrohr (led) ausqebildet ist, daß die Metallbelegungen (2, 3) auf der Innen- (6) und der Außenfläche (7) aufqetragen sind und daß der Innenraum des rohrförmigen Körpers (la-d) mit gut wärmeleitendem Metall (8) gefüllt ist, das eine Stromzuführunq (4) aus Metall umgibt.
2. Spannungsabhängiger elektriscer Widerstand nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wandstärke des Körpers (1a-d) aus Oxid-Keramik 0,5 bis 2,0 mm beträgt.
3 Spannungsabhängiger elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß das gut wärmeleitende Material (8) ein Lotmetall ist, das gleichzeitig die Verbindung zwischen der Metall belegung (2) auf der Innenfläche (6) des rohrförmigen Körpers (la-d) und der Stromzuführung (4) bildet.
4 Spannungsabhängiger elektrischer Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß das gut wärmeleitende Material (8) mit Metallpartikeln gefüllter Kunststoff (Leitkleber) ist, der gleichzeitig die Verbindung zwischen der Metallbelegung (2) auf der Innenfläche (6) des rohrförmigen Körpers (1a-d) und der Stromzuführung (4) bildet.
5. Spannungsabhängiger elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i ch n e t, daß die Stromzuführung (4) im Innenraum des rohrförmigen Körpers (1a-d) ein Metallblech (9) ist, daß rechtwinklig einen Fuß (10) bildend abgebogen ist.
6. Spannungsabhängiger elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Stromzuführung (4) im Innenraum des rohrförmigen Körpers (1a-d) ein Metallblech (9) ist,das zum Einstecken in eine Schaltplatte mit Auflageschultern (11, 12) versehen ist.