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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit
einem PTC-Polymerelement. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
derartige PTC-Polymerelemente, bei denen eine Verengung im Hinblick
auf eine Reduzierung der Querschnittsfläche senkrecht zur Hauptstromrichtung
ausgebildet ist, wobei diese Verengung eine Bahn definiert. Der
Ausdruck Bahn betrifft einen Abschnitt des PTC-Polymerelements, der
sich in der Hauptstromrichtung über
eine Länge
erstreckt, wobei eine Mindestquerschnittsfläche dieser Verengung in der
Bahn enthalten ist und die Bahn die Mindestquerschnittsfläche über diese
Erstreckungslänge im
wesentlichen aufrechterhält.
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Stand der
Technik
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DE 19 626 238 wird so angesehen,
daß es
den treffendsten Stand der Technik darstellt und ein Widerstandsbauelement
mit einem PTC-Element mit symmetrischer verengter Gestalt offenbart.
Beide Enden des PTC-Elements sind mit zwei parallelen Elektrodenplatten
verbunden. Der Querschnitt des PTC-Elements entlang einer Längsachse,
die die Hauptstromrichtung ist, nimmt auf kontinuierliche Weise
von jedem Ende zur Mitte des Elements ab.
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EP 0 655 760 A2 zeigt,
daß PTC-Polymerelemente
umfassende elektrische Bauelemente zu Überstrombegrenzungszwecken
effektiv verwendet werden können.
In diesem Dokument ist das PTC-Polymerelement mit einem Lasttrenner
in Reihe geschaltet. Es wird beabsichtigt, daß das PTC-Polymerelement Überströme auf Stromwerte
begrenzt, die von dem Lasttrenner leicht getrennt werden können.
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Die
Hochspannungsfähigkeiten
der PTC-Polymerelemente können
entsprechend der Lehre der US-Patente 5,313,184 und 5,414,403 verbessert
werden. In diesen Dokumenten wird vorgeschlagen, PTC-Polymerelemente
und Varistorelemente oder lineare Widerstandselemente zu kombinieren,
um zu hohe lokale elektrische Felder innerhalb des PTC-Polymermaterials
während
des Schaltens zu vermeiden. Ein nichtlineares Ansprechverhalten
des PTC-Polymermaterials kann auf diese Weise verteilt werden. Es
sei angemerkt, daß der
Ausdruck PTC-Polymerelement, wie er innerhalb dieser Beschreibung
und in den Ansprüchen
verwendet wird, auch solche PTC-Polymerelemente abdeckt, die zusätzlich zu
dem reinen PTC-Polymermaterial Füllstoffmaterialien
oder – elemente
mit linearen Widerstandskennlinien oder Widerstandskennlinien, die
mit der Temperatur, der Stärke
des elektrischen Felds (Varistoren), dem Druck usw. nichtlinear
sind, umfassen.
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Was
ebenfalls in dem Stand der Technik bekannt ist, ist die Bereitstellung
von PTC-Polymerelementen mit Verengungen in der stromführenden
Querschnittsfläche,
d.h. in der Querschnittsfläche
senkrecht zu der Hauptstromrichtung. Solche Verengungen findet man
z.B. in
EP 0 038 715
B1 . Dieses Dokument beabsichtigt, mit diesem spezifischen
Design ein sehr schnelles Auslösen
des PTC-Polymermaterials innerhalb der Verengung zu erzielen. Was
ebenfalls in diesem Dokument gezeigt wird, nämlich in
5C,
ist eine eine Bahn definierende Verengung, wobei sich diese Bahn
in der Richtung zwischen zwei Elektroden, folglich in der Hauptstromrichtung, über eine
gewisse Länge
erstreckt.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Auf
der Basis des oben angeführten
Stands der Technik ist das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende
technische Problem, ein neuartiges elektrisches Bauelement mit einem
PTC-Polymerelement mit verbesserter elektrischer Leistung bereitzustellen.
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Dieses
Problem wird durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Bei
diesem elektrischen Bauelement erstreckt sich eine Bahn einer Verengung
in dem PTC-Polymerelement über
eine Länge von
mindestens 5 mm. Besonders bevorzugte Werte sind Längen von
mindestens 7, 10, 15 oder sogar 20 mm.
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Mit
diesen Werten für
die Länge
der Bahn kann die Schaltfähigkeit
im Hinblick auf die Spannung des PTC-Polymerelements und somit des ganzen
elektrischen Bauelements im Vergleich zu dem Stand der Technik stark
verbessert werden. Z.B. erwähnt
das oben erwähnte
EP 0 038 715 derart lange
Bahnen überhaupt nicht.
Die Erfinder haben nun herausgefunden, daß die Spannungsfestigkeit einer
einzelnen Auslösezone
innerhalb des PTC-Polymermaterials durch Verwenden einer langen
Bahn verbessert werden kann, wobei diese Bahn durch Führen der
höchsten
Stromdichte innerhalb des PTC-Polymerelements
im voraus bestimmt wird, die Auslösezone zu enthalten. Durch
Vermeiden einer Bewegung der Grenzen der Auslösezone aus der Bahn heraus
kann eine günstige
Kombination aus beschleunigter Auslösedynamik einerseits und einer
hohen Spannungsfestigkeitsfähigkeit
andererseits sichergestellt werden. Somit kann für ein schnelles elektrisches
Bauelement mit Spannungsschaltfähigkeiten
in einem Spannungsbereich von z.B. 690 Vrms das elektrische Bauelement
gemäß der Erfindung
bevorzugt ohne irgendeine Reihenschaltung von Auslösezonen
verwendet werden.
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Somit
wird die Erfindung verwendet, um eine elektrische Schaltung gegenüber Überstrom
und Kurzschlußstrom
bevorzugt bei einer Systemspannung von 690 Vrms und mehr zu schützen. Dabei
sollte bevorzugt der ganze Bereich an Fehlerszenarien von nur kleinen Überströmen bis
zu möglichen
Kurzschlußströmen von
z.B. bis zu 50–100
kA sicher begrenzt und in einer bevorzugten Kombination mit einem
Lastschalter abgeschaltet werden.
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Ein
wichtiger Vorteil der Erfindung in ihrer Kombination aus schneller
und spannungsstabiler Strombegrenzung liegt in der Tatsache, daß schnelles
Auslösen
die durchgelassene Energie reduziert, die, wenn sie zu groß ist, das
PTC-Polymerelement beschädigen
kann. Somit bedeutet eine ausreichend schnelle Strombegrenzung auch
in Fällen
von hohen Spannungen an dem elektrischen Bauelement, daß seine
Aktion repetitiv sein kann, z.B. mindestens fünfmal für eine starke Kurzschlußbegrenzung.
Deshalb sollte die typische Zeit zum Unterdrücken eines Kurzschlußstroms
auf Null viel kleiner sein als eine Viertelperiode des jeweiligen
Systems, z.B. viel kleiner als 5 ms.
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Angesichts
einer ausreichenden Stromführungsfähigkeit
kann der Effekt des Kühlens
der Bahn durch den Rest des PTC-Polymervolumens wichtig sein. Relativ
hohe Stromlasten erfordern ein derartiges Kühlen, um ein Auslösen bei
hohen, aber zulässigen
Stromwerten zu vermeiden. Dieser Aspekt der Erfindung muß zusammen
mit der Tatsache berücksichtigt
werden, daß eine
sehr hohe Spannungskapazität
am besten durch sehr lange Bahnen erreicht werden kann. Für den Systemspannungsbereich
zwischen z.B. 500 Vrms und 12 kVrms wird deshalb bevorzugt, Bahnen
zu verwenden, die nicht länger
als 150 mm sind. Je nachdem, ob die Spannungsfestigkeitsfähigkeit
oder die Stromführungsfähigkeit
wichtiger ist, können
auch Bahnen bevorzugt sein, die nicht länger als 80, 40 oder sogar
nicht länger
als 30 mm sind.
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Dies
schließt
jedoch die Verwendung sehr langer Bahnen im Bereich von beispielsweise
120 mm (für z.B.
12 kVrms) oder sogar 360 mm (z.B. für 360 kVrms) gemäß der Erfindung
nicht allgemein aus.
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Um
die Wärmeleitung
zu Bahnen von erheblicher Länge
zu verbessern, können
zudem Löcher
neben solchen Bahnen anstatt mit Luft mit einem elektrisch isolierenden
Material gefüllt
werden.
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Ein
zweiter für
den oben angeführten
Kühleffekt
des PTC-Polymervolumens für
die Verengung und die Bahn wichtiger Aspekt ist der Öffnungswinkel
der Verengung bei Betrachtung von der Bahn aus. Dieser Öffnungswinkel
ist in einer die Hauptstromrichtung enthaltenden Längsschnittebene
definiert. In mindestens einer dieser Ebenen sollte dieser Öffnungswinkel
bevorzugt insgesamt mindestens 100° betragen. Wie man den Ausführungsformen
entnehmen kann, ist dieser Gesamtwinkel als eine Summe aus einem
rechten Öffnungswinkel
und einem linken Öffnungswinkel
anzusehen, deren jeweilige Scheitelpunkte voneinander getrennt sind.
Im wesentlichen liegen diese Scheitelpunkte auf der rechten bzw.
linken Seite der Bahn, bei Betrachtung in der Hauptstromrichtung.
Es ist nicht erforderlich, daß diese
beiden Teilöffnungswinkel
identisch sind, doch wird es bevorzugt. Zudem brauchen die Liniensegmente
auf beiden Seiten der von den Öffnungswinkeln
bezüglich
der Hauptstromrichtung abgewinkelten Verengung nicht notwendigerweise
regelmäßig geformt
zu sein, wie dies aus der Definition eines Winkels erscheint. Es
reicht aus, wenn ein Liniensegment als ein Mittelwert definiert
werden kann, um einen Öffnungswinkel
zu definieren. Es werden jedoch im wesentlichen gerade geneigte
Flanken auf beiden Seiten der Bahn bevorzugt.
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Besonders
bevorzugte Untergrenzen für
den Öffnungsgesamtwinkel
sind 105°,
110°, 115° und 120°. Wie oben
bereits festgestellt, beziehen sich diese Mindestöffnungswinkel
auf mindestens eine Längsschnittebene
durch die Verengung. Alle die Längsschnittebenen
durch die Verengung können
verschiedene Öffnungswinkel
aufweisen, doch bevorzugt sind sie gleich. Jedoch ist auch eine
zweidimensionale Verengung möglich, bei
der nur eine Längsschnittebene
den oben definierten Öffnungswinkel
zeigt und eine zweite Längsschnittebene
senkrecht zu der ersten überhaupt
keine Verengung zeigt. Diese Form ist üblicherweise leichter herzustellen.
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In
jedem Fall kann die Kombination aus hoher Stromführungsfähigkeit und schneller Auslösedynamik erzielt
werden. Insbesondere bedeuten große Öffnungswinkel kurze Gesamtlängen des
PTC-Polymerelements in der Hauptstromrichtung, in der die eine oder
die mehreren Verengungen kurz, aber ausgeprägt sind. Dadurch kann der Ohmsche
Gesamtwiderstand in dem normalerweise leitenden Zustand auf ein
Minimum reduziert werden. Dies ist besonders wichtig, weil die gemäß der Erfindung
bevorzugten langen Bahnen notwendigerweise zu einem bestimmten Anstieg
beim Ohmschen Widerstand im Vergleich zu kürzeren Bahnen führen. Mit
diesen langen Bahnen können
jedoch Reihenschaltungen von kürzeren
Bahnen vermieden werden oder zumindest kann die Anzahl der in Reihe
geschalteten Verengungen reduziert werden, was wiederum zu einer
Verbesserung des Ohmschen Gesamtwiderstands führt.
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Außerdem wurde
bewiesen, daß man
für mittlere
und hohe Fehlerströme
mit den obigen Mindestöffnungswinkeln
eine gleichzeitige Auslöseaktion
von in Reihe geschalteten Verengungen derart erhält, daß man solche Reihenschaltungen
mit einem reduzierten Risiko realisieren kann, daß die erste
Auslöseverengung
zerstört
wird. Dieses Problem kann zudem durch eine Parallelschaltung aus
normalen oder Varistorwiderständen gemildert
werden. Wenn jedoch Reihenschaltungen vollständig vermieden werden, werden
parallele Widerstände
oder Varistoren nur benötigt,
um die höchste
Schaltspannung auf geeignete Werte zu begrenzen, und auch kleinste Überströme können abgeschaltet
werden.
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Gemäß dem oben
Gesagten ist es möglich,
die Spannungsfestigkeitsfähigkeit
des elektrischen Bauelements gemäß der Erfindung
bevorzugt mithilfe einer Verlängerung
der Bahnstruktur im Vergleich zu Reihenschaltungen von Verengungen
zu erhöhen.
Um die Stromführungsfähigkeit
für eine
bestimmte Mindestquerschnittsfläche
einer Verengung weiter zu verbessern, können zudem Parallelschaltungen
gewählt
werden. Insgesamt ist auch ein Matrixarray aus Verengungen möglich. Diese
Kombinationen treten bevorzugt in dem gleichen PTC-Polymerstück ohne
vermeidbare Materialübergänge auf.
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Jedenfalls
sollte die Gesamtreduktion der Querschnittsfläche senkrecht zur Hauptstromrichtung
bevorzugt um einen Faktor von drei, besonders bevorzugt um einen
Faktor von vier oder mehr, größer sein.
Was den Materialaspekt der Erfindung betrifft, wird bevorzugt eine
im wesentlichen aus einem thermoplastischen Polymer hergestellte
Polymermatrix verwendet. Die bevorzugte Wahl für dieses thermoplastische Material
ist Polyethylen. Mit einer thermoplastischen Charakteristik der
PTC-Matrix kann das PTC-Polymerelement insgesamt durch Spritzguß oder Extrusion
ausgebildet werden, wobei beide sehr wirtschaftliche Verfahren sind.
Bevorzugt wird für
diese beiden Formungsverfahren hochdichtes Polyethylen verwendet.
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Bevorzugte
quantitative Bereiche für
das für
PTC-Polymermaterialien inherente leitende Füllstoffmaterial sind 20–50 Vol.-%,
besonders bevorzugt 25–46
Vol.-%, und ganz besonders bevorzugt 30–43 Vol.-% (bezogen auf das
Gesamtvolumen des PTC-Polymermaterials). Eine bevorzugte Wahl für dieses
(erste) leitende Füllstoffmaterial
ist TiB2.
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Abgesehen
von diesem ersten Füllmaterial
kann das PTC-Polymermaterial
ein zweites Füllstoffmaterial
mit Varistorcharakteristiken aufweisen. Dieses zweite Füllstoffmaterial
ist bevorzugt SiC. Die bevorzugten Quan titätsbereiche lauten 10–30 Vol.-%,
bevorzugt 12–28
Vol.-%, und besonders bevorzugt 14–26 Vol.-% dieses zweiten Füllstoffmaterials.
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Diese
Füllstoffmaterialien
werden in einer in der Polymermatrix dispergierten Pulverform aufgenommen.
Das erste Füllstoffmaterial
sollte eine metallische Leitfähigkeit
aufweisen, d.h., es sollte einen spezifischen Widerstand von höchstens
10–3 Ωcm aufweisen.
Dies schließt
z.B. Ruß aus.
Das zweite Füllstoffmaterial mit
Varistorcharakteristiken sollte einen spezifischen Widerstand von
nicht mehr als 50 Ωcm
bei elektrischen Feldern von 2000 V/cm und mehr aufweisen. Sein
spezifischer Widerstand sollte andererseits größer als 10–2 Ωcm sein.
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Zudem
sollte die mittlere Teilchengröße des zweiten
Füllstoffmaterials
größer sein
als die des ersten Füllstoffmaterials,
und zwar um einen Faktor von 2–5.
Bevorzugte Bereiche für
die Teilchengrößen sind
10 μm bis
50 μm für das erste
Füllstoffmaterial
und 20 μm
bis 250 μm
für das
zweite Füllstoffmaterial.
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Die
oben erwähnte
thermoplastische Polymermatrix ist bevorzugt in einer Menge von
30–55
Vol.-% und besonders bevorzugt 37–50 Vol.-% enthalten. Gemäß den Ergebnissen
der Erfinder zeigt das oben angegebene PTC-Polymermaterial bei einer vorbestimmten
Spannung eine bemerkenswert große
Zone hohen Widerstands („heiße Zone"). Wenn die Länge der
Bahn in der Verengung gemäß der Erfindung
groß genug
ist, daß sie
diese heiße
Zone enthält,
können
bemerkenswert hohe Spannungsfestigkeitsfertigkeiten erzielt werden.
Zudem können
mit einem Design gemäß der Erfindung
die in dem PTC-Polymerelement während
der Auslöseaktion
erzeugten Schäden
im Vergleich zu herkömmlichen
Beispielen offensichtlich reduziert werden. Dies hat zu dem Ergebnis
geführt,
daß die
Zunahme des „Kaltwiderstands", d.h. des Widerstands
in dem normal leitenden Zustand, insbesondere nach der ersten Auslöseaktion,
viel niedriger ist als herkömmlich.
Wie aus der Beschreibung der unten folgenden Ausführungsformen
hervorgeht, scheint dies ein Ergebnis der reduzierten durchgelassenen
Energie zu sein.
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BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
schematisches Layout eines PTC-Polymerelements in einem elektrischen
Bauelement gemäß der Erfindung
und
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2 ein
schematisches Layout eines weiteren PTC-Polymerelements gemäß einer zweiten Ausführungsform
mit einer größeren Bahnlänge.
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1 zeigt
ein schematisches Layout eines PTC-Polymerelements 1 in
einem elektrischen Bauelement gemäß der Erfindung. Das elektrische
Bauelement ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Strom begrenzendes
und Strom unterbrechendes Mittel, das einen herkömmlichen Lastschalter in Reihenschaltung mit
dem PTC-Polymerelement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt.
Die Spannung an dem PTC-Polymerelement 1 wird verwendet,
um den Widerstandszustand des PTC-Polymerelements 1 zu
detektieren und den Lastschalter auszulösen, um Ströme, die zuvor von dem PTC-Polymerelement 1 begrenzt
worden sind, vollständig
zu trennen. Diese Kombination ist mit einem herkömmlichen PTC-Polymerelement
im Stand der Technik bekannt. Sie hat den Vorteil, daß der Strombegrenzungseffekt
viel schneller ist als mit herkömmlichen Schaltern
und daß ein
Lastschalter mäßiger Größe verwendet
werden kann, weil die zu trennenden Ströme nicht die möglichen
Kurzschlußströme der Schaltung
sind, sondern viel kleiner. Es wird auf den in der Einleitung dieser
Beschreibung angeführten
Stand der Technik Bezug genommen.
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Das
in der Figur gezeigte PTC-Polymerelement 1 besteht aus
einer 40 Vol.-%, hochdichten Polyethylenmatrix mit 40 Vol.-% pulverförmigem TiB2 und 20 Vol.-% As-dotiertem SiC, gemäß den oben
erwähnten Spezifikationen.
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In
der Figur ist die Hauptstromrichtung durch Pfeil C angegeben. Das
PTC-Polymerelement 1 zeigt Löcher 2, die Verengungen
mit Bahnen 3 definieren. Dabei weist das PTC-Polymerelement 1 eine
zweidimensionale Gestalt auf, d.h. die in der Figur gezeigte Gestalt
kann als ein Querschnitt durch das PTC-Polymerelement 1 an
einer beliebigen Position in der Richtung senkrecht zu der Ebene
der Figur angesehen werden.
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Somit
entspricht jede Bahn 3 dem kleinsten Querschnitt senkrecht
zur Hauptstromrichtung C. Jede Bahn 3 zeigt an jedem ihrer
beiden Enden einen linken und einen rechten Öffnungswinkel, jeweils als α/2 bezeichnet. α/2 beträgt 60°, so daß in diesem
Beispiel der volle Öffnungswinkel α 120° beträgt.
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Wichtig
ist die Länge
jeder Bahn 3 zwischen den beiden Öffnungen des PTC-Polymermaterials
an jedem Bahnende. Diese Länge
ist durch L angegeben und beträgt
9 mm in diesem Beispiel. Übrigens
ist jede Bahn 3 2 mm breit und mit 6,75 mm von ihrer benachbarten
Bahn beabstandet.
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2 zeigt
ein ähnliches
PTC-Polymerelement, wobei der einzige Unterschied in diesem Fall
in einer Bahnlänge
L von 20 mm besteht. In beiden Fällen
ist der Querschnittsreduktionsfaktor 4, was zu einem kleinsten
Querschnitt von 0,4 cm2 führt.
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Wie
leicht in den Figuren zu erkennen ist, wurde eine Parallelschaltung
aus 5 Bahnen 3 gewählt, um eine be stimmte Stromführungsfähigkeit
des PTC-Polymerelements 1 zu erzielen. Eine Konzentration
der vollständigen
Reduktion im Querschnitt auf eine Verengung könnte zu thermischen Problemen
führen.
Es gibt jedoch keine Reihenschaltung von Verengungen. Gemäß der Erfindung
wird bevorzugt, nur eine Verengung mit einer Bahn im Hinblick auf
eine Reihenschaltung zu verwenden. Im Falle sehr langer Bahnen 3 für hohe Spannungen
könnte
dies zu gewissen geringen Reduktionen bei der Stromführungsfähigkeit
in einigen Fällen
führen.
Die zugrundeliegenden thermischen Probleme können jedoch mit Hilfe eines
vollständigen
Designs wie durch die Öffnungswinkel,
das Füllen
der Löcher
usw. gehandhabt werden. Andererseits kann, insbesondere bei kleinen Überströmen, die
nur zu einem langsamen Auslösen
der PTC-Polymermaterialien
führen,
ein gleichzeitiges Auslösen
von in Reihe geschalteten Verengungen nicht immer sichergestellt
werden.
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Das
in den Figuren gezeigte PTC-Polymerelement 1 ist ein Testprototyp,
der über
eine Wasserstrahltechnik geschnitten worden ist. Deshalb weisen
die Löcher 2 etwas
abgerundete Ecken mit einem Krümmungsradius
von über
etwa 1 mm an jedem Scheitelpunkt jedes halben Öffnungswinkels und einen Krümmungsradius
von etwa 3,75 mm zwischen den jeweiligen beiden geraden Flanken
unter 60° auf,
um die Stromrichtung C beizubehalten, d.h. am Anfang und am Ende
jedes Lochs 2 in der Hauptstromrichtung C.
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Diese
Krümmungen
sind Artefakte und können
im Fall von Spritzguß-
oder Extrusionstechniken im wesentlichen vermieden werden. Sie stören jedoch
die Erfindung nicht ernsthaft, der Krümmungsradius von 1 mm ist nämlich definitiv
kleiner als die die Öffnungswinkel
und die Breite der Bahn 3 definierenden geraden Flanken.
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Ein
elektrischer Kontakt zu dem in den Figuren gezeigten PTC-Polymer 1 kann
auf beliebige herkömmliche
Weise hergestellt werden, z.B. durch Einpressen von Metallfolien,
durch Metalleinlagen, durch Eindiffundieren von Metallteilen usw.
Zur Verbesserung der Wärmeleitung
zu und innerhalb der Bahnen 3 sind die Löcher 2 mit
Sand gefüllt.
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PTC-Polymerelemente
wie in den Figuren gezeigt sind in Kurzschlußtests mit verschiedenen Bahnlängen L getestet
worden. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
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Diese
Ergebnisse wurden bei einer Systemspannung von 690 Vrms mit
einem möglichen
Kurzschlußstrom
von 12kApms bei 50 Hz erhalten. Neben der
Bahnlänge
L von 9 mm und 20 mm gemäß den in
den Figuren gezeigten Ausführungsformen
wurden auch Bahnlängen
L von 7, 11, 13, 15 und 18 mm getestet. Je nach der Bahnlänge L variiert
der Nennstrom etwas zwischen etwa 5 A für L = 7 mm und 3 A für L = 20
mm (kleinster Querschnitt 0,4 cm2). Die
beobachteten größten Ströme lagen
in der Größenordnung von
1,2 kA und 1,3 kA und erschienen nach etwa 0,35 ms. Der Strom wird
nach höchstens
0,5 ms auf irrelevante Werte reduziert. Dadurch könnte die
durchgelassene Energie auf sehr kleine Werte reduziert werden.
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Wie
man sehen kann, führen
größere Bahnlängen L zu
erhöhten
Widerstandswerten Ro vor dem Auslösen. Nach einem ersten Auslösen jedoch
ist der Kaltwiderstand Ro' etwas
erhöht,
bleibt aber nach wiederholten Auslösevorgängen in der gleichen Größenordnung.
Der erhöhte
Kaltwiderstand nach dem Auslösen kann
für größere Bahnlängen besser
sein, wie aus ihren Ergebnissen hervorgeht. Zudem verbessern größere Bahnlängen die
Fähigkeit
für wiederholtes
Auslösen
ohne Schäden.
Alle PTC-Polymerelemente mußten
nach der in der Tabelle angegebenen Anzahl von Auslösevorgängen ersetzt
werden. In jedem Fall war jedoch die letzte Auslösewirkung dabei erfolgreich,
den Strom zu trennen.
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Außerdem könnte das
PTC-Polymerelement mit L = 7 mm eine bessere Wiederholung des Auslösens zeigen,
wenn es mit reduzierter Systemspannung verwendet würde. Das
Element mit L = 7 mm wies eine Spannungsfestigkeitsfertigkeit von
etwa 1,1 kV auf, was an der Untergrenze für eine Systemspannung von 690 Vrms
liegt. Dementsprechend waren längere
Bahnen in dieser Hinsicht besser.
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Bei
diesen Tests wurde ein paralleler Varistor verwendet, um die Höchstspannung
unter 1,5 kV zu reduzieren. Der Varistor kann jedoch entfallen,
wenn eine erhöhte
Beanspruchung der PTC-Polymerelemente 1 und somit reduzierte
Anzahlen wiederholten Umschaltens toleriert werden können.
