WO2007099020A1 - Varistor mit einem sicherungselement - Google Patents

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WO2007099020A1 PCT/EP2007/051147 EP2007051147W WO2007099020A1 WO 2007099020 A1 WO2007099020 A1 WO 2007099020A1 EP 2007051147 W EP2007051147 W EP 2007051147W WO 2007099020 A1 WO2007099020 A1 WO 2007099020A1
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varistor
electrode
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electrode layer
electrical resistance
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Timo Knecht
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
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    • H01C7/112ZnO type
    • HELECTRICITY
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    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the present invention relates to a varistor comprising at least one layer with variable electrical resistance and two electrodes connected thereto.
  • Varistors are often used to dissipate overvoltages in sensitive components or circuit parts. Varistors are electrical two-pole, which have a voltage-dependent electrical resistance. Above a threshold voltage, a varistor becomes low-ohmic and thus conductive; below the threshold voltage, it is high-impedance and therefore non-conductive. In the low-resistance state, the current flowing through the varistor can become so high that the varistor is overloaded, resulting in a conductive connection between the electrodes. This forms a short circuit in the circuit in which the varistor is installed. This causes an undefined state of the circuit.
  • Object of the present invention is to provide a varistor that avoids a short circuit in case of overload.
  • a varistor comprising at least one layer with variable electrical resistance and two electrodes connected to it, wherein at least one electrode has a fuse element which becomes high-impedance when a maximum current intensity is exceeded.
  • the fuse element can be a function similar to one Have fuse and be destroyed. It is preferably provided that the electrodes comprise an electrode layer that is connected in a planar manner to the layer with variable electrical resistance. It can be provided that the securing element is part of the electrode layer. The securing element is preferably a region of the electrode layer with a reduced conductive cross-section. The securing element can preferably be designed as an incision in the electrode layer. Incision here means a recess or the like in the planar electrode. The incision is thus introduced laterally into the electrode layer, wherein seen in a section through the electrode layer, a region of smaller cross-sectional area is formed. Alternatively, here also, for example, a notch extending over the entire width of the electrode layer,
  • the varistor preferably comprises a plurality of layers with variable electrical resistance, between each of which an electrode layer is arranged.
  • the electrode layers are preferably alternately connected to an electrode in each case. It is preferably provided that the layer or layers with variable electrical resistance is / are a ceramic layer.
  • the ceramic layer may consist of zinc oxide or the like, for example.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a varistor according to the invention
  • FIG. 2 shows a representation of a ceramic layer with electrode layers.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a varistor according to the invention in a three-dimensional exploded view.
  • the varistor 1 alternately comprises ceramic layers 2 and electrode layers 3.
  • the electrode layers 3 are each provided with electrical connections 4, which are alternately connected in pairs with each other and thus form two electrodes 5.1 and 5.2.
  • the first, third, fifth, etc. electrode layers 3 are electrically connected to one another and combined to form a common electrode 5.1 and the second, fourth, sixth, etc. electrode layers are electrically connected to one another and led to a second electrode 5.2.
  • the result is a package of ceramic layers 2 with associated electrode layers 3, wherein the electrode layers 3 are each assigned alternately to one of the electrodes 5.1 and 5.2 and are electrically connected thereto.
  • the ceramic layers 2 may consist of zinc oxide or of silicon carbide or other oxide-ceramic resistance materials in a known manner.
  • the electrode layers 3 consist of a conductive metal, for example silver, aluminum or the like.
  • the electrode layers 3 comprise electrical connections 4 and electrode surfaces 6, which are connected to one another by a securing element 7.
  • the securing element 7 here is a region with a width c reduced by two incisions 8 with respect to the width b of the electrode surface 6.
  • the electrode surface 6 has a large area with which it is in conductive contact with the ceramic layer 2. In the example of FIGS. 1 and 2 with a rectangular electrode surface 6, the contact surface is equal to the product of the width b of the electrode surface 6 and the depth a of the electrode surface 6.
  • the electrical connection 4 has a width d greater than the width c of the fuse element 7 is.
  • the thickness t of the electrode layer 3 is constant in the present embodiment over the entire area, but this could also be different over the area.
  • the thickness X 1 in the region of the securing element 7 could be less than the thickness t 6 in the region of the electrode surface 6 and the thickness t 4 in the region of the electrical connection 4.
  • the securing element 7 is formed in the present embodiment by two incision 8, the side protrude from both sides into the electrode layer and thus in the plan view (arrow A in Fig. 1) results in a region of smaller width c than the widths b of the electrode surface 6 and the width d of the electrical connection 4.
  • the varistor 1 If an electrical voltage is applied between the electrodes 5.1 and 5.2 of the varistor 1, the varistor 1 is high-resistance until the threshold voltage Us which is typical for the respective varistor is reached. When the threshold voltage Us is exceeded, the varistor 1 becomes abruptly low-resistance. The thereby flowing through the varistor 1 current can become so large that the varistor is damaged.
  • the fuse elements 7 heat up when an upper limit is exceeded. ren current threshold I max such that they burn through and thus non-conductive or at least high impedance. This prevents the ceramic layers 2 from being damaged by too high a current load. When the varistor 1 is overloaded by too high a current intensity I, the fuse elements 7 first burn and prevent further damage to the varistor 1.
  • the electrode layer thus has a fuse element which becomes high-ohmic when the maximum current intensity I max is exceeded

Abstract

Varistor (1) umfassend mindestend eine Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) sowie zwei mit dieser verbundene Elektroden (3, 4, 5, 6). Mindestens eine Elektrode (3, 4, 5, 6) weist ein Sicherungselement (7) auf, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke (Imax ) hochohmig wird.

Description

Beschreibung
Titel VARISTOR MIT EINEM S I CHERUNGS ELEMENT
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Varistor umfassend mindestens einer Schicht mit ver- änderlichem elektrischen Widerstand sowie zwei mit dieser verbundenen Elektroden.
Zur Ableitung von Überspannungen in empfindlichen Bauteilen oder Schaltungsteilen werden häufig Varistoren eingesetzt. Varistoren sind elektrische Zweipole, die einen spannungsabhängigen elektrischen Widerstand aufweisen. Oberhalb einer Schwellspannung wird ein Varistor niederohmig und damit leitend, unterhalb der Schwellspannung ist dieser hochohmig und damit nicht leitend. Im niederohmigen Zustand kann der durch den Varistor fließende Strom so hoch werden, dass der Varistor überlastet wird, wobei eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden entsteht. Diese bildet einen Kurzschluss in der Schaltung, in der der Varistor eingebaut ist. Dadurch wird ein Undefinierter Zustand der Schaltung bewirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Varistor anzugeben, der einen Kurzschluss bei Überlastung vermeidet.
Offenbarung der Erfindung
Dieses Problem wird gelöst durch einen Varistor umfassend mindestens einer Schicht mir veränderlichem elektrischen Widerstand sowie zwei mit dieser verbunden Elektroden, wobei mindestens eine Elektrode ein Sicherungselement aufweist, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke hochohmig wird.
Vorteile der Erfindung
Der Varistor geht bei Überschreiten der Maximalstromstärke vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand über. Das Sicherungselement kann dabei eine Funktion ähnlich einer Schmelzsicherung haben und zerstört werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Elektroden eine Elektrodenschicht umfassen, die flächig mit der Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand verbunden ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement Teil der Elektrodenschicht ist. Das Sicherungselement ist vorzugsweise ein Bereich der Elektroden- schicht mit vermindertem leitenden Querschnitt. Das Sicherungselement kann dabei vorzugsweise als Einschnitt in die Elektrodenschicht ausgeführt sein. Unter Einschnitt wird hier eine Ausnehmung oder dergleichen in der an sich flächigen Elektrode verstanden. Der Einschnitt wird also seitlich in die Elektrodenschicht eingebracht, wobei in einem Schnitt durch die Elektrodenschicht gesehen ein Bereich kleinere Querschnittsfläche entsteht. Alternativ kann hier auch beispielsweise eine über die gesamte Breite der Elektrodenschicht gehende Einkerbung,
Nut oder dergleichen in die Oberfläche eingebracht werden. Der Varistor umfasst vorzugsweise mehrere Schichten mit veränderlichem elektrischem Widerstand, zwischen denen jeweils eine Elektrodenschicht angeordnet ist. Die Elektrodenschichten sind dabei vorzugsweise abwechselnd jeweils mit einem Elektrode leitend verbunden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schicht oder Schichten mit veränderlichem elektrischem Widerstand eine Keramikschicht ist/sind. Die Keramikschicht kann dabei beispielsweise aus Zinkoxid oder dergleichen bestehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varistors;
Fig. 2 eine Darstellung einer Keramikschicht mit Elektrodenschichten.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varistors in einer dreidimensionalen Explosionsdarstellung. Der Varistor 1 umfasst abwechselnd Keramikschichten 2 und Elektrodenschichten 3. Die Elektrodenschichten 3 sind jeweils mit elektrischen Anschlüssen 4 versehen, die abwechselnd paarweise miteinander verbunden sind und so zwei Elektroden 5.1 und 5.2 bilden. In dem Stapel mit abwechselnd Keramikschichten 2 und Elektrodenschich- ten 3 sind beispielsweise also die erste, dritte, fünfte usw. Elektrodenschichten 3 elektrisch miteinander verbunden und zu einer gemeinsamen Elektrode 5.1 zusammengefasst und entsprechend die zweite, vierte, sechste usw. Elektrodenschicht elektrisch miteinander verbunden und zu einer zweiten Elektrode 5.2 geführt. Es entsteht so ein Paket aus Keramikschichten 2 mit zugeordneten Elektrodenschichten 3, wobei die Elektrodenschichten 3 jeweils wechselweise einer der Elektroden 5.1 bzw. 5.2 zugeordnet sind und mit dieser elektrisch verbunden sind.
Die Keramikschichten 2 können in bekannter Art und Weise aus Zinkoxid oder aber aus Silizi- umcarbid oder anderen oxidkeramischen Widerstandsmaterialien bestehen. Die Elektroden- schichten 3 bestehen aus einem leitendem Metall, beispielsweise Silber, Aluminium oder dergleichen.
Die Elektrodenschichten 3 umfassen elektrische Anschlüsse 4 und Elektrodenflächen 6, die mit einem Sicherungselement 7 miteinander verbunden sind. Das Sicherungselement 7 ist hier ein Bereich mit einer durch zwei Einschnitte 8 gegenüber der Breite b der Elektrodenfläche 6 verminderten Breite c. Die Elektrodenfläche 6 weist eine große Fläche auf, mit der diese in leitendem Kontakt mit der Keramikschicht 2 ist. Im Beispiel der Fig. 1 und 2 mit einer rechteckigen Elektrodenfläche 6 ist die Kontaktfläche gleich dem Produkt aus der Breite b der Elektrodenfläche 6 und der Tiefe a der Elektrodenfläche 6. Der elektrische Anschluss 4 weist eine Breite d auf, die größer als die Breite c des Sicherungselementes 7 ist. Die Dicke t der Elektrodenschicht 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Fläche konstant, diese könnte aber auch über die Fläche unterschiedlich sein. Beispielsweise könnte die Dicke X1 im Bereich des Sicherungselementes 7 geringer sein als die Dicke t6 im Bereich der Elektrodenfläche 6 und die Dicke t4 im Bereich des elektrischen Anschlusses 4. Das Sicherungselement 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei Einschnitt 8 gebildet, die seitlich von beiden Seiten in die Elektrodenschicht hineinragen und so in der Draufsicht (Pfeil A in Fig. 1) einen Bereich kleinerer Breite c als die Breiten b der Elektrodenfläche 6 und der Breite d des elektrischen Anschlusses 4 ergibt.
Wird zwischen den Elektroden 5.1 und 5.2 des Varistors 1 eine elektrische Spannung angelegt, so ist der Varistor 1 bis zum Erreichen der für den jeweiligen Varistor typischen Schwellspannung Us hochohmig. Bei Überschreiten der Schwellspannung Us wird der Varistor 1 abrupt niederohmig. Der dabei durch den Varistor 1 fließende Strom kann so groß werden, dass der Varistor beschädigt wird. Die Sicherungselemente 7 erhitzen sich bei Überschreiten einer obe- ren Stromschwelle Imax derart, dass diese durchbrennen und somit nichtleitend oder zumindest hochohmig werden. Dadurch wird verhindert, dass die Keramikschichten 2 durch eine zu hohe Strombelastung beschädigt werden. Bei einer Überlastung des Varistors 1 durch eine zu hohe Stromstärke I brennen also zunächst die Sicherungselemente 7 durch und verhindern eine weitergehende Beschädigung des Varistors 1. Die Elektrodenschicht weist damit ein Sicherungselement auf, das bei Überschreiten der Maximalstromstärke Imax hochohmig wird

Claims

Ansprüche
1. Varistor (1) umfassend mindestend eine Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) sowie zwei mit dieser verbundene Elektroden (3, 4, 5, 6) dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (3, 4, 5, 6) ein Sicherungselement (7) aufweist, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke (Imax ) hochohmig wird.
2. Varistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3, 4, 5, 6) eine E- lektrodenschicht (3) umfassen, die flächig mit der Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) verbunden ist.
3. Varistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) Teil der Elektrodenschicht (3) ist.
4. Varistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) ein Bereich der Elektrodenschicht (3, 4, 5, 6) mit vermindertem leitendem Querschnitt (c) ist.
5. Varistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) ein Einschnitt (8) in die Elektrodenschicht (3) ist.
6. Varistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere Schichten (2) mit veränderlichem elektrischem Widerstand umfasst, zwischen denen jeweils eine Elektrodenschicht (3) angeordnet ist.
7. Varistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten (3) abwechselnd jeweils mit einer Elektrode (5.1, 5.2) leitend verbunden sind.
8. Varistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit veränderlichem elektrischen Widerstand (2) eine Keramikschicht ist.
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