DE1465439B2

DE1465439B2 - Thermisch beanspruchter elektrischer widerstand aus keramikmaterial

Info

Publication number: DE1465439B2
Application number: DE19641465439
Authority: DE
Inventors: Holger Vilhelm Nordborg Vind (Danemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1964-09-11
Filing date: 1964-09-11
Publication date: 1973-07-05
Also published as: CH424941A; DE1465439A1; NL6511648A; FR1446249A; BE668892A; DE1465439C3

Description

Die Erfindung- bezieht sich auf einen thermisch beanspruchten, zweipoligen elektrischen Widerstand aus Keramikmaterial, der aus mehreren aufeinanderliegenden Teilwiderständen besteht, die durch Trennfugen mechanisch vollständig voneinander getrennt sind und die jeweils längs der Trennfuge mit einer Schicht aus Kontaktmaterial überzogen sind.

Derartige Widerstände sind beispielsweise als Regelwiderstände mit nichtlinearer Charakteristik bekannt, wobei die Teilwiderstände eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen (deutsche Patentschrift 851 087).

Keramikwiderstände sind auch als PTC-Widerstände aus gesintertem Bariumtitanat bekannt, dem geeignete Metalloxide und -salze zugesetzt sind (Druckschrift »Technische Informationen für die Industrie«, Heft 50 der Firma Valvo GmbH, August 1963).

Bei Keramikwiderständen, die unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind, also insbesondere temperaturabhängigen Widerständen, tritt das Problem auf, daß der Keramikkörper springt und dadurch unbrauchbar wird. Hierbei ist es unwesentlich, 5 ob die Umgebungstemperatur schwankt oder ob der Keramikwiderstand infolge Beheizung durch den hindurchtretenden Strom eine Temperaturänderung erfährt. Aus diesem Grunde blieben den Keramikwiderständen bisher viele Anwendungsbereiche versperrt, bei denen relativ rasche und große Temperaturänderungen auftreten. Als Beispiel sei ein den Anlauf eines elektrischen Einphasenmotors überwachender PTC-Widerstand genannt, d.h. daß er von der Wicklungstemperatur beeinflußt oder vom Anlaufstrom durchflossen wird, wie es vom Prinzip her in der vorgenannten Literaturstelle beschrieben ist.

Es ist ein Keramik-Heizwiderstand bekannt, bei dem eine Vielzahl von einzelnen Platten, die in Stromflußrichtung oder quer dazu angeordnet sind, entweder einstückig mit einem Tragkörper aus dem gleichen Material verbunden sind oder an ihren lit, nenrändern in einem Grundkörper aus derselben' Masse eingesetzt werden. Ein solcher Widerstand unterliegt den zuvor beschriebenen Beanstandungen (deutsche Patentschrift 452 036).

Es ist ferner ein temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand bekannt, bei dem mehrere dünne Stäbe mit einem Querschnitt von 1,5 X 1,5 mm² in Reihe geschaltet und in einer gemeinsamen Blechmanschette zusammengefaßt sind, damit dessen Widerstandswert möglichst trägheitslos den Temperaturänderungen folgt. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand und ergibt sehr hochohmige Widerstandswerte (deutsches Gebrauchsmuster 1 900 268).

Zahlreiche elektrische Bauelemente bestehen aus der Schichtung verschiedener aktiver Schichten. Beispielsweise kann man einen Halbleiterkörper und ein zugehöriges Heizelement mit aufmetallisierten Elektroden versehen und zusammenfügen (deutsches Gebrauchsmuster 1751709). Es gibt auch einen Schichtwiderstand, bei dem niederohmige Scheiben durch ein mäanderförmiges Band höheren Widerstandes voneinander getrennt sind, wobei Scheiben und Band durch eine axial wirkende Kraft zusammengepreßt sind. Wenn der Strom durch die Schichten zu groß wird, verdampft das Schichtmaterial, und die Mäanderschleifen des Bandes werden wirksam (deutsches Gebrauchsmuster 1812 678). Sehr gebräuchlich sind Bauelemente, bei denen ein HaIbleitermaterial mit einer Sperrschicht versehen und beidseitig mit zum Teil aufmetallisierten Elektroden versehen ist. Derartige Sperrschicht-Elemente können auch unter Anwendung mechanischen Druckes gestapelt werden, um eine höhere Sperrspannung zu erhalten (deutsche Patentschriften 962 728, 972128, 1054588, SSW-Blatt 426.1/336 46310 TS 643 »Siemens-Selengleichrichter«). Des weiteren ist es bekannt, Einzelwiderstände, zwischen denen jeweils eine Anschlußelektrode vorgesehen ist, als Scheiben auszuführen und unter Zwischenlage von Elektroden-Schichten zu stapeln (deutsche Patentschriften 590 678,1 039 606, 1 074 720).

Darüber hinaus sind Widerstände bekannt, bei denen das wirksame Widerstandsmaterial aus Metall-Phosphat-Schichten besteht, die auf Metallteile aufgebracht sind. Um einen Widerstand ausreichender Größe zu erhalten, werden mehrere mit einer Widerstandsschicht überzogene Bleche zu einer Säule auf-

3 4

einandergeschichtet. Hierbei können die Bleche oder mehr tablattenförmige Teilwiderstände vorge-

durch axialen Druck federnd verformbar sein (deut- fertigt, jeweils an zwei einander gegenüberliegenden

sehe Patentschrift 809 831). Stirnseiten mit einer Schicht aus Kontaktmaterial

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen versehen und mit federnden Klemmvorrichtungen zuthermisch beanspruchten elektrischen Keramikwider- S sammengehalten werden.

stand der eingangs beschriebenen Art so auszugestal- Die Erfindung wird nachstehend an Hand mehreten, daß er auch bei raschen und großen Temperatur- rer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeiänderungen keinen Schaden leidet. spiele näher erläutert. Es zeigt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- F i g. 1 einen erfindungsgemäß verwendbaren,

löst, daß bei dem zwei feste Anschlußkontakte 18,19 ίο scheibenförmigen Teilwiderstand,

aufweisenden Widerstand die Trennfugen quer zur F i g. 2 einen scheibenförmigen, unterteilten Kera-

Stromrichtung liegen und daß die Teilwiderstände mikwiderstand im Schnitt,

aus homogenem Keramikmaterial bestehen, stirnsei- F i g. 3 eine zugehörige Anpreß-Vorrichtung,

tig zusammengefügt sind und so dünnwandig sind, Fig.4 einen hohlzylindrischen Keramikwider-

daß die maximale Wanddicke höchsten halb so groß 15 stand mit Anpreß-Vorrichtung im Längsschnitt und

ist wie die in Stromflußrichtung gemessene Höhe der F i g. 5 einen Keramikwiderstand nach F i g. 4 in

Teilwiderstände. Draufsicht.

Durch die Unterteilung in derart dünnwandige In F i g. 1 ist ein scheibenförmiger Teilwider-Teilwiderstände läßt sich der Keramikwiderstand in stand 9 gezeigt, dessen einander gegenüberliegende eine Reihe von so kleinen Keramikkörpern untertei- 20 schmale Stirnflächen mit einer Schicht 10 aus Konlen, daß diese auch bei großen und raschen Tempe- taktmaterial belegt sind. Wesentlich ist hierbei, daß raturänderungen keinen Schaden leiden. Ein unter- die maximale Wanddicke t der Scheibe höchstens schiedliches Ausdehnungsverhalten benachbarter halb so groß ist, wie die in Stromflußrichtung gemes-Teilwiderstände wird durch die Trennfugen ausgegli- sene Höhe H des Teilwiderstandes. Im dargestellten chen. Da die mit Kontaktmaterial gefüllten Trennfu- 25 Beispiel beträgt die Wandstärke t weniger als ein gen quer zur Stromflußrichtung verlaufen, stören sie Fünftel der Höhe H. Die Scheibe 9 besitzt eine sehr nicht das Widerstandsverhalten der Teilwiderstände. große Oberfläche, über die ein rascher Wärmeaus-Die Teilwiderstände haben bei vorgegebenem Quer- tausch bis hin zur Mitte des Teilwiderstandes erfolschnitt und vorgegebener Länge infolge der stirnseiti- gen kann.

gen Zusammenfügung eine sehr große abstrahlende 30 Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 und 3 beOberfläche und dementsprechend eine hohe Wärme- steht der Keramikwiderstand aus drei einzelnen Teilaustauschfläche mit Bezug auf die Umgebung. Sie widerständen 23, 24 und 25, die je einem Teilwidersind daher auch starken thermischen Ansprüchen ge- stand 9 entsprechen. In den Teilfugen zwischen den wachsen. einzelnen Teilwiderständen befindet sich eine Schicht

Besonders günstig ist es, wenn zwei benachbarte 35 aus einem Kontaktmaterial, z. B. Silber. Die Strom-Teilwiderstände mit Hilfe des Kontaktmaterials an- zuleitungsdrähte mit ihren Lötstellen sind nur angeeinanderhaften. Als Kontaktmaterial mit Hafteigen- deutet..

schäften kann beispielsweise Nickel oder Silber ver- Zum Zusammenhalten werden zwei federnde

wendet werden. Jedes Material kann auf die Trenn- Klemmvorrichtungen 26 benutzt, die vorn und hinten

flächen aufgedampft oder als Paste aufgetragen wer- 40 über den Keramikkörper geschoben werden. Diese

den. Klemmvorrichtung kann aus Gummi, Kunststoff, mit

Statt dessen oder zusätzlich können die Teilwider- Isolierüberzug versehenem Blech od. dgl. bestehen,

stände durch eine Anpreßvorrichtung aneinanderge- Die Teilwiderstände können aber auch nur durch ein

preßt sein. Diese kann beispielsweise durch eine Fe- eine Haftung bewirkendes Kontaktmaterial zusam-

der gebildet sein. Die einzelnen Teile können aber 45 mengehalten werden.

auch durch ein verformtes Metallstück (Niet, Bördel- In den F i g. 4 und 5 ist ein Keramikwiderstand 11 körper, mechanisch verformter Aluminiumstreifen in Form eines dünnwandigen Hohlzylinders veranu. dgl.) unter Zwischenlage von Isolierschichten schaulicht, der in Längsrichtung einen Schlitz 12 bedauerhaft zusammengehalten werden. Für manche sitzt. Der Hohlzylinder besteht aus drei aufeinander-Anwendungszwecke kommt es auch in Betracht, die 50 gesetzten Hohlzylinder-Teilwiderständen 13, 14 und Teile mit einer gemeinsamen Kunststoffhülle zusam- 15, die in der Trennfuge wiederum eine Kontaktmenzuhalten. schicht 16 bzw. 17 aufweisen. Die beiden Stirnflä-

Vorteilhaft ist es, wenn die Teilwiderstände Hohl- chen sind je mit einem festen Anschlußkontakt 18 zylinder sind. Solche Teilwiderstände haben eine und 19 in der Form einer Stromzuleitungselektrode gute Stapelbarkeit und trotzdem eine große Ober- 55 versehen. Der Zusammenhalt dieses Körpers wird fläche. Die Hohlzylinder können auch noch einen durch einen Niet 20 bewirkt, der über zwei dreiar-Axialschlitz haben, um dem Keramikkörper eine mige Isolierstücke 21 und 22 auf die Hohlzylinderweitere freie Beweglichkeit für den Ausgleich der Teilwiderstände 13, 14 und 15 einwirkt. Gegebenenthermischen Spannungen zu geben. Ein Verfahren falls kann man zwischen eine Isolierplatte 21 und zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Keramik- 60 den anschließenden Teilwiderstand 13 noch eine Fewiderstandes ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei der einlegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermisch beanspruchter, zweipoliger elektrischer Widerstand aus Keramikmaterial, der aus mehreren aufeinanderliegenden Teilwiderständen besteht, die durch Trennfugen mechanisch vollständig voneinander getrennt sind und die jeweils längs der Trennfuge mit einer Schicht aus Kontaktmaterial überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem zwei feste Anschlußkontakte (18, 19) aufweisenden Widerstand die Trennfugen quer zur Stromrichtung liegen und daß die Teilwiderstände (9; 13, 14, 15; 23, 24, 25) aus homogenem Keramikmaterial bestehen, stirnseitig zusammengefügt sind und so dünnwandig sind, daß die maximale Wanddicke (t in F i g. 1) höchstens halb so groß ist wie die in Stromflußrichtung gemessene Höhe (H in Fig.l).

2. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Teilwiderstände mit Hilfe des Kontaktmaterials aneinanderhaften.

3. Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwiderstände (13, 14, 15; 23, 24, 25) durch eine Anpreßvorrichtung (20; 26) aneinandergepreßt sind.

4. Widerstand nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwiderstände (13,14,15) Hohlzylinder sind (F i g. 4, 5).

5. Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder einen Axialschlitz (12) haben (F i g. 4,5).

6. Verfahren zur Herstellung eines Keramikwiderstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr tablettenförmige Teilwiderstände (23, 24, 25) vorgefertigt, jeweils an zwei einander gegenüberliegenden Stirnseiten mit einer Schicht (ähnlich 16, 17 in F i g. 4) aus Kontaktmaterial versehen und mit federnden Klemmvorrichtungen (26) zusammengehalten werden (F i g. 2 und 3).