DE2528090A1

DE2528090A1 - Polykristalliner varistor mit vielen anschluessen

Info

Publication number: DE2528090A1
Application number: DE19752528090
Authority: DE
Inventors: Francois Didier Martzloff
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-07-01
Filing date: 1975-06-24
Publication date: 1976-01-22
Also published as: DE2528090C2; JPS589566B2; NL182598B; NL182598C; GB1508327A; JPS5124742A; NL7507645A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Varistoren, die als Schutzelemente für Stoßspannungen brauchbar sind. Mehr im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen polykristallinen Varistor mit vielen Anschlüssen, der in elektrischen Polyphasenstromkreisen zum Schutz gegen Stoßspannungen brauchbar ist.

Polykristalline Varistoren, wie sie derzeit hergestellt werden, umfassen eine gesinterte Keramikscheibe, die Zinkoxyd als Hauptbestandteil sowie eine Anzahl von Zusätzen enthält, die ausgewählt sind aus anderen Metalloxyden und -halogeniden. An jeder der gegenüberliegenden Hauptoberflächen der gesinterten Scheibe ist eine Elektrode angebracht und mit jeder Elektrode ist eine elektrische Zuleitung verbunden, um einen Varistor mit zwei Anschlüssen zu

509884/0805

schaffen. Das Element wird üblicherweise in Kunststoff eingekapselt. In der US-PS 3 693 053 ist ein Metalloxydvaristor mit vielen Anschlüssen zum Unterdrücken von Polyphasen-Stoßspannungen beschrieben, bei dem ein gesinterter Körper aus polykristallinem Varistormaterial mit einer Vielzahl von Vorsprüngen versehen ist und an der Hauptfläche jedes Vorsprunges eine Elektrode angebracht ist.

E3 ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen polykristallinen Varistor mit vielen Anschlüssen zur Stoßspannungsunterdrückung in elektrischen Polyphasenstromkreisen zu schaffen, der eine im wesentlichen scheibenförmige Konfiguration aufweist und der billig und mit grossem Nutzeffekt mit den derzeit für die Herstellung von Varistoren mit zwei Anschlüssen vorhandenen Produktionseinrichtungen hergestellt werden kann.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Varistor mit vielen Anschlüssen zu schaffen, der dadurch leicht und wirksam in elektrische Apparaturen eingebaut werden kann, dass alle von ihm ausgehenden elektrischen Leitungen coplanar daran befestigt sind. Weiter soll der Einbau durch eine kompakte Gestalt und eine Umhüllung zur Vermeidung unerwünschter elektrischer Kontakte erleichtert werden.

Gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Varistor eine Scheibe aus polykristallinem Varistormaterial mit einem Paar gegenüberliegender Hauptflächen auf, wobei eine der Hauptflächen eine Vielzahl von Vertiefungen bzw. Kerben aufweist, die dazwischen liegende Stege begrenzen. An den Stegen ist eine Vielzahl von Elektroden angeordnet, und diese Elektroden sind mit Zuleitungen versehen, damit eine Verbindung in einem elektrischen Stromkreis möglich ist. Die gegenüberliegende ungekerbte Fläche der Scheibe ist mit einer Elektrode zur Stromleitung versehen, wenn eine die Variatorspannung übersteigende Spannung zwischen Leitungen auftritt, die mit zwei beliebigen Zuleitungen des Elementes verbunden sind,

509884/0805

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen polykristallinen Varistor mit vielen Anschlüssen gemäss der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 eine Seitenansicht des polykristallinen Varistors nach Fig. 1, die zusätzlich Umhüllungsmaterial im Querschnitt zeigt.

Der in Figur 1 gezeigte Varistor umfasst eine Scheibe 10 aus polykristallinem Varistormaterial, welche die Kerben 11 und 12 aufweist, die sich von einer Oberfläche der Scheibe 10 durch einen Teil der Dicke erstrecken. Die Kerben 11 und 12 können durch Schneiden der fertig gesinterten Scheibe gebildet werden oder man kann sie bereits beim Pressen der Scheibe 10 bilden, indem man einen Stempel verwendet, der einen kreuzförmigen Vorsprung aufweist. Da die Gleichmässigkeit der Varistoreigenschaften polykristalliner Varistoren in Fällen einfacher Symmetrie hervorragend ist, wird das Schneiden im Falle grosser Elemente für hohe Energie bevorzugt. Im Falle kleiner Elemente ist das Pressen der Kerben 11 und 12 wirtschaftlicher für eine Produktion in grossen Stückzahlen. Aber selbst im Falle kleiner Elemente für geringe Energie kann das Bilden der Kerben 11 und 12 durch Schneiden wirtschaftlich vorteilhaft sein, wenn nur geringe Stückzahlen hergestellt werden sollen. In diesem Falle kann ein Teil der zur Herstellung von Varistoren mit zwei Anschlüssen gepressten Scheiben zur Herstellung geringer Mengen von Varistoren mit vielen Anschlüssen durch Schneiden mit den Kerben versehen werden.

Die Kerben 11 und 12 definieren die Erhebungen bzw. Stege 13, 14, 15 und 16 dazwischen. Die Erhebungen 13> 1^, 15 bzw. 16 weisen die Elektroden 17, 18, 19 bzw. 20 auf. Diese Elektroden können z.B. durch Bepinseln, Plattieren, Aufsprühen oder Bedrucken mit einem elektrisch leitenden Material auf die oberen Oberflächen der Erhebungen aufgebracht werden. Jede Elektrode ist mit einer

509884/0805

elektrischen Zuleitung 21, 22, 23 bzw. 24 versehen, die vorteilhafterweise durch Löten angebracht wird.

Die Kerben 11 und 12 schaffen eine elektrische Isolation zwischen Elektroden 17, 18, 19 und 20 über die Fläche der Varistorscheibe 10. Unter normalen stationären Betriebsbedingungen ist der Widerstand des Varistormaterials sehr hoch, und zwar in der Grössenordnung von Tausenden von Megohm, und es fliesst im wesentlichen kein Strom zwischen den Elektroden durch die Scheibe 10. Wird die Varistorspannung jedoch durch eine Stoßspannung überstiegen, dann zeigt das Varistormaterial einen sehr geringen Widerstand in der Grössenordnung eines Bruchteils eines Ohms, und die Stoßenergie wird durch das Varistormaterial umgeleitet, um den Stromkreis zu schützen, mit dem der Varistor verbunden ist. Die Varistorspannung des Elementes ist eine Punktion der Zusammensetzung des Varistormaterials und des Abstandes zwischen den Elektroden. Die Kerben 11 und 12 dienen zur Sicherung der Leitung des Varistorstromes durch die Hauptmasse der Scheibe 10 unter weitgehender Vermeidung eines Oberflächenstromes zwischen den Elektroden.

Die Seitenansicht der Fig. 2 des polykristallinen Varistors der Fig. 1 zeigt die Scheibe 10, die Erhebungen 15 und 16 mit der Kerbe 11 dazwischen und die Elektroden 19 und 20 auf den genannten Erhebungen. Weiter zeigt die Fig. 2 die Elektrode 25, die an der gegenüberliegenden nicht-gekerbten Fläche der Scheibe 10 angebracht ist» und weiter illustriert die Fig. 2 die Funktion der Kerbe 11 zur Verhinderung eines leitenden Oberflächenpfades zwischen den Elektroden 19 und 20. Die Kerbe 11 weist die Oberflächen 11a, 11b und lic auf. Da die Varistorspannung eine Funktion des Abstandes zwischen den Elektroden ist und da bei einer Spannung parallel zum Varistor, die geringer ist als die Varistorspannung, kein Strom in einen Varistor fliessen wird, sind die Abmessungen der Kerbe 11 so ausgewählt, dass der Oberflächenleitpfad zwischen den Elektroden 19 und 20 so lang ist, dass er eine höhere Spannung benötigen würde, damit Strom an der Oberfläche fliesst, als für die Stromleitung durch die Masse des Varistors erforderlich ist.

509884/0805

So ist z.B. bei einem Varistor gemäss der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem elektrischen Dreiphasenstromkreis mit vier Anschlüssen die Summe der Längen der Oberflächen 11a, 11b und lic so ausgewählt, dass sie gleich oder grosser ist als die 2,3-fache Dicke der Scheibe 10, Tritt also eine Spannungsspitze zwischen den Elektroden 19 und 20 auf, die die Varistorspannung übersteigt und es existiert ein Leitungspfad von der Elektrode 19 durch die Dicke der Scheibe 10 zur Elektrode 25 sowie durch die Dicke der Scheibe zur Elektrode 20, dann fliesst der Strom bevorzugter auf den vorgenannten Wegen als auf einem Leitungspfad zwischen den Elektroden 19 und 20 über die Oberfläche des Elementes.

Die Fig. 2 illustriert auch die Einhüllung des Varistors mit den vielen Anschlüssen gemäss der vorliegenden Erfindung in einem Kunststoff material 20. Die elektrischen Zuleitungen 21 und 2¹I durchdringen das Umhüllungsmaterial 26 und sind zum Anschliessen in einen elektrischen Stromkreis, der geschützt werden soll, verfügbar. Die Umhüllung 26 dient der üblichen mechanischen Schutzfunktion des Elementes der vorliegenden Erfindung und sie dient weiter dazu, einen unbeabsichtigten elektrischen Kontakt mit der Elektrode 25 zu verhindern. Die Anwendung der Einkapselung 26 vereinfacht weiter den Einbau des polykristallinen Varistors mit vielen Anschlüssen nach der vorliegenden Erfindung in einer elektrischen Apparatur, indem die Notwendigkeit besonderer Vorsichtsmaßnahmen vermieden wird, um sicherzustellen, dass kein elektrischer Kontakt zur Elektrode 25 hergestellt wird. Die Punktion der Elektrode 25 bei dem polykristallinen Varistor nach der vorliegenden Erfindung ist es, die Varistorspannung des Elementes festzulegen, wie sie durch die beiden Dicken der Scheibe bestimmt ist und um sicherzustellen, dass der Leitungspfad durch den Varistor, der durch die Hauptmasse ist, der durch die Flächen der Elektroden 17, 18, 19 und 20 definiert wird.

509884/0805

Claims

Patentansprüche

/ l.yPolyphasen-StoßspannungsUnterdrücker, gekennzeichnet durch eine Scheibe (10) aus polykristallinem Varistormaterial mit einem Paar gegenüberliegender Flächen, einer Vielzahl von Kerben (11, 12) in dieser Scheibe (10), die sich von einer ersten der genannten Flächen für einen Teil der Dicke in die Scheibe erstrecken, einer Vielzahl von Elektroden (17, 18, 19, 20), die auf der ersten Fläche zwischen den Kerben angeordnet ist, Mitteln (21, 22, 23, 24) zum Verbinden der Vielzahl der Elektroden mit einem elektrischen Stromkreis und einer Elektrode (25), die auf einer zweiten der genannten Flächen angeordnet ist.
2. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass jede der Kerben (11, 12) zwei Kanten (11a, lic) benachbart der ersten der genannten Flächen aufweist und mindestens eine Oberfläche (lib) zwischen den Kanten und dass der kürzeste Abstand zwischen den Kanten entlang den Oberflächen grosser ist als die Dicke der Scheibe (10).
3. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der kürzeste Abstand grosser als das 2,3-fache der Dicke der Scheibe (10) ist.
4. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass eine Einkapselung (26) die Scheibe (10), die Vielzahl von Elektroden (17, 18, 19, 20) und einen Teil der Mittel (21, 22, 23, 24) zum Verbinden sowie die auf einer zweiten der genannten Flächen angeordnete Elektrode (25) umgibt und dass die Einkapselung (26) den elektrischen Kontakt mit der auf der zweiten der genannten Flächen angeordneten Elektrode (25) verhindert.

509884/0805
5. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel (21, 22, 23, 24) zum Verbinden sich durch die Einkapselung (26) erstrecken, um für die Verbindung in einem elektrischen Stromkreis verfügbar zu sein und dass im wesentlichen kein Strompfad zwischen irgendwelchen der Mittel zum Verbinden unter normalen Betriebsbedingungen des elektrischen Stromkreises besteht.
6. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass ein Strompfad geringer Impedanz zwischen irgendwelchen zwei der genannten Mittel (21, 22, 23, 24) zum Verbinden besteht, wenn eine Stoßspannung, die die Varistorspannung des Unterdrückers übersteigt, in dem elektrischen Stromkreis zwischen Punkten auftritt, die mit den genannten zwei Mitteln zum Verbinden verbunden sind, wobei der genannte Strompfad die folgenden Teile umfasst:

ein erstes (24) der zwei Mittel zum Verbinden, eine Elektrode (20) der Vielzahl von Elektroden, die mit dem ersten der beiden Mittel zum Verbinden verbunden ist, ein Volumen der Scheibe (10), das unterhalb der Elektrode (20) liegt, die mit dem ersten (24) der beiden Mittel zum Verbinden verbunden ist,

die Elektrode (25), die auf einer zweiten der genannten Flächen angeordnet ist,

ein Volumen der Scheibe (10), das unterhalb einer Elektrode

(19) der Vielzahl von Elektroden liegt, die mit einem zweiten

(23) der zwei Mittel zum Verbinden verbunden ist, die Elektrode (19), die mit dem zweiten (23) der zwei Mittel zum Verbinden verbunden ist und

das zweite (23) von den beiden Mitteln zum Verbinden.
7. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass zwei der Kerben (11, 12) in kreuzförmiger Konfiguration angeordnet sind und dass vier

509884/0805

der Elektroden (17, 18, 19, 20) zwischen den Kerben (11, 12) angeordnet sind, um einen polykristallinen Varistor mit vier Anschlüssen zu bilden.
8. Spannungsunterdrücker nach Anspruch 5» dadurch ge

kennzeichnet , dass das Einkapselmaterial (26) die Kerben (11, 12) füllt.

509884/0805