DE3232404C2

DE3232404C2 - Keramischer Kaltleiter mit Metallbelägen und daran durch Klemmkontakt angeschlossenen Stromzuführungen

Info

Publication number: DE3232404C2
Application number: DE19823232404
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl.-Phys. 8530 Deutschlandsberg Grube
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE3232404A1

Abstract

Der keramische Kaltleiter (PTC-Widerstand 1) ist auf gegenüberliegenden Flächen mit Metallbelägen (2, 3) als Elektroden versehen, an denen Stromzuführungen angeschlossen sind, die je aus elektrisch leitenden Federelementen (4, 5) bestehen und Druck ausübend auf den Metallbelägen (2, 3) des Kaltleiters (1) aufliegen (Klemmkontakt), wobei die Berührungsstellen (6, 7) der Federelemente (4, 5) mit den Metallbelägen (2, 3) zusätzlich zum Klemmkontakt mit je einer Auflage (8, 9) aus Leitkleber umhüllt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Kaltleiter (PTC-Widerstand) in Scheiben-, Rohr- oder Stabforni, der auf gegenüberliegenden Flächen mit Metallbelägcn als Elektroden versehen ist, an denen Siroinzufiihrungcn angeschlossen sind, die je aus elektrisch leitenden Fcderclementen bestehen und Dru^k ausübend auf den Metallbelägen des Kaltleiter aufliegen und damit einen Klemmkontakt bilden.

Die Bezeichnung »keramischer Kaltleiter« oder auch »PTC-Widerstand« wird hier für einen temperauirabhängigen Widerstand (Thermistor) benutzt, der ein halbleitender Widerstand ist. der mit der Änderung seiner Körpertemperatur eine wesentliche Änderung seines elektrischen Widerstandes erfahrt. Solche tempcra-Uirabhängigen Widerstände sind in der deutschen Norm DlN 44 080 von Dezember 1976 »Kaltleiter« hinsichtlich der Begriffe und Eigenschaften definiert. In aller Regel besteht ein solcher keramischer Kaltleiter aus einem keramisch hergestelhen polykristallinen Körper auf der Basis von durch gitterfremde Stoffe dotiertem Material mit Perowskitstruktur, hauptsächlich Bariumtitanat. das halbleitende Eigenschaften aufweist. Solche keramischen Kaltleiter sind in der Patentliterattir und in der Fachliteratur hinreichend beschrieben.

Elektrische Widerstände bzw. keramische Kaltleiter mit den oben einleitend genannten Mcrkamlen sind beispielsweise in folgenden Druckschriften beschrieben:

DE-AS 10 36 985, DE-OS 27 35 696, DE-PS 21 07 365. DE-AS 27 05 438. US-PS 37 50 082. EP-A1 00 28 423. Auch in der deutschen Patentanmeldung gemäß DE-OS 32 32 US, die prioritäisgleich mit der vorliegenden Patentanmeldung ist. ist im Rahmen eines Niveaufühler für Flüssigkeilen ein keramischer Kaltleiter beschrie ben.der die einteilend angegebenen Merkmale aufweist.

Da es sieh bei den aus den genannten Druckschriften bekannten keramischen kaltleiteni um lel.niv große Körner handelt (Durchmesser mindestens H) mm. Dicke mindestens 2 mm) und zusatzlich zwischen den Klemmkontakten zwei Kaltleiter angeordnet sind, werden dort als Federelemente solche verwendet, die relativ kräftig und stabil ausgeführt sind. Es kommt hinzu, daß die bekannten keramischen Kaltleiter in einem Gehäuse untergebracht sind, durch das sichergestellt, ist, daß eine unmittelbare Berührung des Kaltleiterkörpers, durch die der Klemmkontakt gelöst werden könnte, nicht auftritt.

ίο Anders sind die Verhältnisse, wenn der keramische Kaltleiter unmittelbar mit einem Medium in Berührung kommen muß. wie dies insbesondere bei der Füllstandsmessung der Fall ist. Aber auch in anderem Zusammenhang, beispielsweise dann, wenn mit einem solchen keramischen Kaltleiter die Temperatur eines anderen Körpers überwacht werden soll, tritt eine unmittelbare Berührung des Kaltleiterkörpers auf.

In der DE-PS 24 29 438 ist eine Anordnung zur Überwachung des Niveaus leitender und/oder ätzender und/ oder explosiver Flüssigkeiten mit einem mit Schrumpfschlauch umhüllten Kaltleiterfühler beschrieben, bei dem die Enden des Schrumpfschlauches einen feuchtigkeitsdicliten Abschluß aus einem Vergußharz aufweisen. Wird bei dieser bekannten Anordnung ein relativ

> > großer Kaltleitcrkörper eingesetzt, so spielt die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem der Schrumpfschlauch besteht, keine wesentliche Rolle, und es kommt dabei auf kurze Ansprechzeiten nicht an.

In der DE-OS 20 49 834 ist ein Flüssigkeitsniveaufühler beschrieben (dort als Universalgrenzwertgeber bezeichnet), bei dem ebenfalls ein schrumpfschlauchumhüllter Kaltleiter eingesetzt wird.

Bei diesen bekannten schrumpfschlauchumhüllten keramischen Kaltleiiern sind die Stromzuführungen in Form von Drähten unmittelbar mit den Metallbelägen des keramischen Kaltlciterkörpers fest verbunden, beispielsweise durch Lötung.

In der DE-PS 16 65 582 ist ein keramischer Kaltleiter für Flüssigkeitsniveaufühler beschrieben, der eine mögliehst geringe Ansprechverzögerung aufweist, mechanisch unempfindlich und gegen alkalische Flüssigkeiten, chemisch beständig ist, indem der keramische Kaltleiter, seine Elektroden und Stromzuleitungen zunächst mit einer dünnen, zum Beispiel durch Tauchlackieren herge-

4^r) stellten, isolierenden, gut wärmebeständigen und flexiblen Kunststoffschicht überzogen sind, auf der ein fest haftender dichter Metallüberzug durch stromlose Metallabscheidung aulgebracht ist.

Wenn es jedoch darauf ankommt, besonders kleine keramische Kaltleiterkörper einzusetzen (Durchmesser höchstens 5 mm, Dicke höchstens 1.5 mm), deren Vorteil es ist, daß sich infolge ihrer geringen Wärmekapazität sehr kurze Ansprechzeiten ergeben, so besteht die Schwierigkeit, daß an diesen sehr kleinen Körpern schlecht gelötet werden kann, weil die Wärmebeanspruchung beim Lötvorgang erheblich ist.

Die bloße Anwendung von Federelementen aus elektrisch leitfähigem Metall mit guten Federcigenschaften bringt hier wesentliche Verbesserungen, jedoch haben

w) solche l-ederelemente einen sehr geringen Querschnitt und sind deshalb infolge der Erwärmung bei den Schalt-/yklen des keramischen Kaltieiters in erhöhtem Maße einer Viterung unterworten. Dies zeigt sieh daran, daß bei mehr als 500(1 bis w)00 Schaltzyklen tine Erlahmung

ι-ι eintritt, durch die ein einwandfreier Koniakt zwischen den FeilerelemeiiK'ii und den Metallbelagen aiii clem Kalileiierkörper nu-h; mehr gewährleistet ist.

Der vorliegenden l.rtiniliiitg liegt die Aufgabe zu

gründe, einen keramischen Kaltleiter der eingangs angegebenen Art derart zu verbessern, daß bei kleinen Abmessungen des Kaltleiterkörpers auch bei sehr hohen Schaitzyklen (10 000 bis 12 000) nach wie vor ein einwandfreier mechanischer und elektrischer Kontakt gewährleistet ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der keramische Kaltleiter der eingangs angegebenen Art erfmdungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsstellen der Federelemente mit den Metalibelägen zusätzlich zum Klemmkontakt mit je einer Auflage aus Leitkleber umhüllt sind, der thermoplastische Eigenschaften besitzt und eine Erweichungstemperatur aufweist, die im Bereich der Temperatur des steilen Anstieges des Widerstandswertes des keramischen Kaltleiters liegt.

Dadurch ist gewährleistet daß bei jedem Schaltvorgang die Leitkleberauflage erweicht und der Federdruck der Federelemente wirksam werden kann, ohne daß sich diese Federelemente von den M^tallbelägen des keramischen Kaltleiters abheben können.

Der Kaltleiter kann zusammen mit den der Stromzuführung dienenden Federelementen und den die Berührungsstellen umhüllenden Auflagen mit einer durch Tauehlackierung hergestellten Umhüllung versehen sein, wie es beispielsweise in der oben bereits genannten DE-PS 16 65 582 beschrieben ist Ein durch Metallabscheidung aufgebrachter Metallüberzug kann vorhanden sein, ist aber in aller Regel nicht erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Kaltleiters nach der vorliegenden Erfindung in einem Flüssigkeitsniveaufühler.

Ein solcher Flüssigkeitsniveaufühler ist hinsichtlich einiger Merkmale in der DE-OS 20 49 438 beschrieben und in bezug auf eine spezielle Ausführungsform Gegenstand der mit der vorligenden Anmeldung prioritätsgleichen Patentanmeldung P 32 32 333.6-52.

In der DE-PS 9 75 725 ist beschrieben, das elektrische Kondensatoren, die einen flachen elektrischen, auf der einen Seite mit einer Belegung versehenen Körper enthalten, mit ihrer Belegung mit einem metallischen Geräteteil dadurch verbunden sein können, daß die nicht belegte Fläche des dielektrischen Körpers mittels eines sie bedeckenden leitenden Klebers an dem metallischen Geräteteil befestigt sind.

Leitende Klebstoffschichten, beispielsweise in Form von Lacken oder Kitten, sind an sich bekannt und haben die Eigenschaft, daß sie im kalten Zustand an Luft auch bereits ohne Temperaturerhöhung von selbst hart werden (vgl. z. B. Buch »Einführung in die Mikrowcllenelektronik« von A. Lewicki, R. Oldenbourg-Verlag, München-Wien, 1966, Seite 193). Diese Leitkleber bestehen aus einem Kunststoffmaterial mit klebenden Eigenschaften, das mit einer die Leitfähigkeit ergebenden Komponente gefüllt ist beispielsweise mit Metallpulverteilchen, Graphitteilchen, Teilchen aus gut halbleitendem Material. Die Kunststoffkomponente kann dabei duroplastisch sein, das heißt sie erfähn bei Erwärmung keine Erweichung; die Kunststoffkomponente kann aber auch thermoplastische Eigenschaften aufweisen, so daß bei einer bestimmten, vom Material abhängigen Temperatur Erweichung eintritt, ohne daß die Erweichung so weit geht, daß das Material abfließt.

In der DE-PS 10 07 860 ist beschrieben, daß Stromzuführungsdrähte zugfest in Sacklöchern vorgeformter Körper, beispielsweise aus Widerstandsmaterial, angebracht werden können, indem vor oder nach dem Einfügen der Stromzuführungsdrähte in die Sacklöcher der freie Raum der Bohrungen mit Klebemitteln und/oder leitenden Massen ausgefüllt wird.

Ein ähnliches Verfahren ist in der DE-PS 10 54 541 beschrieben. Bei allen diesen Anwendungen leitender Kleber für die Befestigung von Stromzuführungsdrähten aw elektrischen Bauelementen sind die Stromzuführungen nicht federnd, so daß der durch die vorliegende Erfindung erreichte Vorteil der Federwirkung von als Stromzuführungen dienenden Federelementen. nämlich Eignung für eine möglichst hohe Zahl von Schaltvorgangen, nicht gegeben ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Seitenansicht,

Fig.2 eine andere Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 die Anwendung eines keramischen Kaltleiters gemäß der Erfindung in einem Niveaufühler für Flüssigkeiten.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der keramische Kaltleiter 1 weist an seinen großen Flächen Metallbeläge 2 und 3 auf. die als Elektroden dienen. Die als Stromzuführungen dienenden Federelemente 4 und 5 sind an ihren Enden zu runden Kontaktteilen 12 und 13 geformt, die die Metallbeläge 2 und 3 an den Stellen 6 und 7 berühren. Diese Berührungsstellen 6 und 7 zwischen den runden Kontaktteilen 12 und 13 der Federelemente 4 und 5 mit den Metallbelegungen 2 und 3 sind je mit einer Auflage 8 und 9 aus Leitkleber umhüllt.

Die geraden Teile der Federelemente 4 und 5 sind in einem Sockel 10 aus Isolierstoff fest verankert, so daß . die Federwirkung zur Geltung kommen kann.

In F i g. 1 ist zusätzlich gezeigt, daß die gesamte Anordnung aus keramischem Kaltleiter 1, Kontaktteilen 12,13, Federelementen 4,5 und zum Teil auch der Sokkel 10 mit einer durch Tauehlackierung hergestellten Umhüllung 11 (hier durch Strichpunktlinie angedeutet) umhüllt sind.

Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach F i g. 1 dadurch, daß die Federelemen'e 4: und 5 zunächst am Kaltleiter 1 gewissermaßen vorbeigeführl und dann nach innen, zum

4^r> Kaltleiter 1- hin federnde Fortsätze 14 und 15 bildend zurückgebogen sind, zwischen denen der Kaltleiter 1 eingeklemmt isl. Auch hier sind die Berührungsstellen 6 und 7 mit je einer Auflage 8 und 9 aus Leitkleber umhüllt.

Während bei der Ausführungsform nach F i g. 1 das Auftragen des Leitklebers auf die Berührungsstellen einfacher ist. gewährleistet die Ausführungsform nach F i g. 2 einen ausreichend festen Klemmkontakt, selbst wenn die Federeigenschaften der Federelemente 4 und 5 nicht besonders gut sind.

In F i g. 3 ist die Ausführungsform gemäß F i g. 1 als in einer Hülse 16 aus Isoliermaterial untergebracht gezeigt. Die Isolierhülse 16 bildet hierfür einen Hohlraum 17 und ist mit Längsschlitzen 18 versehen, durch die die Flüssigkeit hindurchtreten und in unmittelbaren Kontakt mit dem Kaltleiter kommen kann.

Die freien Enden der Kontaktelemente 4 und 5, die aus dem Sockel 10 herausragen, sind mit äußeren Stromzuleitungen 19 und 20 fest, beispielsweise durch

b5 Verschweißen, verbunden. Diese äußeren Stromzuleitungen 19 und 20 befinden sich in einem Gehäuse 21 aus Metall, das eine Bohrung 22 aufweist, die mit isolierendem Kunststoff (Gießharz) ausgefüllt ist.

Bezugszeichenliste

1 Kaltleitei^PTC-Wideistand)

2 Metallbelag auf dem Kaltleiter

3 Metallbelag auf dem Kaltleiter i

4 Federelemeni für den Klemmkontakt

5 Fcderelement für den Klemmkontakt

6 Berührungsstelle des Fcderelenicntes

7 Berührungsstellc des Fcderelementcs

8 Auflage aus Leilkleber id

9 Auflage aus Lcitklebcr

10 Sockel

11 Tauchlackumhüllung

12 runder Kontaktteil

13 runder Kontaktteil r>

14 federnder Fortsat/.

15 federnder Fortsatz

16 Hülse

17 Hohlraum

18 Langssehlit/ :t>

19 äußere Stromzuleitung

20 äußere Stromzuleitung

21 Metallgehäuse

22 Bohrung

I lier/.u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Keramischer Kaltleiter (PTC-Widerstand) (1) in Scheiben-, Rohr- oder Stabform, der auf gegenüberliegenden Flächen mit Metal'.belägen (2,3) als Elektroden versehen ist, an denen Stromzuführungen angeschlossen sind, die je aus elektrisch leitenden Federelementen (4, 5) bestehen und Druck ausübend auf den Metallbelägen (2,3) des Kaltleiters (1) aufliegen und damit einen Klemmkontakt bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsstellen (6, 7) der Federelemente (4, 5) mit den Metaübelägen (2, 3) zusätzlich zum Klemmkontakt mit je einer Auflage (8, 9) aus Leitkleber umhüllt sind, der thermoplastische Eigenschaften besitz: und eine Erweichungstemperatur aufweist, die im Bereich der Temperatur des steilen Anstieges des Widerstandswertes des keramischen Kaltleiters liegt.

2. Keramischer Kaltleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (1) zusammen mit den der Stromzuführung dienenden Federelementen (4,5) und den die Bcrührungsstellen umhüllenden Auflagen (8.9) mit einer durch Tauchlakkierung hergestellten Umhüllung (11) versehen sind.

3. Verwendung eines keramischen Kallleiters nach einem der Ansprüche 1 und 2 in einem Flüssigkeitsniveaufühler.