DE3509014A1 - Elektrisches bauelement mit einem keramisch hergestellten koerper und gegenpoligen kontaktbelegungen - Google Patents
Elektrisches bauelement mit einem keramisch hergestellten koerper und gegenpoligen kontaktbelegungenInfo
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Description
3509QH
Siemens Aktiengesellschaft * Unser Zeichen Berlin und München VPA 85 P 7 O O 7 DE
Elektrisches Bauelement mit einem keramisch hergestellten Körper und gegenpoligen Kontaktbelegungen
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement, nämlieh
einen Kondensator, einen Kaltleiter, einen Heißleiter oder einen Varistor, mit einem keramisch hergestellten,
elektrisch aktiven Körper in Scheiben-, Staboder Rohrform, der mit wenigstens zwei durch Flammspritzverfahren
hergestellten Metallschichten als gegenpolige Belegungen versehen ist, an denen Stromzuführungselemente
elektrisch und mechanisch befestigt sind.
Ein solches elektrisches Bauelement, nämlich insbesondere ein sog. Kaltleiter oder PTC-Widerstand, ist in
der US-PS 3 376 211 beschrieben. Dabei dient eine aus Aluminium im Flammspritzverfahren hergestellte erste
Schicht als Elektrodenbelegung. Dieser Kaltleiter kann in manchen Fällen ohne weitere Stromzuführungselemente
bereits als solcher benutzt werden, nämlich beispielsweise dort, wo die Zuführung des Stromes zu dem Bauelement
mittels Druckkontakten erfolgt.· Für andere Fälle ist in der genannten Patentschrift auch die Möglichkeit
angegeben, auf die im Flammspritzverfahren aufgebrachte Aluminiumschicht eine weitere Schicht aus
einem lötfähigen Metall, insbesondere auch aus Kupfer ebenfalls im Flammspritzverfahren aufzutragen. An diese
zweite Schicht wird dann ein Stromzuführungselement angelötet. Der hierfür resultierende Aufwand an Material
und an Arbeitszeit ist beträchtlich.
Bck 1 Kth / 12.03.1985
-χ- VPA 85 ρ 7ο ο? OE
In der DE-OS 28 38 508 ist ein elektrischer Widerstand
mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes (Kaltleiter bzw. PTC-Widerstand) beschrieben, der
aus einem oxidierend gebrannten Körper aus Perowskitstruktur besitzendem Material besteht, das durch Dotierung
mit gitterfremden Ionen halbleitend (η-leitend) ist und gegebenenfalls Gegendotierungsmittel enthält, und
der an seinen zu kontaktierenden Oberflächenbereichen mit sperrschichtfreien Kontaktbelegungen versehen ist,
die aus zwei Schichten unterschiedlicher Materialien bestehen, von denen die erste Schicht aus einem Metall
oder einer Metallegierung besteht, die mit dem Körper einen ohmschen (sperrschichtfreien) Kontakt bildet und im
wesentlichen unedel ist, und die zweite Schicht aus einem eine höhere Leitfähigkeit aufweisenden und gut-lötbaren,
edleren Metall besteht. Die erste aus Aluminium oder einer überwiegend Aluminium enthaltenden Legierung
bestehende Schicht ist im Siebdruckverfahren hergestellt und die zweite Schicht besteht aus Kupfer, das durch
Flammspritzen aufgetragen ist. Auch hier wird an die zweite und lötfähige Schicht ein Stromzuführungselement angelötet,
so daß auch hier ein beträchtlicher Aufwand an Material und Arbeitszeit erforderlich ist.
In der DE-PS 28 34 348 ist ein Verfahren zur Stirnkontaktierung elektrischer Kondensatoren beschrieben, bei dem
auf die Stirnflächen eines Kondensators eine dünne erste Stirnkontaktschicht aus einem höherschmelzenden und eine
zweite Stirnkontaktschicht aus einem niedriger schmelzenden Metall aufgespritzt werden, wobei die höherschmelzende
erste Metallschicht die Kanten jeweils eines Belages kontaktiert, wobei nach dem Aufbringen der ersten Metall-
schicht auf diese der jeweilige Anschluß glatt aufgelegt wird und wobei dann die zweite Kontaktschicht aufgespritzt
wird, indem für diese zweite Kontaktschicht eine genau vorgegebenen Menge einer Schmelze des niedrig
schmelzenden Metalls mit einer Preßluftdüse zugeführt, aus dieser stoßartig und vollständig auf den Anschlußdraht
und auf eine durch eine seitliche Dichtung festgelegte Fläche der ersten Metallschicht in der Umgebung
des Anschlußdrahtes aufgespritzt wird.
Dieses Verfahren ist für elektrische Kondensatoren bestimmt, die Kunststoffolien und Beläge enthalten,
nämlich sog. Wickel- oder Schichtkondensatoren mit Kunststoffdielektrikum. Die erste Metallschicht aus
höherschmelzendem Metall besteht dabei vorzugsweise aus Aluminium, weil auch die Beläge dieser Kondensatoren in
aller Regel aus Aluminium bestehen und auf diese Weise Übergangswiderstände an den Berührungsstellen zwischen
Belag und erster Kontaktschicht vermieden werden. Kunststoffolien
sind jedoch temperaturempfindlich, weshalb durch dieses bekannte Verfahren eine nur sehr kurzzeitige
Erhitzung ermöglicht wird, wobei die entstehende Wärme sich nicht bis zu den Kunststoffolien ausdehnen kann.
In der US-PS 2 172 604 ist ein Elektrolytkondensator beschrieben, bei dem die Stromzuführungselemente an der
Aluminiumelektrode vor deren Aufwickeln dadurch befestigt ist, daß ein Gazestreifen über das flachgequetschte oder
schleifenförmige Stromzuführungselement gelegt und dann im Flammspritzverfahren über den Gazestreifen Aluminium
aufgetragen wird. Da die mit dem Stromzuführungselement
35090U -/- VPA 65 P 70 0 7 OE
versehene, folienförmige Aluminiumelektrode verwickelt wird, dient der Gazestreifen zur Erhöhung des mechanischen
Haltes während des Wickelvorganges. Später, d.h. im fertigen Kondensator, unterliegt das Stromzuführungselement
keinen weiteren mechanischen Beanspruchungen, weil der Elektrolytkondensatorwickel in einem Becher
untergebracht wird und an den Stromzuführungselementen äußere Stromzuführungsteile befestigt werden, die ihrerseits
im Deckel des Gehäuses verankert sind.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem der sowohl herstellungsmäßig als auch in der Ausführungsform vereinfachten Anbringung von Stromzuführungselementen
an keramisch hergestellte, elektrisch aktive Körper elektrischer Bauelemente der eingangs angegebenen Art.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben der Einsparung des bisher in großem Umfang verwendeten
Edelmetalles Silber als Kontaktmaterial auch die Anzahl der Arbeitsschritte bei der Fertigstellung dieser
elektrischen Bauelemente zu verringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das elektrische Bauelement der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselemente durch im Flammspritzverfahren hergestellte Metallschichten
entweder an auf dem Körper befindlichen Grundschichten oder unmittelbar an dem Körper befestigt
sind.
Bevorzugte Metalle, aus denen die im Flammspritzverfahren hergestellten Metallschichten bestehen, sind Alumi-
?. " 35090M
_V- VPA 85 P 7 O O 7 OE
nium und Legierungen mit einem hohen Anteil an Aluminium, weil dadurch im Falle von Kaltleitern ohmsche, d.h. keine
Sperrschichten bildende Kontakte erzielt werden. Bei elektrischen Kondensatoren, deren keramisch hergestellter Körper
aus Material mit Perowskitstruktur auf der Basis von Bariumtitanat bestehen, können auch edlere Metalle, wie
Kupfer, verwendet werden.
Bei Varistoren und Heißleitern sind keine besonderen Ansprüehe
an die Kontaktiermetalle im Bezug auf Sperrschichtausbildung vorhanden. Zum Beispiel kann auch Zink oder Zinn
als Elektrodenmaterial verwendet werden.
Vorzugsweise sind die auf dem Körper befindlichen Grundschichten ebenfalls im Flammspritzverfahren und mit den
angegebenen Materialien hergestellt.
Für gewisse Fälle, nämlich dann, wenn an die elektrischen Kondensatoren höhere Anforderungen in Bezug auf
die elektrischen Werte gestellt werden, kann es vorteilhaft sein, wenn die auf dem Körper befindlichen
Grundschichten durch Einbrennen von Silberpaste, elektrische Abscheidung beispielsweise von Nickel oder
Nickel-Phosphor-Verbindungen, Kathodenzerstäubung insbesondere von Aluminium und ähnliche Verfahren hergestellt
sind.
Die Stromzuführungselemente können als Rahmen, runde Scheiben, Ösen, Gitter, Laschen oder Drahtschlaufen
ausgebildet sein. Auch sieb- oder netzförmige Metallgewebe können verwendet werden.
Die Anwendung des Metallspritzverfahrens zum Befestigen der Stromzuführungselemente bei elektrischen Bauelementen
mit einem keramisch hergestellten Körper als elek-
_'g. ' " 35090H
- jr - VPA S5 ρ 7 o O 7 OE
trisch aktives Element wird weder durch die US-PS 2 172 noch durch die DE-PS 28 34 348 nahegelegt, weil es sich
dort um elektrische Bauelemente anderer Art, nämlich Elektrolytkondensatoren mit gewickelten Aluminiumelektroden
bzw. um elektrische Kondensatoren mit Kunststoffdielektrikum, handelt. Die bei diesen elektrischen
Bauelementen auftretenden Probleme sind anderer Art, nämlich gute elektrische Verbindung bei Aluminiumelektrolytkondensatoren,
die auch unter Einfluß des flüssigen Elektrolyten beständig bleibt, bzw. extrem geringe
Dosierung der Lotmenge bei Kunststoffkondensatoren wegen der Wärmeempfindlichkeit der Kunststoffolien.
Wie die US-PS 3 676 211 und die DE-OS 28 38 508 zeigen, hat man bei elektrischen Bauelementen mit keramisch
hergestelltem Körper als elektrisch aktivem Element die Stromzuführungselemente stets angelötet, wobei
man sogar bei im Flammspritzverfahren hergestellten Schichten zusätzlich den Lötvorgang benutzt hat.
20
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren, in denen wegen der Deutlichkeit der Darstellung
die Größenverhältnisse mit der Wirklichkeit nicht übereinstimmen, näher erläutert.
25
25
Es zeigen:
Fig. 1 ein elektrisches Bauelement im Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 2,
Fig. 2 das Bauelement nach Fig. 1 in Draufsicht und im
Fig. 2 das Bauelement nach Fig. 1 in Draufsicht und im
Schnitt gemäß der Linie H-II der Fig. 1, Fig. 3 ein elektrisches Bauelement im Schnitt längs der
Linie HI-III in Fig. 4,
Fig. 4 das Bauelement nach Fig. 3 in Draufsicht und einem
Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,
3509QU VPA g5 ρ 70 0 7 DE
Fig. 5 eine andere Form eines elektrischen Bauelementes im Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 6,
Fig. 6 das Bauelement gemäß Fig. 5 in Draufsicht und im Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 eine andere Ausführungsform für ein Stromzuführungselement,
Fig. 8 ein rohrförmiges Bauelement im Schnitt und Fig. 9 ebenfalls ein rohrförmiges Bauelement im Schnitt.
In den Fig. 1 und 2 ist der keramische Körper mit 1 bezeichnet. Es handelt sich bei diesem Beispiel um eine
quadratische Scheibe, deren Dicke 24 den elektrischen Anforderungen entsprechend gewählt sein kann. Die großen
Stirnflächen des Körpers 1 sind mit Metallschichten 2 als Grundschichten versehen. Es ist nicht zwingend, daß auf
jeder großen Stirnfläche nur eine zusammenhängende Metallschicht 2 vorhanden ist, vielmehr kann diese Metallschicht
2 auch in mehrere Teilschichten unterteilt sein, wie dies beispielsweise aus der DE-PS 24 33 000 bekannt ist.
An den als Grundschichten dienenden Metallschichten 2 sind zu beiden Seiten des Körpers 1 Stromzuführungselemente
3 durch die im Flammspritzverfahren aufgetragenen Metallschichten 4 befestigt. Die Form der Stromzuführungselemente
3 ist hier als Rahmen gezeigt, denn wegen der vorhandenen Metallschicht 2 ist für eine vollständige
Kontaktierung der belegten Flächen gesorgt. Die Metallschichten 4 sind jeweils zu beiden Randseiten der Stromzuführungselemente
3 mit der Metallschicht 2 verbunden, d.h. daß die Stromzuführungselemente 3 vollständig von
Metall umgeben sind.
35090H . / _ VPA 85 P 7 O O 7 DE
Die Fig. 3 und· 4 zeigen ebenfalls einen keramisch hergestellten
Körper 1' in Scheibenform mit quadratischem Querschnitt, wobei aber die Stromzuführungselemente 5
auf den großen Stirnflächen des Körpers I1 in Form
kleiner runder Scheiben 5 ausgeführt sind. Die Fläche dieser Scheiben ist im Verhältnis zur kontaktierenden
Oberfläche des Körpers 1' relativ klein, weil hier die der Befestigung der Stromzuführungselemente dienenden
Metallschichten 6 unmittelbar auf den Keramikkörper 1' im Flammspritzverfahren aufgetragen sind und dabei unterhalb
der Stromzuführungselemente 5 eine ausreichende elektrische Kontaktierung mitunter nicht gewährleistet
sein kann.
Für den Fall, daß eine Metallschicht als Grundschicht auf dem Keramikkörper nicht vorhanden ist, kann auch
ein gitterförmiges Stromzuführungselement 10 verwendet werden, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Auch ein sieb- oder
netzförmiges Stromzuführungselement ist verwendbar, wobei dann aber die lichte Weite der Maschen groß
sein muß, damit durch die Drähte nur ein geringer Teil der Oberfläche bedeckt wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen scheibenförmigen Körper mit rundem Querschnitt, wobei die Dicke 25 auch so
groß gewählt sein kann, daß nicht mehr von einer Scheibe, sondern von einem Stab gesprochen werden kann. Auch
hier sind keine Metallschichten als Grundschichten vorhanden. Die Stromzuführungselemente 8 sind in Form von
Ösen ausgeführt und liegen unmittelbar auf der Oberfläche des Keramikkörpers 7 auf. Durch die im Flammspritzverfahren
aufgetragene Metallschicht 9 ist der Keramikkörper 7 elektrisch kontaktiert und gleichzeitig
sind die Stromzuführungselemente 8 mechanisch und elektrisch am Keramikkörper 7 befestigt.
M-
In Fig. 8 ist ein rohrförmiger, keramisch hergestellter
Körper 11 gezeigt, dessen äußere Oberfläche zum Teil mit einer Metallschicht 12 als Grundschicht versehen
ist. Die innere Oberfläche des rohrförmigen Körpers ist mit einer nicht bis zum rechten Rand reichenden
Metallschicht 13 versehen, die über die linke Stirnfläche des Körpers 11 bis auf die äußere Oberfläche verlängert
ist. Auf der Metallschicht 12 ist das Stromzuführungselement 14 und auf dem auf die äußere Oberfläche
reichenden Teil der Metallschicht 13 ist das Stromzuführungselement 15 befestigt, indem Metallschichten
16 bzw. 17 im Flammspritzverfahren aufgetragen worden sind. Es versteht sich von selbst, daß bei dieser
Ausführungsform z.B. der rohrförmige Körper vor dem Strahl der Flammspritzpistole gedreht werden muß. Die Stromzuführungselemente
14 und 15 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Laschen ausgeführt.
In Fig. 9 ist ebenfalls ein rohrförmiger, keramisch hergestellter Körper 18 gezeigt, bei dem aber im Unterschied
zur Fig. 8 keine Grundschichten enthalten sind, sondern bei dem an dem Stinflächen aus Draht gebildete schlaufenförmige
Stromzuführungselemente 19 und 20 durch im Flammspritzverfahren hergestellte Metallschichten 21 und
22 befestigt sind. Diese Ausführungsform eignet sich
besonders für rohrförmige Kaltleiter oder Varistoren, bei denen durch langgestreckte Körper zwischen den Elektroden
entsprechend hohe Widerstandswerte erzielt werden sollen.
30
30
Die Stromzuführungselemente 3, 5, 8,10, 14, 15, 19 und 20 sind jeweils mit nach außen geführten Anschlußtei-
VPA £5 P 7 0 0 7 DE
len 23 versehen, die entsprechend den Erfordernissen
für den Einbau des Bauelementes in die Schaltung ausgebildet sein können.
1 Bezugszeichenliste
4 Patentansprüche
Zeichnungen
4 Patentansprüche
Zeichnungen
3509.ΊΗ VPA 85 P 7 O O 7 OE
1, I1 keramisch hergestellter Körper in Scheibenform
oder Stabform,
2 Metallschichten als Grundschicht, flammgespritzt,
3 Stromzuführungselemente als Viereckrahmen,
4 Metallschichten zur Befestigung der Stromzuführungselemente
5 Stromzuführungselemente als runde Scheiben
6 Metallschichten zur Befestigung der Stromzuführungselemente
7 keramisch hergestellter Körper in Scheiben- oder Rohrform
8 Stromzuführungselemente als Drahtöse
9 Metallschichten zur Befestigung der Stromzuführungselemente 8
10 Stromzuführungselement als Gitter
11 keramisch hergestellter Körper in Rohrform
12 Metallschicht als Grundschicht, ggf. flammgespritzt
13 Metallschicht als Grundschicht, ggf. flammgespritzt
14 Stromzuführungselement als Lasche
15 Stromzuführungselement als Lasche
16 Metallschicht zur Befestigung des Stromzuführungselementes 14
17 Metallschicht zur Befestigung des Stromzuführungselementes 15
18 keramisch hergestellter Körper in Rohrform
19 Stromzuführungselement als Drahtschlaufe
20 Stromzuführungselement als Drahtschlaufe
21 Metallschicht zur Befestigung des Stromzuführungselementes 19
22 Metallschicht zur Befestigung des Stromzuführungselementes 20
23 nach außen geführte Anschlußteile
24 Dicke des Körpers
25 Dicke des Körpers
ORKS!;vAL INSPECTED
Claims (4)
- ■" 35090HVPA δ5ρ 70 07 DEPatentansprüche1/. Elektrisches Bauelement, nämlich Kondensator, Kaltleiter, Heißleiter oder Varistor, mit einem keramisch hergestellten, elektrisch aktiven Körper in Scheiben-Stab- oder Rohrform, der mit wenigstens zwei durch Flammspritzverfahren hergestellten Metallschichten als gegenpolige Kontaktbelegungen versehen ist, an denen Stromzuführungselemente elektrisch und mechanisch befestigt sind, dadurch gekennzeichn et, daß die Stromzuführungselemente (3, 5, 8, 10, 14, 15, 19, 20) durch im Flammspritzverfahren hergestellte Metallschichten (4, 6, 9, 16, 17, 21, 22) entweder an auf dem Körper (1, 11) befindlichen Grundschichten (2, 12, 13) oder unmittelbar an dem Körper (I1, 7, 18) befestigt sind.
- 2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieauf dem Körper (1, 11) befindlichen Grundschichten (2, 12, 13) ebenfalls im Flammspritzverfahren hergestellt sind.
- 3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß die auf dem Körper (1, 11) befindlichen Grundschichten (2, 12, 13) durch Einbrennen von Silberpaste, elektrolytische Abscheidung von beispielsweise Nickel oder Nickel-Phosphor-Verbindungen, Kathodenzerstäubung von beispielsweise Aluminium hergestellt sind.VPA 85 P 7 0 0 7 OE
- 4. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselemente als Rahmen (3) runde Scheiben (5), Ösen (8), Gitter (10), Laschen (14, 15) 5 oder Drahtschlaufen (19, 20) ausgebildet sind.
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| DE19853509014 DE3509014A1 (de) | 1985-03-13 | 1985-03-13 | Elektrisches bauelement mit einem keramisch hergestellten koerper und gegenpoligen kontaktbelegungen |
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