EP0590347B1 - Widerstand mit PTC-Verhalten - Google Patents

Widerstand mit PTC-Verhalten Download PDF

Info

Publication number
EP0590347B1
EP0590347B1 EP93114118A EP93114118A EP0590347B1 EP 0590347 B1 EP0590347 B1 EP 0590347B1 EP 93114118 A EP93114118 A EP 93114118A EP 93114118 A EP93114118 A EP 93114118A EP 0590347 B1 EP0590347 B1 EP 0590347B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistance element
element according
resistance
particles
supporting body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93114118A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0590347A1 (de
Inventor
Anton Dr. Demarmels
Felix Dr. Greuter
Ralf Dr. Strümpler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP0590347A1 publication Critical patent/EP0590347A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0590347B1 publication Critical patent/EP0590347B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-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
    • H01C7/02—Non-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 having positive temperature coefficient
    • H01C7/027—Non-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 having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

Definitions

  • the invention is based on an electrical resistance element with a resistance body made of at least one polymer matrix and having at least one filler component made of electrically conductive particles embedded in the polymer matrix and arranged between two contact connections and having PTC behavior.
  • Resistors with PTC behavior have long been state of the art and are described for example in DE 2 948 350 C2 or US 4 534 889 A. From document US-A-4 910 389 resistance elements according to the preamble of claim 1 are known.
  • such resistors preferably contain resistance bodies made of a semicrystalline polymer filled with carbon black, which exhibits PTC behavior. This polymer is in a low-resistance state below a material-specific transition temperature. Above the transition temperature, the polymer changes into a high-resistance state. When the transition temperature is exceeded, the specific resistance of the PTC resistor suddenly increases by many orders of magnitude, and an undesired short-circuit current becomes effective limited.
  • PTC resistors can therefore be used as overload protection for circuits.
  • considerable energy can be converted in the PTC resistor during the transition from the low to the high-resistance state, which leads to the destruction of the PTC resistor.
  • EP 0 287 485 A1 describes composite materials with PTC behavior. These materials contain a plastic that is curable at elevated temperatures, for example based on an epoxy or polyester, and a fibrous filler of conductive material embedded in the plastic, such as in particular metal fibers or optionally carbon, graphite or ceramic fibers coated with a metal.
  • the filler content is typically 1 to 2 percent by volume.
  • This material has a specific resistance of several ⁇ ⁇ cm at room temperature and, depending on the composition of the plastic, increases its specific resistance by several orders of magnitude when heated to temperatures between 100 and 400 ° C.
  • the invention has for its object to provide an electrical resistance element with PTC behavior, which despite simple and inexpensive construction by high electrical conductivity in the low-resistance state and by a low response time for the PTC transition from low to high impedance.
  • the electrical resistance element according to the invention can be produced in a simple and inexpensive manner from commercially available components, such as a polymer matrix and a suitable filler. In the low-resistance state, it has a specific electrical resistance of less than 30 m ⁇ ⁇ cm and can therefore be easily used as a current-limiting element in electrical circuits which are designed for large operating currents and large operating voltages.
  • a low specific heat and / or a low specific heat capacity are achieved in that the electrically conductive particles of the Polymer matrix embedded filler are each spherical, fibrous or plate-shaped, and are preferably each in the form of a composite body.
  • Such a composite body predominantly has in each case a support body which is surface-coated with a layer of conductive material, preferably hollow or porous, but possibly also solid, and is made of a material with a lower specific density and / or lower specific heat capacity than the conductive material.
  • a further significant reduction in the response time can be achieved if at least part of the polymer matrix is formed by polymer foam.
  • the resistance element shown in FIG. 1 contains a resistance body 3 with PTC behavior arranged between two contact connections 1, 2. Below a transition temperature T c , this resistance element has a low specific cold resistance and, after installation in an electrical network to be protected by current limitation, forms at least one path which runs between the two contact connections 1, 2 and preferably carries a nominal current. Above the transition temperature T c , the resistance element has a high specific resistance compared to its specific cold resistance.
  • the resistance body 3 is formed from a polymer matrix 4 which preferably contains a thermoset or thermoplastic or an elastomer. Fillers formed by electrically conductive particles 5 are embedded in this matrix 4.
  • the particles 5 are at least partially each formed as a composite body with an electrically conductive surface and / or as a hollow or porous body made of electrically conductive material. Compared to solid particles of conductive material, the particles 5 each have a lower specific density and / or a lower specific heat capacity.
  • FIGS. 2 and 3 The structure and structure of particularly preferred particles 5 can be seen from FIGS. 2 and 3. As can be seen, these particles are designed as composite bodies and each have a support body 7 coated with a layer 6 of conductive material made of a material with a lower specific density and / or lower specific heat capacity than the conductive material.
  • a resistance element which contains particles 5 formed in this way, has practically the same electrical conductivity in the low-resistance state as a similarly dimensioned resistance element, which in contrast contains solid particles. However, since it has a lower specific density and / or a lower specific heat capacity than a resistance element filled with solidly formed particles of conductive material, the response time for such a resistance element is significantly reduced in the transition from the low to the high-resistance state.
  • the support bodies 7 of the particles 5 are formed as solid balls or, as can be seen from FIG. 3, as hollow balls, as can be seen from FIG. 2.
  • a resistance element containing solid balls has a somewhat higher heat conduction and thus also a somewhat larger nominal current carrying capacity than a resistance element containing hollow balls.
  • a resistance element containing hollow spheres is distinguished by a smaller mass, a lower specific density, a lower specific heat capacity and thus by a shorter response time. In the case of pulse times that are shorter than the time for the heat to spread through the particles, the somewhat lower heat conduction in a resistance element containing hollow spheres also has no effect.
  • the conductive material forming the layers 6 can predominantly carbon and / or a metal, such as Ag, Au, Ni, Pd and / or Pt, and / or at least one boride, silicide, oxide and / or carbide, such as SiC, TiC, TiB 2 , MoSi 2 , WSi 2 , RuO 2 or V 2 O 3 , each in undoped or doped form.
  • a metal such as Ag, Au, Ni, Pd and / or Pt
  • boride, silicide, oxide and / or carbide such as SiC, TiC, TiB 2 , MoSi 2 , WSi 2 , RuO 2 or V 2 O 3 , each in undoped or doped form.
  • the support body is formed from a polymer, from glass or from a ceramic.
  • a polymer can be used here Thermoset - for example based on epoxy or phenol -, a thermoplastic or an elastomer can be used.
  • Suitable glass-containing or ceramic carriers are commercially available spheres based on amorphous quartz or another glass as well as Al 2 O 3 , ZnO, mica, mullite or porcelain.
  • Support bodies made of ZnO are produced in the manufacture of varistors by spray drying powder suspensions and subsequent sintering.
  • the supporting bodies can also have a fiber or plate shape. They can not only be solid or hollow, but can also have a porous, sponge-like structure.
  • a ceramic or glass-like foam, for example based on TiC or TiB 2 whose surface has been impregnated with a metallic material is preferred.
  • Sponge-like bodies can be formed from metal, which are to be used as conductive particles 5 without coating.
  • the coating of the support body 7 can be achieved by known methods, such as chemical vapor deposition, sol-gel technology, precipitation and / or electrolytic coating.
  • the thicknesses of the layers 6 of the particles 5 produced thereby are preferably between 0.05 and 5 ⁇ m, whereas the diameters of the particles 5 are typically between 1 and 200 ⁇ m.
  • a filler component containing the particles 5 is mixed with a shear mixer or with an extruder into a polymer containing, for example, an epoxy or a thermoplastic.
  • a polymer containing, for example, an epoxy or a thermoplastic Typically, the proportion of filler in the composite formed is approximately 40 percent by volume.
  • This composite is used for thermoplastics by hot pressing and Epoxides formed by casting and then curing at elevated temperature to the resistance body 3.
  • the contact connections 1, 2 are attached by pressing or casting in during the shaping or by means of a low-melting solder after the shaping.
  • the dimensions of the resistance element produced in this way depend on the respective application and can be, for example, plate-tube or rod-shaped with typical diameters in the millimeter to centimeter range.
  • the support bodies 7 can each be designed as hollow spheres made of conductive material and the polymer matrix 4 embedding the particles 5 can be at least partially formed by polymer foam.
  • the fillers provided in the resistance body 3 of the resistance element form low-resistance current paths through the resistance body 3. Due to an overcurrent, the resistance element heats up considerably and, above the transition temperature T c, changes into a high-resistance state in which the overcurrent is limited.
  • the response times of resistance elements according to the invention are in some cases considerably shortened in the case of large overload currents compared to the response times of resistance elements of the same size, according to the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Widerstandselement mit einem zwischen zwei Kontaktanschlüssen angeordneten und PTC-Verhalten aufweisenden Widerstandskörper aus mindestens einer Polymermatrix und mindestens einer in die Polymermatrix eingebetteten Füllstoffkomponente aus elektrisch leitenden Teilchen.
    • STAND DER TECHNIK
  • Widerstände mit PTC-Verhalten sind schon seit langem Stand der Technik und sind beispielsweise in DE 2 948 350 C2 oder US 4 534 889 A beschrieben. Aus Dokument US-A-4 910 389 sind Widerstandelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. In kommerziell erhältlichen Ausführungen enthalten solche Widerstände vorzugsweise Widerstandskörper aus einem mit Russ gefüllten semikristallinen Polymer, welches PTC-Verhalten aufweist. Unterhalb einer materialspezifischen Übergangstemperatur befindet sich dieses Polymer in einem niederohmigen Zustand. Oberhalb der Übergangstemperatur geht das Polymer in einen hochohmigen Zustand über. Beim Überschreiten der Übergangstemperatur erhöht sich der spezifische Widerstand des PTC-Widerstandes sprungartig um viele Grössenordnungen und wird so ein unerwünschter Kurzschlussstrom wirkungsvoll begrenzt. PTC-Widerstände können daher als Überlastschutz von Schaltkreisen eingesetzt werden. In einem für grosse Betriebsströme und grosse Betriebsspannungen ausgelegten elektrischen Schaltkreis kann während des Übergangs vom nieder- in den hochohmigen Zustand im PTC-Widerstand beträchtliche Energie umgesetzt werden, welche zu einer Zerstörung des PTC-Widerstandes führt. Um die umgesetzte Energie möglichst gering zu halten, ist es für die Verwendung eines PTC-Widerstandes als strombegrenzendes Element in einem für grosse Betriebsströme und grosse Betriebsspannungen ausgelegten elektrischen Schaltkreis daher von entscheidender Bedeutung, dass der PTC-Widerstand bei Überlast in kürzester Zeit seinen hochohmigen Zustand erreicht.
  • In EP 0 287 485 A1 sind Verbundwerkstoffe mit PTC-Verhalten beschrieben. Diese Werkstoffe enthalten einen bei erhöhten Temperaturen härtbaren Kunststoff, etwa auf der Basis eines Epoxids oder Polyesters, und einen in den Kunststoff eingebetteten, faserförmigen Füllstoff aus leitfähigem Material, wie insbesondere Metallfasern oder gegebenenfalls mit einem Metall beschichtete Kohlenstoff-, Graphit- oder Keramikfasern. Der Füllstoffanteil beträgt typischerweise 1 bis 2 Volumenprozent. Dieser Werkstoff weist bei Raumtemperatur einen spezifischen Widerstand von mehreren Ω·cm auf und erhöht je nach Zusammensetzung des Kunststoffs beim Erwärmen auf Temperaturen zwischen 100 und 400°C seinen spezifischen Widerstand um mehrere Grössenordnungen.
    • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Widerstandselement mit PTC-Verhalten zu schaffen, welches sich trotz einfachen und kostengünstigen Aufbaus durch hohe elektrische Leitfähigkeit im niederohmigen Zustand und durch eine geringe Ansprechzeit für den PTC-Übergang vom nieder- in den hochohmigen Zustand auszeichnet.
  • Das elektrische Widerstandselement nach der Erfindung kann aus kommerziell erhältlichen Komponenten, wie einer Polymermatrix und einem geeigneten Füllstoff in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden. Es weist im niederohmigen Zustand einen spezifischen elektrischen Widerstand kleiner 30 mΩ·cm auf und kann daher ohne weiteres als strombegrenzendes Element in elektrischen Schaltkreisen eingesetzt werden, die für grosse Betriebsströme und grosse Betriebsspannungen ausgelegt sind.
  • Von besonderem Vorteil ist es hierbei, dass die zum Übergang vom nieder- in den hochohmigen Zustand benötigte Ansprechzeit sehr gering ist. Dies ist vor allem eine Folge der geeigneten Auswahl der zur Herstellung des erfindungsgemässen Widerstandelementes benötigten Materialien. Ausgehend von der Forderung, dass die Joulesche Wärme, die im PTC-Widerstandselement innerhalb einer Zeit δt, die zum Übergang vom nieder- in den hochohmigen Zustand benötigt wird, freigesetzt wird, mindestens so gross sein muss wie die Energie, die nötig ist, um das Material des Widerstandskörpers von einer Nominaltemperatur T auf die Temperatur Tc aufzuheizen, in der der Übergang stattfindet, ergibt sich folgende Relation für das Verhalten des Widerstandselementes: r·(l/A)·I 2 (t)·δt ≥ A·l·c p ·d·(T c -T),
    Figure imgb0001
     wobei
    • r den spezifischen elektrischen Widerstand,
    • A die Querschnittsfläche,
    • l die Länge,
    • d die spezifische Dichte und
    • cp die spezifische Wärmekapazität
    des Widerstandskörpers des von einem zeitvariablen Strom I(t) durchflossenen Widerstandelementes bedeuten. Hieraus ist zu ersehen, dass bei Randbedingungen, die durch den spezifischen Widerstand und die geometrischen Abmessungen des Widerstandskörpers festgelegt sind, die Ansprechzeit dann klein ist, wenn entsprechend dem erfindungsgemässen Widerstandselement die spezifische Wärme und/oder die spezifische Wärmekapazität seines Widerstandskörpers möglichst gering gehalten werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Widerstandselementes werden eine geringe spezifische Wärme und/oder eine geringe spezifische Wärmekapazität dadurch erreicht, dass die elektrisch leitenden Teilchen des in die Polymermatrix eingebetteten Füllstoffs jeweils kugel-, faser- oder plättchenförmig ausgebildet sind, und vorzugsweise jeweils in Form eines Verbundstoffkörpers vorliegen. Ein solcher Verbundstoffkörper weist überwiegend jeweils einen mit einer Schicht aus leitfähigem Material oberflächenbeschichteten, vorzugsweise hohl oder porös, gegebenenfalls aber auch massiv, ausgebildeten Tragkörper aus einem Material auf mit einer gegenüber dem leitfähigen Material geringeren spezifischen Dichte und/oder geringeren spezifischen Wärmekapazität.
  • Eine weitere erhebliche Verringerung der Ansprechzeit lässt sich dann erreichen, wenn zumindest ein Teil der Polymermatrix von Polymerschaum gebildet ist.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1
    eine Aufsicht durch einen Schnitt durch eine typische Ausführungsform des elektrischen Widerstandelementes nach der Erfindung,
    Fig. 2
    eine Aufsicht auf einen zentral geführten Schnitt durch ein als Kugel ausgeführtes Teilchen eines im Widerstandselement gemäss Fig. 1 vorgesehenen Füllstoffs, und
    Fig. 3
    eine Aufsicht auf einen zentral geführten Schnitt durch ein als Hohlkugel ausgeführtes Teilchen eines im Widerstandselement gemäss Fig. 1 vorgesehenen Füllstoffs.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Das in Fig. 1 dargestellte Widerstandselement enthält einen zwischen zwei Kontaktanschlüssen 1, 2 angeordneten Widerstandskörper 3 mit PTC-Verhalten. Unterhalb einer Übergangstemperatur Tc weist dieses Widerstandselement einen geringen spezifischen Kaltwiderstand auf und bildet nach Einbau in ein durch Strombegrenzung zu schützendes elektrisches Netz mindestens einen zwischen den beiden Kontaktanschlüssen 1, 2 verlaufenden und vorzugsweise Nennstrom führenden Pfad. Oberhalb der Übergangstemperatur Tc weist das Widerstandselement einen verglichen mit seinem spezifischen Kaltwiderstand grossen spezifischen Heisswiderstand auf.
  • Der Widerstandskörper 3 ist gebildet von einer vorzugsweise ein Duro- oder Thermoplast oder ein Elastomer enthaltenden Polymermatrix 4. In diese Matrix 4 sind von elektrisch leitenden Teilchen 5 gebildete Füllstoffe eingebettet. Die Teilchen 5 sind zumindest teilweise jeweils als Verbundstoffkörper mit elektrisch leitender Oberfläche und/oder als hohler oder poröser Körper aus elektrisch leitendem Material ausgebildet. Die Teilchen 5 weisen gegenüber massiv ausgebildeten Teilchen aus leitfähigem Material jeweils eine geringere spezifische Dichte und/oder geringere spezifische Wärmekapazität auf.
  • Aus den Figuren 2 und 3 sind der Aufbau und die Struktur besonders zu bevorzugender Teilchen 5 zu erkennen. Ersichtlich sind diese Teilchen als Verbundstoffkörper ausgebildet und weisen jeweils einen mit einer Schicht 6 aus leitfähigem Material oberflächenbeschichteten Tragkörper 7 aus einem Material auf mit einer gegenüber dem leitfähigen Material geringeren spezifischen Dichte und/oder geringeren spezifischen Wärmekapazität. Ein Widerstandselement, welches derart ausgebildete Teilchen 5 enthält, weist praktisch die gleiche elektrische Leitfähigkeit im niederohmigen Zustand auf wie ein gleichartig bemessenes Widerstandselement, welches im Unterschied dazu massiv ausgebildete Teilchen enthält. Da es jedoch eine geringere spezifische Dichte und/oder geringere spezifische Wärmekapazität besitzt als ein mit massiv ausgebildeten Teilchen aus leitfähigem Material gefülltes Widerstandselement ist bei einem solchen Widerstandselement die Ansprechzeit beim Übergang vom niederin den hochohmigen Zustand wesentlich herabgesetzt.
  • In besonders leicht herzustellenden Ausführungsformen der Erfindung sind - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist - die Tragkörper 7 der Teilchen 5 als massive Kugeln oder - wie aus Fig. 3 ersichtlich ist - als Hohlkugeln ausgebildet. Ein massive Kugeln enthaltendes Widerstandselement weist eine etwas höhere Wärmeleitung und damit auch eine etwas grössere Nennstromtragfähigkeit auf als ein Hohlkugeln enthaltendes Widerstandselement. Hingegen zeichnet sich ein Hohlkugeln enthaltendes Widerstandselement durch eine kleinere Masse, eine geringere spezifische Dichte, eine geringere spezifische Wärmekapazität und damit durch eine kürzere Ansprechzeit aus. Bei Pulszeiten, die kleiner sind als die Zeit für die Wärmeausbreitung über die Teilchen, wirkt sich zudem die etwas geringere Wärmeleitung in einem Hohlkugeln enthaltenden Widerstandselement nicht aus.
  • Das die Schichten 6 bildende leitfähige Material kann vorwiegend Kohlenstoff und/oder ein Metall, wie Ag, Au, Ni, Pd und/oder Pt, und/oder mindestens ein Borid, Silizid, Oxid und/oder Carbid, wie etwa SiC, TiC, TiB2, MoSi2, WSi2, RuO2 oder V2O3, jeweils in undotierter oder dotierter Form, enthalten.
  • Hingegen ist der Tragkörper von einem Polymer, von Glas oder von einer Keramik gebildet. Als Polymer können hierbei ein Duroplast - etwa auf der Basis von Epoxid oder Phenol - , ein Thermoplast oder aber auch ein Elastomer Verwendung finden.
  • Gut bewährt als polymere Tragkörper 7 haben sich kommerziell erhältliche und mit Silber beschichtete Phenolharzkugeln mit Durchmessern von 1 bis 50 µm. Geeignete glashaltige oder keramische Tragkörper sind kommerziell erhältliche Kugeln auf der Basis von amorphem Quarz oder einem anderen Glas sowie von Al2O3, ZnO, Glimmer, Mullit oder Porzellan. Tragkörper aus ZnO fallen bei der Fertigung von Varistoren durch Sprühtrocknen von Pulversuspensionen und anschliessendes Sintern an. Die Tragkörper können neben Kugelform auch Faser- oder Plättchenform aufweisen. Sie können zudem nicht nur massiv oder hohl ausgebildet sein, sondern können auch poröse, schwammartige Struktur aufweisen. Zu bevorzugen ist ein keramischen oder glasartiger Schaumstoff, etwa auf der Basis von TiC oder TiB2, dessen Oberfläche mit einem metallischen Werkstoff imprägniert worden ist. Aus Metall können schwammartige Körper gebildet werden, welche ohne Beschichtung als leitfähige Teilchen 5 zu verwenden sind.
  • Die Beschichtung der Tragkörper 7 kann durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise Chemical Vapor Deposition, Sol-Gel-Technik, Fällung und/oder elektrolytische Beschichtung, erreicht werden. Die Dicken der Schichten 6 der dabei hergestellten Teilchen 5 liegen vorzugsweise zwischen 0,05 und 5 µm, wohingegen die Durchmesser der Teilchen 5 typischerweise zwischen 1 und 200 µm liegen.
  • Zur Herstellung eines Widerstandselementes nach der Erfindung werden mit einem Schermischer oder mit einem Extruder in ein beispielsweise ein Epoxy oder ein Thermoplast enthaltendes Polymer eine die Teilchen 5 enthaltenden Füllstoffkomponente eingemischt. Typischerweise beträgt der Füllstoffanteil ca. 40 Volumenprozent am hierbei gebildete Komposit. Dieses Komposit wird bei Thermoplasten durch Heisspressen und bei Epoxiden durch Giessen und anschliessendes Aushärten bei erhöhter Temperatur zum Widerstandskörper 3 geformt. Die Kontaktanschlüsse 1, 2 werden durch Einpressen oder Eingiessen während der Formgebung oder mittels eines niedrigschmelzenden Lotes nach der Formgebung angebracht. Die Abmessungen des solchermassen hergestellten Widerstandselementes richten sich nach der jeweiligen Anwendung und können beispielsweise platten- rohr- oder stabförmig sein mit typischen Durchmessern im Millimeter- bis Zentimeterbereich.
  • In einer weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemässen Widerstandselementes können die Tragkörper 7 jeweils auch als Hohlkugeln aus leitfähigem Material ausgebildet sein und kann die die Teilchen 5 einbettende Polymermatrix 4 zumindest teilweise von Polymerschaum gebildet sein.
  • Im Normalbetrieb bilden die im Widerstandskörper 3 des Widerstandselementes vorgesehenen Füllstoffe durch den Widerstandskörper 3 hindurchgehende niederohmige Strompfade. Durch einen Überstrom erwärmt sich das Widerstandselement stark und geht oberhalb der Übergangstemperatur Tc in einen hochohmigen Zustand über, in dem der Überstrom begrenzt wird. Die Ansprechzeiten von Widerstandselementen nach der Erfindung sind bei grossen Überlastströmen gegenüber den Ansprechzeiten von gleich gross bemessenen Widerstandselementen nach dem Stand der Technik zum Teil ganz erheblich verkürzt. Bei gleichen geometrischen Abmessung der Widerstandselemente und der Teilchen 5, einem Füllstoffanteil von jeweils 40 Volumenprozent, gleichen Überlastströmen und mit jeweils TiB2 als elektrisch leitendem Material ergeben sich gegenüber einem Widerstandselement nach dem Stand der Technik mit Füllstoffteilchen aus massivem TiB2 und einer Polymermatrix aus Epoxy die aus der nachfolgend angegebenen Zusammenstellung ersichtlichen erheblichen Verkürzungen der Ansprechzeiten:
    Füllstoff Polymermatrix Verkürzung der Ansprechzeit in %
    TiB2, massiv Epoxy ---
    TiB2, massiv Epoxyschaum 12
    Quarzkugeln/TiB2 Epoxy 9
    Quarzkugeln/TiB2 Epoxyschaum 25
    Quarzhohlkugeln/TiB2 Epoxy 15
    Quarzhohlkugeln/TiB2 Epoxyschaum 33
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1, 2
    Kontaktanschlüsse
    3
    Widerstandskörper
    4
    Polymermatrix
    5
    Teilchen
    6
    Schicht
    7
    Tragkörper

Claims (11)

  1. Elektrisches Widerstandselement mit einem zwischen zwei Kontaktanschlüssen (1, 2) angeordneten und PTC-Verhalten aufweisenden Widerstandskörper (3) aus mindestens einer Polymermatrix und mindestens einer in die Polymermatrix (4) eingebetteten Füllstoffkomponente aus elektrisch leitenden Teilchen (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoffanteil der elektrisch leitenden Teilchen ca. 40 Volumenprozent des Widerstandskörpers (3) ausmacht, und daß, die elektrisch leitenden Teilchen (5) jeweils als Verbundstoffkörper mit elektrisch leitender Oberfläche und/oder als hohler oder poröser Körper aus elektrisch leitendem Material ausgebildet sind und gegenüber massiv ausgebildeten Teilchen aus leitfähigem Material jeweils eine geringere spezifische Dichte und/oder geringere spezifische Wärmekapazität aufweisen.
  2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundstoffkörper und/oder hohlen oder porösen Körper jeweils kugel-, faser- oder plättchenförmig ausgebildet sind.
  3. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Verbundstoffkörper ausgebildeten Teilchen (5) überwiegend jeweils einen mit einer Schicht (6) aus leitfähigem Material oberflächenbeschichteten Tragkörper (7) aus einem Material aufweisen mit einer gegenüber dem leitfähigen Material geringeren spezifischen Dichte und/oder geringeren spezifischen Wärmekapazität.
  4. Widerstandselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (7) poröse Struktur aufweist.
  5. Widerstandselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (7) als massive Kugel ausgebildet ist.
  6. Widerstandselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (7) als Hohlkugel ausgebildet ist.
  7. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material Kohlenstoff und/oder ein Metall, wie Ag, Au, Ni, Pd, und/oder Pt, und/oder mindestens ein Borid, Silizid, Oxid und/oder Carbid, wie etwa SiC, TiC, TiB2, MoSi2, WSi2, RuO2 oder V2O3, jeweils in undotierter oder dotierter Form, enthält.
  8. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper von einem Polymer, wie insbesondere einem auf der Basis eines Phenolharzes, von Glas, wie insbesondere Quarzglas, oder von einer Keramik, wie insbesondere einer auf der Basis von Al2O3, ZnO2, Glimmer, Mullit oder Porzellan, gebildet ist.
  9. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (5) Durchmesser zwischen 1 und 200 µm aufweisen.
  10. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der auf den Tragkörper (7) aufgebrachten Oberflächenbeschichtung (6) zwischen 0,05 bis 5 µm liegt.
  11. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Polymermatrix von Polymerschaum gebildet ist.
EP93114118A 1992-10-01 1993-09-03 Widerstand mit PTC-Verhalten Expired - Lifetime EP0590347B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4232969A DE4232969A1 (de) 1992-10-01 1992-10-01 Elektrisches Widerstandselement
DE4232969 1992-10-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0590347A1 EP0590347A1 (de) 1994-04-06
EP0590347B1 true EP0590347B1 (de) 1996-06-19

Family

ID=6469354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP93114118A Expired - Lifetime EP0590347B1 (de) 1992-10-01 1993-09-03 Widerstand mit PTC-Verhalten

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5416462A (de)
EP (1) EP0590347B1 (de)
JP (1) JPH06215903A (de)
DE (2) DE4232969A1 (de)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4427161A1 (de) * 1994-08-01 1996-02-08 Abb Research Ltd Verfahren zur Herstellung eines PTC-Widerstandes und danach hergestellter Widerstand
TW298653B (de) * 1995-02-28 1997-02-21 Yunichica Kk
DE19520869A1 (de) * 1995-06-08 1996-12-12 Abb Research Ltd PTC-Widerstand
US5614881A (en) * 1995-08-11 1997-03-25 General Electric Company Current limiting device
DE19534442A1 (de) * 1995-09-16 1997-03-27 Abb Research Ltd Überstromschutzvorrichtung
US6232866B1 (en) * 1995-09-20 2001-05-15 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Composite material switches
US5985182A (en) * 1996-10-08 1999-11-16 Therm-O-Disc, Incorporated High temperature PTC device and conductive polymer composition
DE19651166A1 (de) * 1996-12-10 1998-06-18 Kloeckner Moeller Gmbh Leitfähige Polymerzusammensetzung
US5929744A (en) * 1997-02-18 1999-07-27 General Electric Company Current limiting device with at least one flexible electrode
US6535103B1 (en) 1997-03-04 2003-03-18 General Electric Company Current limiting arrangement and method
US5977861A (en) * 1997-03-05 1999-11-02 General Electric Company Current limiting device with grooved electrode structure
US6191681B1 (en) 1997-07-21 2001-02-20 General Electric Company Current limiting device with electrically conductive composite and method of manufacturing the electrically conductive composite
JP3257521B2 (ja) * 1997-10-07 2002-02-18 ソニーケミカル株式会社 Ｐｔｃ素子、保護装置および回路基板
US6373372B1 (en) 1997-11-24 2002-04-16 General Electric Company Current limiting device with conductive composite material and method of manufacturing the conductive composite material and the current limiting device
US6128168A (en) 1998-01-14 2000-10-03 General Electric Company Circuit breaker with improved arc interruption function
US6074576A (en) * 1998-03-24 2000-06-13 Therm-O-Disc, Incorporated Conductive polymer materials for high voltage PTC devices
US6290879B1 (en) 1998-05-20 2001-09-18 General Electric Company Current limiting device and materials for a current limiting device
US6124780A (en) * 1998-05-20 2000-09-26 General Electric Company Current limiting device and materials for a current limiting device
US6133820A (en) * 1998-08-12 2000-10-17 General Electric Company Current limiting device having a web structure
DE19842125A1 (de) * 1998-09-15 2000-03-23 Moeller Gmbh Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger Polymere
US6144540A (en) * 1999-03-09 2000-11-07 General Electric Company Current suppressing circuit breaker unit for inductive motor protection
US6157286A (en) * 1999-04-05 2000-12-05 General Electric Company High voltage current limiting device
US6323751B1 (en) 1999-11-19 2001-11-27 General Electric Company Current limiter device with an electrically conductive composite material and method of manufacturing
DE60033126T2 (de) * 2000-01-25 2007-10-11 Abb Research Ltd. Elektrisches Bauelement aus PTC-Polymer zur Strombegrenzung und zum Kurzschluss-Schutz
US6497951B1 (en) * 2000-09-21 2002-12-24 Milliken & Company Temperature dependent electrically resistive yarn
US6798331B2 (en) * 2001-02-08 2004-09-28 Qortek, Inc. Current control device
US7034652B2 (en) * 2001-07-10 2006-04-25 Littlefuse, Inc. Electrostatic discharge multifunction resistor
JP2006013378A (ja) * 2004-06-29 2006-01-12 Tdk Corp サーミスタ素体形成用樹脂組成物及びサーミスタ
US9027408B2 (en) * 2007-01-24 2015-05-12 Swelling Solutions, Inc. Elastomeric particle having an electrically conducting surface, a pressure sensor comprising said particles, a method for producing said sensor and a sensor system comprising said sensors
DE102007042644A1 (de) * 2007-09-07 2009-03-12 Benecke-Kaliko Ag Elektrisch leitfähiges, flexibles Flächengebilde
JP5050265B2 (ja) * 2007-11-09 2012-10-17 国立大学法人九州工業大学 自己回復性限流ヒューズ
JP5050266B2 (ja) * 2008-01-10 2012-10-17 国立大学法人九州工業大学 メカニカルヒューズ及びその感度設定方法
JP5569101B2 (ja) * 2010-03-31 2014-08-13 株式会社村田製作所 積層正特性サーミスタ及び積層正特性サーミスタの製造方法
CN114830268A (zh) 2019-12-04 2022-07-29 纳美仕有限公司 压敏电阻形成用浆料、其固化物及压敏电阻
CN115210827A (zh) * 2020-03-02 2022-10-18 纳美仕有限公司 低压变阻器、电路基板、半导体部件封装以及内插件

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4359414A (en) * 1972-12-22 1982-11-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Insulative composition for forming polymeric electric current regulating junctions
FR2368127A1 (fr) * 1976-10-15 1978-05-12 Raychem Corp Compositions a coefficient de temperature positif et dispositifs en comprenant
US4534889A (en) * 1976-10-15 1985-08-13 Raychem Corporation PTC Compositions and devices comprising them
US4237441A (en) * 1978-12-01 1980-12-02 Raychem Corporation Low resistivity PTC compositions
JPS565840A (en) * 1979-06-28 1981-01-21 Shin Etsu Polymer Co Ltd Anisotropic pressure electrically-conductive elastomer molded article
DE3402091C2 (de) * 1984-01-21 1994-01-13 Rau Gmbh G Verbundwerkstoff für elektrische Kontaktstücke
US4616125A (en) * 1984-02-03 1986-10-07 Eltac Nogler & Daum Kg Heating element
DE3640586A1 (de) * 1986-11-27 1988-06-09 Norddeutsche Affinerie Verfahren zur herstellung von hohlkugeln oder deren verbunden mit wandungen erhoehter festigkeit
FR2614130B1 (fr) * 1987-04-15 1992-01-17 Lorraine Carbone Materiau ayant une resistivite a coefficient de temperature positif
DE3724156A1 (de) * 1987-07-22 1989-02-02 Norddeutsche Affinerie Verfahren zum herstellen von metallischen oder keramischen hohlkugeln
US4910389A (en) * 1988-06-03 1990-03-20 Raychem Corporation Conductive polymer compositions
FR2655206B1 (fr) * 1989-11-29 1993-12-31 Merlin Gerin Materiau composite fritte pour contact electrique, et pastille de contact utilisant ledit materiau.

Also Published As

Publication number Publication date
EP0590347A1 (de) 1994-04-06
DE59303003D1 (de) 1996-07-25
DE4232969A1 (de) 1994-04-07
US5416462A (en) 1995-05-16
JPH06215903A (ja) 1994-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0590347B1 (de) Widerstand mit PTC-Verhalten
EP0548606B1 (de) Widerstand mit PTC - Verhalten
EP0640995B1 (de) Elektrisches Widerstandselement und Verwendung dieses Widerstandselementes in einem Strombegrenzer
EP0649150B1 (de) Verbundwerkstoff
DE2948281C2 (de) Elektrische Schaltung und Schaltungsschutzeinrichtung
DE3707503C2 (de) PTC-Zusammensetzung
DE3685849T2 (de) Kaltleiteranordnungen auf basis von leitenden polymeren.
DE3512483C2 (de)
DE2903442C2 (de)
EP0576836A2 (de) Strombegrenzendes Element
DE69221392T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer PTC-Anordnung
DE3519437C2 (de)
CH642772A5 (de) Elektrische schmelzsicherung und deren herstellungsverfahren.
WO1999056290A1 (de) Nichtlinearer widerstand mit varistorverhalten und verfahren zur herstellung dieses widerstands
DE2459664A1 (de) Kaltleiterbindungsvorrichtung
DE19525692A1 (de) Elektrisch und thermisch leitfähiger Kunststoff und Verwendung dieses Kunststoffs
DE2752559B2 (de) Dickschichtvaristor
EP0747910A2 (de) PTC-Widerstand
DE2941196C2 (de)
EP0696036A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines PTC-Widerstandes und danach hergestellter Widerstand
DE2853134C2 (de) Keramikvaristor
WO2015177085A1 (de) Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung
DE10011009B4 (de) Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient
DE2349233A1 (de) Matrix aus photoleitenden zellen
DE19510100A1 (de) Elastisch verformbarer Widerstand und Vorrichtung zum Begrenzen und/oder Schalten von Strom mit einem solchen Widerstand

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CH DE FR GB IT LI SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19940905

17Q First examination report despatched

Effective date: 19941216

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): CH DE FR GB IT LI SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 59303003

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19960725

ITF It: translation for a ep patent filed

Owner name: DE DOMINICIS & MAYER S.R.L.

ET Fr: translation filed
GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19960829

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: NV

Representative=s name: ASEA BROWN BOVERI AG ABT. TEI-IMMATERIALGUETERRECH

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20080915

Year of fee payment: 16

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20080925

Year of fee payment: 16

Ref country code: FR

Payment date: 20080912

Year of fee payment: 16

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20080918

Year of fee payment: 16

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20090915

Year of fee payment: 17

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20090922

Year of fee payment: 17

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20090903

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20100531

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090930

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090903

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090903

REG Reference to a national code

Ref country code: SE

Ref legal event code: EUG

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 59303003

Country of ref document: DE

Effective date: 20110401

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110401

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20100904