Varistor mit einem Sicherungselement

Abstract

 Varistor (1) umfassend mindestend eine Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) sowie zwei mit dieser verbundene Elektroden (3, 4, 5, 6).
Mindestens eine Elektrode (3, 4, 5, 6) weist ein Sicherungselement (7) auf, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke (I_max) hochohmig wird

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Varistor umfassend mindestens einer Schicht mit veränderlichem elektrischen Widerstand sowie zwei mit dieser verbundenen Elektroden.

[0002] Zur Ableitung von Überspannungen in empfindlichen Bauteilen oder Schaltungsteilen werden häufig Varistoren eingesetzt. Varistoren sind elektrische Zweipole, die einen spannungsabhängigen elektrischen Widerstand aufweisen. Oberhalb einer Schwellspannung wird ein Varistor niederohmig und damit leitend, unterhalb der Schwellspannung ist dieser hochohmig und damit nicht leitend. Im niederohmigen Zustand kann der durch den Varistor fließende Strom so hoch werden, dass der Varistor überlastet wird, wobei eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden entsteht. Diese bildet einen Kurzschluss in der Schaltung, in der der Varistor eingebaut ist. Dadurch wird ein undefinierter Zustand der Schaltung bewirkt.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Varistor anzugeben, der einen Kurzschluss bei Überlastung vermeidet.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Dieses Problem wird gelöst durch einen Varistor umfassend mindestens einer Schicht mir veränderlichem elektrischen Widerstand sowie zwei mit dieser verbunden Elektroden, wobei mindestens eine Elektrode ein Sicherungselement aufweist, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke hochohmig wird.

Vorteile der Erfindung

[0005] Der Varistor geht bei Überschreiten der Maximalstromstärke vom niederohmigen Zustand in den hochohmigen Zustand über. Das Sicherungselement kann dabei eine Funktion ähnlich einer Schmelzsicherung haben und zerstört werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Elektroden eine Elektrodenschicht umfassen, die flächig mit der Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand verbunden ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Sicherungselement Teil der Elektrodenschicht ist. Das Sicherungselement ist vorzugsweise ein Bereich der Elektrodenschicht mit vermindertem leitenden Querschnitt. Das Sicherungselement kann dabei vorzugsweise als Einschnitt in die Elektrodenschicht ausgeführt sein. Unter Einschnitt wird hier eine Ausnehmung oder dergleichen in der an sich flächigen Elektrode verstanden. Der Einschnitt wird also seitlich in die Elektrodenschicht eingebracht, wobei in einem Schnitt durch die Elektrodenschicht gesehen ein Bereich kleinere Querschnittsfläche entsteht. Alternativ kann hier auch beispielsweise eine über die gesamte Breite der Elektrodenschicht gehende Einkerbung, Nut oder dergleichen in die Oberfläche eingebracht werden. Der Varistor umfasst vorzugsweise mehrere Schichten mit veränderlichem elektrischem Widerstand, zwischen denen jeweils eine Elektrodenschicht angeordnet ist. Die Elektrodenschichten sind dabei vorzugsweise abwechselnd jeweils mit einem Elektrode leitend verbunden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schicht oder Schichten mit veränderlichem elektrischem Widerstand eine Keramikschicht ist/sind. Die Keramikschicht kann dabei beispielsweise aus Zinkoxid oder dergleichen bestehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0006] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varistors;

Fig. 2

eine Darstellung einer Keramikschicht mit Elektrodenschichten.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0007] Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varistors in einer dreidimensionalen Explosionsdarstellung. Der Varistor 1 umfasst abwechselnd Keramikschichten 2 und Elektrodenschichten 3. Die Elektrodenschichten 3 sind jeweils mit elektrischen Anschlüssen 4 versehen, die abwechselnd paarweise miteinander verbunden sind und so zwei Elektroden 5.1 und 5.2 bilden. In dem Stapel mit abwechselnd Keramikschichten 2 und Elektrodenschichten 3 sind beispielsweise also die erste, dritte, fünfte usw. Elektrodenschichten 3 elektrisch miteinander verbunden und zu einer gemeinsamen Elektrode 5.1 zusammengefasst und entsprechend die zweite, vierte, sechste usw. Elektrodenschicht elektrisch miteinander verbunden und zu einer zweiten Elektrode 5.2 geführt. Es entsteht so ein Paket aus Keramikschichten 2 mit zugeordneten Elektrodenschichten 3, wobei die Elektrodenschichten 3 jeweils wechselweise einer der Elektroden 5.1 bzw. 5.2 zugeordnet sind und mit dieser elektrisch verbunden sind.

[0008] Die Keramikschichten 2 können in bekannter Art und Weise aus Zinkoxid oder aber aus Siliziumcarbid oder anderen oxidkeramischen Widerstandsmaterialien bestehen. Die Elektrodenschichten 3 bestehen aus einem leitendem Metall, beispielsweise Silber, Aluminium oder dergleichen.

[0009] Die Elektrodenschichten 3 umfassen elektrische Anschlüsse 4 und Elektrodenflächen 6, die mit einem Sicherungselement 7 miteinander verbunden sind. Das Sicherungselement 7 ist hier ein Bereich mit einer durch zwei Einschnitte 8 gegenüber der Breite b der Elektrodenfläche 6 verminderten Breite c. Die Elektrodenfläche 6 weist eine große Fläche auf, mit der diese in leitendem Kontakt mit der Keramikschicht 2 ist. Im Beispiel der Fig. 1 und 2 mit einer rechteckigen Elektrodenfläche 6 ist die Kontaktfläche gleich dem Produkt aus der Breite b der Elektrodenfläche 6 und der Tiefe a der Elektrodenfläche 6. Der elektrische Anschluss 4 weist eine Breite d auf, die größer als die Breite c des Sicherungselementes 7 ist. Die Dicke t der Elektrodenschicht 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die gesamte Fläche konstant, diese könnte aber auch über die Fläche unterschiedlich sein. Beispielsweise könnte die Dicke t₇ im Bereich des Sicherungselementes 7 geringer sein als die Dicke t₆ im Bereich der Elektrodenfläche 6 und die Dicke t₄ im Bereich des elektrischen Anschlusses 4. Das Sicherungselement 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch zwei Einschnitt 8 gebildet, die seitlich von beiden Seiten in die Elektrodenschicht hineinragen und so in der Draufsicht (Pfeil A in Fig. 1) einen Bereich kleinerer Breite c als die Breiten b der Elektrodenfläche 6 und der Breite d des elektrischen Anschlusses 4 ergibt.

[0010] Wird zwischen den Elektroden 5.1 und 5.2 des Varistors 1 eine elektrische Spannung angelegt, so ist der Varistor 1 bis zum Erreichen der für den jeweiligen Varistor typischen Schwellspannung U_S hochohmig. Bei Überschreiten der Schwellspannung U_S wird der Varistor 1 abrupt niederohmig. Der dabei durch den Varistor 1 fließende Strom kann so groß werden, dass der Varistor beschädigt wird. Die Sicherungselemente 7 erhitzen sich bei Überschreiten einer oberen Stromschwelle I_max derart, dass diese durchbrennen und somit nichtleitend oder zumindest hochohmig werden. Dadurch wird verhindert, dass die Keramikschichten 2 durch eine zu hohe Strombelastung beschädigt werden. Bei einer Überlastung des Varistors 1 durch eine zu hohe Stromstärke I brennen also zunächst die Sicherungselemente 7 durch und verhindern eine weitergehende Beschädigung des Varistors 1. Die Elektrodenschicht weist damit ein Sicherungselement auf, das bei Überschreiten der Maximalstromstärke I_max hochohmig wird

Ansprüche

1. Varistor (1) umfassend mindestend eine Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) sowie zwei mit dieser verbundene Elektroden (3, 4, 5, 6) dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (3, 4, 5, 6) ein Sicherungselement (7) aufweist, das bei Überschreiten einer Maximalstromstärke (I_max) hochohmig wird.

2. Varistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3, 4, 5, 6) eine Elektrodenschicht (3) umfassen, die flächig mit der Schicht mit veränderlichem elektrischem Widerstand (2) verbunden ist.

3. Varistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) Teil der Elektrodenschicht (3) ist.

4. Varistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) ein Bereich der Elektrodenschicht (3, 4, 5, 6) mit vermindertem leitendem Querschnitt (c) ist.

5. Varistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (7) ein Einschnitt (8) in die Elektrodenschicht (3) ist.

6. Varistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere Schichten (2) mit veränderlichem elektrischem Widerstand umfasst, zwischen denen jeweils eine Elektrodenschicht (3) angeordnet ist.

7. Varistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten (3) abwechselnd jeweils mit einer Elektrode (5.1, 5.2) leitend verbunden sind.

8. Varistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mit veränderlichem elektrischen Widerstand (2) eine Keramikschicht ist.

Zeichnung