DE3433196C2

DE3433196C2 -

Info

Publication number: DE3433196C2
Application number: DE3433196A
Authority: DE
Inventors: Michikazu Akita Jp Takeuchi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1987-12-03
Also published as: GB8422389D0; IT8467884A0; FR2551910B1; JPH0211763Y2; JPS6048201U; US4635026A; FR2551910A1; DK163903C; IT1179103B; GB2146488B; GB2146488A; DE3433196A1; DK163903B; DK428584A; DK428584D0; IT8453790V0; IT8467884A1

Description

Die Erfindung betrifft einen PTC-Widerstand, d. h. einen Thermistorwiderstand oder Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein PTC-Widerstand kann als Stromsteuervorrichtung beispielsweise in einem Motoranlasser, einer Ölverdamp fungsvorrichtung in einem Ölofen, einer Thermosflasche und/oder einem Heizgerät für einen Mückenstab verwendet werden. Ein PTC-Widerstand weist das Merkmal auf, daß sein Widerstand bei hoher Temperatur hoch ist und daß deshalb keine Gefahr für das Überhitzen oder Überwärmen z. B. eines Heizgeräts besteht, da der Leistungsver brauch bei hoher Temperatur automatisch vermindert wird. Ein PTC-Widerstand besteht z. B. im wesentlichen aus Bariumtitanat.

Es ist bereits ein PTC-Widerstand bekannt, etwa aus der US-PS 42 32 214.

Ein gattungsgemäßer PTC-Widerstand ist aus DE-OS 32 13 558 bekannt. Er besteht aus einer flachen Halbleiter-PTC-Ke ramikplatte, deren Widerstand einen positiven Tempera turkoeffizienten aufweist und bei der auf zwei von einander abgewandten Außenflächen Elektroden aus Metall aufgebracht sind. Der PTC-Widerstand ist in einem Gehäu se aus Isoliermaterial untergebracht, in dem die Kera mikplatte von einem Paar Anschlußklemmen aus ela stischem, leitfähigen Material mittels Federwirkung gehalten wird, die je einen auf die Elektroden drücken den konvexen Abschnitt zur Kontaktierung der Elektroden aufweisen.

Ein aus DE-PS 14 90 713 bekannter PTC-Widerstand weist eine kreisförmige Halbleiter-PTC-Keramikplatte, je ein Paar an voneinander abgewandten Oberflächen der Platte angebrachten ersten und zweiten leitenden Schichten aus unedlem Metall, z. B. Indium bzw. aus im wesentlichen Silber und ein Paar mit der zweiten leitenden Schicht in Kontakt stehenden Anschlüssen auf.

Aus DE-GM 75 28 422 ist ein PTC-Widerstand mit einer PTC-Keramikplatte bekannt, der in einem Gehäuse angeord net und durch mehrere der Kontaktierung dienende kon vexe Federarme gehalten wird.

In DE-GM 77 24 604 wird ein PTC-Widerstand mit einer PTC-Keramikplatte beschrieben, der innerhalb eines Gehäuses von als Anschlußkontakte dienenden Federn mit konvexen Abschnitten mittels Federkraft gehalten wird, wobei innen im Gehäuse Vorsprünge eine Verschiebung des PTC-Widerstands verhindern.

Aus der Firmendruckschrift "Kaltleiter/Ausgabe 1980/81" der Firma Siemens sind rechteckige Platten aus PTC-Material bekannt.

Ein üblicher PTC-Widerstand weist demnach eine Halblei ter-PTC-Keramikplatte, auf beiden Oberflächen der PTC- Platte aufgebrachte Metallelektrodenschichten und ein Paar von federnd ausgebildeten oder angelöteten Elektroden auf, die elektrisch mit den Elektrodenschich ten verbunden sind. Die herkömmliche Struktur hat jedoch den Nachteil, daß ein Silberwanderungsef fekt auftritt, bei dem Silbermoleküle der Silber schicht von der Silberschicht zur PTC-Platte entlang der Außenoberfläche der Platte wandern, wenn an die Elektroden des PTC-Widerstands eine Spannung angelegt wird. Dies führt dazu, daß die Elektroden schließlich kurzgeschlossen werden. Dieser Silberwanderungseffekt ist bei hohen Temperaturen beträchtlich. Der Silber wanderungseffekt könnte dann überwunden werden, wenn die Elektrodenschichten durch eine Goldschicht, eine Platinschicht oder eine Palladiumschicht ersetzt wer den würden. Der Ersatz dieser Werkstoffe würde jedoch eine Zunahme der Herstellungskosten eines PTC-Wider stands zur Folge haben, so daß dieser Werkstoffaus tausch wirtschaftlich nicht sinnvoll ist.

Bei einem anderen bekannten System zur Beseitigung des Silberwanderungseffektes ist eine Barriere mit einem weiteren Metall auf der Silberschicht gegen die Silberwanderung vorgesehen. Diese Technik hat jedoch den Nachteil, daß die Herstellungskosten eines PTC- Widerstands ansteigen und/oder die Trennschicht bzw. Barriere bei hohen Temperaturen nicht stabil ist.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, die Nach teile und Grenzen des bekannten PTC-Widerstands zu vermeiden und einen PTC-Widerstand zu schaffen, bei dem der Silberwanderungseffekt nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einem PTC-Widerstand der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen PTC-Widerstand tritt der Sil berwanderungseffekt nicht auf, wobei gleichzeitig eine par tielle Übererwärmung im Übergangs abschnitt zwischen der ersten und der zweiten leitenden Schicht vermieden wird.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein PTC-Widerstandselement ohne Gehäuse;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des PTC-Widerstandselements nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemä ßen PTC-Widerstands;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Elektro de 41 (51) nach Fig. 3;

Fig. 5 eine veränderte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen PTC-Widerstands; und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer weiteren Aus führungsform des erfindungsgemäßen PTC-Wider stands.

In den Fig. 1 und 2 ist ein PTC-Widerstandselement dargestellt, bei dem keine Silberwanderung auftritt.

Das PTC-Widerstandselement weist auf eine PTC-Plat te 1, ein Paar von ersten leitenden Schichten 2, die aus einem Metall (ausgenommen Silber) bestehen und mit der PTC-Platte im ohmschen Kontakt stehen, und ein zweites Paar von leitenden Schichten 3, die im wesentlichen aus Silber bestehen und auf den ersten Schichten 2 so angebracht sind, daß eine Fläche G am Rand bzw. Außenumfang der ersten Schichten 2 frei gelassen wird. Bei dieser Struktur tritt kein Silber wanderungseffekt auf, da die ersten Schichten, die mit der PTC-Platte in direktem Kontakt stehen, aus einem anderen Metall bestehen als Silber. Außerdem hat die PTC-Platte die Eigenschaften eines positiven Temperaturkoeffizienten, da die ersten Schichten den ohmschen Kontakt mit der PTC-Platte liefern. Da die ersten Schichten 2 auf nahezu der gesamten Oberfläche der PTC-Platte vorgesehen sind, ist die Stromdichte in der PTC-Platte gleichmäßig, so daß damit auch die Wär meerzeugung in der PTC-Platte gleichmäßig ist. Diese ersten Schichten 2 werden durch stromlose Galvanisie rung, Ionenplattierung oder -galvanisierung, Katho denzerstäubungsverfahren oder Sputtern oder Siebdruck verfahren aufgebracht.

Da die zweiten Schichten 3 auf den ersten Schichten 2 vorgesehen sind, ist die Leitfähigkeit der gesamten Elektroden nicht hoch, und zwar trotz der hohen Leit fähigkeit der ersten Schichten, die kein Silber auf weisen. Es ist hier anzumerken, daß die zweiten Schich ten, die aus Silber sind, nicht direkt mit der PTC- Platte in Kontakt kommen, da am Rand der ersten Schich ten 2 die Fläche G vorgesehen ist, wodurch die Silberwanderung durch die zweiten Schich ten 3 vermieden wird. Vorzugsweise beträgt die Breite der Fläche G etwa 0,1 bis 4 mm.

Es wurde nun herausgefunden, daß die Struktur des in den Fig. 1 und 2 dargestellten PTC-Widerstandselement folgenden Nachteil hat:
Stehen Anschlußelektroden zum Verbinden des PTC-Wider stands mit einer Außenschaltung mit den zweiten Schichten 3 praktisch über deren gesamte Fläche in Kontakt, so können aufgrund der Erwärmung des PTC- Widerstands infolge der hohen Temperatur die Elektroden gekrümmt oder verformt werden und im Bereich der Fläche G auch mit den ersten Schichten 2 in Berüh rung kommen. Dabei ist jedoch anzumerken, daß die Leitfähigkeit der ersten Schichten 2 nicht so hoch ist, da sie aus einem anderen Metall als Silber, beispielsweise aus Nickel, Messing oder Aluminium, bestehen, und daß damit der Kontaktwiderstand im Bereich der Fläche G zwischen den Elektroden und den ersten Schichten 2 re lativ hoch ist, so daß die Fläche G partiell übererwärmt wird. Damit kann jedoch der PTC- Widerstand aufgrund der partiellen Wärmeverluste bre chen. Dieser Nachteil rührt vom partiellen Kontakt der Elektroden mit den ersten Schichten 2 im Bereich der Fläche G her.

Fig. 3 zeigt die Querschnittsansicht des erfindungs gemäßen PTC-Widerstands, bei dem die gleichen Bezugs zeichen wie in den Fig. 1 und 2 verwendet werden.

Mit dem Bezugszeichen 6 ist ein geschlossenes Isolier gehäuse gekennzeichnet, das beispielsweise aus Kunst stoffpreßharz besteht und ein Paar von Vorsprüngen 61 auf weist, die ins Innere des Gehäuses 6 vorspringen. Ein Paar von Anschlußklemmen 4 und 5 sind am Gehäuse 6 so befestigt, daß sich das eine Ende von jeder Klemme 4 und 5 außerhalb des Gehäuses 6 erstreckt und das andere Ende gekrümmt oder konvex ausgebildet ist. Diese Klemmen 4 und 5 sind aus elastischem Material, so daß eine Federwirkung durch die Klemmen ausgeübt wird. Die gekrümmten Enden dieser Klemmen liegen einander so gegenüber, daß die konvexen Oberflächen einander gegenüberliegen.

Der PTC-Widerstand 7 wird zwischen den konvexen Abschnitten 41 und 51 der Klemmen 4 und 5 aufgrund deren Federwirkung gehalten. Der PTC-Widerstand 7 weist eine flache PTC-Platte 1, ein Paar von ersten leitenden Schichten 2 aus einem auf beiden Oberflächen der PTC- Platte 1 aufgebrachten Metall (ausgenommen Silber), so daß die Schichten 2 einen ohmschen Kontakt mit der PTC-Platte 1 liefern, sowie ein Paar von zwei Schich ten 3 auf, die im wesentlichen aus Silber bestehen und auf den ersten Schichten 2 aufgebracht sind. Die zweite Schicht 3 aus Silber ist so vorgesehen, daß der Gesamtwiderstand der Schichten 2 und 3 niedrig genug ist, um eine gleichmäßige Stromdichte im PTC- Widerstand zu liefern. Der Kontaktwiderstand der Schichten mit der Feder ist gering. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, ist die Fläche der zweiten Schichten 3 kleiner als die der ersten Schichten 2, so daß am Rand der ersten Schichten 2 eine ringför mige freie Fläche G gebildet wird. Auf dieser Fläche G ist keine zweite Schicht 3 vorhanden. Vorzugsweise beträgt die Breite der freien Fläche G etwa 0,1 bis 4 mm.

Der PTC-Widerstand 7 ist zwischen den Vorsprüngen 61 angeordnet, die die seitliche Bewegung des PTC-Wider stands 7 verhindern. Vorzugsweise ist zwischen dem Ende des PTC-Widerstands 7 und jedem Vorsprung 61 ein kleiner Zwischenraum freigelassen, so daß der Wider stand 7 bei seiner thermischen Expansion nicht direkt die Vorsprünge 61 berührt.

Wenn der PTC-Widerstand 7 das Gehäuse berührt, so wer den die Kenndaten des PTC-Widerstands aufgrund der Wärmeableitung an das Gehäuse verschlechtert.

Die Fläche G hat die Form eines O-Rings, wenn der PTC-Widerstand kreisförmig ist. Alternativ dazu ist die Fläche G rechteckig, wenn der PTC-Wider stand rechteckig ist.

Fig. 4 zeigt den genauen Aufbau der Anschlußklemmen 4 und 5, die eine äußere Zunge oder ein Verbindungs chip bzw. ein Verbindungsplättchen A zum Verbinden mit einer äußeren Schaltung, einen konvexen Abschnitt B sowie einen Mittelabschnitt C zwischen der Zunge A und dem konvexen Abschnitt B aufweisen. Vorzugsweise weist der kon vexe Abschnitt B eine Vielzahl von parallelen konvexen Ar men b ₁, b ₂ und b ₃ auf, wobei Schlitze zwischen den Armen ausgebildet sind. Der Mittelabschnitt C kann einen Vorsprung D (in Fig. 3 mit E bezeichnet) aufweisen, der mit dem Gehäuse 6 in Eingriff kommt, um die Klemmen 4 und 5 gegenüber dem Gehäuse 6 zu positionieren.

Die konvexen Enden 41 bzw. 51 halten den PTC-Wider stand 7 etwa in dessen Mittelabschnitt sandwichartig, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist. Daraus ist ersichtlich, daß selbst dann, wenn die Klemmen 4 und 5 und/oder der PTC-Widerstand 7 infolge hoher Temperatur verformt werden, die Klemmen 4 und 5 die ersten Schichten 2 im Bereich der Fläche G nicht berühren. Damit tritt weder eine partielle hohe Stromdichte noch eine partielle Über erwärmung auf, die durch den direkten Kontakt zwischen den ersten Schichten 2 und den Klemmen 4 und 5 verur sacht werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Klemmen 4 und 5, die eine Vielzahl von konvexen Vorsprüngen 41 und 51 aufweisen, während die Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 lediglich einen einzigen konvexen Vor sprung aufweist. Der PTC-Widerstand 7 wird zwischen den konvexen Vorsprüngen eines Klemmenpaares 4 und 5 aufgrund der Federwirkung der Klemmen gehalten. Durch die Vielzahl von Vorsprüngen auf den Klemmen wird die stabile Positionierung des PTC-Widerstands 7 verbessert.

Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer veränder ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen PTC-Wider stands. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 6 a ein Gehäuse aus Isoliermaterial gekennzeichnet, das ein Paar von Vorsprüngen 61 sowie ein Paar von Vorsprüngen 71 aufweist, die jeweils die Bewegung des PTC-Elements 7 verhindern. Das PTC-Element 7 wird in dem durch die Vorsprünge 61 und 71 definierten Raum durch die Federkraft von elastischen Klemmen 4 a und 5 a gehalten. Jede dieser Klemmen 4 a und 5 a weist ei nen im wesentlichen U-förmigen Abschnitt mit einem Paar von konvexen Enden bzw. Abschnitten 4 a-2 bzw. 5 a-2, ein Verbin dungschip bzw. -plättchen bzw. eine Zunge 4 a-1 bzw. 5 a-1 und einen Mittelabschnitt 4 a-3 bzw. 5 a-3 zum Verbinden des Ver bindungschips mit den konvexen Abschnitten 4 a-2, 5 a-2 des U-förmigen Abschnitts auf. Die Zunge 4 a-1 bzw. 5 a-1 ist in einem Raum befestigt, der durch den Vorsprung 81 definiert wird, und dient zur Verbindung der PTC-Vor richtung mit einer Außenschaltung, indem ein Außen stift in die Zunge aufgenommen wird.

In Abwandlung zur oben beschriebenen Ausführungsform, bei der der PTC-Widerstand eine flache Platte ist, kann dieser auch die Form eines Hohlzylinders anneh men. Im Falle einer zylindrischen Form sind die Elek trodenschichten an der Außenfläche und der Innenflä che des Zylinderkörpers angebracht. Entsprechend sind ein Paar von ringförmigen freien Flächen an beiden Enden des Zylinderkörpers vorgesehen, in denen keine Silberschicht vorhanden ist.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung der Silberwanderungseffekt, der bei Ver wendung einer Silberelektrode auftritt, vollständig vermieden und daß gleichzeitig die durch den di rekten Kontakt zwischen einer Außenklemme und der er sten Schichten bewirkte partielle Übererwärmung ver hindert wird. Damit wird ein PTC-Widerstand mit hoher Betriebszuverlässigkeit, ohne Silberwanderung und ohne Übererwärmung erhalten.

Claims

1. PTC-Widerstand mit

- einem PTC-Widerstandselement (7), das eine einen Wider stand mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweisende, flache Halbleiter-PTC-Keramikplatte (1) und ein Paar von an beiden Oberflächen der Platte (1) ange brachte Metallelektroden (2) aufweist,
- einem Gehäuse (6, 6 a) aus Isoliermaterial, in dem das PTC-Widerstandselement (7) so untergebracht ist, daß eine Bewegung des PTC-Widerstandselements verhindert ist, und
- einem Paar von am Gehäuse befestigten Anschlußklemmen (4, 5; 4 a , 5 a) mit je einer Zunge (A; 4, 5; 4 a-1; 5 a-1) zur Verbindung des PTC-Widerstands mit einer externen Schal tung, mit einem kontaktierend an der zugeordneten Elektro de anliegenden konvexen Abschnitt (B; 41, 51; 4 a-2, 5 a-2) und einem Mittelabschnitt (C; 4 a-3, 5 a-3) zwischen der Zunge (A) und dem konvexen Abschnitt (B) , wobei die An schlußklemmen (4, 5; 4 a, 5 a) aus einem elastischen, leit fähigen Material bestehen, so daß das PTC-Widerstandsele ment (7) von den konvexen Abschnitten (B; 41, 51; 4 a -2, 5 a-2) der Anschlußklemmen (4, 5; 4 a, 5 a) mittels Federwir kung gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Elektroden aus jeweils einer ersten leitfähigen Schicht (2) bestehen, auf der eine zweite leitfähige Schicht (3) aufgebracht ist; daß
- die zweiten leitenden Schichten (3) flächenmäßig kleiner als die ersten leitenden Schichten (2) sind, so daß eine frei Fläche (G) am Rand der ersten leitenden Schichten (2) entsteht, wo die zweiten leitenden Schichten (3) nicht vorhanden sind; daß
- die ersten leitenden Schichten (2) aus einem Metall, aus genommen Silber, und die zweiten leitenden Schichten (2) aus einem Metall bestehen, dessen Hauptbestandteil Silber ist; und daß
- die konvexen Abschnitte ausschließlich auf die zweiten leitenden Schichten (3) drücken.

2. PTC-Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe Abschnitt (B) der Klemmen (4, 5) eine Vielzahl von zueinander parallel konvexen Armen (b ₁, b ₂, b ₃) aufweist.

3. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6; 6 a) ein Paar von Vorsprüngen (61; 71) aufweist, die ins Gehäuseinnere so vorspringen, daß sie eine Bewegung des PTC-Widerstandselements (7) verhindern.

4. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Klemmen (4, 5) eine Vielzahl von konvexen Abschnitten oder Vorsprüngen (41, 51) aufweist.

5. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (C) der Klemmen einen Vorsprung (D, E) aufweist, der mit dem Gehäuse (6) so in Eingriff kommt, daß die Klemmen (4, 5) vom Gehäuse (6) ortsfest gehalten werden.

6. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das PTC-Widerstandselement (7) eine kreisförmige Form aufweist.

7. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Fläche (G) am Rand der ersten leitenden Schicht (2) eine Breite von etwa 0,1 bis 4 mm aufweist.

8. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Fläche (G) am Rand der ersten leitenden Schicht (2) die Gestalt eines kreisförmigen Rings aufweist.

9. PTC-Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Fläche (G) am Rand der ersten leitenden Schicht (2) rechteckig ist.