DE19510100A1 - Elastically deformable resistor esp. for limiting or switching current - Google Patents
Elastically deformable resistor esp. for limiting or switching currentInfo
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Abstract
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elastisch verformbaren Widerstand mit einem zwischen zwei Kontakt anschlüssen angeordneten elektrischen Widerstandskörper aus Verbundwerkstoff mit einer Polymermatrix und einem in die Polymermatrix eingebetteten elektrisch leitfähigen Füllstoff. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Begrenzen und/oder Schalten von Strom mit einem solchen Widerstand.The invention is based on an elastic deformable resistor with a contact between two Connected electrical resistance body Composite with a polymer matrix and one in the Polymer matrix embedded electrically conductive filler. The invention also relates to a limiting device and / or switching current with such a resistor.
Ein elastisch verformbarer Widerstand weist ein einem PTC-Widerstand vergleichbares nichtlineares Verhalten seiner elektrischen Leitfähigkeit auf. Dieses nichtlineare Verhalten hängt jedoch nicht von der auf ihn wirkenden Temperatur, sondern von einer auf ihn wirkenden mechanischen Kraft ab. Nichtlineare Widerstände mit PTC-Verhalten auf der Basis einer Polymermatrix und eines in die Polymermatrix eingebetteten, pulverförmigen Füllstoffs aus elektrisch leitfähigem Material werden als strombegrenzende Elemente in der Energietechnik verwendet und dienen der Begrenzung eines in einem Stromkreis auftretenden Kurzschluß- oder Überstroms. Hierbei wird der Widerstand durch den Kurzschluß- oder Überstrom auf eine kritische Temperatur aufgeheizt, bei der das die Füllstoff teilchen einbettende Polymer des PTC-Widerstands etwa durch Aufschmelzen seine Phase ändert und dann von den Füllstoff teilchen gebildete, stromführenden Perkolationspfade des PTC-Widerstands unterbricht.An elastically deformable resistor has one PTC resistance comparable to its non-linear behavior electrical conductivity. This non-linear behavior does not depend on the temperature acting on it, but from a mechanical force acting on it. Nonlinear resistors with PTC behavior based on a Polymer matrix and one embedded in the polymer matrix, powdered filler made of electrically conductive material are used as current-limiting elements in energy technology used and serve to limit one in a circuit occurring short-circuit or overcurrent. Here the Resistance through the short-circuit or overcurrent to one critical temperature at which the filler particle-embedding polymer of the PTC resistor approximately through Melting changes its phase and then from the filler particle-formed, current-carrying percolation paths of the PTC resistance breaks.
Elastisch verformbare Widerstände nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 beschreiben F. Carmona et al. "Piezoresistivity of heterogeneous solids" J. Appl. Phys. 61(7) 2550-2557 (1987), S. Yoshikawa et al. "Piezoresistivity in Polymer-Ceramic Composites" J. Am. Ceram. Soc. 73(2) 263-67 (1990) und P. K. Pramanik et al. "Effect of extensional strain on the resistivity of electrically conductive nitrile-rubber composites filled with carbon filler" J. Mater. Sci. 28(1993), S. 3539-3546. Bei diesem Widerständen wird durch elastische - etwa durch Zug oder Druck hervorgerufene - Verformung der spezifische Widerstand ganz erheblich verändert. Bei einem dieser Widerstände mit Epoxid oder Silicon als Polymermatrix und mit Ruß oder Graphitfasern als Füllstoff konnte so bei isostatischen und uniaxialen Drücken bis zu einigen kbar gegenüber einem druckfreien Widerstand ein erheblich reduzier ter spezifischer Widerstand gemessen werden. Eine Reduktion des spezifischen Widerstands um mehrere Größenordnungen bei der Einwirkung von uniaxialem oder hydrostatischem Druck von bis zu 30 MPa ist an mehreren dieser Widerstände auf der Basis von verschiedenen Polymerwerkstoffen und von elektrisch gut leitenden keramischen Materialien, wie insbesondere feinkörni gem Pulver aus SnO₂:Sb bzw. von Fe₃O₄ mit einem Volumenanteil von ca. 22% bzw. 47%, festgestellt worden. Beim Anlegen von Zugspannung an einen dieser Widerstände mit einem Widerstands körper aus einem kohlenstoffasergefüllten Gummi wurde bei einer Dehnung von 40% eine Vergrößerung des spezifischen Widerstands nahezu um den Faktor 10 ermittelt.Resiliently deformable resistors according to the generic term of Claim 1 describe F. Carmona et al. "Piezoresistivity of heterogeneous solids "J. Appl. Phys. 61 (7) 2550-2557 (1987), S. Yoshikawa et al. "Piezoresistivity in polymer ceramic Composites "J. Am. Ceram. Soc. 73 (2) 263-67 (1990) and P.K. Pramanik et al. "Effect of extensional strain on the resistivity of electrically conductive nitrile-rubber composites filled with carbon filler "J. Mater. Sci. 28 (1993), Pp. 3539-3546. With this resistance, elastic - for example caused by tension or pressure - deformation of the specific resistance changed significantly. At a these resistors with epoxy or silicone as the polymer matrix and with soot or graphite fibers as a filler could isostatic and uniaxial pressures up to a few kbar a significantly reduced compared to a pressure-free resistor ter specific resistance can be measured. A reduction in resistivity by several orders of magnitude Exposure to uniaxial or hydrostatic pressure up to 30 MPa is based on several of these resistors different polymer materials and from electrically good conductive ceramic materials, such as fine grain in particular gem powder from SnO₂: Sb or Fe₃O₄ with a volume fraction of approximately 22% and 47%, respectively. When creating Tension on one of these resistors with a resistor body made of a carbon fiber-filled rubber was used in a Elongation of 40% an increase in resistivity determined almost by a factor of 10.
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 8 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Widerstand der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher in Anlagen der Energietechnik eine rasche Begrenzung eines in einem Schalt kreis fließenden Kurzschluß- oder Überstroms ermöglicht, und zugleich eine Vorrichtung anzugeben, in der ein solcher Wider stand mit Vorteil verwendet wird.The invention as set out in claims 1 and 8 specified, the task is based on a resistance of to create the type mentioned above, which in plants of Power engineering a quick limitation of one in one switching Circulating short-circuit or overcurrent allows, and at the same time to specify a device in which such a contradiction stand is used with advantage.
Der elastisch verformbare Widerstand nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß er im niederohmigen Zustand hohe Nennströme führen kann, ohne sich hierbei unzulässig hoch zu erwärmen. Dies ist eine Folge relativ großer, elektrisch gut leitender Füllstoffpartikel, durch die die Anzahl an Mikro kontakten zwischen den einzelnen Partikeln gering gehalten wird. Zugleich wird der Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Füllstoffpartikeln durch oxidfreie und oxidarme Partikeloberflächen klein gehalten. Der Widerstand kann zudem auf hohe Temperaturen erhitzt und damit mit hohen Nennströmen belastet werden, da im Unterschied zu einem in der Energie technik eingesetzten PTC-Widerstand sein spezifischer Wider stand auch bei hohen Temperaturen niederohmig bleibt. Im hoch ohmigen Zustand weist der Widerstand nach der Erfindung ent sprechend einem PTC-Widerstand einen um mehrere, typischerweise 5-7 Größenordnungen, höheren spezifischen Widerstand auf als im niederohmigen Zustand. Dies reicht aus, um in der Energie technik übliche hohe Spannungen bei geringen Verlusten zu halten.The resiliently deformable resistor according to the invention is characterized by the fact that it is in a low-resistance state can lead to high nominal currents, without becoming impermissibly high to warm up. This is a result of relatively large, electrical ones well conductive filler particles, through which the number of micro contacts between the individual particles kept low becomes. At the same time, the contact resistance between the individual filler particles through oxide-free and low-oxide Particle surfaces kept small. The resistance can also heated to high temperatures and thus with high rated currents be burdened because unlike one in energy technology used PTC resistor its specific counter remained low-resistance even at high temperatures. Im high ohmic state shows the resistance according to the invention ent speaking a PTC resistor one by several, typically 5-7 orders of magnitude, higher resistivity than in the low-resistance state. This is enough to be in energy high voltages with low losses hold.
Von besonderem Vorteil ist die kurze Ansprechzeit, die dieser Widerstand benötigt, um vom nieder- in den hochohmigen Zustand überzugehen. Dies ist zum einen dadurch bedingt, daß das Material des Widerstandes im Gegensatz zu einem PTC-Widerstand ausschließlich mechanisch und nicht thermisch aktiviert wird. Zum anderen ist dies aber auch eine Folge des harte Partikel aufweisenden Füllstoffs, der ein rasches Öffnen und Schließen der einzelnen Mikrokontakte zwischen den einzelnen Füllstoff partikeln ermöglicht, ohne daß Kontaktverschweißen zu befürchten ist. Der Übergang vom nieder- in den hochohmigen Zustand wird durch mechanische Spannungen hervorgerufen, welche das Widerstandsmaterials elastisch deformieren. Da diese Spannungen homogen im Widerstandmaterial verteilt sind, werden unerwünschte lokale Effekte, wie sie bei PTC-Widerständen durch thermisch bedingte Inhomogenitäten im Widerstandsmaterial ("hot spots") hervorgerufen werden, weitgehend vermieden. Zudem wirkt sich die durch eine axiale Materialdehnung hervorgerufene Quer kontraktion des Widerstandsmaterials (Poissonsche Konstante) günstig auf die Stromdichteverteilung im Widerstand aus.Of particular advantage is the short response time that this Resistance needed to go from low to high impedance to pass over. This is due to the fact that Resistor material as opposed to a PTC resistor is activated only mechanically and not thermally. On the other hand, this is also a result of the hard particles having filler that opens and closes quickly of the individual micro-contacts between the individual fillers allows particles without contact welding fear. The transition from low to high impedance Condition is caused by mechanical stresses, which elastically deform the resistance material. This one Stresses are distributed homogeneously in the resistance material unwanted local effects, such as those caused by PTC resistors thermally induced inhomogeneities in the resistance material ("hot spots ") are largely avoided the cross caused by an axial material expansion contraction of the resistance material (Poisson's constant) favorably on the current density distribution in the resistor.
Die einen elastisch verformbaren Widerstand enthaltende Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, daß sie in reproduzierbarer Weise die Begrenzung von hohen Strömen gestattet. Dies ist vor allem dadurch be dingt, daß sich das Schaltverhalten des in dieser Vorrichtung vorgesehenen Widerstands auch nach mehreren Schaltvorgängen nur unwesentlich ändert. Zudem ist eine solche Vorrichtung weit gehend unabhängig von hohen Umgebungstemperaturen und kann daher mit Vorteil in Anlagen eingesetzt werden, in denen gegebenenfalls eine starke Erwärmung auftritt.The one containing an elastically deformable resistor Device according to the invention stands out among others characterized in that it reproducibly limits allowed by high currents. This is mainly because Thing that the switching behavior of the in this device provided resistance even after several switching operations only changes insignificantly. In addition, such a device is wide going regardless of high ambient temperatures and can can therefore be used with advantage in systems in which strong warming may occur.
Die Polymermatrix ist thermisch oder chemisch oder durch Strahlung vernetzt und weist gute elastische Eigenschaften auf. Sich häufig wiederholende, beispielsweise mehr als 5 oder 10, Dehn- und/oder Stauchbelastungen sind dann möglich, ohne daß die elastischen Eigenschaften der Polymermatrix sich wesentlich verschlechtern. Mit Vorteil ist die Polymermatrix von einem Elastomer, insbesondere auf der Basis eines Butylen-, Isopren-, Neopren- oder Nitrilgummis oder eines Silicons gebildet. Geeignet sind auch Duroplaste, wie etwa solche auf der Basis eines weichen Epoxids, geschäumte Thermoplaste, wie beispiels weise Polyäthylen, oder andere passende Schäume, wie insbesondere Nanoschäume.The polymer matrix is thermal or chemical or through Radiation cross-links and has good elastic properties. Repetitive, e.g. more than 5 or 10, Expansion and / or compression loads are then possible without the elastic properties of the polymer matrix change significantly worsen. The polymer matrix is advantageously one Elastomer, in particular based on a butylene, isoprene, Neoprene or nitrile rubbers or a silicone formed. Thermosets, such as those based on them, are also suitable a soft epoxy, foamed thermoplastics, such as wise polyethylene, or other suitable foams, such as especially nanofoams.
Als Füllstoff besonders geeignet allein oder in Mischung ist ein Metallborid, wie FeB, TiB₂ oder ZrB₂, ein Metallcarbid, wie TiC oder VC, ein Metallnitrid, wie TiN, ein Metalloxid, wie RuO₂, SnO₂ oder TiOx (vorzugsweise Oxide des p-Typs), und/oder ein Metallsilicid, wie MoSi₂ oder WSi₂, und/oder ein Metall, wie insbesondere Mo, Ni und/oder W.Particularly suitable as filler alone or in a mixture is a metal boride, such as FeB, TiB₂ or ZrB₂, a metal carbide, such as TiC or VC, a metal nitride, such as TiN, a metal oxide such as RuO₂, SnO₂ or TiO x (preferably oxides of the p-type ), and / or a metal silicide, such as MoSi₂ or WSi₂, and / or a metal, such as in particular Mo, Ni and / or W.
Der Füllstoff kann mit Vorteil auch Teilchen von Kern-Schale- Struktur aufweisen. Die Schale besteht dann vorzugsweise aus Metallborid, wie FeB, TiB₂ oder ZrB₂, Metallcarbid, wie TiC oder VC, Metallnitrid, wie TiN, Metalloxid, wie RuO₂, SnO₂ oder TiOx, und/oder Metallsilicid, wie MoSi₂ oder WSi₂, und der Kern aus einem praktisch unlegierten Metall, wie Ni, W, Ti, Zr, Mo, Co oder Al, einer Legierung, wie Messing, oder einem Oxid, zum Beispiel auf der Basis von Ti oder V, wie insbesondere TiO, V₂O₃ oder VO.The filler can advantageously also have particles of a core-shell structure. The shell then preferably consists of metal boride, such as FeB, TiB₂ or ZrB₂, metal carbide, such as TiC or VC, metal nitride, such as TiN, metal oxide, such as RuO₂, SnO₂ or TiO x , and / or metal silicide, such as MoSi₂ or WSi₂, and the core from a practically unalloyed metal, such as Ni, W, Ti, Zr, Mo, Co or Al, an alloy, such as brass, or an oxide, for example based on Ti or V, such as in particular TiO, V₂O₃ or VO.
Die Füllstoffpartikel sollten größer 1 µm, vorzugsweise größer 10 µm sein, da dann relativ wenig Mikrokontakte im Strompfad durch den Widerstand liegen, und dementsprechend der spezifische Widerstand bei Nennstrombelastung gering gehalten werden kann. Teilchen größer 500 µm verringern die Elastizität der Polymermatrix.The filler particles should be larger than 1 µm, preferably be larger than 10 µm, because then relatively few micro contacts in the Current path through the resistor, and accordingly the specific resistance at nominal current load kept low can be. Particles larger than 500 µm reduce elasticity the polymer matrix.
Wird der Widerstand überwiegend auf Stauchung beansprucht, so sollte der Füllstoffanteil 10 bis 30, vorzugsweise 15 bis 25, Volumenprozent des Widerstandskörpers betragen.If the resistance is mainly used for compression, so the filler content should be 10 to 30, preferably 15 to 25, Volume percent of the resistance body.
Wird der Widerstand überwiegend auf Dehnung beansprucht, so sollte der Füllstoffanteil mehr als 30, vorzugsweise 35 bis 60, Volumenprozent des Widerstandskörpers betragen. If the resistance is mainly used for stretching, then should the proportion of filler be more than 30, preferably 35 to 60, Volume percent of the resistance body.
Neben dem elektrisch leitfähigen Füllstoff können zusätzlich weitere Füllstoffe im Widerstandskörper vorhanden sein. Weitere Füllstoffe sind beispielsweise ein Flammbildung verzögernder Füllstoff, ein Energie absorbierender und einen reversiblen Phasenübergang mit großem Wärmeausgleich ausführender Füll stoff, ein polymere Mikrokugeln zur Anpassung der mechanischen Eigenschaften der Polymermatrix aufweisender Füllstoff, ein Treibmittel aufweisenden Füllstoff zur Bildung selbstheilender, lokaler Schaumstoffstrukturen, ein mikrogekapselte Flüssig keiten enthaltenden Füllstoff, welche Flüssigkeiten bei lokaler Überhitzung der Polymermatrix freigesetzt werden und durch chemische Reaktion zu einer beständigen Unterdrückung der lokalen Überhitzung führen, ein Füllstoff mit Varistorverhal ten oder mit einem hohen Dielektrizitätskonstanten zur lokalen Steuerung des elektrischen Feldes und/oder ein Füllstoff mit PTC-Verhalten zur lokalen Stromkommutation. Zu bevorzugen sind insbesondere hohl ausgebildete Füllstoffteilchen, da hierdurch die Kompressibilität des Widerstandskörpers erhöht und dadurch eine besonders starke Änderung des spezifischen Widerstands des Materials des Widerstandskörpers erreicht wird.In addition to the electrically conductive filler can also additional fillers may be present in the resistance body. Further Fillers, for example, retard flame formation Filler, an energy absorbing and a reversible Filling phase transition with large heat compensation fabric, a polymeric microspheres to adjust the mechanical Properties of the filler having polymer matrix Bulking agent to form self-healing, local foam structures, a microencapsulated liquid filler containing liquids, which liquids at local Overheating the polymer matrix and released chemical reaction to a constant suppression of the cause local overheating, a filler with varistor behavior or with a high dielectric constant to the local Control of the electrical field and / or a filler with PTC behavior for local current commutation. To be preferred especially hollow filler particles because of this the compressibility of the resistance body increases and thereby a particularly strong change in the specific resistance of the Material of the resistance body is reached.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen die Fig. 1 bis 6 jeweils eine von sechs Vorrichtungen zum Begrenzen und/oder Schalten von Strom mit einem elastisch verformbaren Widerstand nach der Erfindung. Preferred exemplary embodiments of the invention and the further advantages achievable therewith are explained in more detail below with reference to drawings. Here, Figs. 1 to 6 show each one of six devices for limiting and / or switching of electric resistance with an elastically deformable according to the invention.
20 Volumenprozent pulverförmiges Titandiborid (TiB₂) mit Parti kelgrößen zwischen 100 und 200 µm und 80 Volumenprozent Sili con des Typs RTV-2 der Firma Rhone-Poulenc wurden vermischt und bei einem Unterdruck von 100 mbar mehrmals entgast. Die Mischung wurde zu einer Platte vergossen und während 24h bei Raumtemperatur zu einem Verbundwerkstoffkörper ausgehärtet. Zu Meßzwecken wurden runde, scheibenförmige Widerstandskörper aus dem Verbundwerkstoffkörper geschnitten und die Stirnflächen der Scheiben mit Elektroden versehen. Die Dicke der Scheiben lag im Millimeterbereich, die Querschnittsfläche der Scheiben lag im Quadratzentimeterbereich. Typische Werte waren ca. 3 mm für die Dicke und ca. 1 cm² für den Querschnitt.20 volume percent powdered titanium diboride (TiB₂) with parti Sizes between 100 and 200 µm and 80 volume percent sili con of the type RTV-2 from Rhone-Poulenc were mixed and degassed several times at a vacuum of 100 mbar. The Mixture was poured into a plate and added for 24h Cured room temperature to a composite body. To Round, disk-shaped resistance bodies were used for measurement purposes cut the composite body and the end faces of the Provide discs with electrodes. The thickness of the slices was Millimeter range, the cross-sectional area of the discs was in Square centimeter area. Typical values were approx. 3 mm for the Thickness and about 1 cm² for the cross section.
Der spezifische Widerstand der einzelnen Widerstandsproben war im unbelasteten Zustand größer 10¹⁰ Ω·cm. Durch einen axialen oder isostatischen Druck von ca. 2-3 MPa wurde der ohmsche Widerstand im Mittel der Proben auf 10⁴ Ω·cm reduziert. Ein Druck von ca. 10 MPa bewirkte eine Widerstandsreduktion auf 2-3 Ω·cm, wohingegen durch Drücke größer 10 MPa nurmehr eine geringfügige Reduktion des ohmschen Widerstands, beispielsweise auf ca. 1 Ω·cm bei 20 MPa und ca. 0,5 Ω·cm bei 40 MPa erreicht wurde.The specific resistance of the individual resistance samples was greater than 10¹⁰ Ω · cm when unloaded. By an axial or isostatic pressure of about 2-3 MPa was the ohmic Resistance on average of the samples reduced to 10⁴ Ω · cm. On Pressure of approx. 10 MPa reduced the resistance to 2-3 Ω · cm, whereas with pressures greater than 10 MPa only one slight reduction in ohmic resistance, for example to approx. 1 Ω · cm at 20 MPa and approx. 0.5 Ω · cm at 40 MPa has been.
43 Volumenprozent pulverförmiges Titandiborid (TiB₂) mit Partikelgrößen zwischen 100 und 200 µm und 57 Volumenprozent Silicon des Typs Powersil 350 Q der Fa. Wacker Chemie wurden in einer Knetvorrichtung bei ca. 60°C während ca. 6 min vermischt. Aus der resultierenden Knetmasse wurde in einer Heißpresse eine quaderförmige Platte mit den Abmessungen: 160mm×40mm× 3mm geformt. Poren wurden dadurch weitgehend entfernt, indem die vorgeformte Knetmasse bei Raumtemperatur während einiger Sekunden fünfmal einem Druck von 50 MPa unterworfen wurde. Der resultierende Verbundwerkstoffkörper wurde sodann während 20 min bei einer Temperatur von 180°C und einem Druck von 30 mbar gehärtet. Hierbei vernetzte sich das Silicon. Zu Meßzwecken wurden Zugstäbe mit einem schmalen, prismatischem Mittelteil aus dem Verbundwerkstoffkörper herausgearbeitet. Das Mittelteil hatte eine Breite von ca. 1 cm und eine Dicke von ca. 0,3 cm. Auf die breiten Flächen des Mittelteils wurden zwei Elektroden aufgebracht. Aus einer Spannungsmessung an zwei Punkten des Mittelteils (Abstand ca. 1 cm) konnte der spezifische Wider stand des im prismatischen Mittelteil befindlichen Materials ermittelt werden (Vierpunktmethode). Die einzelnen Zugstäbe wurden in eine Zugprüfmaschine eingespannt und der spezifische Widerstand des Materials des Mittelteils in Abhängigkeit von der angelegten Zugspannung ermittelt.43 volume percent powdered titanium diboride (TiB₂) with Particle sizes between 100 and 200 µm and 57 volume percent Powersil 350 Q silicone from Wacker Chemie was developed in a kneading device at about 60 ° C for about 6 minutes. The resulting plasticine was used in a hot press a rectangular plate with the dimensions: 160mm × 40mm × 3mm shaped. Pores were largely removed by the preformed plasticine at room temperature for some Was subjected to a pressure of 50 MPa five seconds. Of the resultant composite body was then during 20 min at a temperature of 180 ° C and a pressure of 30 mbar hardened. Here, the silicone crosslinked. For measurement purposes became tension rods with a narrow, prismatic middle section worked out of the composite body. The middle part had a width of approximately 1 cm and a thickness of approximately 0.3 cm. Two electrodes were placed on the wide surfaces of the middle part upset. From a voltage measurement at two points of the In the middle part (distance approx. 1 cm) the specific counter stood of the material in the prismatic middle section can be determined (four-point method). The individual tension rods were clamped in a tensile testing machine and the specific Resistance of the material of the middle part depending on the tension applied.
Der spezifische Widerstand der einzelnen Probekörper betrug im unbelasteten Zustand durchschnittlich ca. 10 Ω·cm. Zwischen einer Zugspannung von ca. 0,1 MPa und ca. 0,25 MPa erhöhte sich der spezifische Widerstand auf ca. 2000 Ω·cm. Oberhalb dieser Zugspannung erhöhte sich der spezifische Widerstand nur unwesentlich und lag bei 0,45 MPa nur wenig oberhalb 2000 Ω·cm.The specific resistance of the individual test specimens was unloaded state on average approx. 10 Ω · cm. Between a tensile stress of approximately 0.1 MPa and approximately 0.25 MPa increased the specific resistance to approx. 2000 Ω · cm. Above this Tensile stress only increased the specific resistance insignificant and was only slightly above 2000 Ω · cm at 0.45 MPa.
Bei den in den Fig. 1 bis 6 angegebenen Vorrichtungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auch auf gleichwirkende Teile. Ein elastisch verformbarer Widerstand 1 nach der Erfindung weist zwei auf einander gegenüberliegenden Stirnflä chen angebrachte, nicht dargestellte Kontaktanschlüsse auf. Der an der oberen bzw. an der unteren Stirnfläche angebrachte Kontaktanschluß ist in elektrisch leitender Weise mit einem kraftübertragenden Stromleiter 2 bzw. 3 mechanisch gekoppelt.In the devices indicated in FIGS. 1 to 6, the same reference numerals also refer to parts having the same effect. An elastically deformable resistor 1 according to the invention has two contact surfaces, not shown, which are arranged on opposite end faces. The contact connection provided on the upper or on the lower end face is mechanically coupled in an electrically conductive manner to a force-transmitting current conductor 2 or 3 .
Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 3 sind die Stromleiter 2 bzw. 3 jeweils fest mit den Kontaktanschlüssen des Widerstandes 1 verbunden. Die Stromleiter 2, 3 sind Teil von Mitteln 4 zum elastischen Verformen des Körpers 5 des Widerstands 1. Diese Verformungsmittel 4 können die Lage der beiden Stromleiter 2 und 3 relativ zueinander verändern, wodurch der Widerstandskörper 5 etwa durch Dehnen, Stauchen, Biegen, Scheren und/oder Tordieren elastisch verformt wird. Die Verformungsmittel 4 sprechen auf ein Auslösesignal 6 an, welches von außen durch einen Bediener zugeführt oder aber auch durch den zu begrenzenden oder zu schaltenden Strom, etwa bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes, gebildet werden kann.In the embodiments according to FIGS. 1 to 3, the current conductors 2 and 3 are each firmly connected to the contact connections of the resistor 1 . The current conductors 2 , 3 are part of means 4 for elastically deforming the body 5 of the resistor 1 . These deformation means 4 can change the position of the two current conductors 2 and 3 relative to one another, as a result of which the resistance body 5 is elastically deformed, for example by stretching, compressing, bending, shearing and / or twisting. The deformation means 4 respond to a trigger signal 6 which can be supplied from the outside by an operator or can also be formed by the current to be limited or switched, for example when a predetermined limit value is exceeded.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 ist wie folgt: Im Betriebszustand weist das Material des Widerstand 1 einen geringen spezifischen Widerstand auf. Der Widerstand führt einen Nennstrom I. Ein Material mit geringem spezifischem Widerstand liegt im allgemeinen schon bei einem unverformten Widerstandskörper 5 vor. Durch axiale oder isostatische elastische Kompression des Widerstandskörpers 5, etwa durch Stauchen, kann der spezifische Widerstand des Materials des Widerstands 1 zusätzlich verringert werden. Ein derart elastisch vorverformter Widerstand 1 zeichnet sich durch eine besonders große Nennstromtragfähigkeit aus.The operation of the device according to FIG. 1 is as follows: In the operating state, the material of the resistor 1 has a low specific resistance. The resistor carries a nominal current I. A material with a low specific resistance is generally already present with an undeformed resistor body 5 . The specific resistance of the material of the resistor 1 can be additionally reduced by axial or isostatic elastic compression of the resistance body 5 , for example by compression. Such an elastically pre-deformed resistor 1 is characterized by a particularly large rated current carrying capacity.
Überschreitet der durch den Widerstand 1 fließende Strom einen vorgegebenen Grenzwert, so wird das Auslösesignal 6 gebildet. Alternativ kann das Auslösesignal auch von einem Bediener der Vorrichtung, beispielsweise einem Ablaufprogramm oder von Hand, gebildet werden. Die Verformungsmittel 4 bewirken dann eine rasche elastische Verformung des Widerstandskörpers 5, welche den ohmschen Widerstand des Widerstands 1 drastisch erhöht. If the current flowing through the resistor 1 exceeds a predetermined limit value, the trigger signal 6 is generated. Alternatively, the trigger signal can also be generated by an operator of the device, for example a sequence program or by hand. The deformation means 4 then bring about a rapid elastic deformation of the resistance body 5 , which drastically increases the ohmic resistance of the resistance 1 .
Diese elastische Verformung kann die Rückführung des vorver formten Widerstandskörpers 5 in den unverformten Zustand sein, kann aber auch eine Verformung des unverformten Widerstands körpers 5 umfassen, wie etwa eine elastische Dehnung oder Torsion. Eine besonders große Änderung des spezifischen Widerstands des Widerstandsmaterials wird dann erreicht, wenn der vorverformte, insbesondere gestauchte, Widerstandskörper 5 durch Zug, Verdrehung oder Biegung, in einen elastisch verform ten, insbesondere gedehnten, tordierten, gescherten und/oder gebogenen, Zustand mit geringer elektrischer Leitfähigkeit überführt wird. Die drastische Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit des Widerstands 1 bewirkt eine Begrenzung und gegebenenfalls sogar bin Unterbrechen des Stroms.This elastic deformation may be the return of the preformed resistance body 5 to the undeformed state, but may also include a deformation of the undeformed resistance body 5 , such as an elastic expansion or torsion. A particularly large change in the specific resistance of the resistance material is achieved when the pre-deformed, in particular compressed, resistance body 5 by pulling, twisting or bending into an elastically deformed, in particular stretched, twisted, sheared and / or bent, state with low electrical Conductivity is transferred. The drastic reduction in the electrical conductivity of the resistor 1 causes a limitation and possibly even an interruption of the current.
Besonders große Nennströme können in der gemäß Fig. 2 ausgebildeten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung geführt werden. Bei dieser Vorrichtung sind drei zueinander elektrisch parallel geschaltete Widerstände 1 gemäß Fig. 1 vorgesehen. Die Widerstandskörper 5 dieser Widerstände l werden beim Auftreten des Auslösesignals 6 durch die beispiels weise ein starres Kraftübertragungselement 7 aufweisenden Verformungsmittel 4 gleichzeitig elastisch verformt und bewirken dadurch die Begrenzung oder Abschaltung des Stroms I.Particularly large nominal currents can be carried out in the embodiment of the device according to the invention designed according to FIG. 2. In this device, three resistors 1 electrically connected in parallel to one another are provided according to FIG. 1. The resistance body 5 of these resistors 1 are simultaneously deformed elastically when the trigger signal 6 occurs by the example of a rigid force transmission element 7 having deformation means 4 and thereby cause the limitation or shutdown of the current I.
Nennströme mit hohen Spannungen können in der gemäß Fig. 3 ausgebildeten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung geführt werden. Bei dieser Vorrichtung sind drei elektrisch in Reihe geschaltete Widerstände 1 gemäß Fig. 1 vorgesehen. Die Verbindungsleiter zwischen zwei benachbarten Widerständen 1 weisen jeweils einen den Stromleiter 2 und einen den Stromleiter 3 bildenden Abschnitt auf. Die Widerstandskör per 5 dieser Widerstände 1 werden beim Auftreten des Auslöse signals 6 durch Verformungsmittel 4 gleichzeitig elastisch verformt und bewirken dadurch die Begrenzung oder Abschaltung des Stroms I. Durch eine Beschaltung mit parallel zu den Widerständen 1 angeordneten spannungsbegrenzenden Elementen, wie Varistoren, kann bei dieser Vorrichtung eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung wesentlich unterstützt werden.Rated currents with high voltages can be carried out in the embodiment of the device according to the invention designed according to FIG. 3. In this device, three electrically connected resistors 1 according to FIG. 1 are provided. The connecting lines between two adjacent resistors 1 each have a power conductor 2 and the conductor 3 forming portion. The resistive bodies per 5 of these resistors 1 are elastically deformed at the same time as the trigger signal 6 is caused by the deforming means 4 and thereby limit or switch off the current I. By wiring with voltage-limiting elements, such as varistors, arranged in parallel with the resistors 1 , this can Device a uniform distribution of the voltage are significantly supported.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die beiden Strom leiter 2, 3 jeweils als Druckplatte ausgebildet. Die mit dem unteren Kontaktanschluß des elastisch verformbaren Widerstands 1 kraftschlüssig gekoppelte Druckplatte (Stromleiter 3) ist feststehend gelagert, während die auf den oberen Kontaktan schluß wirkende Druckplatte (Stromleiter 2) mit der Druck kraft eines drehbar gelagerten elektrischen Leiter 8 beauf schlagt ist. Der Leiter 8 ist mittels einer auslösbaren Verriegelungsvorrichtung 9 festgehalten. Auf den Auslöse mechanismus der Verriegelungsvorrichtung 9 wirkt ein die Größe des durch den elastisch verformbaren Widerstand fließenden Stroms I erfassender Sensor 10, kann aber auch direkt, etwa über eine Steuerung oder manuell eingewirkt werden.In the embodiment of FIG. 4 are the two current conductors 2, 3 each formed as a printing plate. The with the lower contact terminal of the elastically deformable resistor 1 non-positively coupled pressure plate (conductor 3 ) is fixed, while the circuit acting on the upper Kontaktan pressure plate (conductor 2 ) with the pressure force of a rotatably mounted electrical conductor 8 is struck. The conductor 8 is held by means of a releasable locking device 9 . On the trigger mechanism of the locking device 9 acts on the size of the current flowing through the elastically deformable resistor I sensing sensor 10 , but can also be acted directly, for example via a controller or manually.
Im dargestellten Betriebszustand der Vorrichtung ist der Leiter 8 gegen die obere Druckplatte gepreßt. Der Widerstand 1 wird durch die von den Druckplatten übertragenen Druckkräfte in axialer Richtung gestaucht. Die Verriegelungsvorrichtung 9 ist eingerastet und hält den Leiter 8 fest. Das durch Stauchen elastisch verformte Material des Widerstand 1 weist einen geringen spezifischen Widerstand auf und führt einen vom Sensor 10 überwachten Strom I. Sobald der Strom I einen vorgebenen Wert überschreitet, gibt der Sensor 10 ein Auslösesignal an die Verriegelungsvorrichtung 9 ab. Die Verriegelungsvorrichtung 9 wird geöffnet und der Leiter 8 in Pfeilrichtung nach oben weggedreht. Hierbei vergrößert sich der Abstand der beiden Kontaktanschlüsse des in axialer Richtung elastisch gestauchten Widerstands 1. Schlagartig vergrößert sich gleichzeitig der spezifische Widerstand des Widerstandskörpers 5 und damit auch der ohmsche Widerstand des nunmehr druckentlasteten Widerstands 1. Der Strom I wird durch diese Widerstandsänderung lichtbogen frei begrenzt. Der Leiter 8 hebt anschließend von der oberen Druckplatte ab, wodurch der begrenzte Strom I unterbrochen und eine galvanische Trennstrecke im Strompfad gebildet wird.In the illustrated operating state of the device, the conductor 8 is pressed against the upper pressure plate. The resistance 1 is compressed in the axial direction by the pressure forces transmitted by the pressure plates. The locking device 9 is engaged and holds the conductor 8 firmly. The material of the resistor 1 , which is elastically deformed by upsetting, has a low specific resistance and carries a current I monitored by the sensor 10. As soon as the current I exceeds a predetermined value, the sensor 10 emits a trigger signal to the locking device 9 . The locking device 9 is opened and the conductor 8 is turned away in the direction of the arrow upwards. The distance between the two contact connections of the resistor 1 elastically compressed in the axial direction increases. Suddenly, the specific resistance of the resistance body 5 and thus also the ohmic resistance of the now pressure-relieved resistor 1 increases . The current I is arcing freely limited by this change in resistance. The conductor 8 then lifts off the upper pressure plate, as a result of which the limited current I is interrupted and a galvanic isolating path is formed in the current path.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 5 weist der elastisch verform bare Widerstand 1 im unbelasteten Zustand einen geringen ohm schen Widerstand auf. Wird der Widerstand durch Zugspannung axial oder isostatisch gedehnt, so vergrößern sich der spezifische Widerstand seines Widerstandskörpers 5 und damit auch sein ohmscher Widerstand um mehrere Größenordnungen. Die beiden Stromleiter 2, 3 sind jeweils als starre Stromschiene ausgebildet. Die den Stromleiter 2 entsprechende obere Strom schiene ist feststehend angeordnet und ist mit dem an der oberen Stirnfläche des elastisch verformbaren Widerstands 1 vorgesehenen Kontaktanschluß fest und elektrisch leitend verbunden. Die dem Stromleiter 3 entsprechende untere Strom schiene ist beweglich angeordnet und ist mit dem an der unteren Stirnfläche des elastisch verformbaren Widerstands 1 vorgesehe nen Kontaktanschluß fest und elektrisch leitend verbunden. Die obere Stromschiene (Stromleiter 2) weist einen Abschnitt 11 auf, welcher parallel zu einem Abschnitt 12 der unteren Strom schiene (Stromleiter 3) angeordnet ist und welcher im Betriebs zustand der Vorrichtung dem Abschnitt 12 der unteren Strom schiene benachbart ist und gegensinnig zu diesem Abschnitt vom zu begrenzenden und/oder abzuschaltenden Strom I durchflossen ist. Die Vorrichtung enthält ferner einen von der oberen Stromschiene gespeisten feststehenden Kontakt 13 sowie einen die untere Stromschiene gleitend kontaktierenden, beweglichen Kontakt 14, welcher über einen flexiblen Stromleiter 15 mit einem feststehenden Stromanschluß 16 verbunden ist. Zusätzlich kann eine Druckfeder 17 vorgesehen sein, welche das untere Ende des Widerstands 1 mit Druckkraft beaufschlagt und dadurch ein Kompression des Widerstandskörper 5 hervorruft. In the apparatus of Fig. 5 of the elastic warp bare resistor 1 in the unloaded state has a low ohm resistor rule. If the resistance is stretched axially or isostatically by tensile stress, the specific resistance of its resistance body 5 and thus also its ohmic resistance increase by several orders of magnitude. The two current conductors 2 , 3 are each designed as a rigid conductor rail. The current conductor 2 corresponding upper current rail is arranged fixed and is firmly and electrically connected to the contact terminal provided on the upper end face of the elastically deformable resistor 1 . The current conductor 3 corresponding lower current rail is arranged movably and is firmly and electrically conductively connected to the contact terminal provided on the lower end face of the elastically deformable resistor 1 . The upper conductor rail (conductor 2 ) has a section 11 which is arranged parallel to a section 12 of the lower conductor rail (conductor 3 ) and which, in the operating state of the device, is adjacent to the section 12 of the lower conductor rail and in the opposite direction to this section of the current I to be limited and / or to be switched off. The device also includes a fixed contact 13 fed by the upper busbar and a movable contact 14 slidingly contacting the lower busbar, which is connected to a fixed power connection 16 via a flexible current conductor 15 . In addition, a compression spring 17 can be provided, which acts on the lower end of the resistor 1 with compressive force and thereby causes a compression of the resistance body 5 .
Im Betriebszustand der Vorrichtung ist der bewegliche Kontakt 14 in den hohl ausgebildeten, feststehenden Kontakt 13 einge fahren (in Fig. 5 gestrichelt dargestellt) und sind die beiden Abschnitte 11, 12 der beiden Stromschienen eng zueinander benachbart. Der Strom I fließt nun von links nach rechts durch den Abschnitt 11 der oberen Stromschiene, den feststehenden Kontakt 13, den beweglichen Kontakt 14 und den flexiblen Strom leiter 15 zum Stromanschluß 16. Ein Teil des Stroms wird zugleich durch den elastisch verformbaren Widerstand 1, die untere Stromschiene und den Kontakt 14 zum Stromanschluß 16 geführt. Der die geschlossenen Kontakte 13 und 14 enthaltende Strompfad weist einen geringeren ohmschen Widerstand auf als der den elastisch verformbaren Widerstand 1 enthaltende Strompfad. Daher kann diese Vorrichtung besonders große Nennströme führen.In the operating state of the device, the movable contact 14 is inserted into the hollow, fixed contact 13 (shown in dashed lines in FIG. 5) and the two sections 11 , 12 of the two busbars are closely adjacent to one another. The current I now flows from left to right through the section 11 of the upper busbar, the fixed contact 13 , the movable contact 14 and the flexible conductor 15 to the power connector 16th A portion of the current is also passed through the elastically deformable resistor 1 , the lower busbar and the contact 14 to the power connection 16 . The current path containing the closed contacts 13 and 14 has a lower ohmic resistance than the current path containing the elastically deformable resistor 1 . This device can therefore carry particularly large nominal currents.
Sobald der Strom I einen vorgegebenen Wert überschreitet oder sobald von einem Bediener ein Auslösesignal abgegeben wird, wird der bewegliche Kontakt 13 durch einen nicht dargestellten Antrieb solange nach unten geführt bis sich beide Kontakte 13, 14 trennen und der Strom I nun vollständig in den den elastisch verformbaren Widerstand 1 enthaltenden Strompfad kommutiert (Fig. 5). Während des Kommutierens des Stroms sind die beiden parallel zueinander angeordneten Abschnitte 11, 12 der Strom schienen eng benachbart und gegensinnig vom Strom I durch flossen (in Fig. 5 dargestellt). Die nach dem Kommutieren gegen sinnig von einem starken Strom I durchflossenen Abschnitte 11 und 12 stoßen sich aufgrund elektromagnetischer Kräfte stark ab. Hierdurch wird die bewegliche untere Stromschiene nach unten geführt und der Widerstand 1 zugleich gedehnt. Der spezifische und damit auch der ohmsche Widerstand des Wider stands 1 werden hierdurch sehr rasch vergrößert und der abzuschaltende Strom I lichtbogenfrei begrenzt, gegebenenfalls auch lichtbogenfrei abgeschaltet. Durch Ausfahren des bewegli chen Kontakts 13 aus dem feststehenden Kontakt 14 kann im unterbrochenen Strompfad eine in Gas gelegene Trennstrecke gebildet werden, oder kann ein im Strompfad verbleibender geringer Reststrom unterbrochen werden.As soon as the current I exceeds a predetermined value or as soon as a trigger signal is issued by an operator, the movable contact 13 is guided downwards by a drive (not shown) until both contacts 13 , 14 separate and the current I is now completely elastic deformable resistor 1 commutating current path ( Fig. 5). During the commutation of the current, the two sections 11 , 12 of the current arranged parallel to one another are closely adjacent and flow in opposite directions from the current I (shown in FIG. 5). The sections 11 and 12 , through which a strong current I sensibly flows, after commutation, strongly repel each other due to electromagnetic forces. As a result, the movable lower busbar is guided downwards and the resistor 1 is stretched at the same time. The specific and thus also the ohmic resistance of the resistance 1 are hereby increased very rapidly and the current I to be switched off is limited without arcing, and possibly also switched off without arcing. By moving the movable contact 13 out of the fixed contact 14 , a gas separation section can be formed in the interrupted current path, or a small residual current remaining in the current path can be interrupted.
Durch die zusätzlich vorgesehene Druckfeder 17 wird erreicht, daß der spezifische Widerstand des Widerstands 1 im Betriebs zustand besonders niedrig ist. Durch geeignete Bemessung der Länge und des Abstandes der beiden Stromschienenabschnitte 11, 12 wird eine das Auseinanderführen dieser Abschnitte gegen die Kraft der Druckfeder 17 ermöglichende, ausreichend hohe elektromagnetische Kraft erreicht. Bei dieser Vorrichtung ist die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Widerstandes 1 äußerst groß. Zugleich weist diese Vorrichtung im Betriebs zustand eine besonders gute Nennstromtragfähigkeit auf.The additionally provided compression spring 17 ensures that the specific resistance of the resistor 1 in the operating state is particularly low. By suitably dimensioning the length and the distance between the two busbar sections 11 , 12 , a sufficiently high electromagnetic force that enables these sections to be brought apart against the force of the compression spring 17 is achieved. In this device, the change in the electrical conductivity of the resistor 1 is extremely large. At the same time, this device has a particularly good nominal current carrying capacity in the operating state.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 weist im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 5 der bewegliche untere Stromleiter 3 keinen dem oberen Stromleiter 2 eng benachbarten Abschnitt auf, sondern wird der Stromleiter 3 im Betriebszustand durch eine vorgespannte und oberhalb eines vorgegebenen Stromwertes entlastbare Zugfeder 18 mit Zugkraft beaufschlagt. Die Zugkraft wird im Betriebszustand der Vorrichtung durch die Verriege lungsvorrichtung 9 aufgenommen. Der Widerstand 1 kann kräfte frei zwischen den beiden Stromleitern 2 und 3 angeordnet sein und weist in diesem Zustand einen relativ geringen ohmschen Widerstand auf. Eine zusätzliche Verringerung des ohmschen Widerstandes kann dadurch erreicht werden, daß im Betriebs zustand der Widerstandskörper 5 unter Druck gesetzt wird. Die vom Widerstand 1 abgegebene Druckkraft wird dann von der Verriegelungsvorrichtung 9 kompensiert.In contrast to the embodiment according to FIG. 5, the movable lower current conductor 3 in the device according to FIG. 6 does not have a section closely adjacent to the upper current conductor 2 , but instead the current conductor 3 is in the operating state by a tension spring 18 which can be relieved above a predetermined current value Tensile force applied. The tensile force is recorded in the operating state of the device by the locking device 9 . The resistor 1 can be freely arranged between the two current conductors 2 and 3 and has a relatively low ohmic resistance in this state. An additional reduction in the ohmic resistance can be achieved in that the resistance body 5 is put under pressure in the operating state. The pressure force emitted by the resistor 1 is then compensated for by the locking device 9 .
Oberhalb eines vorgegebenen Werts des von der Vorrichtung geführten Stroms werden entsprechend der Vorrichtung gemäß Fig. 5 die Kontakte 13 und 14 voneinander getrennt und der Strom I in den den elastisch verformbaren Widerstand 1 enthaltenden Strompfad kommutiert. Der Sensor 10 gibt nun an die Auslöse vorrichtung der Verriegelungsvorrichtung 9 ein Auslösesignal ab, welches ein Öffnen der Verriegelungsvorrichtung 9 und damit ein Entspannen der Feder 18 und eine Dehnung des sich elastisch verformenden Widerstands 1 ermöglicht. Der gedehnte Widerstand 1 weist nun einen hohen ohmschen Widerstand auf und begrenzt den Strom I schlagartig. Durch Übergang des Widerstands 1 aus dem durch Druck elastisch vorverformten Zustand in den durch Dehnung elastisch verformten Zustand wird eine besonders große Änderung der elektrischen Leitfähigkeit und damit eine besonders wirkungsvolle Strombegrenzung erreicht.Above a predetermined value of the run from the device current of the device, the contacts according to FIG. 5 13 and 14 separated from each other and the current I is commutated in the elastically deformable resistor 1 containing current path. The sensor 10 now emits a trigger signal to the triggering device of the locking device 9 , which enables the locking device 9 to be opened and thus the spring 18 to relax and the elastic deformation of the resistance 1 to expand. The stretched resistor 1 now has a high ohmic resistance and suddenly limits the current I. A particularly large change in the electrical conductivity and thus a particularly effective current limitation is achieved by the transition of the resistor 1 from the state which is pre-deformed elastically by pressure to the state which is elastically deformed by expansion.
BezugszeichenlisteReference list
1 elastisch verformbarer Widerstand
2, 3 Stromleiter
4 Verformungsmittel
5 Widerstandskörper
6 Auslösesignal
7 Kraftübertragungselement
9 Verriegelungsvorrichtung
10 Sensor
11, 12 Abschnitte
13, 14 Kontakte
15 flexibler Stromleiter
16 Stromanschluß
17 Druckfeder
18 Zugfeder. 1 elastically deformable resistor
2 , 3 conductors
4 deforming agents
5 resistance bodies
6 trigger signal
7 power transmission element
9 locking device
10 sensor
11 , 12 sections
13 , 14 contacts
15 flexible conductor
16 power connection
17 compression spring
18 tension spring.
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995110100 DE19510100A1 (en) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Elastically deformable resistor esp. for limiting or switching current |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995110100 DE19510100A1 (en) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Elastically deformable resistor esp. for limiting or switching current |
Publications (1)
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| DE19510100A1 true DE19510100A1 (en) | 1996-09-26 |
Family
ID=7757191
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995110100 Withdrawn DE19510100A1 (en) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Elastically deformable resistor esp. for limiting or switching current |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998033193A1 (en) * | 1997-01-25 | 1998-07-30 | Peratech Ltd | Polymer composition |
| US6495069B1 (en) | 1998-01-30 | 2002-12-17 | Peratech Limited Of A Company Of Great Britain And Northern Ireland | Polymer composition |
| DE102004059097A1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-08 | Siemens Ag | Switching device with temperature-dependent resistor for extinguishing an arc |
| WO2006087372A1 (en) | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Switching resistor for an electric switching device |
| RU2338283C1 (en) * | 2007-10-23 | 2008-11-10 | Оао "Нпо "Эркон" | Material for production of thin-film resistors |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1922092U (en) * | 1961-10-31 | 1965-08-26 | Westinghouse Electric Corp | DEVICE FOR CONTROLLING THE CONDUCTIVITY OF ELECTRICAL CIRCUITS. |
| US4028276A (en) * | 1973-10-31 | 1977-06-07 | E. I. Du Pont De Nemours & Company | Pressure-sensitive elastic resistor compositions |
| DE2716742A1 (en) * | 1976-04-14 | 1977-10-20 | Japan Synthetic Rubber Co Ltd | HIGH SENSITIVITY PRESSURE SENSITIVE RESISTOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURING |
| DE2750024A1 (en) * | 1977-11-09 | 1979-05-10 | Heinz Prof Dr Mitbauer | Electromechanical component with variable resistance - has harmonica like folded strip of conducting, high resistivity material |
| DE3023621A1 (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-29 | Shinetsu Polymer Co | ELASTOMER BODY WITH PRESSURE-DEPENDENT ELECTRICAL CONDUCTIVITY |
| DE2439066C2 (en) * | 1974-08-14 | 1982-06-03 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Device for limiting currents |
| DE4037126C2 (en) * | 1990-11-22 | 1993-12-02 | Kloeckner Moeller Gmbh | Device for interrupting currents |
-
1995
- 1995-03-20 DE DE1995110100 patent/DE19510100A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1922092U (en) * | 1961-10-31 | 1965-08-26 | Westinghouse Electric Corp | DEVICE FOR CONTROLLING THE CONDUCTIVITY OF ELECTRICAL CIRCUITS. |
| US4028276A (en) * | 1973-10-31 | 1977-06-07 | E. I. Du Pont De Nemours & Company | Pressure-sensitive elastic resistor compositions |
| DE2439066C2 (en) * | 1974-08-14 | 1982-06-03 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Device for limiting currents |
| DE2716742A1 (en) * | 1976-04-14 | 1977-10-20 | Japan Synthetic Rubber Co Ltd | HIGH SENSITIVITY PRESSURE SENSITIVE RESISTOR AND METHOD OF ITS MANUFACTURING |
| DE2750024A1 (en) * | 1977-11-09 | 1979-05-10 | Heinz Prof Dr Mitbauer | Electromechanical component with variable resistance - has harmonica like folded strip of conducting, high resistivity material |
| DE3023621A1 (en) * | 1979-06-28 | 1981-01-29 | Shinetsu Polymer Co | ELASTOMER BODY WITH PRESSURE-DEPENDENT ELECTRICAL CONDUCTIVITY |
| DE4037126C2 (en) * | 1990-11-22 | 1993-12-02 | Kloeckner Moeller Gmbh | Device for interrupting currents |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CARMONA,F., et.al.: Piezoresistivity of heterogeneous solids. In: J.Appl.Phys.61, (7), 1. April 1987, S.2550-2557 * |
| PRAMANIK,P.K., et.al.: Effect of extensional strain on the resistivity of electrically conductive nitrile-rubber composites filled with carbon filler. In: Journal Of Materials Science 28, 1993, S.3539-3546 * |
| YOSHIKAWA,Shoko, et.al.: Piezoresistivity in Polymer-Ceramic Composites. In: J.Am.Ceram. Soc., 73, (2), 1990, S.263-267 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998033193A1 (en) * | 1997-01-25 | 1998-07-30 | Peratech Ltd | Polymer composition |
| US6495069B1 (en) | 1998-01-30 | 2002-12-17 | Peratech Limited Of A Company Of Great Britain And Northern Ireland | Polymer composition |
| DE102004059097A1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-08 | Siemens Ag | Switching device with temperature-dependent resistor for extinguishing an arc |
| WO2006087372A1 (en) | 2005-02-17 | 2006-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Switching resistor for an electric switching device |
| US7804392B2 (en) | 2005-02-17 | 2010-09-28 | Siemens Ag | Switching resistor for an electric switching device |
| RU2338283C1 (en) * | 2007-10-23 | 2008-11-10 | Оао "Нпо "Эркон" | Material for production of thin-film resistors |
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