DE19842125A1 - Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger Polymere - Google Patents
Kontaktanordnung elektrisch leitfähiger PolymereInfo
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Abstract
Eine Kontaktanordnung für elektrisch leitfähige Polymere mit PTC-Effekt zur Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten, bestehend aus einem plattenförmigen Polymer und zwei das Polymer sandwichartig kontaktierenden metallischen Kontaktelektroden soll derart verbessert werden, daß geringe Kontaktübergangswiderstände realisiert werden können und diese über das gesamte Arbeitstemperaturintervall erhalten werden können. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen den Kontaktelektroden und dem elektrisch leitfähigem Polymer eine Zwischenschicht aus einem leitfähigen Elastomerwerkstoff angebracht wird.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannt ist es, derartige Kontakte mit speziellen Kontaktwerkstoffen, z. B.
oberflächenbehandelten Kupferlegierungen, zu verwenden. Diese zeichnen sich
durch einen insgesamt hohen Elastizitätsmodul aus. Die Kontaktelektroden werden
hierbei unter hohem Druck aufeinandergepreßt. Diese Vorgehensweise führt dazu,
daß sich der Kontaktwiderstand abhängig von verschiedenen Einflußgrößen wie
Zeit, Anpreßkraft, Temperatur, Elastizitätsmoduln der Werkstoffpaarung u. ä.
verändert. Ferner kann es durch elektrodynamische Kräfte zum Abheben der
Elektroden vom Polymeren kommen. Dadurch können Lichtbögen entstehen,
welche zur Zerstörung des Polymers führen.
Bei bisherigen Lösungen treten zwei Problemschwerpunkte auf: Die tatsächliche
Kontaktfläche zwischen dem metallischen Kontaktstück und dem polymeren
Kontaktstück beträgt infolge von Oberflächenunebenheiten und Fremdschichten nur
wenige Prozent der geometrischen Kontaktfläche. Da der Kontaktwiderstand relativ
hoch ist, wird sich daraus resultierend eine hohe Stromdichte mit starker lokaler
Wärmeentwicklung einstellen.
Problematisch ist ferner der Umstand, daß sich die thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Kunststoff um eine Größenordnung
unterscheiden. Da zum Auftreten von nutzbaren PTC-Effekten
Temperaturunterschiede bis mehrere hundert Kelvin zwischen der Arbeitstemperatur
und der PTC-Temperatur erzeugt werden müssen, werden thermisch induzierte
Relativbewegungen in Größenordnungen von mehreren Millimetern auftreten. Diese
Unterschiede in der Längenausdehnung führen zur weiteren Reduzierung der
geometrischen Kontaktfläche und daraus resultierend zu einer Erhöhung des
Kontaktwiderstandes. Diese Erhöhung ist besonders in der Abkühlphase nach
einem Schaltvorgang infolge des PTC-Effektes unerwünscht.
Ferner können elektrodynamische Kräfte zum Abheben der Elektroden führen, was
zum Auftreten von Lichtbögen und damit zur Zerstörung des Polymers führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Verbindung zwischen
metallischen und polymeren Bestandteilen eines Stromkreises derart zu verbessern,
daß geringe Kontaktübergangswiderstände realisiert werden können und diese über
das gesamte Arbeitstemperaturintervall aufrecht erhalten werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst, während in den Unteransprüchen besonders vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet sind.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, sollen die
Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere
Vorteile näher beschrieben und erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung und
Fig. 2 eine Darstellung des Standes der Technik.
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Glaskörperanordnung bei niedrigen
Temperaturen und
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Glaskörperanordnung bei hohen
Temperaturen.
Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Kontaktanordnung für elektrisch leitfähiger
Polymere mit PTC-Effekt zur Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten.
Diese Schaltgeräte begrenzen den Kurzschlußstrom durch Erhöhung ihres
Widerstandes.
Die Kontaktanordnung besteht aus einem plattenförmigen Polymer 1 und zwei das
Polymer sandwichartig kontaktierenden Elektroden 2 aus leitfähigen
Elastomerwerkstoff.
Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, passt sich das weiche Elastomerwerkstoff 2 der
Unebenheit des Polymers 1 an.
Elektrisch leitfähige Elastomere werden bereits zu Dichtungszwecken und zur
Abschirmung elektromagnetischer Wellen beispielsweise in Handys eingesetzt.
Verbessert wird das Leitverhalten, wenn der Elastomerwerkstoff durch Einarbeitung
von metallisierten Glaskörpern 3 und einem weiteren elektrisch leitfähigem Additiv 4
leitfähig ausgerüstet ist, wobei die Partikeldurchmesser des Additivs 4 kleiner als
der Durchmesser der Glaskörper 3 sind, wie in Fig. 3 zu sehen ist.
Das Additiv 4 ist vorgesehen, um Lichtbögen innerhalb des Elastomerwerkstoff 1 zu
vermeiden. Das Additiv 4 besteht aus Ruß oder Graphit.
Durch höhe Ströme erwärmt sich der Elastomerwerkstoff, wobei sich der Abstand der
leitfähigen Glaskörper 3 vergrößert. Die Rußpartikel (Additiv 4) füllen die
Zwischenräume, so daß keine Lichtbögen entstehen können, wie Fig. 4 zeigt.
Die erfindungsgemäße Ausführung besteht darin, anstelle von starren Elektroden
insgesamt elastische Elektrodenpaarungen zu verwenden. Dies kann erreicht
werden durch die konstruktive Gestaltung und/oder durch die Wahl der
mechanischen u./o. chemischen Eigenschaften des keinen PTC-Effekt
aufweisenden Kontaktwerkstoffs oder durch Kombination der beiden
Vorgehensweisen.
Claims (7)
1. Kontaktanordnung für elektrisch leitfähige Polymere mit PTC-Effekt zur
Verwendung in elektrischen Schalt- und Schutzgeräten, bestehend aus einem
plattenförmigen Polymer und zwei das Polymer sandwichartig kontaktierenden
metallischen Kontaktelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Kontaktelektroden und dem elektrisch leitfähigem Polymer (1) eine
Zwischenschicht aus einem leitfähigem Elastomerwerkstoff angebracht wird.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elastomerwerkstoff durch Einarbeitung von metallisierten Glaskörpern (3) und
einem weiteren elektrisch leitfähigem Additiv (4) leitfähig ausgerüstet ist,
wobei die Partikeldurchmesser des Additivs kleiner als der Durchmesser der
Glaskörper sind.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Additiv (4) aus Ruß oder Graphit besteht.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das der Durchmesser der Glaskörper 20 bis 50 µm beträgt.
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das der Durchmesser der Ruß- oder Graphitpartikeln kleiner 800 nm beträgt.
6. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mengenanteil der Glaskörper 40 bis 90 Masse-% beträgt.
7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mengenanteil der Ruß- oder Graphitpartikeln 10 bis 30 Masse-% beträgt.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=7880975
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19842125A1 (de) |
Cited By (1)
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| DE10019795A1 (de) * | 2000-04-20 | 2001-10-31 | Eaton Corp | Lenkstockschalter |
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- 1998-09-15 DE DE1998142125 patent/DE19842125A1/de not_active Withdrawn
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