DE8003393U1 - Nicht-lineares widerstandselement - Google Patents
Nicht-lineares widerstandselementInfo
- Publication number
- DE8003393U1 DE8003393U1 DE19808003393 DE8003393U DE8003393U1 DE 8003393 U1 DE8003393 U1 DE 8003393U1 DE 19808003393 DE19808003393 DE 19808003393 DE 8003393 U DE8003393 U DE 8003393U DE 8003393 U1 DE8003393 U1 DE 8003393U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrode
- resistance element
- element according
- solder
- sintered 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
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 26
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 26
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 13
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 13
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 12
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 26
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 14
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 12
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010040844 Skin exfoliation Diseases 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150067539 AMBP gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000807 Ga alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000009125 Myrtillocactus geometrizans Species 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
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
- H01C7/10—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 voltage responsive, i.e. varistors
- H01C7/102—Varistor boundary, e.g. surface layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
Patentanwälte
, BEETZ & PARTNER
Steinsdorfstr. 10,8000 München 22
TDK Electronics Co., Ltd Tokyo, Japan
Nicht-lineare Widerstandselemente aee-r
e-
Die Erfindung bezieht sich auf ein nicht-lineares Wider
standselement mit einer großen Spannungsabhängigkeit des elektrischen Widerstandes oder insbesondere auf ein
sog. Varistorelement mit einem Sinterkörper auf Titandioxidbasis id Fi
Nicht-lineare Widerstandselemente, ζ. Β. ein keramischer
Varistor, zeigen eine nicht-lineare Beziehung zwischen dem Wert des elektrischen Stroms durch einen keramischen
Sinterkörper und der zwischen den an den Oberflächen des keramischen Körpers vorgesehenen Elektroden angelegten
Spannung, und demgemäß ist der Wert des elektrischen Widerstandes des Körpers kein konstanter Wert, sondern fällt
in dem Bereich, wo die an den Elektroden angelegte Spannung einen gewissen Schwellenwert übersteigt, der Varistorspannung
genannt wird, abrupt ab. Unter Ausnutzung dieser • ungewöhnlichen Eigenschaft in einer elektrischen Schaltung
fanden Varistoren vielseitige Anwendungen, z. B. zur
^ Funkentstörung klein bemessener, in oder im Zusammenhang
f mit akustischen Instrumenten verwendeter Gleichstrom-
motoren, zum Schutz von Kontaktpunkten von Relais, zur Entladungsabsorption in Draunröhrenkreisen von
% Farbfernsehgeräten u. dgl.
\ Herkömmliche Materialien für die bekannten Varistor-
elemente auf Keramikbasis sind beispielsweise Zinnoxid
j (SnO2), Eisenoxid (Fe2O3), Siliziumkarbid (SiC) u. dgl.
\ Sinterkörper aus Zinnoxid oder Eisenoxid sind selbst
lineare WiderStandselemente,und die für ein Varistor-
element erforderliche Nicht-Linearität wird durch
Ausbilden einer Potentialschwelle zwischen der Ober-
fläche des Sinterkörpers und einer besonderen, an der
Oberfläche des Sinterkörpers vorgesehenen Elektrode erhalten. Die Elektroden für Varistoren auf Siliziumkarbidbasis
weisen keine solche Beschränkung auf, da die Nicht-Linearität des Elements durch die Grenzschichterscheinung
an den Korngrenzen des Siliziumkarbids gewährleistet wird.
Herkömmliche keramische Varistoren dieser Art weisen jedoch mehrere Nachteile oder Probleme, wie z. B.
die unerwünscht hohen Fertigungskosten aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung der Sinterkörper
und der Ausbildung der Elektroden, der Verschlechterung der Nicht-Linearität im Lauf der Zeit und der verhältnismäßig
hohen Varistorspannung auf, die zur Funkentstörung in bei niedrigen Spannungen angetriebenen Gleichstrommotoren
geringer Abmessungen ungeeignet ist.
Eine Verbesserung zur Überwindung der erwähnten Nachteile bei den bekannten keramischen Varistoren wurde in
neuerer Zeit beschrieben, wonach der gesinterte keramische Körper mit Titandioxid als dem Hauptbestandteil unter
Zumischung sehr geringer oder von Spurenmengen an Wismutoxid und einem Oxid eines halbleitenden Elements,
wie z. B. Antimon, Niob, Tantal u. dgl., geformt wird (siehe z. B. Jap. Pat. Publ. 52-235 und US-PS 3 715 701).
Sinterkörper dieser Art zeigen selbst eine Nicht-Linearität der Spannungs-Strom-Abhängigkeit bei erheblich niedriger
Varistorspannung, so daß sie fürlNiederspannungsanwendungen, wie z. B. der Funkentstörung in kleinen
Gleichstrommotoren, insoweit geeignet sind, als die Nicht-Linearität des Sinterkörpers allein betroffen ist.
Eines der Probleme bei den keramischen Varistoren auf Titandioxidbasis liegt jedoch in der Art der Kontaktierung
zwischen dem Sinterkörper und der Elektrode. Bei den bekannten Varistorelementen ist der Kontakt zwischen dem
Titandioxidsinterkörper und der Elektrode nicht-ohmisch,
so daß eine Gleichrichtungserscheinung in der Grenzfläche zwischen diese« auftritt, die die Nicht-Linearität der
Spannungs-Strom-Abhängigkeit des Sinterkörpers selbst überlappt. Daher ist die Charakteristik des Varistorelements
weniger eindeutig, und die ausgezeichneten nicht-linearen Eigenschaften des Sinterkörpers lassen sich
nicht voll ausnutzen.
Der -rung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues undjverbessertes nicht-lineares Widerstandselement
oder Varistorelement 1 e- es-cr
zu entwickeln, das von den erwähnten Problemen der bekannten
• · I
Varistorelemente frei ist und bei dem die ausgezeichneten nicht-linearen Eigenschaften der keramischen Sinterkörper auf
Titandioxidbasis bei eindeutiger Charakteristik des Varistorelements voll ausgenutzt werden können.
Gegenstand der Neuerung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist das im Schutzanspruch 1 gekennzeichnete nicht-lineare
Wi derstandselement.
Ausgestaltungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Neuerung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausfü.hrungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines typischen Varistorelements; Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung einer typischen
Spannung-Strom-Abhängigkeit bei einem Varistorelement;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Störspannungen bei einem Gleichstrommotor als Funktion der Zeit;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung
der Überlappung der Varistoreigenschaften im Körper eines Varistorelements und der Gleichrichtungseigenschaften an der Grenzfläche zwischen dem Varistorkörper
und der Elektrode;
It · t M ·« »I It
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Flanun-
spritzmaschine und eines an der Maschine montierten Sinterkörpers beim Flammspritzen;
Fig. 6 (a) und Fig. 6 (b) Grundrisse der Oberseite
bzw. der Unterseite eines/ringförmigen Sinterkörpers
zur Verwendung zur Funkentstörung in
Gleichstrommotoren mit Sektor- oder Ringelekfcroden;
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt eines Gleichstrommotors, der mit einem auf der Welle des Rotors
montierten Varistorelement versehen ist;
Fig. 8 ein Ersatzschaltbild des Motorrotors mit einem Varistorelement in Sternschaltung;
Fig. 9 ein Ersatzschaltbild des Motorrotors mit einem Varistorelement in Dreieckschaltung;
Fig. 10 einen Querschnitt des Varistorelements, das
mit den Lot aufnehmenden Schichten auf den Elektrod versehen ist;
Fig. 11 einen Querschnitt des Varistorelements, das
mit den doppelten Lot aufnehmenden Schichten auf den Elektroden versehen ist;
Fig. 12 (a) und Fig. 12 (b) Grundrisse der Oberseite bzw.
der Unterseite eines ringförmigen Varistorelements mit drei Sektorelektroden auf jeder der Seiten,
wobei die Elektroden an der Oberseite mit den Lot aufnehmenden Schichten bedeckt sind; und
Fig. 13 ein Ersatzschaltbild des Rotors eines Gleich-
jc strommotors mit dem Varistorelement nach Fig.
! Ein keramisches Varistorelement hat typisch einen
\ Aufbau, wie er im Querschnitt in Fig. 1 gezeigt ist, obwohl
tatsächliche Formen natürlich je nach den besonderen Anwendungsfällen
der Varistorelemente bestimmt werden. Wie
ι · ·· *· «· ff* ft
14·· ·<· «It*
- 10 -
Fig. 1 zeigt, ist ein keramischer Sinterkörper 1 in einer
Form einer Scheibe an seinen beiden Oberflächen mit Elektroden 2, 2 versehen, und Anschlußdrähte 3, 3 sind
mit den Elektroden 2, 2 unter Verwendung von Lot 4, 4
verbunden.
Fig. 2 zeigt die Spannungs-Strom-Abhängigkeit bei einem
Varistor, bei dem der Strom I nicht-linear wächst, wenn die an die Elektroden angelegte Spannung V erhöht wird, und
der Strom I, wenn die Spannung V einen bestimmten kritischen Wert V überschreitet, entsprechend dem Abfall des elektrischen
Widerstandes rasch wächst.
Gewöhnlich sind die Breiten der Kommutatorlamellen und der Bürsten, in Gleichstrommotoren geringer Abmessungen
klein, und die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms durch die Ankerspulen ist bei hoher Reaktanzspannung hoch, so daß
sehr häufig Funken zwischen der Oberfläche des Kommutators^ und der Bürste in dem Augenblick auftreten, wenn die
Bürste von einer Kommutatorlamelle zur nächsten überspringt. Diese Funken verursachen eine nadelspitzenartige Störspannung
und beschleunigen den Verschleiß des Kommutators und der Bürsten, so daß die Lebensdauer des Motors verkürzt
wird. Diese Störspannung ist, wie in Fig.3 als Funktion der Zeit t gezeigt ist, eine bipolare Spannung und hat einen
Spitzenwert, der einige 10 Male größer als die Leitungsspannung ist und unerwünschte Einflüsse auf die anderen,
elektrisch mit dem Motor verbundenen Instrumente ausübt. Varistorelemente werden mit dem Zweck verwendet, diese
Störspannungen zu beseitigen, und die Störspannungen N1,
N2 werden durch Kurzschließen in dem Bereich absorbiert,
wo die Störspannungen N1 und N„ die Varistorspannung V„
übersteigen. Es ist daber erwünscht, daß die Varistorspannung V
größer als die Leitungsspannung des Motors mit einem nicht so großen Unterschied ist, so daß die nicht-linearen
Widerstandselemente wie der Varistor zur Vermeidung der Störungserzeugung in kleinen Gleichstrommotoren gute
Varistoreigenschaften im Niederspannungsbereich haben sollten.
Wie bereits erwähnt wurde, hat ein keramischer Varistor auf Titandioxidbasis ausgezeichnete Varistoreigenschaften,
wie durch die Kurve L1 in Fig. ä gezeigt ist, mindestens
solange nur die Nicht-Linearität des Sinterkörpers betroffen ist. Wenn der Kontakt zwischen dem Sinterkörper und
den Elektroden nicht-ohmisch ist, tritt eine Gleichrichtungserscheinung an der Grenzfläche auf, wie durch die
Kurve L in Fig.4 gezeigt ist, die zu einer Gesamt-Spannungs-Strom-Abhängigkeit
führt, wie sie durch die Kurve L_ als Summierung der Kurven L1 und L„ gezeigt ist, die
bezüglich der Varistoreigenschaften weniger befriedigend ist, so daß die ausgezeichnete Charakteristik des Sinterkörpers
erheblich beeinträchtigt wird.
Daher schlägt die Erfindung als Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen seitens der Erfinder ein nicht-lineares
Widerstandselement vor,- das einen keramischen Sinterkörperder hauptsächlich aus Titandioxid zusammengesetzt ist,
und wenigstens eine Elektrode aufweist, die aus einem metallischen Material besteht und mit der Oberfläche des keramischen
Sinterkörpers in ohmschem Kontakt verbunden ist.
Der erwähnte keramische Sinterkörper wird durch Sintern von Titandioxid unter Zumischung geringer Mengen eines
oder mehrerer der Oxide der Gruppe Nioboxid, Tantaloxid und Äntimonoxid hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung eines
solchen Sinterkörpers ist herkömmlich und wird hier nicht im einzelnen beschrieben. Die Formen und Abmessungen des
Sinterkörpers sind ebenfalls nicht beschränkt und richten sich nach den besonderen Anwendungsfällen des Varistorelements
.
Die Elektrode, die mit der Oberfläche des keramischen Sinterkörpers in ohmschen) Kontakt verbunden werden muß,
besteht aus einem metallischen Material. Die zur Bildung einer solchen Elektrode in ohmschem Kontakt mit der
Oberfläche des Sinterkörpers geeigneten Metallmaterialien
umfassen Aluminium, Zink, Zinn, Silber, Kupfer, Blei, Wismut und Nickel sowie Legierungen dieser Metalle. Am
meisten bevorzugt unter den genannten Metallen ist Silber, doch ist zu bemerken, daß hochreines Silber zur Bildung
von mit dem Sinterkörper in ohmschem Kontakt verbundenen Elektroden nicht geeignet ist und aaä zur Verwendung
in diesem Fall geeignete Silber wenigstens ein Hilfsmetallelement enthalten soll, das aus der Gruppe Indium,
Gallium, Zinn, Antimon, Kadmium, Zink und Aluminium in einer Menge im Bereich von 2 bis 20 Gew. % gewählt ist.
Verschiedene Verfahren oder Techniken lassen sich zur Bildung von Elektroden aus dem vorstehend erwähnten Metallmaterial
an der Oberfläche des Sinterkörpers in ohmschem Kontakt anwenden, jedoch ist es wichtig, daß bestimmte
Metallmaterialien mit besonderen Verfahren zur Ausbildung der Elektrode kombiniert werden, um den vollständigsten
ohmschen Kontakt zwischen der Elektrode und dem Sinterkörper zu haben. Beispielsweise kann Vakuumabscheidung '
mit mehreren Arten der Metalle geeignet sein, wenn unpraktisch hohe Kosten im Verfahren unberücksichtigt bleiben.
Ein weniger aufwendiges Verfahren zur Bildung von Silberelektroden am Sinterkörper ist die Verwendung einer
Silberpaste, die ein Hilfsmetallelement, wie oben erwähnt,
und eine Fritte enthält. Silberelektroden lassen sich ohne weiteres mit einer solchen Silberpaste nach der
Technik beispielsweise des Siebdrucks mit nachfolgendem Einbrennen bilden. Dieses Verfahren des Drucks und Einbrennens
ist für eine Massenproduktion von keramischen Varistorelementen mit relativ niedrigen Fertigungskosten
gut geeignet.
Ein anderes Verfahren zur Bildung guter Elektroden mit ohmschem Kontakt ist das sog. Flammspritzen des Metalls.
Das Flammspritzen ist ein Verfahren, bei dem das Metallmaterial kontinuierlich in einer Flammspritzmaschine
geschmolzen wird, wo die Metallschmelze mit einem Gasstrahl abgeblasen und in der Form feiner geschmolzener Teilchen
auf die Substratoberfläche zur Bildung einer ζ usammenhängenden
Metallschicht darauf gespritzt wird. Dieses Flammspritzverfahren kann ohne weiteres Elektroden aus einem
Metallmaterial mit einer gewünscht hohen Reinheit in gutem ohmschen Kontakt mit der Oberfläche des Sinterkörpers
ergeben. Was noch wichtiger ist, die Varistoreigenschaften der so hergestellten nicht-linearen Widerstandselemente
sind sehr gleichmäßig, da die Reproduzierbarkeit der elektrischen Eigenschaften, z. B. des elektrischen Widerstandes,
der Elektroden sehr hoch istο
Außerdem ist die Binde- und Haftfestigkeit der Metallelektrode am Sinterkörper sehr hoch, wenn die
Elektrode nach dem Flammspritzverfahren gabildet wird, so daß die Elektroden eine gute Dauerhaftigkeit ohne
ι ι ι ι ι ι ι ι
ζ. B. die Gefahr eines Abblätterns aufweisen, so daß man eine sehr hohe Verläßlichkeit bei den Varistorelementen
erzielt.
Für das Flammspritzverfahren geeignete Metallmaterialien umfassen Aluminium, Zink, Zinn, Silber, Kupfer, Blei
und Wismut. Diese Metallmaterialien können ohne weiteres Elektrodenschichten auf der Oberfläche des Sinterkörpers
in gutem ohmschen Kontakt bei geringem Aufwand im Vergleich mit den herkömmlich als Elektrodenmaterialien
verwendeten Indium -Gallium-Legierungen bilden. Außerdem ist das Verfahren des Flammspritzens dieser Metallelemente
auf den Titandioxidbasis-Sinterkörper fast das gleiche wie bei der Bildung von Elektroden mit ohmschem
Kontakt auf keramischen Halbleitern auf Basis ; von Bariumtitanat u. dgl.
Beim Durchführen des Verfahren des Flammspritzens auf die Oberfläche eines keramischen Sinterkörpers wird der
Sinterkörper mit einer Maske belegt, die dem gewünschten Muster der Elektrode entsprechende Durchbrechungen aufweist,
und die Metallschmelze wird darauf zur Ausbildung der Elektrode eines gewünschten Musters gespritzt.
Fig. 5 veranschaulicht eine Flammspritzmaschine und einen Sinterkörper beim Flammspritzen, der mit einer Maske
abgedeckt und an der Maschine montiert ist. Wie die Figur zeigt, ist der Körper 31 der Maschine mit einer
Spritzdüse 32 und einem Paar von Metalldrahtzubringern 33a, 33b ausgerüstet, durch die die Metalldrähte 39a, 39b
kontinuierlich in die Spritzzone am Spritzende der Spritzdüse 32 unter Abziehen von den Drahtspulen 36a, 36b und
· ' Il Ii (IK
·· tit ■·
· · I I Ιβ
· 1 · t 1 ι Ii · ·
- 15 -
Vorrücken mittels der Zuführungsrollen 34a, 34b eingeführt
werden. Druckluft oder ein geeignetes Gas wird in den Lufteinlaß 35 eingespeist und aus der Spritzdüse 32
als Strahl in die Spritzzone ausgeblasen. Ein elektrischer Wechsel- oder Gleichstrom wird den Metalldrähten, ζ. Β.
Aluminiumdrähten, 39a, 39b über die vom Leitungsträger gehaltenen Leitungen 38a, 38b zugeführt. Wenn die
vorrückenden Enden 39a 39b1 der Metalldrähte 39a, 39b
miteinander in Berührung kommen und dann etwas auseinandergezogen werden, entsteht ein elektrischer Lichtbogen im
Raum zwischen den vorrückenden Enden 39 .. 39f,i der
Metalldrähte 39a, 39b, so daß die Drähte 39a, 39b an den Enden 39- ... 39, ^ geschmolzen werden. Das so geschmolzene
Metall in der Spritzzone wird unverzüglich durch den aus der Spritzdüse 32 kommenden Gasstrahl abgeblasen und
auf die Oberfläche des Sinterkörpers 1 durch die Durchbrechungen 41a, 41b der Maske 41 gespritzt, wodurch
Metallschichten 2 auf der Oberfläche des Sinterkörpers 1 unter Bildung der Elektroden eines gewünschten Musters
abgeschieden werden.
Das oben beschriebene Flammspritzverfahren durch eine Maske mit Durchbrechungen ist sehr vorteilhaft, da eine
Maske mit beliebigen komplizierten Durchbrechungen ohne weiteres durch maschinelle Bearbeitung, Formgießen oder
andere geeignete Maßnahmen hergestellt werden kann, so daß . jedes komplizierte Muster der Elektroden leicht
mit hoher Genauigkeit und Bequemlichkeit reproduziert werden kann. Es brauchte wohl nicht erwähnt zu werden,
daß eine gleichmäßige Spritzbeschichtung des Sinterkörpers ohne Maske durch Flammspritzen mit einem Metallschmelzenmaterial
mit folgender Entfernung der nicht erforderlichen Teile der Metallschicht nur mit großen Schwierigkeiten und
viel Mühe durchgeführt werden kann, was zu einer merklich verringerten Produktivität und zu erhöhten Produktionskosten
ι« ·· ·* et ti Il
«t ir «»fit· ti
- 16 -
führt, wenn das Muster der erwünschten Elektroden kompliziert ist.
Die Maske 41 mit Durchbrechungen 41a, 41b wird von der Oberfläche des Sinterkörpers 1 nach Abschluß des
Flammspritzens abgenommen und kann wiederholt verwendet werden. Zu empfehlende Materialien für die Maske 41
sollten Metalle sein, die am darauf gespritzten ge- \
schmolzenen Metall nicht haften, z. B. Messing, und sollten
zweckmäßig auch mit einer Schicht aus einem Trennmittel, wie z. B. einem kohlenstoffhaltigen Material oder
Äthylenglycol, vor ihrer Verwendung versehen sein, um das Ablösen und die Abnahme der darauf beim Flammspritzen abgeschiedenen
Metallschicht ohne gewaltsames Abreißen zu erleichtern, das zu einer verkürzten Lebensdauer der Maske
aufgrund der Verformung der Maskengestalt führen könnte.
Der nach dem vorstehend beschriebenen Flammspritzverfahren
mit den Elektroden versehene Sinterkörper wird vorzugsweise einer Anlaßbehandlung bei einer Temperatur von
100 bis 300 °c für 30 bis 180 Minuten unterworfen, um so die Stabilität des ohmschen Kontakt zwischen dem Sinter- |
körper und der Elektrode zu verbessern.
Besondere Muster der auf der Oberfläche des Sinterkörpers vorgesehenen Elektroden hängen natürlich von den
besonderen Anwendungsfällen der Varistorelemente mit den Elektroden ab. Eines der typischen Muster der Elektroden bei
einem für die Funkentstörung in Gleichstrommotoren geringer Abmessungen verwendeten Varistorelement ist in Fig. 6 (a)
und Fig.6(b) für die beiden gegenüberliegenden Oberflächen
• · ·· ** to »ι it ·····»· »ti ι ·
«4«**·« f it
• f ·» "Ft··· \
It
- 17 -
eines Sinterkörpers gezeigt. Der Sinterkörper 6 ist mit einem kreisförmigen Loch 5 in seiner Mitte versehen,
durch das die Drehwelle des Motors einzuführen ist. So hat der Sinterkörper 6 im ganzen eine ringförmige Gestalt.
An einer Oberfläche des Sinterkörpers 6 sind gemäß Fig.6 (a) drei Elektroden 7a, 7b, 7c in gleichmäßig
unterteilten Sektoren vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche des gleichen Sinterkörpers 6 ist
gemäß Fig. 6 (b) eine einzelne ringförmige Elektrode 8 vorgesehen. Diese Elektroden werden beispielsweise
nach dem oben beschriebenen Flammspritzverfahren hergestellt.
Fig. 7 ist eine Querschnittdarstellung eines Gleichstrommotors geringer Abmessungen mit einem eingebauten
Varistorelement, wie es in den Fig. 6 (a) und 6 (b) dargestellt ist. Das Varistorelement, das aus dem Sinterkörper
6 und den Elektroden 7a, 7b, 7c und 8 an beiden Oberflächen zusammengesetzt ist, ist auf der Welle 10 des
Rotors montiert, wobei eine Ankerspule 9 und ein Kommutator 11 fest auf der Welle 10 montiert sind, um
in dem durch die Feldmagnete 13a, 13b gebildeten Magnetfeld drehbar zu sein. Die Lage des Varistorelements
ist zwischen der Ankerspule 9 und dem Kommutator 11 auf der Welle 10. Jede der Elektroden 7a, 7b, 7c mit ohmschem
Kontakt ist elektrisch mit einer der Kommutatorlamellen 11a, 11b, 11c verbunden, die in intermittierenden Kontakt mit
den Bürsten 12a, 12b kommen, wenn der Rotor rotiert.
Bei dieser Montage und diesem Anschluß des Varistorelements im Gleichstrommotor zeigen sich die Varistoreigenschaften
des Elements in den Teilen des Sinterkörpers zwischen jeder der Elektroden 7a, 7b, 7c mit ohmschem
Kontakt und der gemeinsamen Elektrode 8 an der gegenüber-
liegenden Oberfläche. Dies bedeutet, daß das Varistorelement im Motor eingebaut ist, um eine Sternschaltung
zu bilden, wie im Ersatzschaltbild in Fig. 8 gezeigt ist, wonach drei nicht-lineare Widerstandselemente P ,
P. , P in Sternschaltung mit der Elektrode 8 als dem neutralen Punkt bezüglich der drei Ankerspulen 9a,
9b, 9c geschaltet sind. Wenn Störspannungen N1, N2, wie
sie in Fig. 3 gezeigt sind, im Motor mit dieser Varistorschaltung auftreten, erhält man einen Varistoreffekt
zur Absorption der Störspannung in wenigstens zwei der drei äquivalenten nicht-linearen Widerstandselemente
P , P. , P , so daß die Störspannungen N1, N0 wirksam
a Xj C I £
im Kommutator 11 ohne nachteilige Einflüsse auf die
äußeren Schaltkreise absorbiert werden.
Im Gegensatz zu der im Ersatzschaltbild in Fig. 8 gezeigten Sternschaltung kann auch eine Dreiecksscnaltung
gebildet werden, wie sie mit dem in Fig. 9 dargestellten Ersatzschaltkreis gezeigt ist. Hierbei hat das zu verwendende
Varistorelement drei Sektorelektroden 7a, 7b, 7c entsprechend Fig. 6 (a) auf einer Oberfläche des
Sinterkörpers 6, jedoch ist auf der gegenüberliegenden Oberfläche keine Elektrode vorgesehen. Wie in Fig. 9
gezeigt ist, sind drei äquivalente nicht-lineare Widerstandselemente P1 , PV, P1 , die zwischen je zwei der
el JD C
Elektroden 7a, 7b, 7c gebildet sind, jeweils im Dreieck durch eine der Kommutatorlamellen 11a, 11b, 11c geschaltet.
Diese Dreiecksschaltung ist ebenfalls zur Funkentstörung durch den von den drei nicht-linearen
Widerstandseiementen P1 , P'K, P1 gezeigten Varistor-
el D C
effekt wirksam. Übrigens sind die Ankerspulen 9a, 9b,
9c in Fig. 8 und Fig. 9 in Dreiecksschaltung, doch können sie natürlich auch bei Bedarf in Sternschaltung
angeschlossen sein.
*" 19 —
Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Zahl der Sektorelektroden je nach der Zahl der Kommutatorlamellen
bestimmt wird, obwohl die vorstehende Beschreibung nur unter der Annahme von drei Kommutatorlamellen gegeben wurde.
Unter den Verfahren zur Erzielung eines ohmschen Kontakts
zwischen der Elektrode aus einem metallischen Material und der Oberfläche des Sinterkörpers ist das Flammspritzverfahren
auf die meisten der Metallmaterialien anwendbar. Das Flammspritzverfahren ist jedoch nicht
unbegrenzt für alle Arten von Metal lmat_-erialien einsetzbar.
Beispielsweise ist der Kontakt zwischen einer durch Flammspritzen gebildeten Nickelelektrode und der
Oberfläche eines Sinterkörpers aus Titandioxid kein so guter ohmscher Kontakt.
Demgemäß führten die Erfinder ausgedehnte Untersuchungen durch, um ein Verfahren zum Erhalten einer Nickelelektrode
zu entwickeln, die in gutem ohmschen Kontakt mit der Oberfläche eines Titandioxid—Sinterkörpers ist, und
kamen zu dem Ergebnis, daß ein guter ohmscher Kontakt einer Nickelelektrode erhalten wird, wenn man die
Nickelelektrode durch stromloses Abscheiden auf der Oberfläche des Sinterkörpers ausbildet.
Das Verfahren zur stromlosen Abscheidung von Nickel auf der Oberfläche eines Sinterkörpers läuft folgendermaßen
ab. Zunächst wird ein Sinterkörper, der irgendeine gewünschte Form je nach der bezweckten Anwendung, wie z. B.
die in Fig. 6 (a) und (b) dargestellte Ringform, hat, mit einer Schicht aus einem Beschichtungsabdeckmittel auf der
B* * * · ft - t 1 ♦ «V · ·
Oberfläche versehen, die die Teile abdeckt, wo keine Nickelschicht durch die stromlose Abscheidung benötigt
wird, so daß die Flächenteile für die Elektroden frei bleiben und das Elektrodenmuster definieren. Die Schicht
des Beschichtungsabdeckmittels kann.nach einem geeigneten
Verfahren, wie z. B. dem Siebdruck, gebildet werden. Als das Material für das Beschichtungsabdeckmittel kann
man verschiedene Arten organischer Polymerstoffe verwenden, die in den unten erwähnten Beschichtungslösungen
unlöslich sind.
An nächster Stelle wird der so mit der Schicht aus dem Beschichtungsabdeckmittel versehene Sinterkörper
an den für die Elektrodenbildung freiliegenden Flächenteilen durch Eintauchen in eine wässerige Lösung von
Zinnchlorid und Palladiumchlorid (siehe z. B. "Journal of the Electrochemical Society" vol. 107,
S. 250, 1960) aktiviert, worauf die stromlose Beschichtung in einer Beschichtungslösung, die Nickelchlorid, Natriumhypophosphit
und Natriumzitrat enthält, bei einer Temperatur von 80 bis 90 0C folgt, um eine Schicht aus
Phosphor enthaltendem Nickel abzuscheiden. Danach wird die Schicht des Beschichtungsabdeckmittels durch Auflösen
mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel entfernt. Falls erforderlich, wird die an unerwünschten Flächenteilen
abgeschiedene Nickel-Phosphor-Schicht durch eine geeignete mechanische Maßnahme, wie z. B. spitzenloses
Rundschleifen oder Sandblasen, entfernt, um die Elektroden in einem genauen erwünschten Muster übrigzulassen.
Es ist bedeutsam, daß der ohmsche Kontakt zwischen der durch stromlose Abscheidung gebildeten Nickelelektrode
und der Oberfläche des Sinterkörpers vollständiger ist, wenn die Elektrode aus 98 bis 80 Gew. % Nickel und
'2 bis 20 Gew. % Phosphor zusammengesetzt ist. Das Gewichts-
Verhältnis von Nickel und Phosphor in der abgeschiedenen Schicht wird durch Einstellen des pH-Werts der Beschichtungslösung
gesteuert, der im Bereich von 2 bis 10 liegen soll, da ein höherer pH-Wert als 10 zu einem
j geringeren Phosphorgehalt als 2 Gew. % führt, während
ein niedrigerer pH-Wert als 2 einen höheren Phosphorgehalt als 20 Gew. % ergibt.
Der gemäß vorstehender Beschreibung mit den Nickel-Phosphor-Elektroden
versehene Sinterkörper wird dann vorzugsweise einer Alterungsbehandlung durch Erhitzen
bei etwa 300 0C unterworfen, um den ohmschen Kontaktzustand
der Elektroden an der Oberfläche des Sinterkörpers zu stabilisieren.
Eine alternative Art der Bildung von musterartigen Elektroden auf der Oberfläche des Sinterkörpers ist die
Verwendung eines Ätzabdeckmittels. In diesem Fall wird der Sinterkörper zunächst durch die stromlose Beschichtung
mit der Abscheidung des Nickel-Phosphors auf der gesamten Oberfläche versehen. Dann werden die dem gewünschten
Elektrodenmuster entsprechenden Flächenteile mit einem Ätzabdeckmittel, das ein gegenüber der unten erwähnten
Ätzlösung beständiges Material ist, durch Siebdruck oder
andere geeignete verfahren überzogen. Der nächste Schritt
ist das Eintauchen des Sinterkörpers in eine Ätzlösung,
so daß die Nickel-Phosphor-Schicht auf den nicht mit dem Ätzabdeckmittel überzogenen Flächenteilen durch Auflösung
in der Ätzlösung beseitigt wird. Ein Beispiel der Ätzlösung ist eine Mischung von Essigsäure, Salpetersäure und Aceton
in einem Verhältnis von 1:1:1, die bei einer Temperatur von etwa 40 0C verwendet wird. Schließlich wird das
die Elektrodenbereiche abdeckende Ätzabdeckmittel durch Wasch
ItIl * ■
I · ·
I · ·
- 22 -
einer alkalischen Lösung oder einem organischen Lösungsmittel je nach der Art des verwendeten fitzabdeckmittelmaterials
eatfeeat. Die Wärmebehandlung zur Alterung
wird auch in diesem Fall in der gleichen Weise wie bei der Verwendung des Beschichtungsabdeckmittels vorgenommen
.
Auf jeden Fall ist das Verfahren der stromlosen Beschichtung zur Bildung der Nickel-Phosphor-Elektroden
sehr vorteilhaft, da die Haftung der Elektroden an der Oberfläche des Sinterkörpers sehr stark ist und
der Kontakt ausgezeichnet ohmisch ist, wenn man von den erheblich verringerten Kosten für die Elektrodenausbildung
absieht. Außerdem können Elektroden jeden komplizierten Musters ohne weiteres mit hoher Genauigkeit
erzeugt werden, da die Musterbildung nach den Techniken des Siebdrucks oder anderen Druckverfahren mit dem
Beschichtungsabdeckmittel oder dem Ätzabdeckmittel erfolgt und die Beseitigung der Abdeckmaterialien durch Auflösen
ohne mechanische Maßnahmen durchgeführt werden kann, so daß keine Gefahr auftritt, die Oberfläche des Sinterkörpers
als solchen im Lauf der Musterbildung zu beschädigen.
Der nächste Schritt für die Herstellung eines Varistorelements ist die Verbindung der Zuführungsdrähte
mit jeder der Elektroden durch Löten, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein dabei zu berücksichtigendes Problem ist
die Lotaufnahmefähigkeit der Elektrodenoberflächen. Beispielsweise
sind Aluminium- oder Nickelelektroden ohne Rücksicht auf das Verfahren zur Herstellung der Elektroden
t« itit
I t I
Iff I
infolge der Oxidschichtbildung auf der Oberfläche oder anderer/Gründe von schlechter Lotaufnahmefähigkeit. Außerdem
kann eine Oxidation des Elektrodenmaterial manchmal den ohmschen Kontakt zwischen der Elektrode und der
Oberfläche des Sinterkörpers ungünstig beeinflussen/ was zu einer verringerten Verläßlichkeit der Varistoreigenschaften
bei einer Langzeitverwendung des Varistorelements führt. Außerdem ist auch eine nach dem
Flammspritzverfahren erzeugte Silberelektrode von schlechter Lotaufnahmefähigkeit. Diese schlechte Lotaufnahmefähigkeit
tritt noch stärker auf, wenn die Elektrode aus einem Silbermaterial unter Zusatz geringer
Mengen der Hilfselemente, wie z. B. Indium, Gallium, Antimon, Kadmium, Zink,Aluminium u. dgl., wie oben erwähnt,
gebildet ist, als es bei den Elektroden aus hochreinem Silber der Fall ist.
Die oben erwähnten Schwierigkeiten beim Löten können überwunden werden, indem man eine Schicht aus einem
metallischen Material mit guter Lotaufnahmefähigkeit auf der auf dem Sinterkörper gebildeten Elektrode vorsieht.
Ein Beispiel von mit einer solchen Schicht guter Lotaufnahmefähigkeit auf jeder der Oberflächen zur Bedeckung
der Elektroden versehenen Varistorelementen ist in Fig. 10 im Querschnitt gezeigt. Der Sinterkörper 1 ist
eine der in Fig. 1 gezeigten gleichartige Scheibe und auf jeder der gegenüberliegenden Oberflächen mit der
nach einem geeigneten Verfahren, wie z. B. Bedrucken mit einer Silberpaste, Flammspritzen mit geschmolzenem Aluminium
+) Daher läßt sich eine feste Verbindung der Zuführungsdrähte aus diesen Metallmaterialien mit den Elektroden
durch Löten kaum erzielen.
• · KO ·· t · 10 ti
* ··· ·· · ·· flic I
- 24 -
oder stromloser Beschichtung mit Nickel-Phosphor, gebildeten
Elektrode 2, 2 versehen. Die Elektroden 2, 2 bedeckend sind lotaufnehmende Metallschichten 21, 21
vorgesehen, mit denen die Zuführungsdrähte 3, 3 mittels Lot 4, 4 verbunden sind. Das Verfahren zur
Bildung der lotaufnehmenden Schicht ist nicht beschränkt. Beispielsweise werden die Schichten am zweckmäßigsten
durch Drucken, z. B.■Siebdruck, mit einer Silberpaste hergestellt, die darin verteilte Teilchen aus hochreinem
Silber enthält. Es ist bei der Durchführung des Bedrückens mit der Silberpaste wichtig, daß die
Silberpaste niemals durch ungenaues Drucken auf die Flächenteile zerstreut wird, wo die Elektrodenschicht
nicht gebildet ist. Ein zu empfehlendes Verfahren zur Vermeidung eines solchen Fehldrucks besteht darin,
das gedruckte Muster nicht zum Bedecken der gesamten Elektroden 2 auszulegen, sondern das Druckmuster der
lotaufnehmenden Schicht 21 etwas kleiner als die Elektroden 2 zu machen,, wobei Randstreifen g1 um den Umfang
der Elektroden 2, 2 verbleiben.
Mehrere Vorteile werden durch diese Technik des Versehens lotaufnehmender Schichten 21 auf den Elektroden
nicht nur durch die sehr stark verbesserte Bindefestigkeit der Zuführungsdrähte durch Löten, sondern auch durch
die erhöhte Dauerhaftigkeit des Varistorelements aufgrund des Vermeidens einer Oxidation des Elektrodenmaterials
durch die lotaufnehmenden Schichten erzielt, die fast die gesamten Elektrodenoberflächen abdecken, was zur
Aufrechterhaltung des ohmschen Kontakts zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Sinterkörpers über eine
lange Zeitdauer führt.
Die lotaufnehmenden Metallschichten können auch durch die galvanische Beschichtung mit Zinn oder anderen
geeigneten Metalien oder durch Beschichtung mit einer Lotlegierung gebildet werden. Einer der Vorteile dieser
galvanischen Beschichtung gegenüber dem Druckverfahren mit einer Silberpaste ist der, daß die metallische
Beschichtung auf den gesamten Oberflächen der Elektroden ohne die Gefahr einer Zerstreuung der lotaufnehmenden
Schichten auf die unerwünschten Flächenbereiche erzielt wird, so daß die lotaufnehmenden Flächen der Elektroden
stark vergrößert werden und die Vermeidung einer Elektrodenoxidation vollständiger ist.
Fig. 11 ist eine Querschnittsdarstellung eines Varistorelements, bei dem der Sinterkörper 1 zunächst
mit Elektroden 2, 2 in ohmschem Kontakt auf beiden gegenüberliegenden Oberflächen versehen ist und dann
auf den Elektrodenoberflächen lotaufnehmende Schichten 21, durch Bedrucken mit einer Silberpaste unter Belassen
von Randstreifen g1 um die lotaufnehmenden Schichten 21,
gebildet sind. Anschließend sind dann noch zweite lotaufnehmende Schichten 22, 22 durch die galvanische
Beschichtung mit z. B. Zinn gebildet, um die gesamten Flächen der ersten lotaufnehmenden Schichten 21, 21
und die nicht mit den ersten lotaufnehmenden Schichten 21,
bedeckten Oberflächen der Elektroden 2, 2 abzudecken.
Ein Vorteil einer solchen Doppelschichtabdeckung ist die weiter verbesserte Verhinderung der Elektrodenoxidation
bei gleichzeitig vergrößerten Lotaufnahmeflächen.
Fig. 12 (a) und Fig. 12 (b) sind Grundrisse der Oberseite bzw. der Unterseite eines ringförmigen Varistorelements,
das dem in Fig. 6 gezeigten ähnlich ist und zur Funkentstörung in Gleichstrommotoren geringer Abmessungen
verwendet wird. Wie in Fig. 12 (a) gezeigt ist, ist der Sinterkörper 1 auf der Oberseite mit drei Sektorelektroden
2a, 2b, 2c in ohmschem Kontakt mit der Oberfläche des Sinterkörpers 1 nach Bildung durch ein
geeignetes Verfahren, wie z. B. Flammspritzen mit einer Metallschmelze, versehen. Jede der Elektroden 2a,
2b, 2c hat gleiche Fläche mit einer Spannweite von etwas weniger als 120° zum Mittelpunkt, wobei Spalte g2
zwischen den benachbarten Elektroden vorgesehen sind. Jede der Elektroden 2a, 2b, 2c ist mit der zugehörigen
Lotaufnahmeschicht 21a, 21b oder 21c bedeckt, die durch Bedrucken mit einer Silberpaste oder durch galvanische
Beschichtung mit Zinn nach obiger Beschreibung gebildet ist, wobei die Abmessung der Lotaufnahmeschichten 21a,
21b oder 21c etwas geringer als die der zugehörigen Elektrode 2a, 2b oder 2c mit unbedeckten Randstreifen
ist. Drei Zuführungsdrähte 3a, 3b, 3c sind mit den Lotaufnahmeschichten 21a, 21b, 21c mittels Lot verbunden.
Andererseits ist die Unterseite des Sinterkörpers 1,
wie in Fig. 12 (b) gezeigt ist, mit drei gleichartigen Sektorelektrodan 20a, 20b, 20c mit Spalten g3 versehen.
Diese Elektroden 20a, 20b, 20c auf der Unterseite sind mit gestrichelten Linien auch in Fig. 12 (a) dargestellt.
Wie Fig. 12 (a) zeigt,ist die radiale Anordnung dieser Elektroden 20a, 20b, 20c an der Unterseite nicht in
direkter Rückseiten-Vorderseiten-Zuordnung zu den Elektroden 2a, 2b, 2c an der Oberseite, sondern jede der
Elektroden ist in der Winkellage angeordnet, die von der Lage in direkter Rückseiten-Vorderseiten-Zuordnung zu
einer der Elektroden an der gegenüberliegenden Oberfläche um 60° gedrenl. So hat der Sinterkörper 1 sechs Varistorbereiche
S1, S2, So, S., S1- und Sß, die jeweils zwischen
den gegenüberliegenden Elektroden 2a-2Oa, 2a-2Ob,
2b-2Ob, 2b-2Oc, 2c-2Oc bzw. 2c-2Oa eingefügt sind, übrigens
sind die Elektroden 20a, 20b, 20c an der Unterseite nicht mit den Lotaufnahmeschichten bedeckt, da mit diesen
Elektroden keine Zuführungsdrähte durch Löten verbunden sind.
Die Montage des vorstehend beschriebenen Varistorelements mit drei Sektorelektroden an jeder der gegenüberliegenden
Oberflächen ist genau die gleiche wie bei dem in Fig. 6 dargestellten und in Fig. 7 veranschaulichten
Varistorelement. Das Ersatzschaltbild mit den Ankerspulen 9a, 5b, 9c und den Kommutatorlamellen 11a, 11b,
11c ist in diesem Fall, wie in Fig. 13 dargestellt. In diesem Ersatzschaltbild ist eine Reihenkombination von
zwei der sechs Varistorbereiche S1 bis Sc in Dreiecksschaltung
mit einer der Ankerspulen 9a, 9b, 9c ebenfalls in Dreiecksschaltung durch eine der Kommutatorlamellen 11a,
11b, 11c verbunden. Daher wird der Effekt der Funkentstörung
in allen Varistorbereichen S1 bis S, erzielt, wenn eine
Störspannung auftritt, so daß man einen ausgezeichneten Funkentstörungseffekt auch in hohen Strombereichen erhält.
Es folgt ein überblick über die mit den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen nicht-linearen Widerstandselementen
erhaltenen Vorteile.
ge
(1) Die dem Sinterkörper selbst einen Varistoreigenschaften können sich bei geringen Varistorspannungen voll
~ 28 - m
I auswirken, so daß man nicht-lineare Widerstandselemente |
als sehr wirksame Funkentstörungselemente für bei f
niedrigen Spannungen betriebene Gleichstrommotoren geringer Abmessungen erhält.
(2) Die Bindefestigkeit zwischen der Oberfläche des Sinterkörpers und der Elektrode ohmschen Kontakts ist f
sehr stark ohne daß eine Gefahr eventueller Abblätterung « der Elektroden auftritt, so daß die erfindungsgemäß
erhaltenen Varistorelemente eine sehr hohe Verläßlichkeit auch bei langem Betrieb haben.
(3) Eine Beeinträchtigung der Varistoreigenschaften ist im Verlauf der Zeit sehr gering, wobei gleichzeitig
die Korrosionsbeständigkeit der Elektroden ausgezeichnet ist, was zur Dauerhaftigkeit der Varistorelemente beiträgt.
(4) Die Materialien für die Elektroden und die Lotaufnahmeschichten
sind unaufwendig, und das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Varistorelemente ist
auch nicht sehr kompliziert, so daß sich die Varistorelemente zu niedrigen Kosten und mit hoher Produktivität
in einer Massenproduktion herstellen lassen.
(5) Die Reinheit der metallischen Materialien für die Elektroden mit ohmschem Kontakt läßt sich nach Bedarf
so steuern,daß eine gute Reproduzierbarkeit in der Güte
der Varistorelemente erhalten wird.
(6) Die Genauigkeit der Elektrodengestalt wird durch die Verwendung von Masken beim Flammspritzen oder durch
die Verwendung eines Beschichtungsabdeckmittels oder eines
■ ♦ * · t » I ·
- 29 -
Ätzabdeckmittels beim Beschichtungsverfahren gesichert, so daß die Abmessungsgenauigkeit der Produkte hoch ist.
(7) Die Bindefestigkeit der Zuführungsdrähte ist
dank des Vorliegens der Lotaufnahmeschichten sehr hoch, was zur Vereinfachung der Zusammenbauarbeiten der
Varistorelemente zusammen mit der erwähnten Abmessungsgenauigkeit beiträgt.
dank des Vorliegens der Lotaufnahmeschichten sehr hoch, was zur Vereinfachung der Zusammenbauarbeiten der
Varistorelemente zusammen mit der erwähnten Abmessungsgenauigkeit beiträgt.
Claims (11)
1. Nicht-linesres Widerstandselemenymit einem Sinterkörper,
der hauptsächlich aus Titandioxid biesteht, und wenigstens einer Elektrode,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Elektrode (2) aus metallischem Material besteht und mit der Oberfläche des Sinterkörpers (1) unter
Bildung eines ohmschen Kontakts damit verbunden ist.
2. Widerstandselement nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß eine aus einem Lot aufnehmenden Metallmaterial bestehende Schicht (21) wenigstens einen Teil der Außenfläche der Elektrode (2)
bedeckt.
3. Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sinterkörper (1) aus Titandioxid unter Zumischung einer
geringen Menge wenigstens eines Oxids der Gruppe Nioboxid, Tantaloxid und Antimonoxid gebildet ist.
4. Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (2) aus einem metallischen Material der Gruppe Silber, Aluminium, Zink, Zinn, Kupfer, Blei, Wismut, Nickel
und deren Legierungen besteht.
5. Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
da3 die Elektrode (2) aus 2 bis 20 Gew. % eines Hilfselements der Gruppe Indium, Gallium, Zinn, Antimon, Kadmium, Zink und
Aluminium enthaltendem Silber besteht.
6. Widerstandselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aufnehmende Metallmaterial Silber hoher Reinheit ist.
7. Widerstandselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aufnehmende Metallmaterial eine galvanisch abgeschiedene
Zinnschicht (21) ist.
8. Widerstandselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (22) aus einem zweiten Lot aufnehmenden Metallmaterial
die Schicht (21) aus dem ersten Lot aufnehmenden Material und die nicht mit der Schicht (21) aus dem ersten Lot aufnehmenden
Material bedeckte Oberfläche der Elektrode (2) bedeckt.
9. Widerstandselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (21) aus dem ersten Lot aufnehmenden Metall material
durch Drucken mit einer Silber hoher Reinheit enthaltenden Silberpaste gebildet ist und die Schicht (22) aus dem zweiten Lot
aufnehmenden Metallmaterial aus galvanisch abgeschiedenem Zinn besteht.
10. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Elektrode (2) aus flammgespritztem metallischem
Material besteht.
11. Widerstandselement nach Anspruch 10, I
dadurch gekennzeichnet, |
daß das flammgespritzte metallische Material wenigstens eines 1
der Gruppe Aluminium, Zink, Zinn, Silber, Kupfer, Blei, Wismut |
und deren Legierungen ist. ξ
12. Widerstandselement nach Anspruch 11, '
dadurch gekennzeichnet, ; daß das flammgespritzte metallische Material Aluminium ist.
13. Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Elektrode (2) aus stromlos abgeschiedenem,
Phosphor enthaltendem Nickel besteht. [
14. Widerstandselement nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine Elektrode (2) aus 98 bis 80 Gew. %
Nickel und 2 bis 20 Gew. % Phosphor besteht.
I ( I
■ I I
11 Il
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54013869A JPS5816602B2 (ja) | 1979-02-09 | 1979-02-09 | 電圧非直線性抵抗素子 |
| JP2161079A JPS55115276A (en) | 1979-02-26 | 1979-02-26 | Voltage nonnlinear resistance element |
| JP15790079A JPS5680101A (en) | 1979-12-05 | 1979-12-05 | Voltage nonnlinear resistor and method of manufacturing same |
| JP16737779A JPS5690502A (en) | 1979-12-22 | 1979-12-22 | Voltage nonnlinear resistance element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8003393U1 true DE8003393U1 (de) | 1984-04-05 |
Family
ID=27456088
Family Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19803004736 Expired DE3004736C2 (de) | 1979-02-09 | 1980-02-08 | Varistor und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE19803050770 Expired DE3050770C2 (de) | 1979-02-09 | 1980-02-08 | Verfahren zur Herstellung eines Varistors |
| DE19808003393 Expired DE8003393U1 (de) | 1979-02-09 | 1980-02-08 | Nicht-lineares widerstandselement |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19803004736 Expired DE3004736C2 (de) | 1979-02-09 | 1980-02-08 | Varistor und Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE19803050770 Expired DE3050770C2 (de) | 1979-02-09 | 1980-02-08 | Verfahren zur Herstellung eines Varistors |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (3) | DE3004736C2 (de) |
| GB (1) | GB2044531B (de) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8418779D0 (en) * | 1984-07-24 | 1984-08-30 | Bowthorpe Emp Ltd | Electrical surge protection |
| DE3638342A1 (de) * | 1986-11-10 | 1988-05-19 | Siemens Ag | Elektrisches bauelement aus keramik mit mehrlagenmetallisierung und verfahren zu seiner herstellung |
| US5614074A (en) * | 1994-12-09 | 1997-03-25 | Harris Corporation | Zinc phosphate coating for varistor and method |
| ATE195198T1 (de) * | 1996-05-09 | 2000-08-15 | Littlefuse Inc | Zink-phosphatbeschichtung für varistor und verfahren zur herstellung |
| JP3804539B2 (ja) * | 2001-04-10 | 2006-08-02 | 株式会社村田製作所 | セラミック電子部品 |
| JP2016500914A (ja) * | 2012-09-25 | 2016-01-14 | ピーエスティ・センサーズ・(プロプライエタリー)・リミテッドPst Sensors (Proprietary) Limited | 電流切換トランジスタ |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE859916C (de) * | 1948-10-01 | 1952-10-30 | Siemens S. Halske Aktiengesellschaft Berlin und München | Aus Metalloxyd bestehender Halbleiter |
| DE1690507U (de) | 1954-10-01 | 1955-01-05 | Helmut Schmiedel | Anordnung an kraftfahrzeugen. |
| DE1100772B (de) * | 1957-02-05 | 1961-03-02 | Kanthal Ab | Flammgespritzter elektrischer Widerstand |
| DE1270661B (de) * | 1963-02-22 | 1968-06-20 | Steatit Magnesia Ag | Verfahren zur Herstellung von Schichtwiderstaenden |
| DE1283073B (de) * | 1963-04-05 | 1968-11-14 | Siemens Ag | Verfahren zur chemischen Abscheidung von haftfesten Legierungsschichten, z. B. Nickel-Phosphor-Schichten, mit stabilisierten elektrischen Widerstandswerten auf elektrisch nichtleitenden Unterlagen |
| DE1665878C3 (de) * | 1967-02-22 | 1975-02-27 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zum chemischen Aufbringen von Kontaktmetallschichten an den Kontaktierungsenden von Schichtwiderständen |
| US3676211A (en) * | 1970-01-02 | 1972-07-11 | Texas Instruments Inc | Contact system for electrically conductive ceramic-like material |
| NL162232C (nl) * | 1970-03-05 | 1980-04-15 | Philips Nv | Niet-lineair weerstandselement. |
| DE2528090C2 (de) | 1974-07-01 | 1985-06-05 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Mehrphasen-Stoßspannungsunterdrücker |
-
1980
- 1980-02-08 DE DE19803004736 patent/DE3004736C2/de not_active Expired
- 1980-02-08 DE DE19803050770 patent/DE3050770C2/de not_active Expired
- 1980-02-08 DE DE19808003393 patent/DE8003393U1/de not_active Expired
- 1980-02-08 GB GB8004324A patent/GB2044531B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3004736C2 (de) | 1986-08-21 |
| DE3050770C2 (de) | 1987-03-19 |
| GB2044531B (en) | 1983-05-25 |
| GB2044531A (en) | 1980-10-15 |
| DE3004736A1 (de) | 1980-08-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69224965T2 (de) | Verbesserte solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung | |
| EP1430489B1 (de) | Elektrokeramisches bauelement mit mehreren kontaktflächen | |
| DE3930000A1 (de) | Varistor in schichtbauweise | |
| DE3785946T2 (de) | Halbleiterbauelement aus positiver keramik. | |
| US4316171A (en) | Non-linear resistance elements and method for manufacturing same | |
| DE2154163A1 (de) | Verlustbehaftetes Hochfrequenzfilter | |
| DE2650466C2 (de) | Elektrischer Widerstand | |
| DE69830091T2 (de) | Chip-Vielschichtlaminat-Varistor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE1804967A1 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2903029C2 (de) | Kommutator und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE2357127C3 (de) | Anordnung zur Funkenunterdrückung für einen Gleichstrommotor geringer Größe | |
| DE3700912A1 (de) | Verfahren zum herstellen elektrischer schaltkreise auf grundplatten | |
| DE8003393U1 (de) | Nicht-lineares widerstandselement | |
| DE2321478A1 (de) | Thermistor und verfahren zu seiner herstellung | |
| DE1639262A1 (de) | Halbleiterbauelement mit einer Grossflaechen-Elektrode | |
| DE2649121C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Kommutators für einen Elektromotor | |
| DE3206869C2 (de) | Metalloxid-Varistor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE3730953A1 (de) | Verfahren zum herstellen elektrisch leitfaehiger schaltungen auf einer grundplatte | |
| DE2508140C3 (de) | Überspannungsableiter | |
| DE10011009B4 (de) | Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizient | |
| DE3206790C2 (de) | Zündverteiler | |
| DE1765097B2 (de) | Spannungsabhaengiger widerstand aus einer gesinterten scheibe aus zinkoxid | |
| DE3509014A1 (de) | Elektrisches bauelement mit einem keramisch hergestellten koerper und gegenpoligen kontaktbelegungen | |
| DE1613322A1 (de) | Kommutatormotor mit Scheibenrotor und Verfahren zur Herstellung der Rotorwicklung | |
| DE1771189B1 (de) | Hermetisch verschlossener Akkumulator mit mindestens einer Hilfselektrode und mindestens einer Spannungsregelungsvorrichtung,die zwischen die Hilfselektrode und entweder die positive oder die negative Elektrode geschaltet ist |