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Title:
VOLTAGE-LIMITING COMPOSITION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/014007
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a voltage-limiting composition (1) or varistor composition, having a polymer matrix (2) and a particulate filler (4) containing a partially conductive material (5), wherein the partially conductive material (5) is applied to an electrically non-conductive carrier material (6), and wherein the carrier material (6) has a lower density than the partially conductive material (5). A settling rate of the filler in the polymer matrix is reduced as a result. The voltage-limiting composition can therefore also be used as a lacquer or for prepreg materials. The invention also relates to a body which acts as a varistor and has a composition of this kind, and to a method for producing a composition of this kind, which method comprises annealing. The invention can be used particularly advantageously for surge arresters with a varistor property, in particular in medium-voltage systems, low-voltage systems, cable connections and cable fasteners.

Inventors:
GROEPPEL PETER (DE)
LANG STEFFEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/063811
Publication Date:
January 31, 2013
Filing Date:
July 13, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
GROEPPEL PETER (DE)
LANG STEFFEN (DE)
International Classes:
H01C7/108; C08K9/02; H01C7/112
Domestic Patent References:
WO1999016841A11999-04-08
WO1997026693A11997-07-24
Foreign References:
EP0944097A11999-09-22
EP0639625A11995-02-22
US6143405A2000-11-07
EP1585146A12005-10-12
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (DE)
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Claims:
Spannungsbegrenzende Zusammensetzung (1), aufweisend:

- eine Polymermatrix (2) und

- einen teilleitfähiges Material (5) enthaltenden par¬ tikelförmigen Füllstoff (4),

dadurch gekennzeichnet, dass

- das teilleitfähige Material (5) auf einem elektrisch nichtleitenden Trägermaterial (6) aufgebracht ist und dass

- das Trägermaterial (6) eine geringere Dichte aufweist als das teilleitfähige Material (5) .

Zusammensetzung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das teilleitfähige Material (5) mindes¬ tens ein dotiertes Metalloxid (5) aufweist.

Zusammensetzung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dotierte Metalloxid (5) dotiertes Zinnoxid und/oder dotiertes Zinkoxid umfasst.

Zusammensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (6) eine Dichte von weniger als 3,5 kg-ιτ 3, insbesondere von weniger als 3,0 kg-ιτ 3, aufweist.

Zusammensetzung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (6) aus Schichtsilikat besteht .

Zusammensetzung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (6) Glimmer ist.

Zusammensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (6) ein keramisches Trägermaterial ist und der partikel¬ förmige Füllstoff (4) durch Glühen hergestellt worden ist .

8. Zusammensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix (2) ein spritzgussfähiges Polymer aufweist.

9. Zusammensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix (2) Duroplast und/oder Thermoplast aufweist. 10. Körper (Kl; K2 ; K3) , aufweisend eine spannungsbegrenzen- de Zusammensetzung (1) mit einer Polymermatrix (2) und einem teilleitfähiges Material (5) enthaltenden parti¬ kelförmigen Füllstoff (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (Kl; K2 ; K3) die spannungsbegrenzende Zusam- mensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist .

11. Körper (Kl) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (Kl) mindestens eine Schicht (12) aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

12. Körper (K2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (K2) einen aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung (1) hergestellten Grundkörper (13) aufweist.

13. Körper (K3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (K3) eine faserverstärkte Zusammenset- zung aufweist.

14. Verfahren zum Herstellen einer spannungsbegrenzenden Zusammensetzung (1) aus einer Polymermatrix (2) und einem teilleitfähiges Material (5) enthaltenden partikelförmi- gen Füllstoff (4), wobei das Verfahren ein Glühen zum

Herstellen des partikelförmigen Füllstoffs (4) mit dem teilleitfähigen Material (5) aufgebracht auf einem leichteren, elektrisch nichtleitenden Trägermaterial (6) umfasst .

Description:
Beschreibung

Spannungsbegrenzende Zusammensetzung Die Erfindung betrifft eine spannungsbegrenzende Zusammenset ¬ zung, aufweisend eine Polymermatrix und einen teilleitfähiges Material enthaltenden partikelförmigen Füllstoff. Die Erfindung betrifft ferner einen Körper mit einer solchen span- nungsbegrenzenden Zusammensetzung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer spannungsbegrenzenden Zusammensetzung. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft einsetzbar für Überspannungsabieiter mit einer Varistoreigenschaft, insbesondere bei Mittelspannungsanlagen, Niederspannungsanlagen, Kabelverbindungen und Kabelverschlüssen.

Nichtlineare Widerstände mit einem Varistorverhalten finden sich in verschiedensten Anwendungen, wie in Überspannungsschutzeinrichtungen, in Kabelverbindungen, in Kabelendverschlüssen usw. Diese nichtlinearen Widerstände können eine Polymermatrix und einen in die Polymermatrix eingebetteten Füllstoff enthalten. Der Füllstoff enthält ein gesintertes Granulat mit überwiegend kugelförmigen Teilchen aus dotiertem Metalloxid (Metalloxid-Varistor (MOV) -Füllstoff) . Die Parti ¬ kel des Granulats bestehen aus kristallinen Körnerverbünden. Da ein Varistor mit einem Polymermatrix/MOV-Füllstoff-

Kompositmaterial wesentlich einfacher herstellbar ist als ein vergleichbar wirkender Varistor auf der Basis einer Sinterkeramik, können Varistoren mit dem Kompositmaterial vergleichs ¬ weise einfach, preiswert und in großer Formenvielfalt herge- stellt werden.

Die Viskosität des Kompositmaterials steigt mit zunehmendem Füllstoffgehalt an, bis je nach Matrixmaterial und Verarbei ¬ tungsart eine praktische Obergrenze erreicht wird, z.B. von ca. 50 Gewichtsprozent bei Gießharzen. Bei Lacken und bei ei ¬ ner Herstellung von Prepregs wird die Viskosität des Kompo ¬ sitmaterials durch eine Zugabe von Lösungsmittel soweit er ¬ niedrigt, bis eine ideale Verarbeitbarkeit erreicht wird. Aufgrund der hohen Dichte von dotierten Metalloxiden von typischerweise mehr als 5 kg/m 3 und der relativ geringen Dichte des Kunststoffs der Kunststoffmatrix von ca. 0,8 bis 1,3 kg/m 3 setzt sich der Füllstoff schnell ab, wodurch der maxi- male Füllgrad im System eingeschränkt wird oder eine bestimm ¬ te Verarbeitungsart praktisch unmöglich macht. So sind Lacke und Prepregs mit einer niedrigen Viskosität und teilleitfähi- gen Füllstoffen bisher praktisch nicht nutzbar. WO 97/26693 beschreibt ein solches Polymermatrix/MOV-

Füllstoff-Kompositmaterial . Als Füllstoff wird ein pulverför- miges Metalloxid-Granulat verwendet, welches durch Sintern eines sprühgetrockneten MOV-Pulvers auf der Basis eines mit Oxiden von Bi, Sb, Mn, Co, AI und/oder weiterer Metalle do- tierten Zinkoxids erzeugt wird. Dieses Granulat weist nach

Art eines Fußballs geformte, kugelförmige Teilchen mit einem Varistorverhalten auf. Die Teilchen weisen einen Durchmesser von bis zu 125 Mikrometern auf und sind in ihrer Größe gauss- verteilt. Dieses Material wird in Kabelverbindungen und Ka- belendverschlüssen eingesetzt und bildet dort spannungssteu- ernde Schichten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine besser verarbeitbare spannungsbegrenzende Zusammensetzung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesonde- re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine spannungsbegrenzende Zu ¬ sammensetzung, aufweisend eine Polymermatrix und einen teil- leitfähiges Material enthaltenden partikelförmigen Füllstoff, wobei das teilleitfähige Material auf einem elektrisch nicht ¬ leitenden Trägermaterial aufgebracht ist und wobei das Trä ¬ germaterial eine geringere Dichte aufweist als das teilleit- fähige Material. Die einzelnen Partikel des Füllstoffs, welche sich also teil ¬ weise aus dem weniger dichten Trägermaterial und teilweise aus dem dichteren teilleitfähigen Material zusammensetzen, weisen also als Ganzes eine geringere mittlere Dichte auf als das teilleitfähige Material, insbesondere Metalloxid, alleine und setzen sich folglich in geringerem Maße innerhalb der Polymermatrix ab (verbessertes Absetzverhalten) . Dadurch kann die Zusammensetzung gleichmäßiger mit einem höheren Füll- stoffgehalt aufgebracht werden als bisher. Durch den höheren Füllstoffgehalt können deutlich höhere Stromdichten ausgehal ¬ ten werden, bevor die Zusammensetzung degradiert. Auch kann nun eine Zusammensetzung zur Verwendung als Lack und/oder mit Prepregs bereitgestellt werden, welche einen ausreichend ver- teilten hohen Füllstoffgehalt über eine für praktische Anwen ¬ dungen ausreichend lange Zeit hält.

Die Polymermatrix kann insbesondere elektrisch nichtleitend oder isolierend sein, insbesondere nach einem Aushärten o.ä.

Zur Bereitstellung der elektrischen Teilleitfähigkeit (Varistoreigenschaft) können die Partikel des Füllstoffs der spannungsbegrenzende Zusammensetzung insbesondere mindestens einen durch die spannungsbegrenzende Zusammensetzung hin- durchführenden Leitungspfad bilden, wozu sich mehrere Teil ¬ chen mechanisch und elektrisch kontaktieren und so elektrisch leitfähige Cluster bilden. Üblicherweise wird sich ein sol ¬ cher Leitungspfad bei einem geringen Anteil an leitfähigem Füllstoff in einer nicht leitfähigen Matrix nicht ausbilden, und ein spezifischer Widerstand der Zusammensetzung wird praktisch unendlich hoch sein. Mit steigendem Füllstoffanteil wird der spezifische Widerstand (im leitfähigen Zustand des Füllstoffs) sinken, bis er ab einer sog. Perkolationsgrenze oder Perkolationsschwelle im Wesentlichen konstant sein (die Zusammensetzung ist dann "perkolationsgesättigt " ) · Eine Erhö ¬ hung des Füllstoffanteils über die Perkolationsschwelle hin ¬ aus wird also keine signifikante Änderung des spezifischen Widerstands mehr ergeben und deutet auf eine sehr starke Aus- bildung von elektrischen Leitungspfaden bzw. Clustern in der Matrix hin. Bei der vorliegenden spannungsbegrenzende Zusammensetzung (welche also insbesondere perkolationsgesättigt ist, d.h. einen Füllstoffanteil an oder über der Perkolati- onsschwelle aufweist) wird es bevorzugt, dass sie eine Perko- lationsschwelle zwischen ca. 25 Gewichtsprozent und ca. 50 Gewichtsprozent des Füllstoffs aufweist. Jedoch kann die spannungsbegrenzende Zusammensetzung auch einen Füllstoffanteil unterhalb der Perkolationsschwelle aufweisen.

Es ist eine Weiterbildung, dass das teilleitfähige Material allseitig auf einem elektrisch nichtleitenden Trägermaterial aufgebracht ist. Dadurch wird eine elektrische Kontaktierung bei einer mechanischen Kontaktierung gewährleistet und eine Ausbildung eines elektrischen Leitungspfads unterstützt.

Folglich kann so auch eine Perkolationsschwelle niedrig gehalten werden.

Das teilleitfähige Material des Füllstoffs kann insbesondere einen oder mehrere Verbindungshalbleiter, insbesondere dotierte Verbindungshalbleiter, umfassen.

Es ist eine Ausgestaltung, dass das teilleitfähige Material mindestens ein dotiertes Metalloxid aufweist. Als Dotierung können insbesondere Bi, Sb, Mn, Co, AI und/oder anderer Metalle, deren Oxide, oder z.B. auch Fluor (F) vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich mag das teilleitfähige Material z.B. III-IV-Verbindungshalbleiter, andere II-VI- Verbindungshalbleiter, III-VI-Verbindungshalbleiter, I-III- VI-Verbindungshalbleiter, IV-IV-Verbindungshalbleiter (wie z.B. SiC), organische Halbleiter usw. aufweisen.

Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das dotierte Metall ¬ oxid dotiertes Zinnoxid und/oder dotiertes Zinkoxid umfasst. Diese Metalloxide weisen eine gute spannungsbegrenzende oder Varistor-Eigenschaft auf. Zinnoxid und Zinkoxid weisen ver ¬ gleichsweise hohe Dichten von ca. 6,9 kg-ιτ 3 bzw. von ca. 5,6 kg-ιτ 3 auf. Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Trägermaterial eine Dichte von weniger als 3,5 kg-ιτ 3 , insbesondere von weniger als 3,0 kg-ιτ 3 , aufweist. So kann ein hoher Dichteunterschied gegenüber dem teilleitfähigen Material, insbesondere Metall ¬ oxiden, gewährleistet werden. Solche Trägermaterialien umfassen beispielsweise Bornitrid, Quarz, Siliziumkarbid, Silizi ¬ umnitrid oder Schichtsilikate. Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Trägermate ¬ rial ein Schichtsilikat ist. Schichtsilikate, insbesondere Glimmer, weisen außer ihrer geringen Dichte den Vorteil auf, dass sie typischerweise nur eine geringe elektrische Leitfä ¬ higkeit aufweisen.

Speziell Glimmer weist eine perfekte Spaltbarkeit parallel zu seinen Schichtpaketen auf und weist ferner eine besonders ge ¬ ringe elektrische Leitfähigkeit auf. Glimmer weist auch eine besonders geringe Dichte von ca. 2,7 kg-ιτ 3 auf. Der Glimmer kann beispielsweise Muskovit oder Biotit sein. Insbesondere die Schichtsilikate, und darunter besonders Glimmer, weisen den weiteren Vorteil auf, dass sie auch als kleine Teilchen oder Partikel, z.B. auch in Pulverform, eine flache Grundform aufweisen. Ein kleines Teilchen oder Partikel mit einem (ins- besondere allseitig) auf einem Schichtsilikat aufgebrachten teilleitfähigen Material ist folglich nicht sphärisch, sondern eher plättchenförmig . Diese Plättchenform verlangsamt ein Absetzen weiter, da sie einer Bewegung in der Polymermatrix einen höheren Strömungswiderstand entgegensetzt als ein sphärisches Teilchen.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Trägermate ¬ rial ein keramisches Trägermaterial, z.B. Glimmer, ist. Das keramische Trägermaterial weist den Vorteil auf, dass es me- chanisch hochfest und chemisch hochgradig inert ist und zudem als ein elektrischer Isolator ausgewählt werden kann. Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der partikelförmige Füllstoff durch Glühen hergestellt worden ist, insbesondere mit dem keramischen Trägermaterial. Das keramische Trägerma ¬ terial weist dabei den Vorteil auf, dass es hochtemperatur- fest ist und das Glühen ohne Schaden überstehen kann.

Es ist eine Weiterbildung, dass das teilleitfähige Material, insbesondere Metalloxid, als solches oder in einer Vorform (z.B. in einer noch nicht oxidierten Vorform und/oder mit Zu- satz von bei einem Glühen entfernten Hilfsstoffen) auf dem Trägermaterial abgeschieden und dann mit dem Trägermaterial geglüht worden ist. Das Trägermaterial kann z.B. als ein Pul ¬ ver vorliegen. So können fest zusammenhängende Partikel er ¬ zeugt werden, wobei das keramische Trägermaterial eine für ein Glühen ausreichend hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Beispielsweise kann das teilleitfähige Material, insbesondere dotiertes Metalloxid, als solches oder in der Vorform insbe ¬ sondere mittels eines nasschemischen Verfahrens auf dem Trä ¬ germaterial abgeschieden worden sein. Insbesondere mag z.B. Zinn oder Zink bzw. eine Verbindung davon zusammen mit Bi, Sb, Mn, Co, AI usw. und ggf. mit Hilfsstoffen nasschemisch auf Glimmer abgeschieden werden und durch das Glühen oxidiert werden. Die Hilfsstoffe werden dabei ausgeglüht. Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Polymermat ¬ rix ein spritzgussfähiges Polymer aufweist. So kann mittels der Zusammensetzung auf eine einfache Weise ein spannungsbe- grenzender Kunststoffkörper, insbesondere Vollkörper, mit einer Varistor-Eigenschaft bereitgestellt werden.

Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Zusammensetzung fließfähig ist, z.B. durch ein Zusetzen von Lösungsmittel. Die Zusammensetzung kann so insbesondere als ein Lack o.ä. mit einer Varistor-Eigenschaft verwendet werden.

Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Polymermatrix Duroplast und/oder Thermoplast aufweist. Diese Polymere lassen sich besonders gut zur Herstellung von Kunststoffkörpern verwenden, insbesondere durch ein Spritzgussverfahren.

Die einzelnen Teilchen oder Partikel des partikelförmigen Füllstoffs können insbesondere eine häufigste Breite zwischen 5 Mikrometern und 70 Mikrometern aufweisen. Es wird besonders bevorzugt, dass eine Abweichung (d95) von der häufigsten Breite +/- 5 Mikrometer beträgt. Eine Dicke der Partikel kann insbesondere zwischen 300 Nano- metern und 600 Nanometern liegen. Insbesondere kann eine Dicke des Trägers zwischen 200 Nanometern und 300 Nanometern liegen. Das dotierte Metalloxid kann mit einer Dicke von be ¬ vorzugt jeweils zwischen 100 Nanometern und 150 Nanometern vorliegen.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Körper, der die spannungsbegrenzende Zusammensetzung wie oben beschrieben aufweist .

Dieser Körper weist den Vorteil auf, dass er ganz oder teil ¬ weise die spannungsbegrenzende Zusammensetzung aufweist, wel ¬ che einen höheren und/oder gleichmäßiger verteilten Füllstoffanteil an teilleitfähigem Material, insbesondere an do- tiertem Metalloxid, aufweist als herkömmliche spannungsbe ¬ grenzende Zusammensetzungen. Dadurch wird ein gleichmäßigeres Varistorverhalten ermöglicht. Zudem wird so ein Körper bereitgestellt, welcher deutlich höhere Stromdichten aushalten kann, bevor er in seiner Funktion als Varistor degradiert. Dies ermöglicht einen bezüglich eines Stromflusses besonders langlebigen und betriebssicheren Varistor-Körper.

Es ist eine Ausgestaltung, dass der Körper mindestens eine Schicht aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Ein solcher Körper weist insbesondere den Vorteil auf, dass seine die

Schicht tragende Grundform herkömmlich herstellbar ist und dann mindestens eine Schicht aus oder mit der spannungsbe- grenzenden Zusammensetzung auftragbar ist. Dabei wird es mittels der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung erstmals ermöglicht, auch Lacke mit der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung bzw. die spannungsbegrenzende Zusammensetzung als Lack o.a. praktisch zu verwenden. Denn die Partikel setzen sich ausreichend langsam ab, so dass der Lack (z.B. nach einem zuvor erfolgten Schütteln) mit einem hohen und ausreichend gleichmäßigen Füllstoffanteil mit herkömmlichen Metho ¬ den (Pinseln, Aufsprühen usw.) aufgebracht werden kann. Bei Lacken lassen sich mit der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung Füllstoffanteile von bis zu 90 Gewichtsprozent errei ¬ chen .

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Körper einen aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung hergestellten Grundkörper aufweist oder ist. Der Körper kann insbesondere nur aus dem Grundkörper bestehen. So kann auch ein besonders langlebiger und betriebssicherer Varistor-Vollkörper bereitgestellt werden .

Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Körper eine faserverstärkte Zusammensetzung aufweist oder ist. Insbesondere kann der Körper die faserverstärkte Zusammensetzung als ein Prepreg-Halbzeug oder als ein anderes Halbzeug mit einer Mat- rix aus der Zusammensetzung und Fasern zu deren Verstärkung vorliegen. Es ist also mittels der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung erstmals möglich, auch Prepregs usw. mit der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung auszustatten, insbesondere mit der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung als dem Matrixmaterial des Prepregs. Insbesondere können nun Fasern des Prepregs mit einer spannungsbegrenzenden Zusammensetzung mit einem hohen und ausreichend gleichmäßigen Füllstoffanteil getränkt bzw. damit verbunden werden. Unter einem Prepreg mag insbesondere ein endlosfaserverstärktes duroplastisches Halb- zeug verstanden werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine Verwendung von Endlosfasern beschränkt, sondern kann z.B. auch mit duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeugen wie BMC (Bulk Molding Compound) oder SMC (Sheet Molding Compound) , welche nur kurze Fasern aufweisen, verwendet werden. Das Du ¬ roplast des Prepregs oder eines anderen Faser-Matrix- Halbzeugs kann folglich eine spannungsbegrenzende Zusammen ¬ setzung mit einer duroplastischen Polymermatrix sein. Für Prepregs oder andere Faser-Matrix-Halbzeuge lassen sich in der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung Füllstoffanteile von bis zu 70 Gewichtsprozent erreichen. Die Ausgestaltung ist jedoch nicht auf Duroplaste beschränkt.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer spannungsbegrenzenden Zusammensetzung aus einer Polymermatrix und einem teilleitfähiges Material enthaltenden partikelförmigen Füllstoff, wobei das Verfahren ein Glühen zum Herstellen des partikelförmigen Füllstoffs mit dem teil- leitfähigen Material aufgebracht auf einem leichteren, elekt ¬ risch nichtleitenden, insbesondere keramischen, Trägermaterial umfasst. Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die oben beschriebene Zusammensetzung und kann auch analog ausgestaltet werden.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Aus- führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszei ¬ chen versehen sein. zeigt eine erfindungsgemäße spannungsbegrenzende

Zusammensetzung;

Fig.2 zeigt einen Körper mit einer Schicht aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung;

Fig.3 zeigt einen Körper mit einem aus der spannungsbe- grenzenden Zusammensetzung hergestellten Grundkörper; und Fig.4 zeigt einen Körper in Form eines Prepreg-Halbzeugs mit einer faserverstärkten spannungsbegrenzenden Zusammensetzung . Fig.l zeigt eine erfindungsgemäße spannungsbegrenzende Zusam ¬ mensetzung 1. Die spannungsbegrenzende Zusammensetzung 1 weist eine elektrisch nicht leitfähige Polymermatrix 2 mit einem oder mehreren elektrisch nicht leitfähigen duroplastischen Polymeren auf. Die Polymermatrix 2 mag noch weitere Ma- terialien oder Stoffe aufweisen, z.B. Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel .

Die Polymermatrix 2 ist mit einem partikelförmigen Füllstoff versetzt, welcher pulverförmige, teilleitfähige Partikel 4 aufweist. Diese spannungsbegrenzende Zusammensetzung 1 wirkt als ein Varistor bzw. weist eine Varistor-Funktion oder Varistor-Eigenschaft auf, d.h., dass die spannungsbegrenzende Zusammensetzung 1 bis zu einer daran angelegten Schwellspannung im Wesentlichen elektrisch nichtleitend ist und mit Er- reichen oder Überschreiten der Schwellspannung im Wesentlichen plötzlich leitet. Die spannungsbegrenzende Zusammenset ¬ zung 1 kann also z.B. zum Überspannungsschutz verwendet werden . Die Partikel 4 liegen dergestalt als Verbundmaterial ("Ver ¬ bundpartikel") vor, dass ein teilleitfähiges Material in Form eines dotierten Metalloxids 5 auf einem Träger oder Trägerma ¬ terial 6 aus Glimmer, z.B. Muskovit, aufliegt. Das dotierte Metalloxid 5 ist hier ein mit einem Oxid von Bi, Sb, Mn, Co und/oder AI dotiertes Zinnoxid oder Zinkoxid. Während Zinn ¬ oxid und Zinkoxid eine hohe Dichte von ca. 6,9 kg-ιτ 3 bzw. von ca. 5,6 kg-ιτ 3 aufweisen, weist Glimmer eine vergleichsweise geringe Dichte von ca. 2,7 kg-ιτ 3 auf. Glimmer ist zu ¬ dem ausgeprägt elektrisch nichtleitend. Die Partikel 4 weisen also eine effektive mittlere Dichte auf, welche sich aus ei ¬ ner gewichteten Mittelung der Dichten des dotierten Metalloxids 5 und des Trägers 6 aus Glimmer ergibt. Die Partikel 4 sind folglich leichter als reines dotiertes Metalloxid und sinken in der Polymermatrix 2 erheblich langsamer zu Boden. Der Träger 6 wirkt also als ein "Auftriebskörper" für das Metalloxid. Das Absinken der Partikel 4 wird dadurch noch weiter verlangsamt oder sogar aufgehalten, dass die Partikel 4 aufgrund des im Wesentlichen planaren Trägers 6 aus Glimmer keine sphärische Form, sondern eine Plättchenform aufweisen. Die Plättchenform vergrößert einen Strömungswiderstand und verringert somit die Absenkgeschwindigkeit. So lassen sich die Partikel 4 auch in einer vergleichsweise flüssigen Polymermatrix 2 ausreichend lange verteilen, um eine Aufbringung der span- nungsbegrenzende Zusammensetzung 1 mit einem ausreichend ho ¬ hen Füllstoffgehalt zu ermöglichen. Die spannungsbegrenzende Zusammensetzung 1 ist folglich auch als ein Lack oder ein Harz eines faserverstärkten Kunststoffs einsetzbar.

Die Partikel 4 können insbesondere so hergestellt worden sein, dass mit Bi, Sb, Mn, Co und/oder AI dotiertes Zinn oder Zink auf pulverförmigem Glimmer nasschemisch abgeschieden wird und dann mit dem Glimmer geglüht wird, wobei während des Glühens die Oxide gebildet werden. Die Partikel 4 können ins ¬ besondere eine häufigste Breite zwischen 5 Mikrometern und 15 Mikrometern aufweisen, insbesondere zwischen 7 Mikrometern und 9 Mikrometern. Eine Dicke der Partikel 4 kann insbesonde ¬ re zwischen 300 Nanometern und 600 Nanometern liegen. Insbesondere kann eine Dicke des Trägers oder Trägermaterials 6 zwischen 200 Nanometern und 300 Nanometern liegen und beidseitig das dotierte Metalloxid 5 mit einer Dicke von jeweils zwischen 100 Nanometern und 150 Nanometern vorliegen.

Obwohl die Partikel 4 für eine gute Übersichtlichkeit so ge ¬ zeichnet sind, dass sie sich nicht berühren, ist die span ¬ nungsbegrenzende Zusammensetzung 1 tatsächlich perkolations- gesättigt, wie vergrößert in Ausschnitt A skizziert. Die Par ¬ tikel 4 sind hier lokal im Wesentlichen gleichgerichtet ange ¬ ordnet, und nächste Nachbarn der Partikel 4 berühren sich in der Regel (Clusterbildung) . Dadurch wird eine sehr verlässli- che Ausbildung von elektrischen Leitungspfaden und damit eine verlässliche Varistorfunktion ermöglicht. Das Metalloxid 5 umgibt dazu den Träger 6 insbesondere allseitig. Fig.2 zeigt einen Körper Kl mit einer Schicht aus der span- nungsbegrenzenden Zusammensetzung 1. Der Körper Kl weist einen Grundkörper 11 aus einem elektrisch nichtleitenden Material (z.B. Kunststoff oder Keramik) auf, wobei der Grundkörper 11 an seiner Oberfläche mit einer Schicht 12 aus der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung 1 belegt ist. Wird an diesen Körper Kl eine Spannung angelegt, wirkt er bis zum Erreichen der Schwellspannung des dotierten Metalloxids 5 als Nichtleiter. Mit Erreichen oder Überschreiten der Schwellspannung leitet das dotierte Metalloxid 5. Der Körper Kl wirkt folglich wie ein Varistor. Die spannungsbegrenzende Zu ¬ sammensetzung 1 kann beispielsweise als Lack auf den Grund ¬ körper 11 aufgepinselt oder aufgesprüht worden sein. Hierbei kann ein Gewichtsanteil des Füllstoffs 4 bis zu ca. 90 Ge ¬ wichtsprozent betragen.

Fig.3 zeigt einen Körper K2 mit einem aus der spannungsbe ¬ grenzenden Zusammensetzung 1 hergestellten Grundkörper 13. Hier wirkt also der Grundkörper 13 als Varistor. Die spannungsbegrenzende Zusammensetzung 1 kann zur Herstellung des Grundkörpers 13 beispielsweise spritzgegossen worden sein.

Die Polymermatrix 2 bzw. das mindestens eine zugehörige Poly ¬ mer ist also ebenfalls spritzgussfähig.

Fig.4 zeigt einen Körper in Form einer Prepreglage K3 mit ei- ner faserverstärkten spannungsbegrenzenden Zusammensetzung 1. Die zugehörigen, mit der spannungsbegrenzenden Zusammensetzung 1 getränkten Endlosfasern 14 können elektrisch leitend oder elektrisch nichtleitend sein. Hier wirkt also die

Prepreglage K3 als Varistor oder Varistor-Ausgangsmaterial. Die Prepreglage K3 kann einen Gewichtsanteil des Füllstoffs 4 von bis zu ca. 70 Gewichtsprozent aufweisen. Eine solche Prepreglage K3 kann beispielsweise um einen Grundkörper gewi ¬ ckelt werden oder sein. Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Vari- ationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen