Geht es darum, empfindliche Schaltungen vor möglichen Überspannungsschäden zu schützen, werden in der Elektrotechnik gerne sogenannte Varistoren verwendet. Hierbei handelt es sich um spannungsabhängige Widerstände, die mit ihrer langen Haltbarkeit überzeugen. Und auch wenn es in einer Schaltung mehrfach zu hohen Impulsströmen kommt, stellt das für diese Bauteile kein Problem dar.
So werden Varistoren hergestellt
Die Basis für Varistoren stellt Zinkoxid dar, welches in Pulverform mit anderen Metalloxiden vermischt und dann in eine scheibenförmige Form gepresst wird, bevor es weiter behandelt und mit Anschlussdrähten versehen wird. Zinkoxid wird deshalb verwendet, weil sich zwischen den einzelnen Körnern Sperrschichten entsteht. Gelangt nun elektrische Spannung an diese Sperrschichten, wird dadurch ein elektrisches Feld aufgebaut. Die Folge: Die Sperrschichten werden teilweise abgebaut, wobei der Abbau umso stärker ist, je größer die Spannung ist, welche an das Feld gelangt.
Am weitesten verbreitet sind Varistoren in Scheibenform. Es gibt aber noch weitere Bauformen, welche für manche Einsatzzwecke besser geeignet sind. Weit verbreitet sind beispielsweise sogenannte SMD-Bausteine. Der wesentliche Unterschied dieser besteht darin, dass sie keine Anschlüsse mit Drähten besitzen. Stattdessen werden sie mit Hilfe einer lötfähigen Anschlussfläche direkt auf eine Leiterplatte gelötet. Darüber hinaus gibt es Varistoren auch in Form einer sogenannten Schaltschütze, welche im Grunde die selbe Funktion erfüllt wie ein Relais.
Warum kann es zu einem Überspannungsschaden kommen?
Auch in funktionierenden Schaltungen kann es prinzipiell jederzeit zu einer Überspannung und einem damit einher gehenden Schaden kommen. Ein auslösender Faktor kann beispielsweise ein Blitzschlag sein. Der Grund: Bei jedem Blitzschlag entsteht ein Magnetfeld, welches in nahe gelegenen elektrischen Leitungen enorme Schwankungen in der Stromstärke verursachen kann. Noch aus einer Entfernung von 1,6 Kilometern erzeugt ein Blitzschlag beispielsweise in Leitungen ein Spannungsplus von 70 Volt.
Aber auch beim Schalten einer induktiven Last kann es zu starken Schwankungen der elektrischen Energie kommen. Das ist beispielsweise bei Transformatoren, Relais, Motoren und Generatoren der Fall.
Darüber hinaus kann es auch zu einer elektrostatischen Entladung kommen. In diesem Fall steigt die Spitzenspannung sehr schnell an. Es fließt also plötzlich und unvermutet eine große Menge an Strom durch eine elektrische Leitung.
Wo werden Varistoren eingesetzt?
Genutzt werden Varistoren, um elektronische Schaltungen oder einzelne Bauteile vor einem eventuellen Schaden durch Überspannung zu schützen. Diese Überspannungen entstehen vielen Fällen dadurch, dass an Spulen Schaltvorgänge vorgenommen werden. Dieses Zuviel an Spannung wird dann über die Netzleitung an Endgeräte übertragen und kann diese beschädigen. Aber auch innerhalb von Schaltungen lassen sich Varistoren nutzen, um einzelne Bauteile vor einem Schaden zu schützen. Notwendig ist dieser Schutz etwa bei Schalttransistoren. Zumindest, wenn über dieses Bauelement eine induktive Last geschaltet wird, wie es beispielsweise bei einem Relais der Fall ist. Denn diese Bauteile reagieren auf eine zu hohe Spannung nahezu ohne Verzögerung und reduzieren den Widerstand entsprechend. Dadurch wird die übermäßige Ladung abgeleitet.