DE2903442C2

DE2903442C2 -

Info

Publication number: DE2903442C2
Application number: DE2903442A
Authority: DE
Inventors: David August Palo Alto Calif. Us Hormsa
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1989-10-12
Also published as: CA1158456A; IT7919733A0; DE2903442A1; BR7900563A; FR2415935B1; GB2014784B; US4246468A; IT1110790B; GB2014784A; FR2415935A1; JPS54116753A; BE873814A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer selbstregulierenden elek trischen Vorrichtung, insbesondere einer elektrischen Heiz vorrichtung, die einen im wesentlichen konstanten Querschnitt über ihre Länge aufweist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus DE-OS 25 43 314 ist eine selbstregulierende elektrische Vor richtung, insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung der vorstehend genannten Art bekannt. Bei der Anwendung dieser Vor richtung ist das PTC-Element zu Beginn auf Raumtemperatur, wenn am Anfang der Strom durch dieses Element fließt. Anschließend wird das PTC-Element auf eine höhere Arbeitstemperatur gebracht, bei welcher der Widerstand des Elements wesentlich höher als bei Raumtemperatur ist. Wenn daher Strom durch das PTC-Element geleitet wird, ist der Strom bei einer Vorrichtung mit einem derartigen PTC-Element zu Beginn viel größer als zu einem spä teren Zeitpunkt, wenn die Vorrichtung ihre Arbeitstemperatur erreicht hat. Bei elektrischen Heizvorrichtungen ist eine nen nenswerte Stromstärke für das wirksame Arbeiten bei der Arbeits temperatur erforderlich, so daß die Gefahr besteht, daß zu Be ginn des Arbeitens der elektrischen Heizvorrichtung der Strom eine solche Größe erreichen kann, daß die elektrische Vorrich tung selbst oder weitere Teile der zugeordneten Schaltung dauer haft beschädigt werden können. Dieser sogenannte Einschaltstrom stoß stellt daher eine Hauptschwierigkeit bei derartigen selbst regulierenden elektrischen Vorrichtungen dar. Eine weitere Schwie rigkeit bei derartigen selbstregulierenden elektrischen Vor richtungen stellt die Bildung von sogenannten "heißen Stellen" in dem PTC-Element dar. Wenn der Strompfad durch ein verhält nismäßig dünnes PTC-Element quer zur Dickenrichtung desselben verläuft, so besteht etwa parallel zum Anstieg der Temperatur des PTC-Elements für einen in Dickenrichtung derselben erstrecken den Teil die Neigung, daß sich dieses Teil viel schnel ler als andere Teile erwärmt. Die auf diese Weise sich ergeben den sogenannten heißen Stellen setzen die Wärmeabgabeleistung eines PTC-Elementes beträchtlich herab, da in allen anderen Be reichen außer den heißen Stellen verhältnismäßig wenig Wärme er zeugt wird. Auch führen die sogenannten heißen Stellen zu einer Verunheitlichung der Wärmeabgabeleistung mit der Folge, daß das PTC-Element beschädigt werden kann. Die DE-OS 25 43 314 befaßt sich insbesondere mit dieser Problematik der sogenannten heißen Stellen, welche durch die dort angegebene Auslegung ver mieden werden sollen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine selbstregulierende elektrische Vorrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die gegenüber Einschaltstromstößen im Hinblick auf ihre Funktions- und Arbeitsweise im wesentlichen unempfindlich ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch das bei der Erfindung vorgesehene und den Strompfad für wenig stens einen Teil des durchfließenden Stromes bestimmende CD- Element wird bei der erfindungsgemäßen selbstregulierenden elektrischen Vorrichtung erreicht, daß sich Stromstöße beim erstmaligen Anschließen der Vorrichtung an eine Stromquelle verhindern lassen, da das CD-Element elektrisch isolierend wirkt. Somit wird erreicht, daß bei einem solchen erstmaligen Anschließ en ein wesentlich erhöhter Widerstand durch die Anordnung des CD-Elements zwischen den Elektroden aufgrund dieser isolierenden Eigenschaften erreicht wird, um die Stromstärke beim Einschalt vorgang herabzusetzen. Hierdurch lassen sich Beschädigungen der Vorrichtung selbst und an den hiermit in Verbindung stehenden Schaltungen wirksam vermeiden.

Das Element relativ konstanter Wattleistung bei der erfindungs gemäßen selbstregulierenden elektrischen Vorrichtung, das nach stehend auch als RCW-Element bezeichnet wird, ist ein Element, dessen Widerstand kleiner als der Widerstand des oder der PTC- Elemente wenigstens innerhalb eines Teils des Arbeitstemperatur bereiches der Vorrichtung ist. Wenn mehrere RCW-Elemente vor gesehen sind, so ist der Gesamtwiderstand dieser Elemente klei ner als der Gesamtwiderstand des oder der PTC-Elemente wenig stens innerhalb eines Teils des Arbeitstemperaturbereiches der Vorrichtung.

PTC-Elemente aus einem leitenden Polymer haben im allgemeinen bei 10°C einen spezifischen Widerstand von 1 bis 2500 Ohm/cm, zweckmäßigerweise von 2 bis 100 Ohm/cm. Bei niederen Spannungen von 12 bis 36 Volt beispielsweise kommen spezifische Widerstände von 1 bis 250 Ohm/cm, zweckmäßigerweise von 5 bis 50 Ohm/cm in Betracht. Bei größeren Spannungsgrößen, wie 120, 240 oder 480 Volt sind meist höhere spezifische Widerstände der PTC-Elemente zweckmäßig, welche wenigstens 80 Ohm/cm betragen und beispiels weise im Bereich von 80 bis 500 Ohm/cm liegen. PTC-Elemente ha ben zweckmäßigerweise eine Nutzschalttemperatur T _s innerhalb eines Bereiches von 0 bis 280°C und insbesondere zwischen 35 und 160°C. Da es sich bei den RCW-Elementen ebenfalls um leit fähige Polymere handelt, können diese bei 30°C einen spezi fischen Widerstand haben, der größer oder kleiner als der ent sprechende spezifische Widerstand der PTC-Elemente ist. Auch kann es zweckmäßig sein, bei der selbstregulierenden elektri schen Vorrichtung nach der Erfindung ein PTC-Element zu ver wenden, das eine erste Nutzschalttemperatur T _s hat, welches in Verbindung mit einem RCW-Element zur Anwendung kommt, das eine zweite Nutzschalttemperatur T _s hat, welcher höher, zweck mäßigerweise mindestens 25°C höher als die erste Nutzschalt temperatur T _s des PTC-Elements ist.

Das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene und ein den Strompfad für wenigstens ein Teil des durchfließenden Stro mes bestimmende CD-Element kann aus einer beliebigen RI-Zu sammensetzung oder PRI-Zusammensetzung bestehen, bei denen es sich beispielsweise um Luft und andere Strömungsmittel sowie um Zusammensetzungen mit einem natürlichen oder synthetischen organischen Polymer handeln kann. Typischerweise hat die RI-Zu sammensetzung einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur, welcher zumindest 5mal, zweckmäßigerweise 10mal größer als der Widerstand bei Raumtemperatur irgendeines der anderen leit fähigen Elemente der Vorrichtung ist. Natürlich kann der spe zifische Widerstand auch wesentlich höher sein und beispiels weise 2500 Ohm/cm betragen. Unter RI-Zusammensetzungen sind solche zu verstehen, deren spezifischer Widerstand bei der Ar beitstemperatur der Vorrichtung mit dem spezifischen Widerstand irgendeines der anderen Elemente vergleichbar und sogar noch niedriger als dieser ist, so daß bei der Arbeitstemperatur der Vorrichtung Strom durch das CD-Element fließen kann. Dieses CD-Element kann in Form einer PRI-Zusammensetzung auch ein PTC-Material enthalten. Der Kontaktbereich dieses PTC-Materials mit einer der Elektroden sollte beispielsweise auf weniger als 20% der Gesamtoberfläche der Elektrode begrenzt sein. Wenn das CD-Element ein PTC-Material enthält, so kann es entweder als gesondertes Element zu dem PTC-Element ausgebildet sein oder mit diesem ein Stück bilden. Wenn das CD-Element mit dem PTC-Material als gesondertes Element vorgesehen ist, so hat dieses PTC-Material des CD-Elements im allgemeinen eine Nutz schalttemperatur T _s, welche unter der Nutzschalttemperatur T _s des PTC-Elements liegt, und zwar zweckmäßigerweise wenigstens um 25°C.

Bei den Elektroden bei der erfindungsgemäßen selbstregulierenden elektrischen Vorrichtung kann es sich um Elektroden beliebiger Ausbildung und aus beliebigen Werkstoffen handeln. Zweck mäßigerweise werden Elektroden aus Kupfer, Aluminium oder ei nem anderen Metall mit einem entsprechend niedrigen spezifischen Widerstand verwendet, insbesondere wenn die Elektroden lang sind. Die Elektrode kann als ein massiver Draht oder ein Draht aus geflochtenen Einzeldrähten ausgebildet sein. Beispielsweise ist sie aus einem mit Zinn übrzogenen Kupferdraht ausgebildet. Sie kann auch als ein massives oder Perforation versehenes Metall band oder als eine Metallplatte oder als ein siebartiges Draht gewebe ausgebildet sein. In manchen Anwendungsfällen der Vor richtung können die Elektroden auch beispielsweise aus einem leitfähigen Polymer bestehen. Dieses leitfähige Polymer sollte dann zweckmäßigerweise einen niedrigeren spezifischen Wider stand haben, der im Temperaturbereich von 20°C und der Arbeits temperatur der Vorrichtung von beispielsweise 150°C nicht mehr als 0,1mal größer als der spezifische Widerstand irgendeines der anderen Elemente der Vorrichtung ist. Die Elektroden können auch einen Überzug aus einem leitfähigen Polymer haben, der zweckmäßigerweise einen spezifischen Widerstand hat, welcher größer als jener des Trägermaterials ist.

Die erfindungsgemäße selbstregulierende elektrische Vorrichtung wird insbesondere als elektrische Heizvorrichtung verwendet. Sie kann jedoch auch als ein Temperaturmeßfühler oder gegebenen falls als eine Kombination von beiden arbeiten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bis 5 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausfüh rungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 bis 8 Querschnittsansichten von länglich ausgebildeten, selbstregulierenden, elektrischen Vorrichtungen, welche einen im wesentlichen konstanten Quer schnitt über ihre Länge aufweisen.

In den Figuren sind die Elektroden mit den Bezugszeichen 1, 2 und 3 versehen. Die Elektroden in den Fig. 1 bis 4 und 6 sind beispielsweise runde verlitzte Drahtelektroden aus mit Zinn überzogenem Kupferdraht mit 19 Litzen und einem Durchmesser von etwa 0,048 cm.

In Fig. 5 und 7 sind die Elektroden als Streifenelektroden aus mit Zinn überzogenem Kupfer (0,008 × 0,6 cm). Die PTC-Elemente sind mit dem Bezugszeichen 5 und 6 versehen, wenn sie und die Elektroden derart angeordnet sind, daß ein Teil des Elementes als ein CD-Element oder einen Teil eines CD-Elementes wirkt. Bei allen anderen Fällen sind die PTC-Elemente mit den Bezugszei chen 8 bzw. 9 versehen. Gesonderte CD-Elemente sind mit den Be zugszeichen 15 und 16 und die isolierenden Überzüge mit den Be zugszeichen 25 versehen. Eine elektrische Stromquelle, wie eine Batterie, ist mit 30 bezeichnet und ein Schalter mit 31.

Bezugnehmend nun auf Fig. 1, welche eine Vorrichtung zeigt, welche insbesondere als eine elektrische Heizvorrichtung ver wendbar ist, stellt eine Elektrode 2 einen Leitungskontakt mit einem PTC-Element 5 her, wobei die CD-Elemente 15 und 16 von Lufträumen gebildet werden. Wenn die Elektroden 1 und 2 an die elektrische Stromquelle angeschlossen sind, verläuft der Strompfad am Anfang unmittelbar zwischen den Elektroden durch das PTC-Element 5, wobei jedoch die Wärmewirkung dieses Stro mes im wesentlichen unmittelbar eine RI-Zone in dem PTC-Element bildet und diesen Strompfad sperrt. Der Strom fließt dann zwi schen den Elektroden durch das RCW-Element 10 und das PTC-Ele ment 5 hauptsächlich auf dem kürzesten Strompfad durch die Elemente 5 und 10. Der Strompfad wird dann stufenweise länger, wenn das PTC-Element 5 mittels Widerstandserwärmung selektiv wärmer wird, bis im Gleichgewichtszustand im wesentlichen sämt liche vom Strom durchflossenen PTC-Elemente eine Temperatur auf weisen, welche sich der Nutzschalttemperatur T _s des PTC-Ele mentes annähert. In diesem Gleichgewichtszustand oder Umwandlungs temperaturzustand, welcher beispielsweise 30 bis 100mal er reicht werden kann, d. h. in den Zeiten, welche zum Bilden der RI-Zone in dem PTC-Element erforderlich sind, fließt ein Teil des Stromes nunmehr direkt zwischen den Elektroden durch das PTC-Element 5, da die Zone, welche zunächst relativ isolierend war, nunmehr einen spezifischen Widerstand hat, welcher mit dem spezifischen Widerstand anderer Bestandteile des PTC-Elementes 5 vergleichbar ist. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn das RCW- Element 10 mit den als Lufträume ausgebildeten CD-Elementen 15 und 16 zusammenwirkt, die Anfangslänge des Strompfades durch das RCW-Element 10 reduziert wird. Falls das RCW-Element 10 die Luft räume (CD-Elemente 15 und 16) ausfüllen würde, so würde der Strom pfad am Anfang nicht mehr durch das PTC-Element 5 gehen, so daß die Bildung einer RI-Zone wesentlich mehr Zeit brauchen würde.

Bei der Anwendung der elektrischen Vorrichtung nach Fig. 1 mit Elektroden 1, 2 mit einer Drahtstärke 0,40 mm und RCW- sowie PTC- Schichten mit einer Dicke von etwa 0,25 mm und einem spe zifischen Widerstand bei Zimmertemperatur von etwa 5 Ω/cm so wie einer Stromquelle mit 12 Volt wird eine RI-Zone in dem Teil der Vorrichtung gebildet, welcher der Sromquelle am nächsten liegt, und zwar in einer sehr kurzen Zeit, z. B. in der Größenordnung von 5 ms. Je länger jedoch die elektrische Vorrichtung ist, desto mehr Zeit wird benötigt, um eine RI-Zone über die ganze Länge der elektrischen Heizvorrich tungen hinweg zu bilden. Beispielsweise eine Zeit von etwa von 5 s kann für eine Länge von etwa 3 Meter erforderlich sein.

Fig. 2 zeigt eine Heizvorrichtung, welche jener gemäß Fig. 1 ähnlich ist, mit Ausnahme, daß die Elektrode 1 von dem PTC-Ele ment 8 durch ein von einem Festkörper gebildeten CD-Element 15 getrennt ist, welches in die Lufträume 15 und 16 in Fig. 1 eingesetzt ist und ein RI- oder PRI-Verhalten hat. Wenn das CD-Element 15 ein PTC-Material mit einer Nutzschalttemperatur unter der Nutzschalttemperatur T _s des PTC-Elementes enthält, so stimmt die Arbeitsweise der elektrischen Vorrichtung im wesent lichen mit jener der elektrischen Vorrichtung nach Fig. 1 über ein, wobei das CD-Element 15 im wesentlichen unmittelbar auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher es den Strom durch die RCW-Schicht hindurchleitet oder richtet. Je niedriger die Nutz schalttemperatur T _s des CD-Elementes 15 ist und je höher sein spezifischer Widerstand ist, umso kürzer ist die Zeit, welche erforderlich ist, um die RI-Zone zu bilden.

Wenn über die Gesamtlänge des CD-Elementes 15 mit einem PTC- Material hinweg eine solche Temperatur vorhanden ist, daß es eine RI-Zone enthält, und wenn der Strompfad durch das RCW- Element verläuft, so kann der Widerstand der elektrischen Vor richtung wesentlich höher sein, z. B. um einen Faktor von zwei oder mehr, d. h. dann, wen der Strom (an jeder Stelle der elek trischen Vorrichtung) direkt zwischen den Elektroden 1, 2 durch ein PTC-Element 8 und ein CD-Element 15 fließen kann. Eine sol che elektrische Vorrichtung ist daher als Temperaturmeßfühler geeignet. Wenn ein niedriger Strom, der ungenügend ist, um eine nennenswerte Widerstandserhitzung zu bewirken, durch die elek trische Vorrichtung geleitet wird, kann der Strom überwacht wer den, wobei ein abrupter Abfall des Stromes anzeigt, daß die Ge samtlänge der elektrischen Vorrichtung eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Die elektrische Vorrichtung kann hierzu in Form ei ner Serpentine durch einen zu erhitzenden flüssigen oder festen Körper verlaufen. Die elektrische Vorrichtung kann hierbei auch verwendet werden, um anzuzeigen, wenn der Gesamtkörper eine be stimmte Temperatur erreicht hat. Der Körper kann von außen oder innen durch eine gesonderte Heizvorrichtung erhitzt werden. Alternativ kann die elektrische Vorrichtung selbst zuerst als eine Heizvorrichtung unter Verwendung eines verhältnismäßig hohen Stromes und nach Erreichen eines thermischen Gleichgewichts mit dem Körper als ein Temperaturmeßfühler, wie oben beschrie ben, verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Schicht aufbau aus einem flachen CW-, CD- und PTC-Element, wobei die CD-Elemente aus einem PTC-Material bestehen. Am Anfang verläuft der Strompfad diagonal durch die Vorrichtung, wobei jedoch RI-Zonen im wesentlichen unmittelbar in den CD-Elementen 15 und 16 gebildet werden, so daß der Strompfad einen schlangenför migen Verlauf hat und zwar durch beträchtliche Abschnitte der Breite der CW-Elemente 10 und 11 und des PTC-Elementes 8.

Fig. 4 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung mit einem PTC- Element 5, welches die beiden Elektroden 1, 2 verbindet, jedoch einen dünnen Mittelabschnitt hat, an dem die CD-Elemente 15 und 16 anliegen und aus einer RI-Masse (beispielsweise einer RI-Schaummasse zur Erzielung einer thermischen Isolierung des dünnen Abschnittes des PTC-Elementes) oder aber aus einer PRI- Masse, zweckmäßigerweise einer PTC-Masse mit einer Nutzschalt temperatur T _s unterhalb der Nutzschalttemperatur des PTC-Elemen tes bestehen kann. Zu Beginn verläuft der Strompfad durch den dünnen Abschnitt des PTC-Elementes 5 und bildet eine RI-Zone, wobei dann, wenn die CD-Elemente 15 und 16 PRI-Verhalten haben, eine PRI-Zone gebildet wird, bis RI-Zonen darin gebildet sind. Dann verläuft der Strompfad durch die Teile des PTC-Elementes 5, welche die Elektroden 1, 2 umgeben, sowie durch das CW-Element 10.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausbildungsform einer elektrischen Heizvorrichtung mit Schichtaufbau. Zu Beginn verläuft der Strom pfad durch den oberen Abschnitt des PTC-Elementes 5, der zwischen den beiden flachen Elektroden 1 und 2 liegt, wobei jedoch dieser im wesentlichen unmittelbar eine RI-Zone in diesem Abschnitt des PTC-Elementes bildet. Anschließend verläuft der Strompfad durch das RCW-Element 10 und den unteren Teil des PTC-Elementes 5 und die Kantenteile der beiden Elemente.

Fig. 6 zeigt eine elektrische Vorrichtung, welche als Heiz vorrichtung sowie als ein Temperaturmeßfühler verwendbar ist. Diese elektrische Vorrichtung hat Elektroden 1, 2 und 3 (wel che wie die gemäß Fig. 1 sein können), wobei die Elektroden 1 und 2 von PTC-Elementen 5 und 6 umgeben sind, mit welchen die Elektrode 3 Leitungskontakte herstellt. Die PTC-Elemente 5 und 6 können gleich oder unterschiedlich sein, wobei jedoch das PTC-Element 6 zweckmäßigerweise eine niedrigere Nutzschalttem peratur T _s als das PTC-Element 5 hat. Das RCW-Element 10 umgibt die Elektrode 3 und die PTC-Elemente 5 und 6 steht in Kon takt mit ihnen, wobei Lufträume 15 und 16 neben der Elektrode 3 entstehen, welche als CD-Elemente wirken.

Die Elektroden 1 und 3 sind an eine geeignete Stromquelle an geschlossen, wobei die Vorrichtung im wesentlichen in der in Fig. 1 beschriebenen Art und Weise als Heizvorrichtung arbeitet und der Elektrode 2 im wesentlichen keine Bedeutung zukommt. Falls dann der Heizstrom abgeschaltet wird und die Vorrichtung einen thermischen Gleichgewichtszustand erreicht, so kann die Elektrode 2 als Temperaturmeßfühler verwendet werden, indem die Elektroden 2 und 3 an eine andere Stromquelle angeschlossen wer den, und zwar im wesentlichen in derselben Art und Weise, wie in bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Bei einer anderen Anwendungsweise der elektrischen Vorrichtung nach Fig. 6 sind die Elektroden 1 und 2 an einen Pol einer ge eigneten Stromquelle angeschlossen und die Elektrode 3 an den anderen Pol. Die elektrische Vorrichtung arbeitet dann als Heiz vorrichtung. Wenn die PTC-Elemente 5 und 6 identisch sind, so arbeitet die Vorrichtung als zwei parallel geschaltete elek trische Heizeinrichtungen, wobei jede Heizeinrichtung im wesent lichen gemäß der Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 1 arbeitet. Falls jedoch das PTC-Element 6 eine niedrigere Nutz schalttemperatur T _s als das PTC-Element 5 hat, so arbeitet die Vorrichtung in dieser Art und Weise während eines anfäng lichen Zeitraums. Wenn jedoch die Temperatur ansteigt und das PTC-Element 6 die Schalttemperatur T _s erreicht bzw. diese über schreitet, so nimmt die thermische Ausgangsleistung der Heiz vorrichtung ab. Dieses Verhalten ist zweckdienlich, wenn eine Herabsetzung der thermischen Ausgangsleistung der Heizvorrichtung innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches erwünscht ist.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zur Verwendung als Heizvorrich tung bzw. als Temperaturmeßfühler. Mit Ausnahme, daß diese Vorrichtung einen Schichtaufbau hat, ist sie der in Fig. 6 ge zeigten Vorrichtung ähnlich und kann für dieselben Zwecke einge setzt werden. Gemäß Fig. 7 ist die Vorrichtung an eine Batterie 30 zur Verwendung als Heizvorrichtung angeschlossen.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zur Verwendung als Heizvorrich tung. Bei dieser Ausführungsform sind die Elektroden 1 und 2 feste Leiter, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,8 mm, welche jeweils von einem kreisringförmigen PTC-Element 5, 6 um geben sind, z. B. einer leitfähigen Polymerzusammensetzung mit einer Dicke von etwa 5,0 mm. Zwischen den beiden PTC-Elementen 5, 6 ist ein Stab 33 mit einem Querschnitt in I-Form aus einem isolierenden Werkstoff, z. B. mit einem Gesamtquerschnitt von etwa 0,8 × 2,5 mm vorgesehen. Die Gesamtanordnung aus PTC-Ele menten 5 und 6 und dem Stab 33 ist von einem RCW-Element 10 umgeben, welches wiederum von einem Isolierelement 25 umgeben ist, wobei diese Elemente 10 und 25 beispielsweise eine Dicke von etwa 2,5 mm aufweisen.

Die in den Fig. 1, 2, 4, 5, 6, 7 und 8 gezeigten Vorrichtungen haben beispielsweise ein PTC-Element mit einer Nutzschalttem peratur T _s von 0° bis 280°C.

Wenn die Vorrichtung nur zwei Elektroden 1, 2 enthält, sind zweckmäßigerweise wenigstens 30% des Oberflächenbereiches des PTC-Elementes (oder jedes PTC-Elements) in Kontakt mit dem RCW-Element. Zweckmäßigerweise sind es zumindest 50%. Ferner sollte zweckmäßigerweise das Verhältnis jenes Bereiches des PTC-Elementes (oder jedes PTC-Elementes) mit welchem das andere PTC-Element in Kontakt steht, zu jenem Bereich, mit wel chem die CW-Elemente in Kontakt stehen, 0,051 : 1 bis 1,5 : 1, ins besondere 0,1 : 1 bis 1,2 : 1, insbesondere 0,2 : 1 bis 1 : 1 sein. Damit diese elektrischen Vorrichtungen mit einem maximalen Wir kungsgrad als Heizvorrichtungen arbeiten können, sollte das Verhältnis des Außenoberflächenbereiches des CW-Elementes zu Volumen desselben relativ hoch sein, beispielsweise zumindest 4 : 1, insbesondere zumindest 20 : 1, z. B. etwa 50 : 1, jedoch im allgemeinen nicht mehr als etwa 80 : 1 betragen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung hat beispielsweise zu mindest ein CD-Element eine Nutzschalttemperatur T _s, welche zweckmäßigerweise um 25°C unter der Nutzschalttemperatur T _s des PTC-Elements ist.

Bei jeder elektrischen Vorrichtung hat das RCW-Element zweck mäßigerweise einen spezifischen Widerstand, welcher sich nicht mehr als um einen Faktor 6 in jedem Segment von 30°C unter der Nutzschalttemperatur T _s des PTC-Elementes erhöht.

Für eine Heizvorrichtung gemäß Fig. 8 hat das schichtförmige PTC-Element zweckmäßigerweise bei Raumtemperatur einen spezifi schen Widerstand von 3 bis 150 Ω/cm, vorzugsweise 4 bis 15 Ω/cm, während das CW-Element in Schichtform zweckmäßigerweise bei Raum temperatur einen spezifischen Widerstand von 2 bis 20, vorzugs weise 6 bis 15 Ω/cm hat. Das schichtförmige PTC-Element besteht zweckmäßigerweise aus einer Masse mit 45 Polyäthylen mittlerer Dichte, etwa 10% Äthylen/Propylen-Diengummi, etwa 44% Ofen-Ruß und etwa 1% eines Antioxidierungsmittels. Die Prozentangaben beziehen sich auf Gew.-%. Der spezifische Widerstand beträgt 6 bis 10 Ω/cm bei Raumtemperatur und das PTC-Element hat eine Nutzschalttemperatur T _s bei etwa 112°C. Das CW-Element wird zweckmäßigerweise von einem Gemisch aus etwa 82% Äthylen/Äthyl acrylat-Mischpolymer mit 18% Äthylacrylat, etwa 17% Ruß und etwa 1% Antioxydierungsmittel gebildet und hat einen spezifischen Widerstand von etwa 11 Ω/cm bei Raumtemperatur. Die I-förmige Isoliersperrschicht und der entsprechende Mantel werden zweck mäßigerweise von Polyäthylen hoher Dichte gebildet. Die Vor richtung ist zweckmäßigerweise durch Bestrahlung, z. B. mittels einer Dosis von 10 Megarad, vernetzt.

Claims

1. Selbstregulierende elektrische Vorrichtung, insbe sondere elektrische Heizvorrichtung, die einen im wesent lichen konstanten Querschnitt über ihre Länge aufweist, mit

(a) zwei Elektroden (1, 2);
(b) einem PTC-Element (5), aus einem leitenden Polymer;
(c) einem Element relativ konstanter Wattleistung (RCW 10) aus einem leitenden Polymer, wobei der Strom zwischen den Elektroden durch das PTC-Element und das RCW-Element fließt, wenn die Vorrichtung sich auf Raum temperatur befindet, und hierbei einen erhöhten Widerstand hat,

gekennzeichnet durch

(d) ein den Strompfad für wenigstens einen Teil des durchfließenden Stromes bestimmendes (CD)-Element, das zwischen den Elektroden (1, 2) derart angeordnet ist, daß der Widerstand der Vorrichtung bei Raumtemperatur weiter erhöht wird, wobei das CD-Element entweder aus einem elektrisch isolierenden Material besteht oder ein PTC-Material enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei aus elektrisch isolierendem Material bestehendem CD-Element der Strompfad von der einen zur anderen Elektrode durch das RCW-Element geht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei dem CD-Element aus PTC-Material wegen der Erwärmung durch den Strom, der durch das CD- Element beim erstmaligen Einschalten der Stromquelle fließt, dieses Element innerhalb 5 Sekunden in ein rela tiv isolierendes Material umgewandelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das PTC-Element wenigstens eine der Elektroden umgibt und das RCW-Element, das die eine Elektrode umgebende PTC-Element und die andere Elektrode umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das CD-Element ein längliches, massives Element ist, und daß wenigstens eines der PTC- und CW-Elemente durch Schmelzextrudieren um das CD-Element gebildet wird.