DE2948281C2

DE2948281C2 - Elektrische Schaltung und Schaltungsschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE2948281C2
Application number: DE2948281A
Authority: DE
Inventors: Lee Mark Middlemann; Joseph Hill Evans; Donald Frank Pettinghill
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 1999-12-01
Also published as: SE445691B; FR2443124B1; US4238812A; JPH0461578B2; IL58838A0; IL58838A; FR2443124A1; IT1126465B; GB2038550A; HK83389A; NL7908691A; GB2038550B; DE2948281A1; SE7909910L; CA1143802A; JP2750265B2; JPH0819174A; JP2831594B2; JPH06202744A; IT7927774A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Eine Schaltung und eine PTC-Schaltungsschutzeinrichtung der gattungsgemäßen Art sind aus dem Aufsatz "The PTC Resistor" von Robert F. Blaha in Proceedings of the Electronic Components Conference 1971 bekannt.

Bekanntlich ändert sich der spezifische Widerstand vieler leitender Materialien mit der Temperatur, und jene Materialien, die einen steilen Anstieg hinsichtlich des spezifischen Widerstandes in einem speziellen Temperaturbereich haben, werden als Materialien mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) bezeichnet. Beispiele für PTC-Materialien sind besimmte dotierte keramische Materialien, wie z. B. Bariumtitanat, und bestimmte leitende Polymere, d. h. Polymere, die einen teilchenförmigen leitenden Füllstoff haben, der in der Polymermasse dispergiert ist. Die meisten verfügbaren keramischen PTC-Materialien haben sehr stabile elektrische Eigenschaften. Bei relativ hohen Feldstärken, z. B. über 2 Volt/25,4µm (2 Volt/mil) hat der spezifische Widerstand derartiger Materialien andererseits die Neigung, in unerwünschter Weise schnell abzufallen, wenn ein Schwellenwert bzw. ein Wendepunkt überschritten wird. Noch wichtiger ist die Tatsache, daß der minimale spezifische Widerstand bei 25°C relativ hoch, im allgemeinen über 40 Ohm×cm, ist, so daß derartige Materialien dort nicht eingesetzt werden können, wo eine Kombination von geringem Widerstand und kleiner Größe notwendig ist. Zusätzlich sind derartige Materialien spröde und lassen sich nur mit Schwierigkeiten formen. Leitende polymere PTC-Materialien sind im allgemeinen vergleichsweise flexibel und leicht zu formen, und obgleich bis heute der Bereich der physikalischen und elektrischen Eigenschaften, die diesen Materialien verliehen werden können, beschränkt ist, hat sich überraschenderweise ergeben, daß es leitende Polymere gibt, die eine größere Variationsbreite der Eigenschaften haben (und insbesondere Eigenschaften, wie niedrige spezifische Widerstände bei niedrigen Temperaturen in Verbindung mit hohen spezifischen Widerständen bei hohen Temperaturen). Hierdurch hat sich auch die Anwendungsbreite der so herstellbaren Materialien für Einrichtungen vergrößert, die leitende Polymere enthalten. In diesem Zusammenhang wird auf die US 3 858 144, die DE-OS 25 43 314 A1, die DE 27 55 077, die DE 27 55 076 A1 die DE 28 21 799 A1 sowie auf die gleichzeitigen Anmeldungen DE 29 48 349 A1 und DE 29 48 350 A1 hingewiesen. Keramische PTC-Materialien die in Heizungen und in Schaltungsschutzeinrichtungen verwendet werden, sind aus dem eingangs erwähnten Artikel "The PTC Resistor" von R. F. Blaha in Proceedings of the Electronic Components Conference, 1971 bekannt. Bei Schaltungen, die einen relativ starken Ruhestrom wie z. B. 1/2 Ampère oder mehr führen, sind Schaltungsschutzeinrichtungen, basierend auf keramischen PTC-Materialien in ihren Abmessungen unvertretbar groß, da derartige Materialien einen hohen spezifischen Widerstand haben. Leitende polymere PTC-Materialien werden bei Heizungen in großem Umfang eingesetzt. Die Verwendung derselben in Schaltungsschutzeinrichtungen ist aus der US 2 978 665 und der US 3 243 753 bekannt. In dieser Literatur befindet sich jedoch ganz allgemein keine spezifisch angegebene Schaltungsschutzeinrichtung, die ein leitendes polymeres PTC-Element enthält, mit der sich zufriedenstellende Resultate erzielen lassen könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung und eine PTC-Schaltungsschutzeinrichtung der eingangs genannten Art bezüglich des Schaltverhaltens zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei der Schaltung durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 und bei der PTC-Schaltungsschutzeinrichtung durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 6 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 12 angegeben.

Einer durch die Erfindung erzielbaren Vorteile besteht darin, daß die Schaltung bei kleinen Abmessungen relativ hohe Ströme leiten kann.

Die erfindungsgemäße Schaltung kann durch einen gleichzeitigen Anstieg des Stroms und der Temperatur in den kritischen Betriebszustand und dann in den Hochtemperatur-Betriebszustand überführt werden. Der Temperaturanstieg und/oder der Stromanstieg braucht nicht klein zu sein. Der Anstieg des Stroms bei einem Kurzschluß oder einer Spannungswelle ist ja auch sehr hoch.

Der Widerstandswert des in der in Anspruch 6 angegebenen Prüfschaltung zu verwendenden Widerstandes kann am einfachsten dadurch gewählt werden, daß die Einrichtung in ruhige Luft bei 25°C gebracht wird, die Einrichtung mit einer veränderlichen Spannungsquelle verbunden und Aufzeichnungen über das Gleichgewicht von Strom über der Spannung der Einrichtung erstellt werden. Diese Aufzeichnung hat einen Wendepunkt bzw. einen Spitzenwert, der den maximalen Ruhestrom bestimmt, der durch die Einrichtung geschickt werden kann.

Dieser maximale Ruhestrom wird mit I_max bezeichnet. Der gewählte Widerstand ergibt sich dann aus der Spannung der Stromquelle der Prüfschaltung (d. h. 10 Volt oder 100 Volt beträgt), dividiert durch I_max. Viele Einrichtungen werden die zuvor beschriebenen Prüfbedingungen erfüllen, wenn die Spannung in der Prüfschaltung 10 Volt und 100 Volt ist. Die Erfindung umfaßt jedoch auch solche Einrichtungen, die ein derartiges Verhalten nur bei einem der Spannungswerte und nicht bei dem anderen Spannungswert haben.

Die PTC-Schaltungsschutzeinrichtungen der Erfindung schützen die Schaltung vor zu starken Strömen, und/oder vor zu hoher Temperatur, bei denen der Widerstand der Einrichtung zu stark ansteigt, so daß die Leistung der Schaltung sehr schnell abfällt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung an Beispielen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 den Zusammenhang von Widerstand und Temperatur eines typischen PTC-Elements,

Fig. 2 eine typische Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 3 und 4 die Zusammenhänge von Leistung und Temperatur für eine typische Ausführungsform einer Schaltungsschutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 typische Ausführungsformen von der Schaltschutzeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Aquariumheizung, deren Schaltung eine Schutzeinrichtung nach Fig. 5 hat und

Fig. 8 einen Schaltplan für die Aquariumheizung von Fig. 7.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Schaltungen erläutert, die eine einzige Schaltungsschutzeinrichtung (nachfolgend kurz: Einrichtung) enthalten. Selbstverständlich kann die Schaltung jedoch auch zwei oder mehr derartige Schutzeinrichtungen enthalten, die bei unterschiedlichen Störungszuständen ausgelöst werden können. Die Bezeichnung "Schaltungsschutzeinrichtung" umfaßt deshalb auch zwei oder mehrere elektrische Einrichtungen, die parallel und/oder in Serie geschaltet sind und in Verbindung miteinander die gewünschte Schutzwirkung hervorrufen.

Die Schaltung oder die Einrichtung erfüllt die elektrischen Kennwerte bisweilen nicht in ihrem ursprünglichen Herstellungszustand sondern erst nach einer anschließenden Alterungsbehandlung.

In den PTL-Schaltschutzeinrichtungen sind die Elektroden und das PTC-Element derart angeordnet, daß der Strom durch das Element über eine Fläche mit äquivaltentem Durchmesser d und einer mittleren Weglänge t strömt, so daß d/t wenigstens 2, vorzugsweise wenigstens 10, und insbesondere wenigstens 20 ist. Unter der Bezeichnung "äquivalenter Durchmesser" ist der Durchmesser eines Kreises zu verstehen, der dieselbe Fläche wie die Fläche hat, über die der Strom fließt. Diese Fläche kann irgendeine Form oder Gestalt haben, jedoch ist sie aus Vereinfachungsgründen hinsichtlich der Herstellung der Einrichtung im allgemeinen kreisförmig oder rechteckförmig. Zweckmäßig werden im allgemeinen zwei planare Elektroden mit derselben Fläche verwendet, die einander gegenüberliegend auf der jeweiligen Seite eines flachen PTC-Elements mit konstanter Stärke angeordnet sind. Jedoch sind auch andere Auslegungen möglich, um speziell räumliche oder elektrische Erfordernisse zu erfüllen. Beispielsweise können mehr als 2 Elektroden, mehr als ein PTC-Element, ein keilförmiges PTC-Element oder gekrümmte bzw. gewölbte Schichtelektroden mit einem gekrümmten bzw. gewölbten schichtartigen PTC-Element von konstanter Stärke zwischen den Elektroden vorgesehen sein.

Das PTC-Element besteht im allgemeinen aus einer einstückigen bzw. gleichförmigen Masse, kann aber auch beispielsweise aus zwei oder mehreren Schichten bestehen, die unterschiedliche spezifische Widerstände und/oder unterschiedliche Schalttemperaturen haben. Die Elektroden können in direkter Berührung mit dem PTC-Element sein oder ein oder mehrere derselben können über ein weiteres leitendes Material, z. B. einer Schicht aus einer leitenden polymeren Masse mit relativ konstanter Wirkleistung bzw. Wattleistung elektrisch angeschlossen sein. Bei der Herstellung der Einrichtung sollte berücksichtigt werden, daß ein übermäßiger Kontaktwiderstand vermieden wird.

Die Elektroden bestehen im allgemeinen aus einem Material mit sehr niedrigen spezifischen Widerstand, z. B. kleiner als 10^-4 Ohm×cm und haben eine derartige Stärke, daß sie während des Betriebs der Einrichtung keine beträchtlichen Wärmemengen erzeugen. Typischerweise bestehen die Elektroden aus Metall, z. B. Nickelelektroden oder nickelplattierte Elektroden. Zur Verbesserung der Adhäsion und zur Reduzierung des Kontaktwiderstandes haben die Elektroden im allgemeinen sie durchziehende Öffnungen. Die Öffnungen sind jedoch ausreichend klein, so daß die Elektrode eine im wesentlichen äquipotentielle Fläche über ihre Gesamterstreckung bildet. Elektroden aus Streckmetallgeflecht oder geschweißtem Drahtgeflecht können eingesetzt worden. Die Maschen bzw. Gitter haben einen lichten Öffnungsbereich von 50 bis 80% und die jeweilige Öffnung liegt zwischen weniger als 0,13, vorzugsweise 0,06 bis 0,001 cm², wobei die Fläche über die der Strom in das PTC-Element fließt, im allgemeinen als die Gesamtfläche der Elektrode unter Vernachlässigung der darin vorgesehenen Öffnungen angesehen werden kann.

Das PTC-Element besteht aus einem Material, das einen spezifischen Widerstand im normalen Betriebszustand der Schaltung von weniger als 10 Ohm×cm hat. Spezifische Widerstandswerte von kleiner als 7 Ohm×cm, kleiner als 5 Ohm ×cm, kleiner als 3 Ohm×cm und insbesondere kleiner als 1 Ohm×cm sind zweckmäßig. Unter normalen Arbeitsbedingungen der meisten Schaltungen liegt die Temperatur der Einrichtung T_dn über 25°C und der spezifische Widerstand des PTC-Elements bei 25°C wird kleiner als 10, und speziell kleiner als 1 Ohm ×cm. Vorzugsweise werden als PTC-Massen, d. h. Heizleitermassen oder Massen mit positiven Temperaturkoeffizienten leitende Polymere verwendet, deren leitender Füllstoff vorzugsweise ein leitender Ruß ist, wie in der gleichzeitigen Anmeldung DE 29 48 350 A1 angegeben und beschrieben. Je dünner das PTC-Element ist, desto größer ist die auszuhaltende Spannungsbelastung. Deshalb ist es zweckmäßig, wenn das PTC-Material einer Spannungsbelastung von wenigstens 15 Volt/mm, insbesondere wenigstens 200 Volt/Millimeter im stabilen Gleichsgewichtszustand im Hochtemperaturbereich standhält und das PTC-Element wenigstens 0,05 cm stark ist.

Der Widerstand der Einrichtung unter normaler Betriebsbedingung der Schaltung, der als R_dn bezeichnet wird und der bei einer sehr einfachen Ausführungsform der Einrichtung mit zwei Metallelektroden, die in Berührung mit dem PTC-Element sind, hauptsächlich von dem Widerstand des PTC-Elements bestimmt wird, ist kleiner als 1 Ohm, vorzugsweise kleiner als 0,2 Ohm und insbesondere kleiner als 0,1 Ohm. Je kleiner die Spannung der Spannungsquelle der Schaltung ist, z. B. 50 Volt, 30 Volt, 12 Volt oder kleiner, umso zweckmäßiger ist es, daß die Einrichtung einen geringen Widerstand hat. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen hat das PTC-Element im allgemeinen eine Stärke von 0,05 bis 1 cm, zweckmäßigerweise 0,1 bis 0,5 cm und einen äquivalenten Durchmesser von 0,6 bis 5 cm, zweckmäßig 1,5 bis 3,3 cm. Auch ist es notwendig, daß in der Schaltung, für die die Einrichtung bestimmt ist, der Widerstand R_dn kleiner als 0,5×R_L Ohm ist, wobei R_L die Impedanz der restlichen Teile der Schaltung ist, die in Serie zu der Einrichtung angeordnet sind. R_dn ist zweckmäßig kleiner als 0,1×R_L Ohm, insbesondere kleiner als 0,04×R_L, insbesondere kleiner als 0,001×R_L Ohm. R_L ist im allgemeinen konstant, d. h. daß sich R_L nicht um mehr als ±25% innerhalb des Temperaturbereichs als Arbeitsbereich der Schaltung ändert. R_L ist im allgemeinen ein Ohm'scher Widerstand als Verbraucher, jedoch kann er auch insgesamt oder teilweise kapazitativ oder induktiv sein. Wenn sich jedoch R_L über den Temperaturbereich als Arbeitsbereich der Einrichtung beträchtlich ändert, kann die Einrichtung die Schaltung vor übermäßigen Schwankungen von R_L schützen, indem ein Schutz vor zu starkem Strom resultierend aus einer Verminderung von R_L und/oder vor einer zu starken Wärmeerzeugung resultierend aus einem Anstieg von R_L geschaffen wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist die Verbrauchsleistung der Einrichtung unter normalen Betriebsbedingungen der Schaltung sehr gering und kann einfach zur Umgebung abgeführt werden. Wenn sich jedoch andererseits ein Störungszustand einstellt, muß die Stromleistung der Einrichtung zuerst schnell ansteigen, so daß diese Leistung bzw. Energie nicht zur Umgebung abgeführt werden kann und die Stromleistung abfällt, bis ein stabiler Betriebszustand im Hochtemperaturbereich erreicht wird, bei dem die Energie bzw. Leistung abgeführt werden kann und der Widerstand der Einrichtung ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß die Schaltung "abgeschaltet" wird, d. h. der Strom in der Schaltung auf einen geeigneten niedrigen Wert abnimmt. Da die Stromleistung der Einrichtung sowohl von ihrem Widerstand (der von der Temperatur abhängig ist), als auch von dem durchgehenden Strom abhängig ist, schaltet die Einrichtung die Schaltung in Abhängigkeit von einer übergroßen Temperatur im Umgebungsbereich der Einrichtung oder in Abhängigkeit von einem zu großen Strom in der Schaltung (oder selbstverständlich bei einer Kombination dieser beiden Verhältnisse) ab. Es hat sich herausgestellt, daß zum Senken des Stroms auf Werte, die bei den praktischen Anwendungsfällen erforderlich sind, das Schaltverhältnis, d. h. das Verhältnis von der Leistung in der Schaltung unter normaler Betriebsbedingung, zur Leistung der Schaltung im stabilen Betriebszustand im Hochtemperaturbereich wenigstens 8 sein muß, allgemein jedoch wenigstens 10 oder 20, vorzugsweise wenigstens 40 und insbesondere wenigstens 100 sein sollte.

Einrichtungen nach der Erfindung können dazu verwendet werden, Schaltungen sowohl vor übergroßen Umgebungstemperaturen als auch vor zu starken Strömen zu schützen. Um ein weitgehend optimales Betriebsverhalten zu erreichen, sollten die einzelnen Bauteile der Einrichtung und ihre Umgebung hinsichtlich des Wärmeeinflusses unter Berücksichtigung des zu erwartenden Störungszustandes gewählt werden. Die Schaltungen kann so ausgelegt werden, daß sie in Abhängigkeit von einem zu großen Anstieg des Stromes, jedoch nicht in Abhängigkeit von einem unerwünschten Temperaturanstieg in der Umgebung, und umgekehrt arbeitet. Die Einrichtungen sind insbesondere für Schaltungen bestimmt, die einen Strom von mehr als 0,5 Ampère, z. B. 0,5 bis 4 Ampère oder zwischen 0,5 bis 2,5 Ampère unter normaler Arbeitsbedingung haben. Die Schaltungen können so ausgelegt sein, daß im Dauerzustand Ströme von bis zu 15 Ampère oder sogar mehr durchgeschickt werden können.

Die Arbeitsweise der Einrichtung läßt sich am einfachsten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 der beigefügten Zeichnung erläutern. Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Widerstand und der Temperatur einer typischen Ausführungsform einer Schaltung, die eine elektrische Stromquelle, einen Ohm'schen Widerstand R_L als Verbraucher und eine PTC-Schutzeinrichtung R_d umfaßt. Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Verbrauchsleistung und der Temperatur der Einrichtung, wenn die elektrische Schaltung mit Ausnahme von Änderungen des Widerstandes in der Einrichtung infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur und der Widerstandsheizleistung unverändert bleibt. In der Fig. 3 sind repräsentative Belastungslinien A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3 und B4 angegeben, die die Leistung bzw. Energie angeben, die die Einrichtung durch Wärmeverluste unter verschiedenen Bedingungen abführen kann. Die Steilheit dieser Linie (die etwa geradlinig sind, wenn die Differenz zwischen der Temperatur der Einrichtung und der Temperatur des die Einrichtung umgebenden Mediums kleiner als 100°C ist, wie dies im allgemeinen der Fall ist) hängt von der Wärmeleitfähigkeit des die Einrichtung umgebenden Mediums, der Bewegung des Mediums, wenn das Medium eine solche ausführt und von der Oberfläche der Einrichtung ab, und die Lage der Linien hängt von der Temperatur des die Einrichtung umgebenden Mediums ab. Die Belastungslinie A1, A2, A3 und A4 sind somit repräsentativ für eine erste Einrichtung in einem ersten sie umgebenden Medium bei ansteigenden Temperaturen des Mediums, die mit T₁, T₂, T₃ und T₄ bezeichnet sind. Die Belastungslinien B1, B2, B3 und B4 sind beispielsweise repräsentativ für (a) dieselbe Einrichtung in einem zweiten sie umgebenden Medium, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das erste Medium hat oder (b) für eine zweite Einrichtung, die dieselbe Leistung/Temperaturkurve wie die erste Einrichtung, aber eine kleinere Oberfläche als die erste Einrichtung hat, wobei die Einrichtung in dem ersten Medium sich befindet.

Wenn die Einrichtung Belastungslinien A1, A2, A3 und A4 hat, befindet sich die Einrichtung im stabilen Gleichgewicht, so lange die Temperatur des Mediums kleiner als T₃ ist. Wenn jedoch die Temperatur des Mediums die kritische Temperatur T₃ erreicht, (die nachstehend als kritische Temperatur T_crit) bezeichnet wird, bei der die Einrichtung eine Temperatur T_{d trip A} hat, wird das Gleichgewicht instabil und bei irgendeinem weiteren Temperaturanstieg des Mediums überschreitet die Leistung der Einrichtung den Spitzenwert der P/T-Kurve, bis ein stabiler Gleichgewichtspunkt im Hochtemperaturbereich erreicht wird. Wenn beispielsweise die Temperatur des Mediums nur sehr geringfügig ansteigt, dann wird ein stabiles Gleichgewicht an einer Stelle erreicht, an der die Belastungslinie A₃ die Leistungs-Temperaturkurve hinter dem Spitzenwert bzw. dem Wendepunkt der Kurve schneidet, d. h. wenn die Einrichtung eine Temperatur T_{d latch A} hat. Wenn die Temperatur des Mediums ständig weiter in Richtung T₄ ansteigt, dann wird ein Gleichgewicht erreicht, wenn die Einrichtung eine höhere Temperatur, T_{d latch A4} hat. Hieraus ergibt sich, daß wenn die Einrichtung einmal in den stabilen Gleichgewichtszustand im Hochtemperaturbereich mit hohem Widerstand gebracht worden ist, daß sie dann nicht in den normalen Betriebszustand mit geringem Widerstand zurückkehrt (d. h. sie unterbindet im wesentlichen einen Stromdurchgang durch die Schaltung ständig), es sei denn, daß die Temperatur des Mediums unter die Temperatur T₂ abfällt, die niedriger als die Temperatur des Mediums T_crit ist, die eine Auslösung der Einrichtung erstmalig bewirkt hat. Somit kann man sagen, daß die Einrichtung in einem "verriegelten" Zustand ist. Die Einrichtung kann auch zum Rücksetzen gezwungen werden, d. h. daß sie zu ihrem Zustand mit niedrigem Widerstand zurückkehrt, indem die Geschwindigkeit beträchtlich gesteigert wird, mit der die Einrichtung Wärme zu ihrer Umgebung abgibt. Im allgemeinen sind jedoch die Einrichtungen nach der Erfindung derart beschaffen und ausgelegt und arbeiten derart, daß, wenn eine Sperrung bzw. Verriegelung der Einrichtung auftritt, die Rückstellung oder das Rücksetzen dadurch erreicht wird, daß der Strom abgeschaltet wird, so daß die Einrichtung abkühlen kann.

Die Arbeitsweise einer Einrichtung mit Belastungslinien B1, B2, B3 und B4 läßt sich auf ähnliche Art und Weise erklären. Bei diesen Belastungslinien ergibt sich, daß die Einrichtung ausgelöst wird, wenn die Temperatur T₂ des die Einrichtung umgebenden Mediums erreicht wird (die unter T₃ liegt), bei der die Temperatur der Einrichtung T_{d trip B} ist (die tiefer als T_{trip A} ist).

In Fig. 4 sind beispielhafte Leistung/Temperatur-Kurven P und P¹ und Belastungslinien A und B für eine typische Ausführungsform einer Einrichtung gezeigt. P ist die Leistung/Temperatur-Kurve der Einrichtung, wenn die elektrische Schaltung abgesehen von Änderungen des Widerstands der Einrichtung infolge einer Änderung der Temperatur der Umgebung und/oder der Widerstandsheizleistung unverändert bleibt. Unter normalen Betriebsbedingungen bei einer Umgebungstemperatur T beläuft sich die Temperatur der Einrichtung auf T_dA, wenn die Einrichtung eine Belastungslinie A hat und beläuft sich auf T_dB, wenn die Einrichtung eine Belastungslinie B hat. P¹ ist die Leistungs/Temperatur-Kurve der Einrichtung mit einem Strom, der wesentlich stärker als der Strom unter normalen Betriebsbedingungen ist.

Wenn ein elektrischer Störungszustand, z. B. ein Kurzschluß von R_L oder eine Spannungswelle auftritt, steigt der durch die Einrichtung fließende Strom steil an und die Leistung der Einrichtung springt nahezu gleichzeitig auf P_A, wenn die Einrichtung die Belastungslinie A hat und auf P_B, wenn die Einrichtung die Belastungslinie B hat. Somit steigt die Leistung der Einrichtung auf einen sehr hohen Wert an und fällt dann mit zunehmender Temperatur (deshalb zunehmendem Widerstand) der Einrichtung ab, bis ein Gleichgewicht erreicht wird, wenn die Belastungslinie die Leistungs/Temperatur-Kurve schneidet. Es sei noch erwähnt, daß, wenn die Einrichtung eine Belastungslinie A hat, beim Aufheben bzw. Entstören des Kurzschlusses die Schaltung in ihren ursprünglichen normalen Arbeitszustand zusammen mit der Einrichtung bei einer Temperatur T_dA zurückkehrt. Wenn andererseits die Einrichtung eine Belastungslinie B hat, ist die Einrichtung verriegelt bzw. gesperrt, d. h. bei der Beseitigung des Kurzschlusses findet nur eine geringfügige Temperaturabsenkung der Einrichtung auf T_dB und eine entsprechende geringfügige Verminderung der Leistung der Einrichtung statt, während die ursprünglichen normalen Betriebszustände nicht wieder eingenommen werden.

Bei vielen bedeutsamen Anwendungsfällen der Einrichtung nach der Erfindung ist es wichtig, daß die Einrichtung im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise über längere oder kürzere Zeiträume selbst dann weiterarbeiten sollte, wenn in der Einrichtung im Zustand des hohen Widerstands und im hohen Temperaturbereich eine Alterung auftritt. In einem solchen Fall hat die Einrichtung, nachdem die Schaltung einer Alterungsbehandlung unterworfen worden ist, die ein Betreiben der Schaltung 10 Stunden lang mit der Einrichtung am Gleichgewichtspunkt bei dieser hohen Temperatur, ein Abschalten des Stromes, eine Abkühlung der Einrichtung im wesentlichen auf eine Temperatur unter T_dn und eine Temperaturreduzierung des Mediums im wesentlichen auf eine Temperatur unter T_n umfaßt, einen Stromleistung/Temperatur-Zusammenhand in der Form, daß die Schaltung in der zuvor angegebenen Weise arbeitet. Die Einrichtung erreicht einen instabilen Gleichgewichtspunkt der zuvor angegebenen Art, wenn das Medium langsam ausgehend von T_n erwärmt wird, wobei das Medium bei diesem instabilen Gleichgewichtspunkt eine Temperatur T_crit/10 hat, die zwischen (T_crit-20°C) und (T_crit+10°C), vorzugsweise zwischen (T_crit-5°C) und (T_crit+5°C) liegt. Die Einrichtung erreicht einen stabilen Gleichgewichtspunkt im Hochtemperaturbereich der zuvor beschriebenen Art, wenn das Medium auf eine Temperatur über T_crit/10 erwärmt wird. Zweckmäßigerweise hat die Einrichtung nach der Alterungsbehandlung einen Widerstand im normalen Arbeitsbereich der gealterten Schaltung R_dn/10 zwischen 0,5×R_dn und 3×R_dn, zweckmäßig zwischen 0,7× R_dn und 1,5×R_dn. Wenn es zu erwarten ist, daß die Einrichtung lange im ausgelösten Zustand verharrt, sollte zur Aufrechterhaltung der Eigenschaften der Einrichtung eine ähnliche Behandlung wie zuvor angegeben vorgenommen werden, die sich jedoch auf 100 Stunden erstreckt.

Auch hat sich ergeben, daß die Einrichtungen eine gleichmäßigere Leistung bzw. ein gleichmäßigeres Arbeitsverhalten haben, wenn die Einrichtung derart beschaffen ist, daß bei jeder Temperatur zwischen T_n und T_{d trip} die Mengengröße

sich nicht um mehr als ±50%, vorzugsweise nicht mehr als 25% ändert, wenn die Einrichtung einer Alterungsbehandlung unterworfen wird, die ein Betreiben der Schaltung 10 Stunden lang, vorzugsweise 100 Stunden lang, mit der Einrichtung bei diesem Gleichgewichtspunkt im Hochtemperaturbereich, ein Abschalten des Stromes und eine Abkühlung der Einrichtung auf eine Temperatur im wesentlichen kleiner als T_dn umfaßt. Mit R wird dabei der Widerstand der Einrichtung in Ohm und mit T die Temperatur der Einrichtung bezeichnet.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist teilweise abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Wärme von der Einrichtung abgeführt werden kann. Diese Geschwindigkeit hängt von der Wärmeübergangszahl der Einrichtung ab. Hierbei wurde festgestellt, daß die Einrichtung im allgemeinen eine Wärmeübergangszahl gemessen in ruhiger Luft und gemittelt über die Gesamtfläche der Einrichtung von 2,5 bis 6 Milliwatt/°C ×cm², zweckmäßig 2,5 bis 5 Milliwatt/°C×cm² haben soll. Die optimale Auslegung hinsichtlich des Wärmeeinflusses der Einrichtung hängt von dem Störungszustand ab, vor dem die Schaltung zu schützen ist. In den meisten Anwendungsfällen sollte die Einrichtung so schnell wie möglich auf den Störungszustand ansprechen und Gegenmaßnahmen ergreifen. Eine Einrichtung, die als Schutz vor einer thermischen Überlastung bestimmt ist, soll daher einen guten Wärmekontakt mit dem umgebenden Medium haben, während eine Einrichtung, die als Schutz vor einem zu starken Strom bestimmt ist, gut wärmeisoliert sein sollte. Zum Schutz vor thermischen Überlastungen sollte die Einrichtung thermisch mit der Stelle gekoppelt sein, an der die übergroße Wärme vermutlich erzeugt werden wird.

Die Schaltungsschutzeinrichtungen weisen im allgemeinen einen elektrisch isolierten Mantel auf, der das PTC-Element und die Elektroden umgibt und durch den die Verbindungsleitungen zu den Elektroden führen. Dieser Mantel beeinflußt ebenfalls die thermischen Eigenschaften der Einrichtung und seine Stärke wird unter entspechender Abstimmung gewählt. Zweckmäßig weist die Einrichtung eine Sauerstoffsperrschicht auf, wie sie in der Anmeldung DE 29 48 349 A1 beschrieben ist.

Die Schaltungen können weitere Schaltungsschutzeinrichtungen wie z. B. einen üblichen Thermostaten oder einen Bimetallschalter enthalten, die dazu bestimmt sein können, die Schaltung vor demselben Störungszustand wie das PTC-Element oder vor einem anderen Störungszustand zu schützen. Wenn die übliche Einrichtung und die PTC-Schaltungsschutzeinrichtung dazu bestimmt sind, einen Schutz vor demselben Störungszustand zu erreichen, wird die PTC-Einrichtung im allgemeinen derart ausgelegt, daß sie nur ausgelöst wird und arbeitet, wenn die andere Einrichtung versagt bzw. ausfällt. Die Energiequelle kann eine Gleichstromquelle wie z. B. eine oder mehrere 12 Volt Batterien oder eine Wechselstromquelle von z. B. 110 Volt oder 220 Volt sein.

Die Fig. 5 und 6 der Zeichnung sind Querschnittsansichten von PTC-Schaltungsschutzeinrichtungen. Die Einrichtung in Fig. 5 weist ein PTC-Element 1 in Form einer runden Scheibe auf, die runde Gitterelektroden 2 hat, die in gegenüberliegenden Flächen der Scheibe eingebettet sind. Ferner weist die Einrichtung Anschlußleitungen 4, die an den Elektroden 2 angebracht sind und eine Sauerstoffsperrschicht 3 auf, in der das PTC-Element 1 und die Elektroden 2 eingekapselt sind, wobei die Anschlußleitungen 4 durch die Sauerstoffsperrschicht 3 gehen. Die Übergangsstelle von der Sperrschicht 3 zu dem PTC-Element 1 ist im wesentlichen frei von großen Hohlräumen. Die Einrichtung nach Fig. 6 ist im wesentlichen gleich wie die Einrichtung in Fig. 5 ausgelegt. Eine Ausnahme bildet die Tatsache, daß in Fig. 6 jede Elektrode in eine Schicht 5 aus einer leitenden polymeren Masse relativ konstanter Wattleistung eingebettet ist.

In den Fig. 7 und 8 ist jeweils eine Aquariumheizung gezeigt, die eine PTC-Schaltungsschutzeinrichtung 11 und eine kompakte Schaltung für die Aquariumheizung umfaßt. Die Schaltungsschutzeinrichtung 11 aufspricht der von Fig. 5 und ist in Serie mit einer Drahtwicklungsheizung 12 geschaltet, die Widerstandsheizdrähte 121 hat, die um einen hohlen keramischen Kern 122 gewickelt sind und einen Bimetallthermostaten 13 hat, der mittels eines Rändelknopfs 131 derart einstellbar ist, daß er öffnet, wenn die Temperatur der Umgebungsluft eine Temperatur im Bereich von 25 bis 45°C übersteigt. Ein Kondensator 132 ist parallel zum Thermostaten 13 geschaltet. Mit Hilfe eines Anschlußsteckers 15 kann die Heizung 12 an eine 120 Volt Wechselstromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen werden. Eine Lampe 16 und ein Widerstand 17 (in Fig. 7 nicht gezeigt) sind parallel zur Heizung 12 und der Einrichtung 11 geschaltet, so daß die Lampe 16 aufleuchtet, wenn die Schaltung mit Wechselspannung über den Stecker 15 versorgt wird. Eine Lampe 18 und ein Widerstand 19 sind parallel zur Einrichtung 11 geschaltet, so daß die Lampe 18 aufleuchtet, wenn die Einrichtung ihren Gleichgewichtszustand im Hochtemperaturbereich einnimmt und nicht aufleuchtet, wenn die Aquariumheizung unter normalen Arbeitsbedingungen betrieben wird. Die verschiedenen zuvor genannten Bauteile sind an einer gespritzten oder gegossenen Kunststoffkappe 20 befestigt, die einen nach unten verlaufenden Rahmenabschnitt hat, so daß die Anordnung in ein als Glasrohr ausgebildetes Gehäuse 21 einführbar ist, an dessen Oberseite ein gegossenes Kunststoffteil 22 befestigt ist, das passend zu der Kappe 20 augelegt ist. Auf dem Boden des rohrförmigen Glasgehäuses 21 befindet sich Glaswolle 14. Ebenfalls fest mit dem Glasgehäuse 21 ist ein als Schutz dienender gegossener Kunststoffring 23 verbunden.

Die Aquariumheizung nach den Fig. 7 und 8 ist im wesentlichen ähnlich wie übliche Aquariumheizungen ausgelegt, wobei zusätzlich die Einrichtung 11, die Lampe 18 und der Widerstand 19 vorgesehen sind.

Wenn der Bodenabschnitt der Aqariumheizung nach den Fig. 7 und 8 in Wasser eingetaucht wird und die Aquariumheizung dann an eine 120 Volt Wechselstromspannungsquelle angeschlossen wird, wird die von der Heizung 12 erzeugte Wärme zum Wasser abgegeben, so daß der Thermostat 13 wechselweise in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft öffnet und schließt und die Einrichtung 11 in einem Zustand mit geringem Widerstand bleibt. Wenn die Aquariumheizung aus dem Wasser genommen wird, wird die Luft in dem Glasgehäuse schnell aufgeheizt und vorausgesetzt, daß der Thermostat 13 ordnungsgemäß arbeitet, wird er öffnen, so daß in der Schaltung kein Strom mehr fließt und die Einrichtung 11 in einem Zustand mit niedrigem Widerstand bleibt. Jedoch sind Bimetallthermostate nicht immer zuverlässig und wenn sie versagen, bleiben sie häufig in Schließstellung. Somit können bekannte Heizungen, die keine Einrichtung 11 haben, beim Versagen des Thermostaten das Glasgehäuse überhitzen, so daß das Gehäuse Risse bekommt. Wenn es dann wieder in Wasser eingetaucht wird, kann sogar Feuer entfacht werden. Wenn jedoch der Bimetallthermostat bei der Aquariumheizung nach den Fig. 7 und 8 ausfällt, steigt die Temperatur der Luft in dem Gehäuse an, bis die Einrichtung 11 zur Auslösung gebracht wird, wodurch der Strom in der Schaltung auf einen sehr niedrigen Wert herabgesetzt wird, bei dem die Heizung 12 keine nennenswerte Wärme mehr erzeugt.

Beispiel 1

Eine PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach Fig. 5 wurde unter Verwendung der Verfahrensweise hergestellt, die in der gleichzeitigen Anmeldung DE 29 48 349 A1 in Beispiel 2 angegeben ist. Die Einrichtung weist ein PTC-Element in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser d von 19,05 mm (0,75 inch) und einer Stärke von 2,03 mm (0,08 inch) mit einer Elektrode aus nickelplattiertem Kupfergitter, die in jede Fläche eingebettet ist, auf, so daß sich ein wirksamer Abstand (t) der Elektroden von etwa 1,52 mm (0,06 inch) ergibt (d. h. d/t etwa 12). Das PTC-Element bestand aus einer Dispersion aus Ruß in einem Gemisch aus Polyäthylen hoher Dichte und einem Äthylen/Acrylsäure-Copolymer. Der Widerstand der Einrichtung belief sich auf 0,1 Ohm bei 25°C und die Einrichtung hatte einen maximalen Durchlaßstrom (I_max) von etwa 2,5 Ampère (wobei sich die Einrichtung in ruhiger Luft bei 25°C befand).

Die Einrichtung wurde in eine Aquariumheizung nach Fig. 7 eingebaut, die dann in Wasser getaucht und an eine 120 Volt Wechselspannungsquelle angeschlossen wurde. Der Widerstand der Drahtwicklungsheizung belief sich auf 144 Ohm. Wenn der Bodenabschnitt der Aquariumheizung im Wasser war, d. h. unter normalen Betriebsbedingungen der Heizung, betrug der Strom in der Schaltung 0,83 Ampère, die Temperatur der Einrichtung (T_dn) war kleiner als 50°C und der Widerstand der Einrichtung (R_dn) war kleiner als 0,2 Ohm. Die Aquariumheizung wurde aus dem Wasser genommen und in Luft gebracht, wobei der Thermostat ständig im geschlossenen Zustand gehalten wurde, um einen Störungszustand zu simulieren. Die durch die Drahtwicklungsheizung erzeugte Wärme bewirkte, daß die Temperatur im Innenraum des Glasgehäuses schnell auf etwa 80°C (T_crit) anstieg, bei der der Widerstand der Einrichtung R_{d trip} etwa 0,3 Ohm war, die Temperatur der Einrichtung (T_{d trip}) belief sich auf etwa 90°C und die Geschwindigkeit, mit der die Einrichtung Wärme nach der Gleichung I²R erzeugte, war größer als die Geschwindigkeit, mit der die Einrichtung Wärme abführen konnte. Die Temperatur der Einrichtung stieg dann schnell an, bis der stabile Gleichgewichtspunkt im Hochtemperaturbereich erreicht wurde, bei dem die Einrichtung die erzeugte Heizleistung und die dadurch verursachte Wärme abführen konnte. An diesem Punkt hatte die Einrichtung eine Temperatur (T_{d latch}) von etwa 125°C und einen Widerstand (R_{d latch}) von etwa 7200 Ohm und der Schaltungsstrom belief sich auf etwa 0,02 Ampère, so daß die Drahtwicklungsheizung keine nennenswerte Wärmemenge mehr erzeugen konnte. Das Schaltverhältnis belief sich etwa auf 50. Die Einrichtung war in der Sperrstellung, so daß der Strom in der Schaltung extrem schwach war, wenn auch die Drahtwicklungsheizung keine Wärme mehr erzeugte. Wenn der Strom abgeschaltet wurde und sich die Einrichtung auf Raumtemperatur abkühlen konnte, konnte die Aquariumheizung wieder in ihren Ausgangszustand eingesetzt werden.

Beispiel 2

Eine im Beispiel 1 angegebene Einrichtung wurde in einer Schaltung angeordnet, die die Einrichtung, einen Widerstand von 144 Ohm in Serie geschaltet zu der Einrichtung, und eine 120 Volt Gleichstromquelle umfaßt. Diese Schaltung, die hinsichtlich ihrer elektrischen Auslegung im wesentlichen mit der Schaltung im Beispiel 1 übereinstimmt, hatte ähnliche normale Arbeitsbedingungen.

Am Widerstand trat ein Kurzschluß auf, so daß der Verbraucher in Reihe mit der Einrichtung auf 1 Ohm abfiel, wodurch der Strom auf etwa 120 Ampère anstieg. Die Leistung der Einrichtung stieg nahezu gleichzeitig auf etwa 1500 Watt an und fiel dann ab, da die Einrichtung heiß und ihr Widerstand größer wurde, bis der Gleichgewichtspunkt im Hochtemperaturbereich erreicht war. Wie in Beispiel 1 belief sich das Schaltverhältnis auf etwa 50 und die Einrichtung befand sich im Sperrzustand.

Claims

1. Elektrische Schaltung mit einer elektrischen Stromquelle, mit einer PTC-Schaltungsschutzeinrichtung (R_d; 11), die wenigstens zwei Elektroden (2) und ein PTC-Element (1) aus einer PTC-Masse in Form einer leitfähigen Polymerzusammensetzung mit einer Schalttemperatur T_S aufweist, und mit weiteren Schaltungsbauelementen (R_L; 12), die in Serie zu dem PTC-Element (1) geschaltet sind, mit folgenden Merkmalen:

(a) einem normalen Betriebszustand (T_dn, R_dn) mit stabilem elektrothermischen Gleichgewicht und weitgehend konstantem Widerstand des PTC-Elementes (1);
(b) einem kritischen Betriebszustand (T_{d trip}, R_{d trip}) mit instabilem elektrothermischen Gleichgewicht und einer Zunahme des Widerstands des PTC-Elements (1) mit der Temperatur;
(c) einem Hochtemperatur-Betriebszustand (T_{d latch}, R_{d latch}) mit stabilem elektrothermischem Gleichgewicht und weitgehend konstantem Widerstand des PTC-Elements (1), der so hoch ist, daß das Verhältnis von Leistung der Schaltung im normalen Betriebszustand (a) zur Leistung der Schaltung im Hochtemperatur-Betriebszustand (c) - das Schaltverhältnis - wenigstens 8 ist,

dadurch gekennzeichnet, daß im normalen Betriebszustand (a)

(A) das Verhältnis zwischen äquivalentem Durchmesser (d) einer Fläche, über die durch das PTC-Element (1) ein Strom (i_n) fließt, und einem mittleren Abstand (t), den die schichtartigen Elektroden (2) des PTC-Elements (11; R_d) im Bereich des Stromflusses aufweisen, wenigstens 2 beträgt und
(B) das PTC-Element (1) eine erste Temperatur (T_dn) hat, bei der die PTC-Masse einen spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm×cm hat und bei der das PTC-Element (1) einen ersten Widerstand (R_dn) hat, der
- a) kleiner als 1 Ohm ist und
- b) kleiner als 0,5× der Widerstand (R_L) der Schaltungsbauelemente (12) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Polymerzusammensetzung ein Polymer mit darin despergierten leitendem Ruß ist und bei der ersten Temperatur (T_dn) des normalen Betriebszustands einen spezifischen Widerstand von weniger als 7 Ohm× cm hat.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltverhältnis wenigstens 40 beträgt.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Hochtemperaturzustand (c) das PTC-Element (1) eine zweite Temperatur (T_{d latch}) und einen zweiten Widerstand (R_{d latch}) hat, der kleiner ist als der Widerstand des PTC-Elements (1) bei jeder Temperatur zwischen der zweiten Temperatur (T_{d latch}) und der zweiten Temperatur (T_{d latch}) plus 50°C.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergangszahl der Schaltungsschutzeinrichtung (11) gemessen in ruhiger Luft 2,5 bis 6 mW/°C cm² beträgt.

6. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung (11), die wenigstens zwei Elektroden (2) und ein PTC-Element (1) aus einer PTC-Masse in Form einer leitfähigen Polymerzusammensetzung mit einer Schalttemperatur T_S aufweist, mit folgenden Merkmalen bei Reihenschaltung mit einer elektrischen Stromquelle und weiteren Schaltungsbauteilen (12) einer Prüfschaltung:

(a) einem normalen Betriebszustand (T_dn, R_dn) mit stabilem elektrothermischem Gleichgewicht und weitgehend konstantem Widerstand des PTC-Elementes (1);
(b) einem kritischen Betriebszustand (T_{d trip}, R_{d trip}) mit instabilem elektrothermischem Gleichgewicht und einer Zunahme des Widerstands des PTC-Elements (1) mit der Temperatur;
(c) einem Hochtemperatur-Betriebszustand (T_{d latch}, R_{d latch} mit stabilem elektrothermischem Gleichgewicht und weitgehend konstantem Widerstand des PTC-Elements (1), der so hoch ist, daß das Verhältnis von Leistung der Prüfschaltung im normalen Betriebszustand (a) zur Leistung der Prüfschaltung im Hochtemperatur-Betriebszustand (c) - das Schaltverhältnis - wenigstens 8 ist,

dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Stromquelle der Prüfschaltung entweder 10 V oder 100 V liefert, sich die PTC-Schaltungsschutzeinrichtung (11) in ruhiger Luft befindet und der Widerstand (R_L) der weiteren Bauelemente (12) so gewählt ist, daß im kritischen Betriebszustand (b) der Prüfschaltung die Temperatur der ruhigen Luft etwa 25°C beträgt, dann sich die PTC-Schaltungsschutzeinrichtung bei einer Temperatur der ruhigen Luft von 0°C im normalen Betriebszustand (a) befindet, in dem

(A) das Verhältnis zwischen äquivalenten Durchmesser (d) einer Fläche, über die durch das PTC-Element (1) ein Strom (i_n) fließt, und einem mittleren Abstand (t), den die schichtartigen Elektroden (2) des PTC-Elements (1) im Bereich des Stromflusses aufweisen, wenigstens 2 beträgt und
(B) die PTC-Schaltungsschutzeinrichtung eine erste Temperatur (T_dn) hat, bei der die PTC-Masse einen spezifischen Widerstand von weniger als 10 Ohm×cm hat und bei der die PTC-Schaltungsschutzeinrichtung (11) einen ersten Widerstand (R_dn) hat, der kleiner als 1 Ohm ist.

7. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Polymerzusammensetzung ein Polymer mit darin dispergiertem leitendem Ruß enthält.

8. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Masse bei der ersten Temperatur (T_dn) des normalen Betriebszustandes (a) einen spezifischen Widerstand von weniger als 7 Ohm×cm hat und daß der erste Widerstand (R_dn) kleiner als 0,2 Ohm ist.

9. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem äquivalenten Durchmesser (d) der stromdurchflossenen Fläche des PTC-Elements (1) und dem mittleren Abstand (d) der Elektroden (2) wenigstens 10 beträgt.

10. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Spannung von 100 V der Stromquelle das Schaltverhältnis wenigstens 60 beträgt.

11. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur über der zweiten Temperatur (T_{d latch}) der Widerstand wenigstens das 10 fache des zweiten Widerstands (R_{d latch}) beträgt.

12. PTC-Schaltungsschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergangszahl gemessen in ruhiger Luft, 2,5 bis 6 mW/°C cm² beträgt.