DE3855679T2

DE3855679T2 - Leitfähige polymere enthaltende elektrische anordnung

Info

Publication number: DE3855679T2
Application number: DE3855679T
Authority: DE
Inventors: Charles Camphouse; Shou-Mean Fang; David Horsma; Guillaume Peronnet
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1987-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2008-10-01
Also published as: JPH03500470A; EP0390807A4; EP0390807A1; HK1006773A1; JP3335348B2; ATE145512T1; WO1989003162A1; KR890702405A; JP3181263B2; EP0390807B1; JPH11150003A; DE3855679D1

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Vorrichtungen, insbesondere Schaltungsschutzvorrichtungen, die PTC-leitende Polymerzusammensetzungen aufweisen.
Leitfähige Polymerzusammensetzungen, die PTC-Verhalten (PTC = positiver Temperaturkoeffizient) zeigen, und sie aufweisende elektrische Vorrichtungen sind wohlbekannt. Dabei kann beispielsweise auf folgende Dokumente Bezug genommen werden: US-Patentschriften 3 243 753; 3 351 882; 3 861 029; 4 177 376; 4 237 441; 4 238 812; 4 255 698; 4 286 376; 4 315 237; 4 317 027; 4 329 726; 4 330 703; 4 352 083; 4 413 301; 4 426 633; 4 450 496; 4 475 138; 4 481 498; 4 534 889; 4 543 474; 4 562 313; 4 647 894; 4 647 896; 4 685 025; 4 654 511; 4 689 475; 4 724 417; 4 761 541 und 4 774 024; FR-Patentanmeldung Nr. 7623707 (Moyer); EP- Patentanmeldung Nr. 158 410; und die gemeinsam übertragenen, gleichzeitig anhängigen Anmeldungen Serial-Nr. 141 989 (MP0715, Evans), veröffentlicht als EP-Anmeldung Nr. 38 713; 656 046 (MP0762, Jacobs et al), veröffentlicht als EP- Anmeldung Nr. 63 440; 818 846 und 75 929 (MP1100, Barma et al), veröffentlicht als EP-Anmeldung Nr. 231 068; 83 093 (MP1090, Kleiner et al); 102 987 (MP1220, Fang et al); 103 077 (MP1222, Fang et al); 115 089 (MP0906, Fang et al); 124 696 (MP0906, Fang et al); 150 005 (MP0906, Fahey et al); und 219 416 (MP1266, Horsma et al).
Besonders nützliche Vorrichtungen, die PTC-leitende Polymere aufweisen, sind Schaltungsschutzvorrichtungen. Solche Vorrichtungen haben unter den normalen Betriebsbedingungen der Schaltung einen relativ niedrigen Widerstand, werden aber "ausgelöst", d. h. in einen Zustand hohen Widerstands umgeschaltet, wenn ein Störungszustand wie beispielsweise Überstrom oder zu hohe Temperatur auftritt. Wenn die Vorrichtung durch Überstrom ausgelöst wird, bewirkt der durch das PTC- Element gehende Strom eine Selbsterwärmung des Elements auf eine erhöhte Temperatur, bei der es sich in einem Zustand hohen Widerstands befindet. Wenn die Schaltungsschutzvorrichtung "ausgelöst" wird, wird ein Wärmegradient erzeugt. Wenn der Wärmegradient in die gleiche Richtung wie der Stromfluß verläuft, können Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, daß die Spitzentemperatur des thermischen Gradienten, d. h. die "heiße Leitung" oder "heiße Zone", sich nicht nahe einer Elektrode ausbildet. Solche Vorsichtsmaßnahmen sind in den US-Patentschriften 4 317 027 und 4 352 083 beschrieben.
Die US-PS 4 467 310 (Jakab) beschreibt einen Batteriespeisewiderstand, der einen Dickschichtwiderstand und einen PTC- Widerstand in Form einer Scheibe aufweist. Der Dickschichtwiderstand und der PTC-Widerstand sind elektrisch in Reihe geschaltet und auf beiden Seiten des Keramiksubstrats, das den Dickschichtwiderstand trägt, oder auf beiden Seiten einer anderen Isolierschicht zueinander entgegengesetzt angebracht mit dem Ziel, eine enge thermische Kopplung zwischen den Widerständen zu erreichen. Der Zweck dieser Anordnung ist es zu verhindern, daß der Dickschichtwiderstand eine Brandgefahr darstellt, indem er zu heiß wird, wenn eine Störung dazu führt, daß Netzspannung auf den Widerstand aufgebracht wird. Wenn eine solche Störung auftritt, erwärmt der anfängliche Temperaturanstieg des Dickschichtwiderstands den PTC-Widerstand, dessen Widerstandswert somit rasch ansteigt und den Strom auf einen sicheren Wert verringert, bevor der Dickschichtwiderstand zu heiß wird. Somit bietet der PTC-Widerstand Schutz (sowohl für den Dickschichtwiderstand als auch für andere Komponenten der Schaltung), indem er den Strom auf einen kleinen Strom verringert. Bei sämtlichen Vorrichtungen von Jakab besteht der PTC-Widerstand aus einem Keramikmaterial und ist so angebracht, daß die engstmögliche thermische Kopplung zwischen ihm und dem Dickschichtwiderstand erhalten wird.
Schaltungsschutzvorrichtungen, die verbesserte physische Eigenschaften und verbesserte elektrische Leistung zeigen, werden hergestellt, wenn die die Vorrichtung aufweisende leitende Polymerzusammensetzung vernetzt ist. Ein solches Vernetzen kann durch den Einsatz von chemischen Vernetzungsmitteln oder Gamma- oder Elektronenstrahlen oder durch eine Kombination davon erreicht werden. Es ist häufig richtig, daß die von einem Elektronenstrahl erzeugte ionisierende Bestrahlung in der schnellsten und kostengünstigsten Vernetzung resultiert.
EP-A-0 198 598 zeigt elektrische Vorrichtungen, die PTC- leitende Polymere enthalten, die in zwei Schritten vernetzt wurden, wobei die Vernetzungsschritte durch einen Wärmebehandlungsschritt voneinander getrennt sind.
EP-A-098 647 zeigt eine Netzspannungs-Diskriminiervorrichtung zum Anpassen einer Last an einen höheren oder niedrigeren Wechselspannungsbereich. Die Diskriminierung erfolgt mit Hilfe eines spannungsabhängigen Widerstands, der mit einem PTC-Widerstand thermisch gekoppelt ist, der mit dem spannungsabhängigen Widerstand elektrisch in Reihe angeordnet ist.
Wir haben nunmehr entdeckt, daß ein verbesserter Schutz von Schaltungen gegen Überströme (und gegen die Spannungen, die solche Ströme erzeugen) erhalten werden kann durch die Verwendung von kombinierten Schutzvorrichtungen, die ein PTC- Element (die Ausdrucke "PTC-Element" und "PTC-Widerstand" werden mit derselben Bedeutung verwendet) und ein zweites elektrisches Bauelement aufweisen, das unter wenigstens einigen der Störungsbedingungen, gegen die Schutz verlangt wird, das Verhalten des PTC-Elements gegenüber den Störungsbedingungen auf eine gewünschte Weise modifiziert. Beispielsweise kann das zweite Bauelement ein Widerstand sein, der unter den Störungsbedingungen Wärme erzeugt, die auf das PTC-Element übertragen wird und dadurch die "Auslösezeit" des Elements verkürzt, d. h. die Zeit, die benötigt wird, um das PTC-Element in einen Hochwiderstands-, Hochtemperaturzustand zu bringen, so daß der Schaltungsstrom auf einen sicheren Wert verringert wird. Das zweite Bauelement kann im wesentlichen nur die Funktion haben, die Auslösezeit zu verkürzen, es ist aber bevorzugt Teil des Schaltungsschutzsystems. Die Verringerung des Stroms durch das PTC-Element kann dazu dienen, das zweite Bauelement zu schützen und/oder andere Komponenten der Schaltung zu schützen.
Wir haben außerdem gemäß der Erfindung entdeckt, daß bei Schaltungsschutzanordnungen, die einen PTC-Widerstand und in Reihe mit dem PTC-Widerstand einen zweiten Widerstand aufweisen, der im offenen Zustand der Schaltung versagen kann, zwei nützliche Schutzmechanismen vorliegen können. Der erste Mechanismus ist wirksam, wenn eine relativ niedrige Überspannung über der Schutzanordnung fällt und Schutz dadurch erhalten wird, daß der Widerstandswert des PTC-Widerstands ansteigt und der Strom auf einen sicheren Wert verringert wird. Der zweite Mechanismus ist wirksam, wenn eine relativ hohe Überspannung über der Schutzanordnung abfällt und Schutz dadurch erhalten wird, daß der zweite Widerstand im offenen Zustand der Schaltung ausfällt. Wir haben außerdem gemäß der Erfindung entdeckt, daß der Grad der thermischen Kopplung zwischen dem PTC-Widerstand und dem zweiten Widerstand einen wesentlichen Einfluß darauf hat, welcher dieser Schutzmechanismen von einer bestimmten Spannung wirksam gemacht wird. Je besser die thermische Kopplung zwischen den Widerständen ist, umso höher ist die Spannung, die benötigt wird, um die Wirksamkeit des zweiten Mechanismus gegenüber dem ersten Mechanismus zu bewirken.
Der PTC-Widerstand kann von jedem Typ sein, beispielsweise kann er aus einer Keramik oder einem leitfähigen Polymer bestehen. Die Erfindung ist jedoch besonders wertvoll für PTC-Materialien, insbesondere leitfähige Polymere, die dann, wenn sie einer übergroßen elektrischen Beanspruchung ausgesetzt sind (d. h. die größer als diejenige ist, die bei dem normalerweise erwarteten Störungszustand betroffen ist), auf gefährliche Weise abgebaut werden können; das kann gemäß der Erfindung vermieden werden, indem der PTC-Widerstand einem zweiten Widerstand zugeordnet wird, der dann, wenn er derselben übergroßen elektrischen Beanspruchung (oder einer elektrischen Beanspruchung, die auf eine vorbestimmte Weise zu der übergroßen elektrischen Beanspruchung des PTC-Widerstands in Beziehung steht) ausgesetzt wird, innerhalb eines Zeitraums ausfällt (im offenen Zustand der Schaltung), der ausreichend kurz ist, um zu gewährleisten, daß das PTC-Material keinen gefährlichen Abbau erfährt. Bei einer solchen Anordnung gibt es daher unter dem Einfluß der übergroßen elektrischen Beanspruchung eine Umkehrung der Rollen, die bisher in Schutzanordnungen vorliegt, die einen PTC-Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweisen; der zweite Widerstand schützt den PTC-Widerstand und nicht (wie bisher) der PTC-Widerstand den zweiten Widerstand.
Der zweite Widerstand kann von jedem Typ sein, ist aber bevorzugt ein ZTC-Widerstand, und seine Fähigkeit, in einem offenen Schaltungszustand auszufallen, kann auf irgendeine Weise erreicht werden. Die Erfindung ist besonders wertvoll für Dickschicht- oder andere Widerstände, die auf Keramiksubstraten angeordnet sind. Solche Dickschichtwiderstände können unter übermäßiger elektrischer Beanspruchung als Ergebnis einer differentiellen Ausdehnung des Widerstands und des Substrats und/oder verschiedener Teile des Substrats und/oder verschiedener Teile des Widerstands ausfallen, was zu einer Zerstörung des Widerstands und/oder von ein oder mehr der Verbindungen mit dem Widerstand, die in oder auf dem Substrat liegen, führt. Daher sind die Bedingungen, die einen solchen Ausfall bewirken, wesentlich von den Dimensionen und der Zusammensetzung des Substrats abhängig; beispielsweise kann das Substrat mit einer Schwächungsebene (z. B. einem eingeschnürten Bereich oder einer mit einem Laser oder einem Diamant eingeritzten Rille) ausgebildet sein, die einen Riß induziert, wobei die thermischen Gradienten zu berücksichtigen sind, die im Gebrauch vorhanden sind. Diese thermischen Gradienten können durch einen differentiellen Wärmeableitungsteil des Substrats beeinflußt werden, z. B. mit Hilfe der elektrischen Leiter und/oder mittels Metallplatten oder -streifen (die von dem Substrat ausgehen können), die nicht stromführend sind, und/oder durch Verwendung eines unregelmäßig geformten, beispielsweise keilförmigen Widerstands.
Der PTC-Widerstand und der zweite Widerstand sind bevorzugt Teil eines einzigen kombinierten bzw. Verbund-Bauelements.
Mehr als ein PTC-Widerstand kann vorgesehen sein, wobei diese PTC-Widerstände gleich oder verschieden und miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sein können, und/oder es kann mehr als ein zweiter Widerstand vorgesehen sein, wobei diese zweiten Widerstände gleich oder verschieden und in Reihe oder parallel geschaltet sein können.
Nach einem ersten Aspekt gibt die Erfindung somit ein Schaltungsschutzsystem an, das einen PTC-Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweist, der mit dem PTC-Widerstand elektrisch in Reihe geschaltet und mit dem PTC-Widerstand in Wärmekontakt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Ausschaltstrom IB und einen Haltestrom IH hat und das Verhältnis IB/IH höchstens 20, bevorzugt höchstens 15, insbesondere höchstens 10 ist, wobei der Ausschaltstrom IB der kleinste Strom ist, der bewirkt, daß das System einen Unterbrechungszustand erreicht, und der Haltestrom IH der größte Strom ist, der durch das System fließen kann, ohne zu bewirken, daß der PTC-Widerstand in seinen Hochwiderstands- Auslösezustand geht.
Kombinierte Vorrichtungen, in denen der PTC-Widerstand mit einem zweiten Bauelement verbunden ist, das kein Widerstand ist, werden ebenfalls durch die Erfindung bereitgestellt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist daher eine elektrische Vorrichtung ein Schaltungsschutzsystem gemäß dem ersten Aspekt auf, das folgendes hat: mindestens einen PTC- Widerstand, der ein PTC-Element aufweist, das aus einem leitfähigen Polymer, das PTC-Verhalten bei einer Schalttemperatur Ts zeigt, und mindestens zwei Elektroden besteht, die mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden können, so daß Strom zwischen den Elektroden durch das PTC- Element fließt, wobei die Vorrichtung mindestens einen genannten zweiten Widerstand hat, wobei die Vorrichtung ferner mindestens ein laminares Substrat aufweist, das im wesentlichen isolierend ist; wobei der mindestens eine zweite Widerstand körperlich dem genannten mindestens einen Substrat benachbart und in gutem Wärmekontakt mit dem genannten mindestens einen ersten PTC-Element ist und mit dem genannten mindestens einen PTC-Widerstand elektrisch in Reihe geschaltet ist, und einen Widerstand R&sub2; hat, der sich als eine Funktion der Spannung ändert, und einen elektrischen Verbinder, der mit dem genannten mindestens einen PTC- Widerstand elektrisch verbunden und mit dem genannten mindestens einen zweiten Widerstand in Wärmekontakt ist, und wobei der genannte mindestens eine PTC-Widerstand körperlich dem genannten mindestens einen Substrat benachbart ist und wobei das PTC-Element und die Elektroden laminar sind.
Die Verwendung von laminaren PTC-Bauelementen in kombinierten Vorrichtungen ist vorteilhaft, um einen adäquaten Kontakt mit und eine rasche Wärmeübertragung zwischen dem PTC- Bauelement und der zweiten Komponente zu erreichen, und ermöglicht die optimale Nutzung von verfügbarem Platz insbesondere dann, wenn die kombinierte Vorrichtung zur Verwendung auf einer Leiterplatte ausgelegt ist. Für die meisten Anwendungen ist es vorteilhaft, daß das PTC-Bauelement bestrahlt wird, und für viele Anwendungen, bei denen die aufgebrachte Spannung 60 VAC (Wechselspannung) oder höher ist, sind hohe Bestrahlungsdosen, beispielsweise höher als 50 Mrad, nützlich. Wir haben entdeckt, daß eine Schwierigkeit beim Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl der rasche Temperaturanstieg in dem leitfähigen Polymer als Folge der Bestrahlung auf diese hohen Dosen ist. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß unter diesen Bedingungen während des Vernetzungsvorgangs Gase rascher erzeugt werden, als sie abgeleitet werden können. Infolgedessen werden bisher Einrichtungen, die zur Verwendung unter Hochspannungsbedingungen ausgebildet sind, mit parallelen Säulenelektroden, die in die leitfähige Polymermatrix eingebettet sind, anstatt mit laminaren Metallfolien- oder Gitterelektroden, die an der Oberfläche des laminaren leitfähigen Polymerelements angebracht sind, hergestellt, um die Ablösung der Metallfolienelektroden infolge der erzeugten Gase zu vermeiden. Beispielsweise lehrt die US-Patentanmeldung Serial-Nr. 656 046, veröffentlicht als EP-Patentanmeldung Nr. 63 440, daß es notwendig ist, ein laminares leitfähiges Polymerelement zu bestrahlen, bevor die laminaren Elektroden angebracht werden, um ein Bauelement zu bilden. Bei Bauelementen, die eingebettete Säulenelektroden aufweisen, kann ein rasches Erwärmen und die Erzeugung von Gasen während des Bestrahlens in der Ausbildung von Hohlräumen an der Polymer/Elektroden-Grenzfläche resultieren, was zu der Ausbildung eines Kontaktwiderstands und von Stellen des elektrischen Ausfalls im Betrieb bei hoher Spannung führt.
Um laminare Bauelemente effizient und billig herzustellen, ist es erwünscht, daß laminare Metallfolien-Elektroden vor dem Bestrahlen angebracht werden und daß Bauelemente mit Säulenelektroden keine Hohlraumausbildung an der Polymer/Elektroden-Grenzfläche infolge von rascher Gaserzeugung erfahren. Es ist außerdem erwünscht, daß ein laminares Bauelement imstande ist, relativ hohen Spannungen und Strömen standzuhalten, ohne daß eine Schichtablösung der laminaren Elektroden auftritt. Wir haben gefunden, daß elektrische Vorrichtungen mit verbessertem Betriebsverhalten hergestellt werden können, wenn das leitfähige Polymerelement während des Bestrahlungsvorgangs auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird.
Gemäß einem anderen Aspekt wird daher durch die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung angegeben, die folgendes aufweist:
(1) ein PTC-Element, das aus einer vernetzten leitfähigen Polymerzusammensetzung besteht, die PTC-Verhalten zeigt und eine polymere Komponente sowie in der polymeren Komponente dispergiert einen teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff aufweist; und
(2) zwei Elektroden, die mit dem PTC-Element elektrisch verbunden und mit einer elektrischen Stromquelle verbindbar sind, um zu bewirken, daß Strom durch das PTC- Element fließt,
wobei das Verfahren aufweist: Strahlungsvernetzen des PTC- Elements, wobei das Vernetzen durch Anwendung eines Elektronenstrahls erreicht wird und eine der folgenden Bedingungen vorhanden ist:
(a) die mittlere Dosisrate beträgt höchstens 3,0 Mrad/min; oder
(b) die von jedem stromführenden Teil des PTC-Elements absorbierte Strahlendosis ist mindestens 50 Mrad, und während des Vernetzungsvorgangs erreicht kein Teil des PTC-Elements, der mit den Elektroden in Kontakt ist, eine Temperatur, die höher als (TM - 60)ºC ist, wobei TM die Temperatur ist, die an dem Peak der endothermen Kurve gemessen wird, die durch ein Differentialabtastkalorimeter für das niedrigstschmelzende Polymer in der Polymerkomponente erzeugt wird.
Ferner umfaßt die Erfindung elektrische Schaltungen, die eine Quelle von elektrischem Strom, eine Last und eine Schaltungsschutzanordnung oder -vorrichtung gemäß der obigen Definition aufweisen. Bei solchen Schaltungen können das erste und das zweite elektrische Bauelement sowohl unter den normalen Betriebsbedingungen der Schaltung als auch unter den Störungsbedingungen (z. B. wenn das zweite Bauelement ein Überspannungswiderstand in einer Telefonschaltung ist) in Reihe miteinander verbunden sein, oder das zweite Bauelement kann eines sein, durch das unter normalen Betriebsbedingungen kein Strom fließt, das jedoch unter den Störungsbedingungen in Reihe mit dem ersten Bauelement geschaltet wird (wenn z. B. das zweite Bauelement ein spannungsabhängiger Widerstand ist, der mit Masse verbunden ist, um in einer Telefonschaltung ein Klemmelement vorzusehen).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht; dabei zeigen:
Fig. 1 und 2 Diagramme von Schaltungen, um IH bzw. IB zu bestimmen;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein elektrisches Bauelement der Erfindung;
Fig. 4 und 5 eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt entlang der Linie E-E von Fig. 4 einer Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 6 und 7 eine Draufsicht bzw. ein Querschnitt entlang der Linie F-F von Fig. 6 einer anderen Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 8 einen Querschnitt einer weiteren Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 9 und 10 Draufsichten von zwei verschiedenen Seiten auf eine weitere Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 11 und 12 Querschnitte einer alternativen Vorrichtung der Erfindung;
Fig. 13 bis 18 mögliche Konstruktionen für kombinierte Bauelemente der Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Schaltungsschutzvorrichtung der Erfindung zeigt PTC- Verhalten. Der Ausdruck "PTC" wird in der vorliegenden Beschreibung benutzt, um eine Einrichtung bzw. ein Element (z. B. einen PTC-Widerstand) oder eine Zusammensetzung zu bezeichnen, die einen R&sub1;&sub4;-Wert von wenigstens 2,5 oder einen R&sub1;&sub0;&sub0;-Wert von wenigstens 10 und bevorzugt beides hat, und speziell eine solche, die einen R&sub3;&sub0;-Wert von wenigstens 6 hat, wobei R&sub1;&sub4; das Verhältnis der spezifischen Widerstände am Ende und am Beginn eines 14 ºC-Bereichs ist, R&sub1;&sub0;&sub0; das Verhältnis der spezifischen Widerstände am Ende und am Beginn eines 100 ºC-Bereichs ist, und R&sub3;&sub0; das Verhältnis der spezifischen Widerstände am Ende und am Beginn eines 30 ºC- Bereichs ist. "ZTC-Verhalten" wird verwendet, um eine Einrichtung oder Zusammensetzung zu bezeichnen, deren spezifischer Widerstand um weniger als das 6fache, bevorzugt weniger als das 2fache in jedem 30 ºC-Temperaturbereich innerhalb des Betriebsbereichs der Heizeinrichtung ansteigt.
Die hier beschriebene Erfindung betrifft elektrische Vorrichtungen, die ein leitfähiges Polymerelement aufweisen, und Verfahren zum Herstellen solcher Vorrichtungen. Das leitfähige Polymerelement besteht aus einer Polymerkomponente und, in der Polymerkomponente dispergiert, einem teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff. Die Polymerkomponente ist bevorzugt ein kristallines organisches Polymer oder ein Gemisch, das wenigstens ein kristallines organisches Polymer aufweist, wobei dieser Ausdruck Siloxane einschließen soll. Die Polymerkomponente hat eine Schmelztemperatur, die als die Temperatur bei dem Peak der endothermischen Kurve definiert ist, die von einem Differentialabtastkalorimeter erzeugt wird. Wenn die Polymerkomponente ein Gemisch aus Polymeren ist, ist die Schmelztemperatur als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Polymerkomponente definiert. Der leitfähige Füllstoff kann Graphit, Ruß, Metall, Metalloxid, ein teilchenförmiges leitfähiges Polymer, das selbst ein organisches Polymer und einen teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff aufweist, oder eine Kombination davon sein. Das leitfähige Polymerelement kann außerdem Antioxidantien, inerte Füllstoffe, Prorad, Stabilisatoren, Dispergiermittel oder andere Bestandteile aufweisen. Das Dispergieren bzw. Verteilen des leitfähigen Füllstoffs und anderer Bestandteile kann durch Trockenvermischen, Schmelzverarbeiten oder Sintern erfolgen. Der spezifische Widerstand des leitfähigen Polymers wird bei 23 ºC (d. h. Raumtemperatur) gemessen.
Das leitfähige Polymerelement zeigt PTC-Verhalten bei einer Schalttemperatur Ts, die als die Temperatur am Schnittpunkt der Linien definiert ist, die tangential zu dem relativ flachen Bereich der logarithmischen Kurve von spezifischem Widerstand/Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts und dem steilen Bereich der Kurve aufgetragen sind. Geeignete Zusammensetzungen und PTC-Vorrichtungen, die die Zusammensetzungen aufweisen, sind in den US-Patentschriften 4 237 411, 4 238 812, 4 255 698, 4 315 237, 4 317 027, 4 329 726, 4 352 083, 4 413 301, 4 450 496, 4 475 138, 4 481 498, 4 534 889, 4 562 313, 4 647 894, 4 647 896, 4 685 025, 4 724 417, 4 774 024 und in der gemeinsam übertragenen US- Patentanmeldung Serial-Nr. 141 989, nunmehr in USPS 5 049 850 enthalten, angegeben. Wenn das PTC-Element mehr als eine Schicht aufweist, und wenn ein oder mehr der Schichten aus einer polymeren Zusammensetzung bestehen, die kein PTC-Verhalten zeigt, müssen die kombinierten bzw. Verbundschichten des Elements PTC-Verhalten zeigen. Das leitfähige Polymer sollte einen spezifischen Widerstand haben, der in dem Temperaturbereich von Ts bis (Ts + 20)ºC, bevorzugt von Ts bis (Ts + 40)ºC, insbesondere von Ts bis (Ts + 75)ºC nicht abnimmt.
Die zwei an dem PTC-Element angebrachten Elektroden sind mit einer elektrischen Stromquelle verbindbar, so daß Strom durch das PTC-Element fließen kann. Die Elektroden können parallele säulenförmige Drähte, die in das leitfähige Polymer eingebettet sind, oder laminare Elektroden sein, die massives oder perforiertes Metall oder Metallgitter aufweisen und an der Oberfläche des PTC-Elements angebracht sind. Besonders bevorzugt sind Metallfolien-Elektroden aus Nickel oder Kupfer, die eine galvanisch abgeschiedene Oberflächenschicht aufweisen, die eine Oberfläche mit Mikrorauhigkeiten hat.
Die elektrische Vorrichtung kann durch Einsatz eines chemischen Vernetzungsmittels oder einer Quelle von ionisierender Strahlung wie etwa einer Cobaltquelle oder eines Elektronenstrahls vernetzt sein. Elektronenstrahlen werden wegen des Wirkungsgrads, der Geschwindigkeit und der Kosten der Bestrahlung besonders bevorzugt. Die Vorrichtungen können auf jeden Pegel bestrahlt werden, obwohl für Vorrichtungen, die zur Verwendung bei Hochspannungsanwendungen vorgesehen sind, Dosen von 50 bis 100 Mrad oder mehr (z. B. 150 Mrad) bevorzugt sind. Die Bestrahlung kann in einem Schritt oder in mehr als einem Schritt erfolgen; jedes Bestrahlungssegment kann durch einen Wärmebehanldungsschritt getrennt sein, bei dem das PTC-Element auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der polymeren Komponente erwärmt und dann abgekühlt wird, um die polymere Komponente zu rekristallisieren. Das Vernetzungsverfahren kann mit oder ohne die an dem PTC-Element angebrachten Elektroden durchgeführt werden. Die Strahlungsdosis ist als die kleinste Strahlungsdosismenge definiert, die von jedem stromführenden Teil des PTC-Elements absorbiert wird. Im Fall von laminaren elektrischen Vorrichtungen, bei denen der Strom in einer zu der Ebene der laminaren Elektrode senkrechten Richtung fließt (d. h. durch die Dicke des PTC-Elements), muß das gesamte PTC-Element auf die kleinste Dosis bestrahlt werden. Bei Vorrichtungen mit eingebetteten Säulenelektroden muß die Mitte des PTC-Elements zwischen den und parallel zu den Elektroden auf die kleinste Dosis besetrahlt werden.
Es wird bevorzugt, daß während des Bestrahlungsschritts die Temperatur keines Teils des PTC-Elements, das mit den Elektroden in Berührung ist, eine Temperatur erreicht, die größer als (Tm - 60)ºC, insbesondere (Tm - 80)ºC ist. Im Fall von Vorrichtungen, die aus Polyethylen hoher Dichte bestehen, das eine Tm von ca. 130 ºC hat, wird es bevorzugt, daß die Temperatur niedriger als 60 ºC, insbesondere niedriger als 50 ºC, speziell niedriger als 40 ºC bleibt. Im Fall eines Elektronenstrahls kann das erreicht werden, indem die Vorrichtungen durch Anwendung von Gebläsen oder Gas gekühlt werden oder die Vorrichtungen in der Nähe von Gegenständen positioniert werden, die große Wärmeableitfähigkeit haben. Alternativ kann das Aufrechterhalten einer niedrigen Temperatur durch die Anwendung eines niedrigen Elektronenstrahlstroms erreicht werden, wobei die mittlere Dosisrate höchstens 3,0 Mrad/min ist. Dieser Wert kann auf der Basis der Intensität des Elektronenstrahls und der Durchgangsrate der Vorrichtungen durch den Strahlengang errechnet werden, indem der Wert bei halber Höhe der Glockenkurve der momentanen Dosisrate, aufgetragen als eine Funktion der Position der Vorrichtungen in dem Strahlengang, genutzt wird. Es wurde beobachtet, daß dann, wenn die Vorrichtung während des Bestrahlungsvorgangs kühl bleibt, die Rate der Gaserzeugung (d. h. von Wasserstoff aus dem Vernetzungsschritt) durch die Diffusionsrate des Gases aus der Vorrichtung ausgeglichen wird und daß wenig oder keine Blasen an der Grenzfläche zwischen dem PTC-Element und den Elektroden beobachtet werden. Das Ergebnis ist, daß im Fall von laminaren Vorrichtungen die laminaren Elektroden keine Schichtentrennung erfahren und im Fall von eingebetteten Säulenelektroden die Anzahl und Häufigkeit von Blasen oder Hohlräumen an der Polymer/Elektroden-Grenzfläche begrenzt ist. Das resultiert in einer verbesserten elektrischen Leistung während des Aufbringens von elektrischem Strom.
Laminare elektrische Vorrichtungen der Erfindung können PTC- Elemente aufweisen, die drei oder mehr Schichten aus leitfähigem Polymer aufweisen. Die Schichten können den gleichen oder einen davon verschiedenen polymeren Bestandteil oder den gleichen oder einen anderen leitfähigen Füllstoff haben. Besonders bevorzugt sind Vorrichtungen, bei denen eine erste, zweite und dritte Schicht so angeordnet sind, daß alle Strompfade zwischen den Elektroden nacheinander durch die erste, zweite und dritte Schicht gehen. Es ist erwünscht, daß die zweite Schicht, die zwischen der ersten und der dritten Schicht eingeschlossen ist, die Stelle der Heißleitung ist, die gebildet wird, wenn die Vorrichtung einem elektrischen Strom ausgesetzt wird. Das kann durch die Verwendung einer zweiten Schicht erreicht werden, die einen spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur hat, der höher als derjenige sowohl der ersten als auch der dritten Schicht ist. Im Betrieb wird durch I²R-Erwärmen Wärme an der Stelle des höchsten Widerstands erzeugt; dieser Vorgang wird durch die begrenzte Wärmeableitung des zentralen Bereichs (zweite Schicht) der Vorrichtung in bezug auf den oberen oder unteren Bereich (erste oder dritte Schicht) verstärkt. Wenn die Heißleitung in der Mitte der Vorrichtung unter Kontrolle ist, bildet sie sich nicht an den Elektroden, was einen bei laminaren Vorrichtungen üblichen Ausfallmechanismus beseitigt.
Der spezifische Widerstand der drei Schichten kann auf verschiedene Weise geändert werden. Die polymere Komponente der Schichten kann die gleiche sein, aber die Volumenbeladung mit leitfähigem Füllstoff kann für die zweite Schicht verschieden sein. In den meisten Fällen wird ein höherer spezifischer Widerstand durch Verwendung entweder einer geringeren Volumenbeladung mit leitfähigem Füllstoff oder gleicher Beladung mit einem leitfähigen Füllstoff einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit als der Füllstoff der ersten Schicht erreicht. In einigen Fällen kann ein höherer spezifischer Widerstand durch Anwendung der gleichen Volumenbeschickung mit leitfähigem Füllstoff, aber einer niedrigeren Beladung mit einem nichtleitfähigen Füllstoff erzielt werden. Es wurde gefunden, daß, wenn der leitfähige Füllstoff Ruß ist, brauchbare Zusammensetzungen erhalten werden können, wenn die Polymerkomponente für die Schichten die gleiche ist, aber die Rußbeladung der zweiten Schicht wenigstens 2, bevorzugt wenigstens 3, speziell wenigstens 4 Vol.- % geringer als die der ersten oder dritten Schicht ist. Der spezifische Widerstand der zweiten Schicht ist bevorzugt wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens zweimal, insbesondere wenigstens fünfmal höher als der spezifische Widerstand der ersten und dritten Schicht. Ein PTC-Element, das aus den drei Schichten hergestellt ist, kann eine zweite Schicht mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 50 Ohm-cm oder einen Widerstandswert von weniger als 100 Ohm haben. Bei einer anderen Ausführungsform ist der spezifische Widerstand der ersten Schicht und der dritten Schicht kleiner als das 0,1fache des spezifischen Widerstands der zweiten Schicht.
Schichtvorrichtungen sind im Stand der Technik für den Aufbau von PTC- und ZTC-Materialien angegeben, die sich hinsichtlich des spezifischen Widerstands um wenigstens eine Größenordnung unterscheiden. Es wurde gefunden, daß brauchbare laminare Vorrichtungen hergestellt werden können, bei denen alle drei Schichten PTC-Verhalten zeigen, wenn die Schalttemperatur Ts jeder der Schichten innerhalb von 15 ºC der Schalttemperatur der zweiten Schicht ist. Es wird bevorzugt, daß Ts für sämtliche drei Schichten gleich ist; das kann erreicht werden durch Verwendung derselben polymeren Komponente in der leitfähigen Polymerzusammensetzung für jede Schicht.
Brauchbare laminare Schichtvorrichtungen mit Heißleitungs- Einstellung können auch hergestellt werden, wenn die zweite Schicht weniger als ein drittel, bevorzugt weniger als ein viertel, insbesondere weniger als ein fünftel der Gesamtdicke der ersten, zweiten und dritten Schicht aufweist. Bevorzugte Vorrichtungen haben eine Gesamtdicke von wenigstens 0,060 inch, insbesondere wenigstens 0,100 inch. Sie haben einen Widerstandswert von weniger als 100 Ohm. Solche Vorrichtungen sind für Schaltungsschutzanwendungen nützlich, wobei die aufgebrachte Spannung 120 V oder höher ist, insbesondere, wenn sie auf einen Wert von mehr als 50 Mrad bestrahlt worden sind. Besonders bevorzugt für solche Anwendungen sind Vorrichtungen, bei denen wenigstens die zweite Schicht und bevorzugt auch die erste und die dritte Schicht eine Zusammensetzung aufweisen, die einen anorganischen Füllstoff enthält. Besonders bevorzugt werden solche anorganischen Füllstoffe, die als Lichtbogen-Kontrollmittel dienen und die, wenn sie in Abwesenheit von Luft erhitzt werden, sich zersetzen, um H&sub2;O, CO&sub2; oder N&sub2; zu ergeben. Geeignete Materialien, die Aluminiumoxidhydrat und Magnesiumhydroxid einschließen, sind in den US-PS'en 4 774 024 und 5 049 850 angegeben.
Die die elektrische Vorrichtung betreffenden Aspekte der Erfindung weisen wenigstens eine erste Komponente, die häufig ein laminarer PTC-Widerstand ist, wenigstens eine zweite Komponente, ein laminares Substrat und eine elektrische Zuleitung auf. Die zweite Komponente ist gewöhnlich ein Widerstand, dessen Widerstandswert vergleichsweise spannungsunabhängig ist, obwohl es bei einem Aspekt der Erfindung bevorzugt wird, daß die zweite Komponente einen Widerstandswert hat, der sich als eine Funktion der Spannung ändert. Solche Komponenten umfassen einen spannungsabhängigen Widerstand bzw. VDR wie etwa einen Varistor, einen Transistor oder ein anderes elektronisches Bauelement. Alternativ kann die zweite Komponente beispielsweise ein Widerstand sein, der ein Dickschichtwiderstand, ein Dünnschichtwiderstand, ein Metallschichtwiderstand, ein Kohleschichtwiderstand, ein Metalldraht oder ein leitfähiger Polymerwiderstand ist, der beispielsweise durch Schmelzformen (einschließlich Schmelzextrudieren, Spritzpressen und Spritzgießen), Lösungsformen (einschließlich Drucken und Gießen), Sintern oder ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt ist. Der Widerstandswert von Widerständen, die nach einigen dieser Verfahren hergestellt sind, kann durch Lasertrimmverfahren geändert werden. Der Widerstandswert des Widerstands bei 23 ºC ist bevorzugt wenigstens um das 2fache, insbesondere wenigstens das 5fache, insbesondere wenigstens das 10fache oder noch mehr, z. B. wenigstens das 20fache, höher als der Widerstandswert des PTC-Elements bei 23 ºC. Bevorzugt erhöht sich der Widerstandswert des Widerstands mit der Temperatur nicht wesentlich. Bei Hochspannungs- Anwendungen, wenn die Spannung z. B. größer als ca. 200 V ist, ist der Widerstandswert des Widerstands im allgemeinen wenigstens das 20fache, bevorzugt wenigstens das 40fache, insbesondere wenigstens das 60fache oder noch mehr, z. B. wenigstens das 100fache, des Widerstandswerts des PTC- Elements bei 23 ºC. Der bevorzugte Gesamtwiderstandswert bei 23 ºC der ersten und der zweiten Komponente zusammen ist von dem Endgebrauch abhängig und kann beispielsweise 3 bis 2000 Ohm, z. B. 5 bis 1500 Ohm, sein, ist jedoch gewöhnlich 5 bis 200 Ohm, wobei der Widerstandswert des PTC-Elements beispielsweise 1 bis 100 Ohm, gewöhnlich 1 bis 5 Ohm ist.
Es kann zwei oder mehr zweite elektrische Komponenten geben, die gleich oder verschieden sein können. Bevorzugt wird eine Vorrichtung, die als integrierter Zweifachhybridschutz wirkt, wobei eine zweite elektrische Komponente einen Dickschichtwiderstand und eine andere zweite elektrische Komponente ein Spannungsbegrenzungselement aufweist. Wenn zwei oder mehr zweite elektrische Komponenten vorhanden sind, ist der kombinierte Widerstandswert der zweiten Komponenten, die mit einem einzigen PTC-Element in Reihe geschaltet sind, der Widerstandswert, der angewandt wird, wenn das gewünschte Verhältnis des Widerstandswerts des Widerstands (oder einer anderen zweiten Komponente) zu demjenigen des PTC-Elements bestimmt wird. Wenn die elektrische Vorrichtung eine Vielzahl von PTC-Elementen und eine Vielzahl von zweiten Komponenten aufweist, ist der Widerstandswert der Vorrichtung als derjenige jedes einzelnen PTC-Elements und seiner zugehörigen zweiten Komponenten (d. h. derjenigen zweiten Komponenten, die mit dem PTC- Element in Reihe geschaltet sind) definiert. Bei einer solchen Vorrichtung ist der Widerstandswert jeder "Einheit", die ein PTC-Element und zweite Komponenten aufweist, bevorzugt jeweils gleich. Elektrische Vorrichtungen, die eine Vielzahl von ersten und/oder zweiten Komponenten und Substraten aufweisen, sind vorteilhaft zur Bildung von kompakten Vorrichtungen. Solche Vorrichtungen benötigen weniger Platz auf einer Leiterplatte, benötigen eine kleinere Packung oder Isolationsumschließung und können rascher auf elektrische Störungszustände ansprechen, und zwar wegen des besseren Wärmekontakts zwischen den Komponenten. Außerdem stellt die Verwendung einer Vielzahl von Komponenten das Potential für Multifunktionen bereit.
Die elektrische Verbindung wird zwischen den Komponenten mit Hilfe von Drähten, Farbverbinderkontaktstellen, Clips oder anderen geeigneten Mitteln hergestellt. Wenn die Komponenten auf entgegengesetzten Oberfläche des Substrats positioniert sind, können metallisierte Kontaktlöcher, die durch das Substrat gebohrt sind, als Verbindungen dienen.
Bevorzugte Substrate sind solche, die zwar elektrisch isolierend sind, aber eine gewisse Wärmeleitfähigkeit haben, z. B. Aluminiumoxid oder Berylliumoxid. Solche Substrate können leicht auf einer Leiterplatte mit Hilfe von Leitungen angebracht werden, die Drähte, Siebdruckfarbe, aufgesputterte Leiterzüge oder andere geeignete Materialien aufweisen können. Um die Größe der Vorrichtung auf der Leiterplatte zu minimieren, wird es bevorzugt, daß das Aluminiumoxid-(oder andere)Substrat maximale Dimensionen von 0,100 inch Dicke, 1,5 inch Breite und 0,400 inch Höhe hat. Das erlaubt der Vorrichtung im allgemeinen, niedriger als die 12 mm (0,47 inch) betragende maximale Höhenbegrenzung vieler Leiterplatten zu sein.
Die relative Position der Bauelemente ist wichtig, um das elektrische Ansprechverhalten der Vorrichtung zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen werden die ersten und zweiten elektrischen Komponenten bevorzugt so angeordnet, daß der in dem PTC-Element induzierte thermische Gradient rechtwinklig zu der Richtung des Stromflusses in dem PTC-Element ist. Das ist wichtig, weil der Wärmefluß sonst die Ausbildung der heißen Zone angrenzend an eine der Elektroden fördern kann, was nachteilig ist. Wenn laminare PTC-Einrichtungen verwendet werden, ergeben sie einen besseren Wärmekontakt mit einem laminaren Substrat und können kleiner als PTC-Elemente anderer Konfigurationen mit vergleichbarem Widerstand sein. Solche laminaren PTC-Einrichtungen ermöglichen auch eine Konstruktions-Flexibilität. Die PTC-Einrichtung kann direkt an der Oberfläche des laminaren Elements oder des zweiten Bauelements angebracht sein, oder sie kann an der entgegengesetzten Seite des Substrats angebracht sein. Für Schaltungsschutzsysteme können sowohl der Haltestrom (d. h. der größte Strom, der durch das System fließen kann, ohne die PTC-Einrichtung zu veranlassen, ihren Hochwiderstands-"Auslösezustand" anzunehmen), als auch der Ausschaltstrom (d. h. der kleinste Strom, der das System veranlaßt, einen Ausschaltzustand zu erreichen) von der Rate der in die und aus der PTC-Einrichtung verteilten Wärme beeinflußt werden. Die Wärmeübertragung kann durch die Distanz zwischen der PTC-Einrichtung und der zweiten Komponente beeinträchtigt werden. Bei manchen Anwendungen wird es bevorzugt, daß die PTC-Einrichtung eine Position hat, die zu derjenigen der zweiten Komponente "versetzt" ist. Das ist besonders wichtig, wenn die zweite Komponente einen Dickschichtwiderstand aufweist, der Risse bekommen kann, wenn der thermische Gradient zu groß ist. Für viele Systeme wird es somit bevorzugt, daß wenigstens ein Teil der PTC-Einrichtung die zweite Komponente nicht überlappt, wenn das System rechtwinklig zu der Ebene der zweiten Komponente betrachtet wird. Wenn die Ebenen des PTC-Elements und des Dickschichtwiderstands im wesentlichen parallel zueinander sind, ist der Anteil des PTC-Elements, der den Dickschichtwiderstand überlappt (rechtwinklig zu der Ebene des Dickschichtwiderstands gesehen) höchstens 75 %, bevorzugt höchstens 50 %, insbesondere höchstens 25 %, ganz speziell 0 %.
In manchen Fällen kann die Vorrichtung der Erfindung verwendet werden, um den Dickschichtwiderstand oder eine andere zweite elektrische Komponente vor Schäden zu schützen, die durch Einwirkung zu hoher Temperaturen verursacht werden. Unter diesen Bedingungen wird die PTC-Einrichtung so gewählt, daß sie bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, die eine Schädigung des Widerstands bewirkt, in einen Zustand hohen Widerstands übergeht.
Der Haltestrom IH und der Ausschaltstrom IB können bestimmt werden, indem die elektrische Vorrichtung, die das PTC-Element und die zweite Komponente aufweist, in zwei Prüfschaltungen geprüft wird. In der ersten Schaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird die Verbundeinrichtung R&sub1; in Reihe mit einem regelbaren Widerstand R&sub2;, einer Gleichspannungsquelle VDC und einem Strommesser A geschaltet. Der Wert von R&sub2; wird so gewählt (und bleibt während der Prüfung unveränderlich), daß dann, wenn die Spannung von 0 V bis 70 V geändert wird, der mit dem Strommesser gemessene Strom sich von 0 bis 100 mA ändert. Die Verbundeinrichtung wird in einer Kammer mit geregeltem Luftdurchfluß und geregelter Temperatur angeordnet, und es wird zugelassen, daß sie sich bei 23 ºC stabilisiert. Die Spannung wird dann erhöht, und der Strom in der Schaltung wird überwacht. Die Spannung, bei der der Strom auf Null (oder einen Wert, der 10 % des maximalen beobachteten Stroms angenähert ist) fällt, wird als VH aufgezeichnet. Der Haltestrom wird dann aus der nachstehenden Gleichung errechnet:
IH = VH/(R&sub1; + R&sub2;).
Der Ausschaltstrom wird unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung bestimmt. Die kombinierte Einrichtung mit einem Widerstand R&sub1; wird mit einem regelbaren Widerstand R&sub3; und einer Wechselspannungsquelle VAC in Reihe geschaltet. Der Widerstandswert der Einrichtung bei 23 ºC wird gemessen, um R&sub0; zu ergeben, und der regelbare Widerstand R&sub3; wird auf 1000 Ohm eingestellt. Eine Wechselspannung von 100 V wird für die Dauer von 1 Sekunde angelegt. Dann läßt man die Einrichtung bei 23 ºC während einer Stunde abkühlen, und dann wird der Widerstandswert gemessen. Wenn die kombinierte Einrichtung während der Prüfung mit Erfolg in einen Zustand hohen Widerstands ausgelöst wurde, ist der Widerstandswert gleich 0,5 R&sub0; bis 1,5 R&sub0;. Unter diesen Bedingungen wird die Prüfung wiederholt, aber R&sub3; wird verringert. Die Prüfung wird wiederholt, bis R&sub3; ausreichend klein ist, so daß der Widerstandswert der Einrichtung während der Abkühlungsperiode hoch ist, d. h. die Einrichtung im Unterbrechungszustand ist. Der Ausschaltstrom kann dann aus der nachstehenden Gleichung errechnet werden:
IB = V/(R&sub1;f + R&sub3;f)
mit R&sub1;f = der Widerstandswert der Einrichtung, der vor dem letzten "Ausschalt"-Zyklus gemessen wird, und R&sub3;f = der Widerstandswert des regelbaren Widerstands bei dem letzten "Ausschalt"-Zyklus.
Bei Prüfung unter diesen beiden Bedingungen haben Einrichtungen der Erfindung, die einen PTC-Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweisen, der mit dem PTC-Widerstand elektrisch in Reihe geschaltet ist und mit dem PTC-Widerstand in Wärmekontakt liegt, einen solchen Ausschaltstrom IB und Haltestrom IH, daß das Verhältnis IB/IH höchstens 20, bevorzugt höchstens 15, insbesondere höchstens 10 ist. Es wird außerdem bevorzugt, daß das Verhältnis IB/IH wenigstens 3, bevorzugt wenigstens 5, insbesondere wenigstens 7 ist.
Fig. 3 zeigt eine Schaltungsschutzeinrichtung (d. h. eine PTC-Einrichtung) 1, die zwei laminare Metallelektroden 2, 3 hat, die an einem PTC-Element 10 angebracht sind. Das PTC- Element besteht aus einer ersten leitfähigen Polymerschicht 11 und einer dritten leitfähigen Polymerschicht 12, zwischen denen eine zweite leitfähige Polymerschicht 13 eingeschlossen ist.
Die Fig. 4 bis 12 zeigen Abwandlungen der Erfindung, bei denen die Schaltungsschutzeinrichtung 1 an ein starres, laminares Isoliersubstrat angrenzt. Bei jeder Version ist Silberpaste oder eine andere Leitpaste mittels Siebdruck oder anderweitig mit einer Struktur aufgebracht, die geeignet ist, um eine Verbindung zwischen dem PTC-Element 1 und einer zweiten elektrischen Komponente herzustellen.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, in der das PTC-Element 1 und die zweite elektrische Komponente, nämlich ein Dickschichtwiderstand 6, auf derselben Seite des Substrats 5 angeordnet sind. Wie Fig. 5 zeigt, die ein Querschnitt entlang der Linie E-E von Fig. 4 ist, ist das PTC-Element 1 laminar und weist ein PTC-Element auf, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Ein Leitungsdraht 4 verbindet die untere Elektrode 3 des PTC- Elements mit dem Dickschichtwiderstand 6. Zuleitungen 21, 22 zum Koppeln der Vorrichtung in eine Schaltung sind an einem Rand der Silberleiterkontaktstelle 9 unter dem Dickschichtwiderstand und an der oberen Elektrode 2 des PTC-Elements angebracht.
Die Fig. 6 und 7 (ein Querschnitt entlang der Linie F-F in Fig. 6) zeigen eine alternative Version der Erfindung, bei der der Dickschichtwiderstand 6 und das PTC-Element 1 auf entgegengesetzten Seiten des Aluminiumoxid-Substrats 5 liegen. Außerdem sind Zuleitungen 21, 22 gezeigt, die zum Einführen in eine Leiterplatte 30 geeignet sind.
Fig. 8 zeigt im Querschnitt eine Vorrichtung, die zwei Einrichtungen des in Fig. 6 gezeigten Typs aufweist, die gepackt sind, um den auf der Leiterplatte benötigten Platz zu minimieren.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die entgegengesetzten Seiten des Aluminiumoxid-Substrats 5, das bei einer Version der Erfindung verwendet wird, die drei elektrische Bauelemente aufweist. Zwei Dickschichtwiderstände 6, 6' sind einander benachbart durch Siebdruck auf einer Seite des Substrats vorgesehen. Auf der anderen Seite des Substrats sind zwei PTC-Elemente 1, 1' angrenzend an eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 30 positioniert. Elektrische Verbindungen sind jeweils unabhängig zwischen dem PTC-Element 1 und dem Dickschichtwiderstand 6 sowie zwischen dem PTC-Element 1' und dem Dickschichtwiderstand 6' mittels Lotpaste oder Lotzuleitungen 4, 4' hergestellt. Eine Verbindung ist zwischen dem PTC-Element 1 und der Spannungsbegrenzungseinrichtung 30 mittels einer Leitung 41 hergestellt. Eine gleichartige Verbindung mit dem PTC-Element 1' ist mittels einer Leitung 41' hergestellt. Zuleitungen 21, 22 und 23, 24 dienen dazu, die Einrichtung mit der Schaltung zu koppeln. Ein Masseleiter 25 ist an der Spannungsbegrenzungseinrichtung 30 angebracht.
Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung, bei der das PTC-Element 1 zwischen zwei Rutheniumoxid-Widerständen 6, 6' eingeschlossen ist, von denen jeder auf ein gesondertes Aluminiumoxid- Substrat 5, 5' aufgedruckt ist. Das PTC-Element ist an dem Substrat mittels einer Lotschicht 40 zwischen den galvanisch abgeschiedenen Folienelektroden 2, 3 und den Widerständen 6, 6' angebracht. Drahtleiter 21, 22 sind an Leiterkontaktstellen 91, 91' angebracht und ermöglichen dem Strom, von dem Leiter durch einen ersten Widerstand 6, durch das PTC-Element 1 und dann durch einen zweiten Widerstand 6' zu fließen.
Fig. 12 zeigt eine Vorrichtung, die eine Vielzahl Komponenten enthält. Zwei PTC-Elemente 1, 1' sind mittels einer Schicht 40 auf entgegengesetzte Seiten eines laminaren Substrats 5" aufgelötet, von dem jede Seite mit Widerständen 61, 61' bedruckt ist. Zwei zusätzliche Substrate 5, 5' sind an der verbleibenden Seite jedes PTC-Elements angebracht. Drahtzuleitungen 21, 22, 21', 22' sind an Leiterkontaktstellen 91, 91' angebracht, um zwei gesonderte Einheiten zu schaffen, die einzeln gespeist werden können.
Die Fig. 13 bis 18 zeigen mögliche Konstruktionen für kombinierte Vorrichtungen, die PTC-Widerstände, die gegenüber dem zweiten Widerstand versetzt sind, und Mittel zum Beeinflussen der Beziehung zwischen IB und IH enthalten, z. B. die Verwendung zusätzlicher Leiter (Fig. 15), Wärmeableitungs-Clips (Fig. 14), einen unregelmäßig geformten (z. B. verjüngten) Widerstand (Fig. 16), eingeschnittene oder geritzte Substrate (Fig. 17 bzw. 18).
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter verdeutlicht.

Beispiel 1

In der Tabelle I aufgeführte leitfähige Verbindungen wurden unter Verwendung eines Banburymischers hergestellt, pelletiert und zu Flächenkörpern extrudiert. Eine laminierte Tafel einer Dicke von 0,304 cm (0,120 inch) wurde hergestellt, indem zwei Schichten des Flächenkörpers der Verbindung A, die jeweils eine Dicke von 0,064 cm (0,025 inch) hatten, auf jede Seite einer Einzelschicht des Flächenkörpers der Verbindung B mit einer Dicke von 0,051 cm (0,020 inch) gestapelt wurden. Galvanisch abgeschiedene Nickelfolienelektroden einer Dicke von 0,0036 cm (0,0014 inch), die von Fukuda erhältlich sind, wurden an jeder Seite der Tafel angebracht. PTC-Einrichtungen wurden durch Abschneiden von Stücken einer Größe von 0,76 x 0,76 cm (0,3 x 0,3 inch) von der Tafel hergestellt. Diese wurden behandelt, indem sie für eine Stunde bei 150 ºC erwärmt, auf eine Dosis von 25 Mrad unter Anwendung eines 1,5-MeV-Elektronenstrahls mit 5 mA bestrahlt, ein zweitesmal erwärmt, auf 50 Mrad unter Anwendung eines 1,5- MeV-Elektronenstrahls mit 5 mA bestrahlt und ein drittesmal erwärmt wurden. Zuleitungen wurden durch Löten an den Elektroden angebracht. Die elektrische Leistung der Einrichtungen wurde durch Prüfen in zwei Schaltungen bestimmt. Bei der ersten Prüfung wurden die Einrichtungen für 5 s mit Wechselstrom von 260 VAC/10 A gespeist; bei der zweiten Prüfung wurden die Einrichtungen für 5 s mit Wechselstrom von 600 VAC/1 A beaufschlagt. Die Anzahl Einrichtungen, die die Prüfung ohne Flammenbildung, Funkenbildung oder Schichtablösung von Elektroden überstand, wurde nach jedem Zyklus bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II angegeben.

Beispiel 2

Verbindung E wurde hergestellt durch Vermischen von 40 Vol.-% der Verbindung C mit 60 Vol.-% der Verbindung D; das Gemisch wurde dann zu einem Flächenkörper einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) extrudiert. Fünf Schichten des Flächenkörpers der Verbindung E wurden auf jede Seite einer Schicht des Flächenkörpers der Verbindung B laminiert, um eine Tafel einer Dicke von 0,330 cm (0,130 inch) herzustellen. Nach Anbringen von Nickelelektroden wurden Elemente abgeschnitten, behandelt und geprüft, wie in Beispiel 1 beschrieben ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II angegeben. Es ist ersichtlich, daß die Elemente, die anorganischen Füllstoff in allen drei Schichten aufweisen, besseres Betriebsverhalten als diejenigen zeigten, die Füllstoff nur in der mittleren Schicht hatten.

Beispiel 3

Verbindungen F und G wurden hergestellt und zu Flächenkörpern einer Dicke von 0,036 cm (0,014 inch) bzw. 0,061 cm (0,024 inch) extrudiert. Eine Tafel einer Dicke von 0,208 cm (0,082 inch) wurde hergestellt durch Laminieren von zwei Schichten des Flächenkörpers der Verbindung F auf jede Seite einer Schicht des Flächenkörpers der Verbindung G, und Elektroden wurden angebracht. Elemente wurden abgeschnitten und wie in Beispiel 1 behandelt, indem sie in einem ersten Schritt auf 25 Mrad unter Anwendung eines 4,5-MeV-Elektronenstrahls mit 15 mA und in einem zweiten Schritt auf 50 Mrad unter Anwendung eines 1,5-Mev-Elektronenstrahls mit 5 mA bestrahlt wurden. Die Prüfergebnisse dieser Elemente bei einer Wechselspannung von 260 VAC/10 A und 260 VAC/1 A sind in der Tabelle II angegeben.

Beispiel 4

Verbindung H wurde hergestellt und zu einem Flächenkörper einer Dicke von 0,051 cm (0,020 inch) extrudiert. Zwei Flächenkörper der Verbindung F wurden auf jede Seite einer Schicht der Verbindung H laminiert, um eine Tafel einer Dicke von 0,203 cm (0,080 inch) zu ergeben, und nach dem Anbringen von Elektroden wurden Elemente gemäß dem Vorgehen in Beispiel 3 abgeschnitten, behandelt und geprüft. Die in der Tabelle II aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die Elemente des Beispiels 4, die in der Mitte anorganischen Füllstoff aufwiesen, besseres Betriebsverhalten als ähnliche Elemente von Beispiel 3 zeigten, die keinen Füllstoff hatten. Tabelle I Leitfähige Zusammensetzungen (Vol.-%)
Marlex 6003 ist ein HD-Polyethylen von Phillips Petroleum.
Raven 600 ist ein Ruß von Columbian Chemicals.
Kisuma 5A ist ein Magnesiumhydroxid von Mitsui. Tabelle II Resultate der elektrischen Prüfung: Anzahl Zyklen, die unter den angegebenen Bedingungen bestanden wurden

Beispiel 5

Leitfähige Verbindungen I, J, L und M, die in der Tabelle III aufgeführt sind, wurden unter Anwendung eines Banburymischers hergestellt; jede wurde pelletiert. Gleiche Mengen der Verbindungen I und J wurden miteinander vermischt, um Verbindung K zu erhalten, die zu einem Flächenkörper einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) extrudiert wurde. Gleiche Mengen der Verbindungen L und M wurden miteinander vermischt, um Verbindung N zu erhalten, die zu einem Flächenkörper einer Dicke von 0,050 cm (0,020 inch) extrudiert wurde. Eine Tafel wurde hergestellt durch Laminieren von fünf Schichten der Verbindung K auf jede Seite einer Einzelschicht der Verbindung N und Anbringen von Nickelfolienelektroden. PTC-Elemente wurden von der Tafel abgeschnitten und entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 1 behandelt, wobei im ersten Schritt auf 25 Mrad unter Anwendung eines Elektronenstrahls von 2,5 MeV und eines Strahlstroms von 10 mA und im zweiten Schritt auf 150 Mrad bestrahlt wurde, währenddessen die Elemente eine Oberflächentemperatur von 70 ºC erreichten. Als die fertigen Elemente unter Bedingungen von 250 VAC/2 A mit Leistung versorgt wurden, löste sich die Nickelfolie sofort ab.

Beispiel 6

Elemente wurden entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch der zweite Bestrahlungsschritt mit einem Elektronenstrahl von 2,5 MeV und einem Strahlstrom von 2 mA durchgeführt wurde und die Elemente eine Oberflächentemperatur von ca. 35 ºC erreichten. Sämtliche Elemente überstanden 60 Zyklen bei 250 VAC/2 A, und 60 % davon überstanden 60 Zyklen bei 600 VAC/1 A.

Beispiel 7

Eine elektrische Vorrichtung, die gemäß Beispiel 7 hergestellt wurde, ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Leiterkontaktstellen (9) aus Dickschichtsilberfarbe (erhältlich von ESL) wurden durch Siebdrucken an den Rändern eines Aluminiumoxid-Substrats (5) einer Größe von 2,54 x 0,95 x 0,13 cm (1,0 x 0,375 x 0,050 inch) angebracht. Eine Schicht (6) aus Rutheniumoxid-Dickschichtwiderstandsfarbe (ESL 3900, Serien 10 Ohm/sq und 100 Ohm/sq, vermischt zum Erhalt eines Widerstandswerts von 20 Ohm/sq) wurde mit einer Struktur von 1,52 x 0,935 cm (0,6 x 0,375 inch) an einem Rand des Aluminiumoxid-Substrats bedruckt, wobei die Leiterkontaktstellen überbrückt wurden. Ein PTC-Element (1) mit einem Widerstandswert von 2,5 Ohm wurde an der Oberseite der Leiterkontaktstelle an dem anderen Rand mit Lot angebracht. Die Verbindung wurde zwischen dem Dickschichtwiderstand und dem PTC-Element durch einen Draht (4) hergestellt. Leiterdrähte (21, 22) wurden an der auf der oberen Oberfläche befindlichen Elektrode (2) des PTC-Elements und an dem Rand des Dickschichtwiderstands angebracht. Die resultierende Verbundeinrichtung hatte einen Widerstandswert von ca. 37,5 Ohm. Tabelle III Leitfähige Zusammensetzungen (Vol.-%)
Marlex HXM 50100 ist ein HD-Polyethylen von Phillips Petroleum.
Statex G ist ein Ruß von Columbian Chemicals.
Kisuma 5A ist ein Magnesiumhydroxid von Mitsui.
Das Antioxidans ist ein Oligomer aus 4&sub1;4'-Thiobis(3- methyl-6-t-butylphenol) mit einem mittleren Polymerisationsgrad von 3-4, wie in der US-PS 3 986 981 beschrieben.

Beispiel 8

Fünf Flächenkörper aus Verbindung K wurden zwischen zwei galvanisch abgeschiedene Nickelfolienelektroden laminiert. PTC-Elemente wurden von der Tafel abgeschnitten und entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 6 behandelt. Die gemäß diesem Beispiel hergestellte elektrische Vorrichtung ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt.
Silberfarbe-Leiterkontaktstellen (9) wurden mittels Siebdruck auf beiden Seiten eines Aluminiumoxid-Substrats (5) von 2,0 x 1,0 x 0,13 cm (0,8 x 0,4 x 0,050 inch) angebracht. Ein Rutheniumoxid-Dickschichtwiderstand (6) wurde in einem Rechteck von 2,0 x 0,76 cm (0,8 x 0,3 inch) auf einer Seite des Substrats mittels Siebdruck aufgebracht. Das PTC-Element wurde mit Lot an der anderen Seite angebracht. Die elektrische Verbindung zwischen den Bauelementen erfolgt durch einen Siebdruckleiter (4) von der unteren Elektrode (3) des PTC-Elements zu einem Rand des Dickschichtwiderstands (6).

Beispiel 9

Unter Einhaltung des Vorgehens von Beispiel 6 wurde eine elektrische Vorrichtung hergestellt. Zwei einzelne Einheiten wurden einander benachbart angeordnet, wie in Fig. 8 gezeigt ist, wobei die PTC-Elemente in derselben Ebene liegen. Diese Packungsgestaltung erlaubte zwei Einheiten, in den gleichen Raum wie eine Einheit auf einer Leiterplatte zu passen.

Beispiel 10

Eine elektrische Vorrichtung gemäß diesem Beispiel ist in den Fig. 9 und 8 gezeigt. Zwei PTC-Elemente (1, 1') wurden auf einer Seite eines Aluminiumoxid-Substrats (5) angrenzend an eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (30) angeordnet. Zwei Rutheniumoxid-Dickschichtwiderstände (6, 6') wurden einander benachbart an der entgegengesetzten Seite des Substrats durch Siebdruck aufgebracht. Die elektrische Verbindung wurde zwischen einem Widerstand (6) und einem PTC- Element (1) durch einen Siebdruckleiter (4) hergestellt. Die elektrische Verbindung wurde außerdem zwischen dem PTC- Element (1) und dem Spannungsbegrenzungselement (30) durch einen anderen Siebdruckleiter (41) hergestellt. Der zweite Widerstand (6') wurde mit dem zweiten PTC-Element (1') durch eine Zuleitung (4') verbunden. Das zweite PTC-Element (1') wurde mit dem Spannungsbegrenzungselement (10) durch ein ähnliches Mittel (41') mit dem ersten PTC-Element verbunden.

Beispiel 11

Die gemäß diesem Beispiel hergestellte elektrische Vorrichtung ist in Fig. 11 gezeigt. Ein PTC-Element wurde entsprechend dem Vorgehen von Beispiel 1 hergestellt. Leiterkontaktstellen (9, 9', 91, 91') und ein Dickschichtwiderstand (6, 6') wurden mittels Siebdruck auf eine Seite von zwei Aluminiumoxid-Substraten wie in Beispiel 7 aufgebracht. Ein PTC-Element (1) mit einem Widerstandswert von 2 Ohm wurde zwischen dem Widerstand auf jedem Substrat positioniert und mit Lot (40) befestigt. Leiterdrähte (21, 22) wurden an einer Leiterkontaktstelle (91, 91') an jedem Substrat angebracht, so daß bei Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle der Strom von der Zuleitung 21 durch den Widerstand 6, das PTC-Element 1 und den Widerstand 6' fließt. Der Gesamtwiderstand der Vorrichtung war 100 Ohm.

Beispiel 12

Die elektrische Vorrichtung dieses Beispiels ist in Fig. 12 gezeigt. Zwei PTC-Elemente wurden unter Befolgung des Vorgehens von Beispiel 6 hergestellt. Zwei laminare Substrate (5, 5') wurden wie in Beispiel 11 beschrieben hergestellt. Ein drittes laminares Substrat (5") wurde durch Drucken von Leiterkontaktstellen und Rutheniumoxid-Widerständen (61, 61') auf beide laminaren Oberflächen hergestellt. Unter Verwendung von Lot wurden die PTC-Elemente jeweils zwischen einem einfachbeschichteten Substrat (5, 5') und einem zweifachbeschichten Substrat (5") positioniert. Vier Leiterdrähte (21, 22, 21', 22') wurden an vier Leiterkontaktstellen (91, 91') angebracht.

Beispiel 13

Ein Dickschichtwiderstand mit einem Widerstandswert von 148,5 Ohm wurde auf eine Oberfläche eines Aluminiumoxid- Substrats aufgebracht, und ein PTC-Element mit einem Widerstandswert von 1,5 Ohm wurde auf der entgegengesetzten Oberfläche mittig über dem Widerstand angebracht. Die resultierende Vorrichtung wurde geprüft, und es wurde gefunden, daß sie einen Haltestrom von ungefähr 100 mA bei 23 ºC (60 mA bei 70 ºC) und einen Ausschaltstrom von 2 A hatte.

Beispiel 14

Eine elektrische Vorrichtung wurde unter Befolgung des Vorgehens von Beispiel 13 hergestellt, aber das PTC-Element wurde auf dem Substrat so positioniert, daß kein Teil davon über irgendeinem Teil des Dickschichtwiderstands lag. Die Vorrichtung hatte den gleichen Haltestrom wie diejenige von Beispiel 13, jedoch einen Ausschaltstrom von 1 A.

Claims

1. Schaltungsschutzsystem, das einen PTC-Widerstand (1) und einen zweiten Widerstand (6) aufweist, der mit dem PTC- Widerstand elektrisch ein Reihe geschaltet und mit dem PTC- Widerstand in Wärmekontakt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Ausschaltstrom IB und einen Haltestrom IH hat und das Verhältnis IB/IH höchstens 20, bevorzugt höchstens 15, insbesondere höchstens 10 ist, wobei der Ausschaltstrom IB der kleinste Strom ist, der bewirkt, daß das System einen Unterbrechungszustand erreicht, und der Haltestrom IH der größte Strom ist, der durch das System fließen kann, ohne zu bewirken, daß der PTC-Widerstand in seinen Hochwiderstands-Auslösezustand geht.

2. System nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis IB/IH mindestens 3, bevorzugt mindestens 5, insbesondere mindestens 7 ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Widerstand (6) ein Dickschichtwiderstand ist.

4. System nach Anspruch 3, wobei der Dickschichtwiderstand (6) Rutheniumoxid aufweist, das auf einem isolierenden Keramiksubstrat (5) angebracht ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der PTC- Widerstand (1) aus einem leitfähigen Polymer (11, 12, 13) besteht.

6. System nach Anspruch 5, wobei der PTC-Widerstand (1) ein laminares PTC-Element (10) aufweist, das aus einem leitfähigen Polymer (11, 12, 13) und mindestens zwei laminaren Elektroden (2, 3) aufgebaut ist.

7. System nach Anspruch 4, wobei mindestens ein Teil des PTC- Widerstands (1) den Dickschichtwiderstand (6) nicht überlappt, wenn das System unter einem rechten Winkel zu der Ebene des Dickschichtwiderstands betrachtet wird.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Ebene des PTC-Elements (10) im wesentlichen parallel zu der Ebene des Dickschichtwiderstands (6) ist und der Anteil des PTC-Elements, der den Dickschichtwiderstand überlappt, wenn das System unter einem rechten Winkel zu der Ebene des Dickschichtwiderstands betrachtet wird, höchstens 75 %, bevorzugt höchstens 50 %, insbesondere höchstens 25 %, ganz besonders 0 % ist.

9. Elektrische Vorrichtung, die ein Schaltungsschutzsystem nach Anspruch 1 aufweist, das folgendes hat: mindestens einen PTC-Widerstand (1), der ein PTC-Element (10) aufweist, das aus einem leitfähigen Polymer (11, 12, 13), das PTC-Verhalten bei einer Schalttemperatur Ts zeigt, und mindestens zwei Elektroden (2, 3) besteht, die mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden können, so daß Strom zwischen den Elektroden durch das PTC-Element fließt, und wobei die Vorrichtung mindestens einen genannten zweiten Widerstand (6) hat, wobei die Vorrichtung ferner mindestens ein laminares Substrat (5) aufweist, das im wesentlichen isolierend ist; wobei der mindestens eine zweite Widerstand (6) körperlich dem genannten mindestens einen Substrat (5) benachbart und in gutem Wärmekontakt mit dem genannten mindestens einen ersten PTC-Element (1) ist und mit dem genannten mindestens einen PTC-Widerstand (1) elektrisch in Reihe geschaltet ist, und einen Widerstand R&sub2; hat, der sich als eine Funktion der Spannung ändert, und einen elektrischen Verbinder (4), der mit dem genannten mindestens einen PTC-Widerstand (1) elektrisch verbunden und mit dem genannten mindestens einen zweiten Widerstand (6) in Wärmekontakt ist, und wobei der genannte mindestens eine PTC-Widerstand (1) körperlich dem genannten mindestens einen Substrat (5) benachbart ist und wobei das PTC-Element (10) und die Elektroden (2, 3) laminar sind.

.10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung, die folgendes aufweist:

(1) ein PTC-Element (10), das aus einer vernetzten leitfähigen Polymerzusammensetzung (11, 12, 13) besteht, die PTC-Verhalten zeigt und eine polymere Komponente sowie in der polymeren Komponente dispergiert einen teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff aufweist; und

(2) zwei Elektroden (2, 3), die mit dem PTC-Element (10) elektrisch verbunden und mit einer elektrischen Stromquelle verbindbar sind, um zu bewirken, daß Strom durch das PTC-Element fließt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist: Strahlungsvernetzen des PTC-Elements, wobei das Vernetzen durch Anwendung eines Elektronenstrahls erreicht wird und eine der folgenden Bedingungen vorhanden ist:

(a) die mittlere Dosisrate beträgt höchstens 3,0 Mrad/min; oder

(b) die von jedem stromführenden Teil des PTC-Elements (10) absorbierte Strahlendosis ist mindestens 50 Mrad und während des Vernetzungsvorgangs erreicht kein Teil des PTC-Elements (10), der mit den Elektroden (2, 3) in Kontakt ist, eine Temperatur, die höher als (TM - 60)ºC ist, wobei TM die Temperatur ist, die an dem Peak der endothermen Kurve gemessen wird, die durch ein Differentialabtastkalorimeter für das niedrigstschmelzende Polymer in der Polymerkomponente erzeugt wird.