DE4009677A1 - Organischer thermistor mit positivem temperaturkoeffizienten und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Organischer thermistor mit positivem temperaturkoeffizienten und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen organischen Thermistor
mit positivem Temperaturkoeffizienten gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie auf Verfahren zu seiner Her
stellung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Pa
tentansprüche 6 und 12.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen organi
schen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten
(PTC), der als flächenartige Heizeinrichtung Verwendung
findet, und auf einen solchen mit verbesserter Elektroden
struktur, wobei sich die Elektroden auf einer Schicht be
finden, die eine positive Temperaturcharakteristik des Wi
derstands aufweist.
Beispielsweise läßt sich ein Material mit positiver Tempe
raturcharakteristik des Widerstands dadurch erhalten, daß
eine gründliche Mischung aus einem Polyolefin, beispiels
weise aus Polyethylen, und leitfähigen Partikeln herge
stellt wird, wobei die leitfähigen Partikel z. B. Ruß, Me
tallpulver oder Graphitkohlenstoff (carbon graphite) sein
können. Ein organischer Thermistor mit positivem Tempera
turkoeffizienten, der eine Schicht aus diesem Material be
sitzt, wird als flexible, flächenartige (face-like) Heiz
einrichtung verwendet.
Ein Beispiel eines oben beschriebenen organischen Thermi
stors mit positivem Temperaturkoeffizienten findet sich in
Fig. 1. Der organische Thermistor 1 mit positivem Tempera
turkoeffizienten weist kammartig ausgebildete Elektroden 3
und 4 auf, die sich auf einer Oberfläche einer Schicht 2
befinden, die durch Verteilung leitfähiger Partikel in ei
nem organischen Polymermaterial erhalten worden ist, bei
spielsweise durch Verteilung der leitfähigen Partikel in
einem Polyolefin. Die kammartig ausgebildeten Elektroden 3
und 4 weisen jeweils Stromzufuhrelektroden 3 a und 4 a auf,
die sich entlang der Seitenkanten der Schicht 2 erstrecken
und eine Mehrzahl von leitfähigen Bereichen 3 b und 4 b, die
ausgehend von jeweils einer Stromzufuhrelektrode 3 a und 4 a
in Richtung auf die jeweils andere Stromzufuhrelektrode 4 a
und 3 a verlaufen. Die leitfähigen Bereiche 3 b und 4 b sind
insgesamt so angeordnet, daß sie abwechselnd nebeneinander
liegen bzw. mit den Stromzufuhrelektroden Kämme bilden, die
mit ihren Zinken ineinandergreifen.
Beim organischen Thermistor 1 mit positivem Temperaturkoef
fizienten gemäß Fig. 1 wird in demjenigen Bereich, in dem
sich die ineinandergreifenden, leitfähigen Bereiche 3 b und
4 b befinden, bis zu einem gewissen Umfang gleichmäßig Wärme
erzeugt. Dagegen läßt sich in einem Bereich, in welchem
sich die Stromzufuhrelektroden 3 a und 4 a befinden, die ent
lang der Seitenkanten der Schicht 2 verlaufen, nur schwer
Wärme erzeugen. Die gesamte Schicht 2 weist daher keine
einheitliche Wärmeverteilung auf, so daß es unmöglich ist,
einen befriedigenden thermischen Wirkungsgrad zu erhalten.
Ferner ist ein einen positiven Temperaturkoeffizienten auf
weisender organischer Thermistor mit einer Struktur be
kannt, bei der eine Elektrode auf beiden Oberflächen der in
Fig. 1 gezeigten Schicht 2 gebildet ist. Bei diesem nicht
dargestellten organischen Thermistor mit positivem Tempera
turkoeffizienten wird auf der gesamten Oberfläche der
Schicht 2 gleichmäßig Wärme erzeugt, so daß sein thermi
scher Wirkungsgrad besser ist als derjenige des in Fig. 1
gezeigten Thermistors. Besteht jedoch die Gesamtoberflä
chenelektrode aus z. B. einer Metallfolie, so treten Diffe
renzen bezüglich des thermischen Expansionskoeffizienten
sowie bezüglich der Flexibilität zwischen der Schicht und
der Metallfolie auf. Die Flexibilität, die als Vorteil bei
einem organischen Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten angesehen werden kann, geht daher verloren.
Wird die Gesamtoberflächenelektrode aus einer leitfähigen
Paste hergestellt, z. B. aus einer Ag-Paste, so kann zwar
die Flexibilität des Thermistors gewahrt werden, jedoch
wird er dann relativ teuer.
Ein organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoeffi
zienten, der eine Gesamtoberflächenelektrode aufweist, be
sitzt andererseits einen Widerstandswert, der kleiner ist
als derjenige des organischen Thermistors mit positivem
Temperaturkoeffizienten, bei dem die kammartig ausgebilde
ten Elektroden 3 und 4 vorhanden sind. Demzufolge muß beim
zuerstgenannten der spezifische Widerstand der Schicht etwa
mehrere 10- bis 100-mal größer sein als beim organischen
Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten, der die
kammartig ausgebildeten Elektroden aufweist. Wird der spe
zifische Widerstand des organischen Thermistors mit positi
vem Temperaturkoeffizienten auf diese Weise vergrößert, so
geht jedoch die Stabilität des spezifischen Widerstands
verloren. Es treten also größere Variationen bzw. Schwan
kungen im spezifischen Widerstand auf. Das bedeutet, daß
sich auch die Eigenschaften derartiger organischer Thermi
storen mit positivem Temperaturkoeffizienten von Produkt zu
Produkt in großem Umfang ändern können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen organischen
Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten zu schaf
fen, der gleichförmig bzw. gleich verteilter Wärme erzeugen
kann und daher einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad
aufweist, dessen Eigenschaften sich von Produkt zu Produkt
nicht wesentlich ändern und der eine gute Flexibilität be
sitzt.
Die vorrichtungsseitige Lösung der gestellten Aufgabe ist
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.
Verfahrensseitige Lösungen der gestellten Aufgabe finden
sich in den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Pa
tentansprüche 6 und 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind in den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Ein organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoeffi
zienten gemäß der Erfindung enthält eine Mehrzahl von leit
fähigen Bereichen bzw. Teilen, die im wesentlichen parallel
nebeneinanderliegend auf einer Oberfläche einer Schicht an
geordnet sind, die aus einem Material besteht, das eine po
sitive Temperaturcharakteristik des Widerstands aufweist,
und das durch Verteilen bzw. Dispergieren leitfähiger Par
tikel in einem organischen Polymermaterial erhalten wird.
Die leitfähigen Teile bzw. Bereiche erstrecken sich zwi
schen einander gegenüberliegenden Seitenkanten der Schicht,
wobei sie bis zu diesen Seitenkanten reichen oder aber vor
Erreichen der Seitenkanten enden. Die leitfähigen Bereiche
bzw. Teile sind z. B. als Geraden ausgebildet und können
nach einer besonderen Ausgestaltung senkrecht zu den Sei
tenkanten verlaufen. Sie können aber auch unter einem Win
kel relativ zu den Seitenkanten verlaufen, der ungleich 90°
ist.
Mehrerer Isolationsschichten sind so angeordnet, daß durch
sie abwechselnd jeweils ein Ende der mehreren leitfähigen
Bereiche, gesehen in Anordnungsrichtung der leitfähigen Be
reiche, abgedeckt wird. Die Isolationsschichten liegen an
den einander gegenüberliegenden Seitenkanten, die als erste
und zweite Seitenkanten bezeichnet werden, oder in der Nähe
bzw. Nachbarschaft dieser Seitenkanten. Entlang jeweils
einer Seitenkante wird als das Ende jedes zweiten leitfähi
gen Bereichs durch eine Isolationsschicht abgedeckt, wobei
die Isolationsschichten, bezogen auf die unterschiedlichen
Seitenkanten, auf Lücke angeordnet sind.
Ferner sind erste und zweite Stromzufuhrelektroden vorhan
den, von denen sich eine entlang der ersten Seitenkante und
die andere entlang der zweiten Seitenkante erstreckt. Die
jeweiligen Stromzufuhrelektroden liegen auf den Isolations
schichten und ferner auf den leitfähigen Bereichen, die
sich zwischen den jeweiligen Isolationsschichten befinden,
um die jeweiligen Enden der leitfähigen Bereiche elektrisch
miteinander zu verbinden, die zwischen den Isolations
schichten angeordnet sind, welche sich in der Nachbarschaft
sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenkante oder di
rekt an der ersten oder zweiten Seitenkante befinden.
Die mehreren leitfähigen Teile bzw. Bereiche, die sich
zwischen der ersten und der zweiten Seitenkante oder zwi
schen benachbarten Bereichen der ersten und zweiten Seiten
kante auf der genannten Schichtoberfläche erstrecken, tra
gen zur Wärmeerzeugung bei. Es ist daher möglich, im gesam
ten oder praktisch im gesamten Bereich zwischen den ersten
und zweiten Seitenkanten Wärme gleichmäßig zu erzeugen.
Demzufolge weist ein organischer Thermistor mit positivem
Temperaturkoeffizienten (Thermistor aus organischem Mate
rial) einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad auf.
Es ist nicht erforderlich, eine Elektrode auf der gesamten
Oberfläche vorzusehen. Selbst wenn also die wärmeerzeugen
den leitfähigen Bereiche durch Metallfolien gebildet wer
den, bleibt die Flexibilität, die als Vorteil bei einem or
ganischen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten
betrachtet wird, voll erhalten. Dieser organische Thermi
stor läßt sich auch dann relativ kostengünstig herstellen,
wenn die mehreren leitfähigen Teile durch eine teure leit
fähige Paste gebildet werden, da bei ihm, im Gegensatz zum
herkömmlichen organischen Thermistor, bei dem eine Elektro
de auf der gesamten Oberfläche angeordnet ist, die Oberflä
che nur bereichsweise mit den leitfähigen Bereichen bzw.
Teilen bedeckt ist.
Nach der Erfindung wird also eine relativ kostengünstige,
flächenartige Heizeinrichtung erhalten, die einen verbes
serten thermischen Wirkungsgrad sowie eine hohe Flexibili
tät aufweist und deren Eigenschaften sich nicht wesentlich
von Produkt zu Produkt ändern. Diese Heizeinrichtung wird
durch den organischen Thermistor mit positivem Temperatur
koeffizienten realisiert, der aus einem Thermistormaterial
gebildet ist, das eine positive Temperaturcharakteristik
bezüglich des elektrischen Widerstands aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen konventionellen organi
schen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizi
enten,
Fig. 2A eine Draufsicht auf einen organischen Thermistor
mit positivem Temperaturkoeffizienten gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2B einen Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig.
2A,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine organische Thermistor
schicht mit positivem Temperaturkoeffizienten, auf
deren oberer Fläche sich mehrere leitende Teile
befinden,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den konventionellen organi
schen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizi
enten nach Fig. 1 zur Erläuterung des warmeerzeu
genden Bereichs,
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen organischen Thermistor
mit positivem Temperaturkoeffizienten nach einem
dritten Ausführungsbeispiel in einem Verfahrenszu
stand, bei dem Stromzufuhrelektroden auf einem
Isolationsfilm gebildet sind,
Fig. 6 eine Draufsicht auf diesen organischen Thermistor
nach Bildung von Isolationsschichten,
Fig. 7 eine Draufsicht auf diesen organischen Thermistor
nach Bildung leitfähiger Teile,
Fig. 8 eine Draufsicht auf einen organischen Thermistor
mit positivem Temperaturkoeffizienten in Überein
stimmung mit dem dritten Ausführungsbeispiel und
Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in Fig.
8.
Die Fig. 2A zeigt eine Draufsicht auf einen organischen
Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten in Über
einstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung, während die Fig. 2B einen Querschnitt entlang der Li
nie B-B in Fig. 2A zeigt.
Ein organischer Thermistor 11 mit positivem Temperaturkoef
fizienten enthält eine Schicht 12, die eine positive Tempe
raturcharakteristik des Widerstands aufweist und die durch
Verteilung leitfähiger Partikel in einem organischen Poly
mermaterial hergestellt worden ist.
Als organisches Polymermaterial kann beispielsweise ein Po
lyolefin zum Einsatz kommen, etwa Polyethylen. Darüber hin
aus kann aber auch ein beliebiges organisches Polymermate
rial verwendet werden, vorausgesetzt, daß sich darin leit
fähige Partikel verteilen bzw. dispergieren lassen. Leitfä
hige Partikel können durch irgendein leitfähiges Material
erzeugt werden, beispielsweise durch Ruß, Metallpulver oder
Graphitkohlenstoff (carbon graphite). Im allgemeinen werden
die leitfähigen Partikel gründlich mit dem organischen Po
lymermaterial gemischt, so daß anschließend ein Spritzguß
verfahren zur Formbildung zur Anwendung gelangen kann, um
die Schicht 12 zu erhalten.
Als Schicht 12 kann auch eine Schicht verwendet werden, die
auf einem Isolationsfilm oder auf einer isolierenden Platte
zu liegen kommt und die aus einem pastenartigen, organi
schen Thermistormaterial mit positivem Temperaturkoeffizi
enten besteht, das durch Verteilung leitfähiger Partikel in
einem organischen Polymermaterial sowie durch anschließende
gründliche Mischung und durch Zumischung eines Lösungsmit
tels zum organischen Polymermaterial erhalten wird. Das Lö
sungsmittel zur Bildung des pastenartigen organischen Ther
mistormaterials mit positivem Temperaturkoeffizienten kann
je nach organischem Polymermaterial gewählt werden.
Auf der Oberfläche der Schicht 12 befindet sich eine Mehr
zahl leitfähiger Bereiche 13, die wenigstens annähernd par
allel zueinanderliegend angeordnet sind. Die Fig. 3 zeigt
einen Zustand, bei dem mehrere leitfähige Bereiche 13 auf
der Schicht 12 liegen.
Wie die Fig. 3 erkennen läßt, erstreckt sich jeder der
leitfähigen Bereiche 13 von einer ersten Seitenkante 12 a zu
einer zweiten Seitenkante 12 b der Schicht 12, wobei beide
Seitenkanten 12 a und 12 b einander gegenüberliegen. Die
leitfähigen Bereiche 13 sollten dabei eine solche Länge
aufweisen, daß sie die ersten und zweiten Seitenkanten 12 a
und 12 b wenigstens annähernd erreichen, da sie zur Wärmeer
zeugung beitragen.
Die leitfähigen Bereiche 13 lassen sich durch Auftragen und
Trocknen von leitfähigen Pasten bilden, die im wesentlichen
aus metallischen Materialien bestehen, beispielsweise aus
Ag, Ni oder Cu, oder durch Befestigen von Metallfolien,
beispielsweise von Aluminiumfolien, und zwar mit Hilfe ei
nes Heißpreßverfahrens, um die Folien elektrisch mit der
Schicht 12 zu verbinden. Da nicht die gesamte Oberfläche
mit leitfähigen Bereichen 13 bedeckt ist, können zur Bil
dung dieser Bereiche auch teure Materialien verwendet wer
den, z. B. Ag-Pasten, usw. Die Herstellungskosten werden
daher nicht übermäßig hoch sein. Werden die leitfähigen Be
reiche 13 durch Metallfolien gebildet, so geht auch in die
sem Fall die Flexibilität der Schicht 12 nicht verloren, da
sich die Metallfolien nicht auf der gesamten Oberfläche be
finden.
In Übereinstimmung mit Fig. 2A sind Isolationsschichten 14
so angeordnet, daß sie abwechselnd den Umgebungsbereich ei
nes jeweiligen Endes der mehreren leitfähigen Bereiche 13
abdecken, und zwar in einer Richtung, unter der die leitfä
higen Bereiche angeordnet sind, also in einer Richtung, in
der sich die ersten und zweiten Seitenkanten 12 a und 12 b
erstrecken. Genauer gesagt sind die Isolationsschichten 14
jeweils auf ein Ende eines jeden leitfähigen Bereichs 13
auflaminiert. Die Isolationsschichten 14 liegen dabei ab
wechselnd an der Seite der ersten Seitenkante 12 a und an
der Seite der zweiten Seitenkante 12 b. Die Isolations
schichten 14 sind z. B. rechteckförmig ausgebildet.
Beispielsweise können die Isolationsschichten 14 durch syn
thetische Harze, z. B. durch Silikonharze, oder durch flüs
sigkeitsfeste Lacke, wie z. B. Epoxy- oder Phenolharze, und
ferner durch Anpressen druckempfindlicher, isolierender
Klebebänder gebildet sein. Kurz gesagt können die isolie
renden Schichten 14 aus irgendeinem Material hergestellt
werden, vorausgesetzt, daß sie abwechselnd die jeweiligen
Enden der leitfähigen Bereiche 13 isolieren und abdecken
können, wie die Fig. 2A zeigt.
Ferner befinden sich eine erste Stromzufuhrelektrode 15 und
eine zweite Stromzufuhrelektrode 16 jeweils entlang der er
sten und der zweiten Seitenkante 12 a und 12 b. Die Strom
zufuhrelektroden 15 und 16 liegen in der Nachbarschaft der
Seitenkanten 12 a und 12 b, derart, daß sie auf den leitfähi
gen Bereichen 13 zwischen den isolierenden Schichten 14 und
auf den isolierenden Schichten 14 zu liegen kommen. Wie die
Fig. 2B zeigt, sind an der Seite der Seitenkante 12 a die
jeweiligen Enden der leitfähigen Bereiche 13, die nicht mit
den Isolationsschichten 14 bedeckt sind, elektrisch mitein
ander verbunden, und zwar über die erste Stromzufuhrelek
trode 15. Dagegen sind auf der Seite der Seitenkante 12 b
die jeweiligen Enden der verbleibenden leitfähigen Bereiche
13 über die zweite Stromzufuhrelektrode 16 miteinander ver
bunden.
Es hat sich herausgestellt, daß die ersten und zweiten
Stromzufuhrelektroden 15 und 16 und die leitfähigen Berei
che 13, die mit den jeweiligen Stromzufuhrelektroden 15 und
16 verbunden sind, in ähnlicher Weise arbeiten, wie die
kammartig ausgebildeten Elektroden 3 und 4 im konventionel
len Beispiel nach Fig. 1. Genauer gesagt wird Wärme in ei
nem Teil der organischen Thermistorschicht 12 mit positivem
Temperaturkoeffizienten erzeugt, der zwischen den benach
barten leitfähigen Bereichen 13 liegt, und zwar durch Anre
gung bzw. Energiezufuhr über die Stromzufuhrelektroden 15
und 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die leit
fähigen Bereiche 13 so ausgebildet, daß sie sich bis in die
Nachbarschaft der ersten und zweiten Seitenkanten 12 a und
12 b hinein erstrecken. Das bedeutet, daß sich Wärme prak
tisch in der gesamten Schicht 12 gleichmäßig erzeugen läßt.
Genauer gesagt tragen auch die unteren Teile der Bereiche,
in denen sich die Stromzufuhrelektroden 15 und 16 befinden,
zur Wärmeerzeugen bei.
Weisen die leitfähigen Bereiche bzw. Teile 13 eine solche
Länge auf, daß sie die ersten und zweiten Seitenkanten 12 a
und 12 b erreichen, so läßt sich auf der gesamten Oberfläche
der Schicht 12 Wärme in noch gleichmäßigerer Weise erzeu
gen.
Es kann also eine flächenartige (face-like) Wärmeeinrich
tung zur Verfügung gestellt werden, die Wärme in noch
gleichmäßigerer Weise bzw. gleichmäßigerer Verteilung er
zeugt und die daher gegenüber dem konventionellen Beispiel
nach Fig. 1 einen verbesserten thermischen Wirkungsgrad be
sitzt. Dabei ist keine Elektrode erforderlich, die die ge
samte Oberfläche bedeckt.
Selbst wenn die leitfähigen Bereiche 13 aus Metallfolien
hergestellt sind, geht die Flexibilität des Thermistors
nicht verloren. Bei Verwendung leitfähiger Bereiche aus Ag-
Pasten läßt sich die Flexibilität, die als Vorteil bei
organischen Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizi
enten anzusehen ist, allerdings noch besser ausnutzen. Beim
Thermistor nach der Erfindung kann der spezifische Wider
stand genau so groß sein wie im Falle des konventionellen
Beispiels nach Fig. 1, da beim erfindungsgemäßen Thermistor
bzw. Heizelement die Elektrode nicht auf der gesamten Ober
fläche liegt. Demzufolge lassen sich auch Schwankungen hin
sichtlich der Eigenschaften der Produkte wirksam unter
drücken.
Um den organischen Thermistor 11 mit positivem Temperatur
koeffizienten gegenüber der Umgebung zu schützen, kann die
jenige Oberfläche, auf der wenigstens die leitfähigen Be
reiche 13, die Isolationsschichten 14 und die Stromzufuhr
elektroden 15 und 16 liegen, mit einem Isolationsfilm 17
abgedeckt werden. Dieser ist in Fig. 2B durch eine strich
punktierte Linie dargestellt.
Nachfolgend werden experimentelle Resultate, bezogen auf
das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel, beschrieben.
Ruß (carbon black) wird gründlich mit Polyethylen gemischt,
um eine Schicht mit einer Dicke von 0,5 mm zu bilden. Die
Schicht wird auf eine Größe von 40×100 mm zurechtge
schnitten, so daß schließlich eine Schicht 12 erhalten
wird. Auf der oberen Fläche der Schicht 12 werden mehrere
leitfähige Bereiche 13 hergestellt, die 1 mm breit und 38
mm lang sind. Die Herstellung erfolgt durch Aufdrucken von
Ag-Pasten. Als Druckverfahren kann beispielsweise ein Sieb
druckverfahren zum Einsatz kommen. Ein Intervall zwischen
den leitfähigen Bereichen 13 ist auf 5 mm eingestellt.
Sodann werden die isolierenden Schichten 14 gebildet, wozu
Silikonharz im Bereich der jeweiligen Enden der leitfähigen
Bereiche 13 aufgetragen und gehärtet wird. Die Silikonharz
fläche pro isolierender Schicht 14 beträgt jeweils 7×9 mm.
Die Längsrichtung einer Isolationsschicht 14 erstreckt
sich senkrecht zur Längsrichtung der leitfähigen Bereiche
13, die in Form von Geraden vorliegen, während die Quer
richtung bzw. kurze Seite der Isolationsschicht 14 jeweils
parallel zu den leitfähigen Bereichen 13 verläuft. Zuletzt
wird eine Ag-Paste mit einer Breite von 5 mm entlang der
Seitenkanten 12 a und 12 b der Schicht 12 aufgetragen, so daß
die Ag-Paste auf den leitfähigen Bereichen 13 zu liegen
kommt, die sich zwischen den isolierenden Schichten 14 be
finden, sowie auf den isolierenden Schichten 14, um Strom
zufuhrelektroden 15 und 16 zu erhalten.
Zum Vergleich werden die kammartig ausgebildeten Elektroden
3 und 4 gemäß Fig. 1 auf einer Schicht gebildet, die die
selben Eigenschaften aufweist wie diejenige Schicht, auf
die im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Ag-Paste
mit Hilfe des Siebdruckverfahrens aufgebracht worden ist.
Ein mit 12 V erzeugter Gleichstrom fließt, zwischen den
Stromzufuhrelektroden des organischen Thermistors mit posi
tivem Temperaturkoeffizienten beim Ausführungsbeispiel so
wie beim Vergleichsbeispiel, um die Verteilung der erzeug
ten Wärme überprüfen zu können. Beim Vergleichsbeispiel er
zeugt der organische Thermistor mit positivem Temperaturko
effizienten Wärme nur im Bereich X, der in Fig. 4 schraf
fiert dargestellt ist, also in einem Bereich, in welchem
sich die leitfähigen Bereiche 3 b und 4 b einander in einer
Richtung überlappen, in der sie angeordnet sind. Diese
Richtung liegt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung bzw.
Längsrichtung der leitfähigen Bereiche 3 b und 4 b. Beim or
ganischen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten
gemäß der Erfindung wird Wärme praktisch im gesamten Be
reich der Schicht erzeugt. Der Leistungsverbrauch des orga
nischen Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten
in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist etwa zweimal so groß wie beim Vergleichsbeispiel.
Das bedeutet, daß auch ein vergrößerter thermischer Wir
kungsgrad pro Fläche vorhanden ist.
Als zweites Ausführungsbeispiel wird nachfolgend ein Ther
mistor beschrieben, bei dem als Schicht 12 eine Schicht
verwendet wird, die durch Auftragen eines pastenartigen,
organischen Thermistormaterials mit positivem Temperaturko
effizienten auf einen Isolationsfilm hergestellt wird. Mit
Ausnahme dieser Tatsache entspricht das zweite Ausführungs
beispiel dem ersten Ausführungsbeispiel. Für gleiche Teile
sind gleiche Bezugszeichen vorgesehen, so daß sich eine
nochmalige Beschreibung erübrigt.
Pastenartiges organisches Thermistormaterial mit positivem
Temperaturkoeffizienten wird durch Mischung von Silikon
kautschuk (silicone rubber) mit Ruß (carbon black) und To
luol (toluene) erhalten und in einem Bereich von 4×100 mm
auf einem Isolationsfilm durch ein Siebdruckverfahren auf
gebracht, getrocknet und gehärtet, um eine Schicht 12 zu
bilden. Auf dieser Schicht 12 werden Elektroden in dersel
ben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gebildet, so
daß schließlich ein organischer Thermistor 11 mit positivem
Temperaturkoeffizienten vorliegt.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel fließt ein durch 12
V erzeugter Gleichstrom zwischen den Zufuhrelektroden, um
im gleichen Falle wie beim ersten Ausführungsbeispiel die
Wärmeerzeugungsverteilung zu überprüfen. Das Ergebnis
zeigt, daß praktisch über die gesamte Oberfläche der
Schicht in gleichmäßiger Weise Wärme erzeugt wird.
Ein Beispiel, bei dem ein pastenartiges organisches Thermi
stormaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten wie beim
zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird nachfol
gend als drittes Ausführungsbeispiel beschrieben. Das drit
te Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Aus
führungsbeispiel durch das Herstellungsverfahren.
Entsprechend der Fig. 5 werden zur Bildung zweier Stromzu
fuhrelektroden 25 und 26 zwei Ag-Pastenstreifen von 5 mm
Breite und 98 mm Länge im Abstand von 30 mm voneinander auf
einem Isolationsfilm 22 gebildet. Sodann werden auf den
beiden Stromzufuhrelektroden 25 und 26 sowie auf Lücke zu
einander versetzt Silikonharz-Isolationsschichten mit einer
Größe von 7×9 mm erzeugt, die nach Trocknung die Isola
tionsschichten 24 a und 24 b bilden (vgl. Fig. 6).
Sodann werden gemäß Fig. 7 1 mm breite und 38 mm lange Ag-
Pastenstreifen erzeugt und getrocknet, die die leitfähigen
Bereiche 23 a und 23 b bilden. Beispielsweise erstreckt sich
der ganz rechte Pastenstreifen 23 a in Fig. 7 von der Strom
zufuhrelektrode 25 zur Isolationsschicht 24 b, die auf der
anderen Stromzufuhrelektrode 26 liegt, während sich der
links daneben liegende Pastenstreifen von der anderen
Stromzufuhrelektrode 26 zur Isolationsschicht 24 a er
streckt, die auf der einen Stromzufuhrelektrode 25 liegt.
Die Struktur setzt sich dann in dieser Weise fort. Im An
schluß daran wird pastenartiges, organisches Thermistorma
terial 22 c mit positivem Temperaturkoeffizienten, das iden
tisch zu dem beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten
Material ist, in einem Bereich von 50×100 m mittig auf
den Isolationsfilm 22 aufgebracht, und zwar mit Hilfe eines
geeigneten Siebdruckverfahrens, um anschließend getrocknet
und gehärtet zu werden. Auf diese Weise wird ein organi
scher Thermistor 21 mit positivem Temperaturkoeffizienten
erhalten (vgl. Fig. 8 und 9).
Auch bei diesem dritten Ausführungsbeispiel fließt ein
durch 12 V erzeugter Gleichstrom zwischen den Stromzufuhr
elektroden, um in gleicher Weise wie beim ersten und zwei
ten Ausführungsbeispiel der erzeugte Wärmeverteilung über
prüfen zu können. Auch bei diesem dritten Ausführungsbei
spiel wurde festgestellt, daß im gesamten Oberflächenbe
reich der Schicht praktisch eine einheitliche bzw. gleich
verteilte Wärme erzeugt wird. Es tritt also in der Schicht
oberfläche kein Wärmegefälle auf.
Beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wird ein pa
stenartiges, organisches Thermistormaterial mit positivem
Temperaturkoeffizienten auf einen Isolationsfilm aufge
bracht, obwohl die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.
Vielmehr kann anstelle des Isolationsfilms auch eine iso
lierende Platte verwendet werden, die beispielsweise aus
einem Aluminiumsubstrat besteht.
Claims (12)
1. Organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten, gekennzeichnet durch:
- - eine Schicht (12; 22 c) aus einem Material, das eine posi tive Temperaturcharakteristik des Widerstands aufweist und durch Verteilung leitfähiger Partikel in einem orga nischen Polymermaterial erhalten wird,
- - eine Mehrzahl leitfähiger Bereiche (13; 23 a, 23 b), die sich zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenkanten (12 a, 12 b) der Schicht erstrecken oder zwischen den Seitenkanten benachbarten Bereichen, wobei die leitfähigen Bereiche wenigstens annähernd par allel zueinander auf einer Oberfläche der Schicht liegen,
- - eine Mehrzahl von Isolationsschichten (14; 24 a, 24 b), die abwechselnd und auf Lücke die jeweiligen Enden der leit fähigen Bereiche überlappend abdecken, und zwar abwech selnd in einer Richtung, in der die leitfähigen Bereiche nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die Isola tionsschichten an der ersten und zweiten Seitenkante oder in deren Nachbarschaft liegen, und
- - erste und zweite Stromzufuhrelektroden (15, 16; 25, 26), die jeweils entlang der ersten und zweiten Seitenkanten angeordnet sind, und die auf den Isolationsschichten so wie auf den leitfähigen Bereichen zwischen den Isola tionsschichten liegen, um die jeweiligen Enden der leit fähigen Bereiche elektrisch miteinander zu verbinden, die zwischen den Isolationsschichten an der ersten Seitenkan te bzw. benachbart zur ersten Seitenkante sowie an der zweiten Seitenkante bzw. benachbart zur zweiten Seiten kante liegen.
2. Organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
leitfähigen Bereiche (13; 23 a, 23 b) durch leitfähige Pasten
gebildet sind.
3. Organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
leitfähigen Bereiche (13; 23 a, 23 b) durch Metallfolien ge
bildet sind.
4. Organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
leitfähigen Bereiche (13; 23 a, 23 b) eine solche Länge auf
weisen, daß ihre beiden Enden die ersten und zweiten Sei
tenkanten (12 a, 12 b) erreichen.
5. Organischer Thermistor mit positivem Temperaturkoef
fizienten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Iso
lationsfilm (22) zum Abdecken der mehreren leitfähigen Be
reiche (13; 23 a, 23 b), der mehreren Isolationsschichten
(14; 24 a, 24 b) und der ersten und zweiten Stromzufuhrelek
troden (15, 16; 25, 26), die alle auf einer Oberfläche der
Schicht (12, 22 c) angeordnet sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines organischen Thermi
stors mit positivem Temperaturkoeffizienten, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
- - Herstellung einer Schicht (12; 22 c) aus einem Material, das eine positive Temperaturcharakteristik des Wider stands aufweist und durch Verteilung leitfähiger Partikel in einem organischen Polymermaterial erhalten wird,
- - Bildung einer Mehrzahl von leitfähigen Bereichen (13; 23 a, 23 b), die sich zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenkanten (12 a, 12 b) der Schicht erstrecken oder zwischen den Seitenkanten benachbarten Bereichen, wobei die leitfähigen Bereiche wenigstens an nähernd parallel zueinander und auf einer Oberfläche der Schicht liegen,
- - Bildung einer Mehrzahl von Isolationsschichten (14; 24 a, 24 b), die abwechselnd und auf Lücke die jeweiligen Enden der leitfähigen Bereiche überlappend abdecken, und zwar abwechselnd in einer Richtung, in der die leitfähigen Be reiche nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die Isolationsschichten an der ersten und zweiten Seitenkante oder in deren Nachbarschaft liegen, und
- - Bildung erster und zweiter Stromzufuhrelektroden (15, 16; 25, 26), die jeweils entlang der ersten und zweiten Sei tenkanten angeordnet sind, und die auf den Isolations schichten sowie auf den leitfähigen Bereichen zwischen den Isolationsschichten liegen, um die jeweiligen Enden der leitfähigen Bereiche elektrisch miteinander zu ver binden, die zwischen den Isolationsschichten an der er sten Seitenkante bzw. benachbart zur ersten Seitenkante sowie an der zweiten Seitenkante bzw. benachbart zur zweiten Seitenkante liegen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der leitfähigen Bereiche (13) eine leitfä
hige Paste auf eine Oberfläche der Schicht (12) aufgetragen
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der leitfähigen Bereiche (13) Metallfolien
auf einer Oberfläche der Schicht (12) fest angeordnet wer
den.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Isolationsfilm (17) hergestellt wird, der die meh
reren leitfähigen Bereiche, die mehreren Isolationsschich
ten sowie die ersten und zweiten Stromzufuhrelektroden auf
einer Oberfläche der Schicht (12) überdeckt.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schicht, die durch Verteilung leitfähiger Partikel
in einem organischen Polymermaterial gebildet worden ist,
bei der Herstellung der Schicht aus einem Material mit po
sitiver Temperaturcharakteristik des Widerstands verwendet
wird, die durch Verteilung der leitfähigen Partikel im or
ganischen Polymermaterial erhalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Schicht aus einem Material mit positi
ver Temperaturcharakteristik des Widerstands eine Schicht
verwendet wird, die durch Aufdrucken eines pastenartigen,
organischen Thermistormaterial mit positivem Temperaturko
effizienten auf den Isolationsfilm gebildet worden ist, wo
bei das Material durch gründliche Mischung leitfähiger Par
tikel mit einem organischen Polymermaterial erhalten und
anschließend getrocknet wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines organischen Thermi
stors mit positivem Temperaturkoeffizienten, gekennzeichnet
durch folgende Schritte:
- - Herstellung eines Isolationsfilms (22),
- - Bildung zweier Stromzufuhrelektroden (25, 26) in einem vorbestimmten Intervall auf einer Oberfläche des Isola tionsfilms (22),
- - Bildung einer Mehrzahl von Isolationsschichten (24 a, 24 b) auf den beiden Stromzufuhrelektroden (25, 26),
- - Bildung einer Mehrzahl leitfähiger Bereiche (23 a, 23 b), die wenigstens annähernd parallel nebeneinanderliegend angeordnet sind und die jeweils von einer der Stromzu fuhrelektroden (25) zu einer Isolationsschicht (24 b) auf der anderen Stromzufuhrelektrode (26) oder von der ande ren Stromzufuhrelektrode (26) zu einer Isolationsschicht (24 a) auf der einen Stromzufuhrelektrode (25) verlaufen, und
- - Auftragen eines pastenartigen, organischen Thermistorma terials mit positivem Tenperaturkoeffizienten, das durch gründliche Mischung leitfähiger Partikel mit einem eine positive Temperaturcharakteristik des Widerstands aufwei senden Materials erhalten und getrocknet worden ist, um die beiden Stromzufuhrelektroden, die mehreren Isola tionsschichten und die mehreren leitfähigen Bereiche ab zudecken.
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