DE69221392T2 - Verfahren zur Herstellung einer PTC-Anordnung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer PTC-Anordnung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- Stellung einer PTC(Positiver Temperatur-Koeffizient)-Anordnung und insbesondere die Verwendung einer Elektrodenzusammensetzung im Verfahren.
  • Herkömnliche PTC-Anordnungen umfassen ein PTC-Element, das aus einer PTC-Zusammensetzung gebildet wird, das zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Eine Elektrode wird jeweils an den sich gegenüberliegenden Flächen des PTC-Elementes befestigt. Ein Gehäuse deckt insgesamt die Anordnung ab. Die Elektroden bestehen aus einem Metallblatt oder einer Metallfolie und jede Elektrode wird unter einer Wärmepressung an einer der gegenüberliegenden Flächen des PTC-Elementes angebracht. Wenn eine Metallfolie als Elektrode verwendet wird, ist die Oberfläche der Elektrode, die das PTC-Element berührt, generell glatt. In einigen Fällen wird diese Oberfläche aufgerauht, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 19 69 01/1985 und Nr. 98 601/1987 offenbart wird.
  • Eine weitere herkömmliche PTC-Anordnung umfaßt ein PTC-Element, das zwei Elektroden darin eingebettet besitzt. Jede Elektrode ist eine Kombination der Elektrode selbst und eines Leitungsanschlusses.
  • Die Temperatur einer üblichen PTC-Anordnung liegt etwa bei Raumtemperatur, sofern keine Spannung über die Elektroden angelegt wird. Wenn jedoch eine Spannung angelegt wird und bis zu und über eine Steuer- oder Auslösespannung ansteigt, diejenige Spannung, bei der die PTC-Eigenschaft des PTC-Elements auftritt, nimmt der Widerstand der PTC-Anordnung zu. Der Stromfluß durch die PTC-Anordnung nimmt so ab und die Leistungsverteilung in der PTC-Anordnung erreicht ein Gleichgewicht, so daß die Temperatur der Anordnung bei einer Temperatur an der oder um die Auslösetemperatur der Anordnung herum bleibt. Dementsprechend verändert sich die Temperatur der PTC-Vorrichtung von Raumtemperatur bis zur Auslösetemperatur der PTC-Vorrichtung mit jedem Anlegen einer Auslösespannung. Deshalb dehnen sich das PTC-Element und die Elektroden wiederholt während der Temperaturzyklen aus und ziehen sich zusammen, als Ergebnis der EIN/AUS-Spannungsanlegungs zyklen.
  • Generell ist der Koeffizient der thermischen Ausdehnung eines PTC-Elements bei einer Temperatur unterhalb der Auslösetemperatur des PTC-Elements größer als der der Elektrode. Wenn sich deshalb das PTC-Element ausdehnt, mit über den Elektroden angelegter Spannung, stimmt die Ausdehnung der Elektroden nicht mit der Ausdehnung des PTC-Elements überein. Dies kann dazu führen, daß sich die Elektroden vom PTC-Element lösen oder abschälen Das Ausmaß des Lösens hängt vom Unterschied zwischen der des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des PTC-Elements und dem der Elektrode ab.
  • Um dieses Problem des Elektrodenablösens von einem PTC-Element zu bewältigen, offenbaren die japanische Offenlegungsschrift Nr. 196901/1985 und Nr. 98601/1987 eine Elektrode, die eine rauhe Oberfläche besitzt, die an einem PTC-Element befestigt ist. Sogar bei aufgerauhten Kontaktflächen kann, falls der Unterschied zwischen den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des PTC-Elementes und dem der Elektrode, bei einer Temperatur unterhalb der Auslösetemperatur des PTC-Elements ausreichend groß ist, das Abschälen oder Loslösen der Elektrode vom PTC-Element immer noch auftreten.
  • Ein anderes Problem liegt darin, daß, während das Ablöse verfahren fortläuft, der Bereich des Ohm'schen Kontaktes zwischen der Elektrode und dem PTC-Element abnimmt. Konsequenterweise neigt der Elektrode-zu-Elektrode-Widerstand der PTC-Anordnung dazu, im Verhältnis zum Ausmaß des Ablösens anzusteigen.
  • Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung mit hoher elektrischer Stabilität vorzusehen, das die Nachteile des Standes der Technik mässigt oder möglicherweise sogar bewältigt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung mit gesteigerter Adhäsion zwischen einem PTC-Element und einer Elektrode vorzusehen.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung vorzusehen, das eine Elektrode aus Hybridzusammensetzung verwendet, um ein Abpellen oder Loslösen der Elektroden vom PTC-Element aufgrund thermischer Expansion der PTC-Anordnung zu verhindern, die aus den wiederholten Spannungsanlegungen resultiert.
  • Kurz gesagt, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung vor, die hohe elektrische Stabilität besitzt, die ein PTC-Element umfaßt, das aus einer PTC-zusammensetzung gebildet ist, die leitende Partikel verteilt darin besitzt, wobei die zwei Elektroden aus einer Metallfolie gebildet sind, die eine leitende Schicht darauf besitzen, wobei die leitende Schicht aus einer leitenden Paste gebildet ist, erhältlich durch Mischen eines Gemisches von Metallpulver und Bindemittel.
  • Jede Elektrode wird am PTC-Element auf solche Weise befestigt, daß die leitende Schicht die Oberfläche des PTC-Elementes berührt, so daß die Metallfolie selbst nicht in Kontakt mit dem PTC-Element steht. Der Koeffizient der thermischen Expansion der leitenden Schicht, während der Zeitspanne, die das PTC-Element auf seine Auslösetemperatur erwärmt wird, ist ein Zwischenwert zwischen dem Koeffizienten der thermischen Expansion des PTC-Elemtes und dem der Metallfolie.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Vorrichtung vor, umfassend: ein PTC-Element, gebildet aus einer PTC-Zusammensetzung und zwei Elektroden, die aus einer Elektrodenzusammensetzung gebildet sind, wobei die PTC-Zusammensetzung ein Polymer darstellt, das leitende Partikel darin verteilt besitzt, und wobei die Elektrodenzusammensetzung eine Metallfolie darstellt, die eine leitende Schicht besitzt, welche aus einem leitenden überzug einer leitenden Paste gebildet ist, die darüber gezogen wurde, und wobei jeweils eine Elektrode durch Wärmepressung an gegenuberliegenden Seiten des PTC-Elements befestigt ist. Die leitende Schicht besitzt einen Koeffizienten thermischer Expansion, der einen Zwischenwert zwischen dem Koeffizienten der thermischen Expansion des PTC-Elements und dem der Metallfolie bei Temperaturen bis zur Auslösetemperatur des PTC-Elements darstellt.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung geschaffen, die ein PTC-Element umfaßt, das aus einer PTC-Zusammensetzung und zwei Elektroden gebildet ist, die aus einer Elektrodenzusammensetzung gebildet ist. Die PTC-Zusammensetzung ist aus einem Polymer zusammengesetzt, das leitende Partikel darin verteilt besitzt, während die Elektrodenzusammensetzung eine Metallfolie umfaßt, die eine leitende Schicht besitzt, welche aus einer leitenden Paste auf dieser gebildet ist. Die leitende Schicht ist ein Gemisch leitender Partikel und eines Bindemitteles. Die leitenden Partikel, die dorthinein gemischt sind, umfassen mindestens einen der folgenden:
  • Metallische Partikel aus reinem Metall oder einer Legierung, Metallpartikel, die mit einem unterschiedlichen Metall überzogen sind, kohlenstoffhaltige Partikel oder kohlenstoffhaltige Partikel, die mit reinem Metall oder einer Legierung überzogen sind. Das Bindemittel ist mindestens eines der folgenden:
  • wärmehärtende Harz(e) und/oder thermoplastische Harz(e), die wärmewiderstandsfähige Eigenschaften besitzen. Die Oberfläche der leitenden Schicht ist vor dem Zusammenbau rauh und die leitende Schicht besitzt einen thermischen Expasionskoeffizienten, dessen Zwischenwert zwischen dem thermischen Expansionskoeffizienten des PTC-Elements und dem der Metallfolie bei Temperaturen bis zur Auslösetemperatur des PTC-Elementes liegt.
  • Nach einigen bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden eine oder mehrere Verfahren zum Bilden einer rauhen Fläche auf einer leitenden Schicht eingeschlossen, die einen Teil der Elektrodenzusammensetzung bildet, wobei eine Behandlung wie z.B. Sandstrahlen, Aussetzen gegenüber Plasma, Strahlung durch ultraviolette Strahlen oder Einbetten von Metallpulver, verwendet werden.
  • Damit die Erfindung leichter einleuchtet und durchgeführt werden kann, werden im folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand nicht einschränkender Beispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer PTC- Anordnung;
  • Fig. 2 eine Frontansicht einer alternativen PTC- Anordnung;
  • Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Anordnung;
  • Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform, die der Fig. 2 entspricht; und
  • Fig. 5 eine grafische Kurve, die das Verhältnis zwischen der Veränderung im Widerstand und der Wiederholungsanzahl angelegter Spannungen zeigt.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine PTC-Anordnung 3 gezeigt, die ein rechteckiges Parallelepiped darstellt, das ein PTC-Element 1 umfaßt, das zwischen zwei Elektroden 2 angeordnet ist.
  • Die PTC-Anordnung 3 umfaßt Elektroden 2, die auf die Oberfläche eines vorgeformten PTC-Elements 1 druckgeformt sind, das aus einer PTC-Zusammensetzung gebildet ist, die leitende Partikel besitzt, die darin verteilt sind. Die Elektrode besteht aus einer Metallfolie 4, die eine leitende Schicht besitzt. Die leitende Schicht 5 ist aus einer leitenden Paste gebildet. Bevor die Elektrode 5 mit dem PTC-Element 1 verbunden wird, wird die Oberfläche der leitenden Schicht als rauhe und flache Ebene ausgebildet. Die leitende Paste wird hergestellt, indem ein Gemisch leitender Partikel und Bindemittel vermischt werden. Die leitenden Partikel umfässen mindestens eines einer Gruppe von reinen Metallen, wie z.B. Pt, Au, Ag, Ni, etc., oder eine Gruppe von Legierungen, die aus Au-Pd, Ag-Pd, etc., besteht oder diejenigen vorgenannten Metalle und Legierungen, die mit einem weiteren Metall, oder kohlenstoffhaltigen Partikeln, wie z.B. Ruß oder Graphit plattiert sind, oder kohlenstoffhaltige Partikel, die mit einem reinen Metall oder einer Legierung überzogen sind. Das Bindemittel wird hergestellt, indem ein
  • Gemisch wärmeaushärtender Harze, wie z.B. Epoxidharz, oder thermoplastische Harze gemischt werden, der Arten, die dazu in der Lage sind, den Betriebstemperaturen der PTC-Anordnung standzuhalten.
  • In einer ersten Ausführungsform wurde ein PTC-Element durch Vermischen eines Gemisches einer PTC-Zusammensetzung und leitender Partikel für 30 Minuten unter Verwendung von zwei Mischwalzen hergestellt, während das Gemisch bei 135ºC gehalten, anschließend abgekühlt und in kleine Stücke von 2 mm Durchmesser zermahlen wurde. Die PTC-Zusammensetzung umfaßt hochdichtes Polyethylen (hergestellt durch Mitsui Petrochemical Industries, Hi-Zex 1300J) und Ethylen-Acrylsäure-Copolymer (hergestellt durch Dow Chemical Japan Ltd., Primacor 3330) wobei jeweils Sog verwendet wurden. Die leitenden Partikel sind zusammengesetzt aus Kohlenstoffruß (hergestellt durch Columbian Carbon Japan Ltd., Sevacarb MT), wobei 2009 eingesetzt wurden.
  • Die Elektroden 2 nach der ersten Ausführungsform sind zusammengesetzt aus einer Metallfolie 4, die eine rauhe Oberfläche besitzt und wurden aus elektrolytischem Nickel (25 µm Dicke, hergestellt durch Fukuda Metal Foil & Powder CO.,Ltd.) und eine leitende Schicht 5, die auf die Metallfolie 4 aufgetragen wurde, hergestellt. Die leitende Schicht 5 besteht aus einer leitenden Paste. Die leitende Paste ist ein Gemisch von bog eines Epoxidharzes, einschließlich einer leitenden Silberpaste (hergestellt durch Asahi Chemical Research Laboratory Ltd., LS-1003-1) und 39 eines Härtungsmittels (hergestellt durch Asahi Chemical Research Laboratory Ltd., ACT-B). Das Gemisch wurde auf die Oberfläche der Metallfolie 4 durch Siebdruck aufgedruckt und danach einer Erwärmung und Aushärtung für 60 Minuten bei 120ºC unterworfen. Die Elektroden 2 wurden danach auf die Oberfläche des PTC-Elementes 1 durch Wärmepressung befestigt, indem ein Druck von 400 kg/cm für 8 Minuten bei 200ºC angewandt wurde, wobei die leitende Schicht 5 direkt in Kontakt mit dem PTC-Element stand.
  • Das PTC-Element 1' wurde danach durch Gamma-Bestrahlung von 10 Mrad vernetzt und in einen gitterförmigen Aufbau gebracht. Die Leitungsanschlüsse 6' wurden auf die Oberfläche der Elektroden 2' punktgeschweißt. Durch dieses Verfahren wurde die PTC-Anordnung 3' schließlich zusammengebaut. Tabelle 2
  • Nach der zweiten Ausführungsform wurde eine PTC-Anordnung 3 in der gleichen Art und Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel unter Verwendung der Elektroden 2 der ersten Ausführungsform hergestellt, jedoch mit einer flachen oder ebenen leitenden Schicht 5 anstelle einer aufgerauhten. In Tabelle 2 betrug das Veränderungs- oder Variationsverhältnis des Widerstandes der Probe nach der ersten Ausführungsform lediglich 6%, errechnet aus dem Anfangswiderstand von 0,248 Ohm und dem endgültigen Widerstand von 0,263 Ohm nach 400 Spannungsanlegungen. Im Fall der Probe nach dem zweiten Ausführungsbeispiel lag der endgültige Widerstand lediglich 5% über dem Anfangswiderstand.
  • Im Fall des ersten Vergleichsbeispiels liegt der Endwiderstand von 0,174 Ohm 29% über dem Anfangswiderstand von 0,135 Ohm. Darüberhinaus liessen sich im Falle des zweiten Vergleichsbeispiels die Elektroden 2 leicht vom PTC-Element abtrennen, aufgrund der unzureichenden Haftung zwischen den Elektroden 2 und dem PTC-Element, so daß das Testen nicht länger fortgesetzt werden konnte.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 zeigen die Versuchsergebnisse, daß im Fall einer PTC-Anordnung, die eine Elektrode 2 besitzt, welche aus einer Metallfolie 4 hergestellt ist, die mit einer leitenden Schicht 5 überzogen ist, wobei die leitende Schicht 5 zwischen dem PTC-Element und der Metallfolie 4 angeordnet ist, daß das Abpellen oder Abtrennen der Elektroden 2 vom PTC-Element 1 verhindert werden kann, wo das Abtrennen aufgrund der Temperaturveränderung, die durch wiederholtes Anlagen von Spannung hervorgerufen wird. Dementsprechend werden substantielle Erhöhungen im Widerstand der PTC-Anordnung 3 über ihre Lebensdauer verhindert.
  • Die gemessenen Werte des thermischen Expansionskoeffizienten des PTC-Elements 1, der Metallfolie 4 und der leitenden Schicht 5, sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt wird, beträgt der thermische Expansionskoeffizient der leitenden Schicht 1.0 x 10&supmin;&sup4;/ºC, der einen Zwischenwert zwischen 1.3 x 10&supmin;&sup5;/ºC der Metallfolie 4 und 5.9 x 10&supmin;&sup4;/ºC des PTC-Elementes 1 darstellt. Wenn deshalb die Temperatur der PTC-Anordnung 3 steigt, ist die Dehnung der leitenden Schicht größer als die der Metallfolie 4, jedoch geringer als die des PTC-Elementes 1. Dieser Zwischenwert der thermischen Expansion der leitenden Schicht 5 verhindert das Sichabpellen oder Abtrennen der Elektroden 2 vom PTC-Element.
  • Im ersten Vergleichsbeispiel wurde eine PTC-Anordnung 3 in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Elektroden 2 ohne leitende Schichten hergestellt.
  • Im zweiten Vergleichsbeispiel wurde eine PTC-Anordnung 3 in der gleichen Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel hergestellt, unter Verwendung der Elektroden der zweiten Ausführungsform ohne leitende Schicht.
  • Die Versuchsergebnisse des wiederholten Anlegens von Spannung an die Proben gemäß den oben erwähnten vier Arten von PTC-Anordnungen werden in Tabelle 2 gezeigt. Dieser Versuch wurde unter Verwendung der folgenden Vorgehensweise durchgeführt:
  • (a) Der Anfangswiderstand wurde gemessen, bevor die Spannung angelegt wurde.
  • (b) Eine Testspannung von 10 V Gleichstrom wurde an die Elektroden 2 15 Minuten lang angelegt und danach wurde die Spannung für 15 Minuten abgeschaltet.
  • (c) Die Spannungsanlegungszyklen wurden 400mal wiederholt.
  • (d) Schließlich wurde der Widerstand jeder Probe wiederum gemessen und danach das Variationsverhältnis des Widerstandes errechnet.
  • Die PTC-Zusammensetzung bestand aus bog hochdichtem Polyethylen (hergestellt durch Mitsui Petrochemical Industries, Hi-Zex 3000B). Die leitenden Partikel bestanden aus 200g Kohlenstoffruß (hergestellt durch Cancarb Ltd., Thermax N990 Ultra Pure), das vorher in einer Stickstoffatmosphäre 15 Stunden bei 1000ºC wärmebehandelt wurde. Ein weiterer Bestandteil des Gemisches war 1.25g 2,5-dimethyl-2,5-di-tbutyl-peroxyhexyn-3 (hergestellt durch Nippon Oil Fats Co.,LTD. Per-hexyne 258-40).
  • Die Elektrode 2' im dritten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird, besteht aus Metallfolie 4' mit einer rauhen Oberfläche und ist aus elektrolytischem Nickel hergetellt (25 µm dick, hergestellt durch Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.) und die leitende Schicht 5', wurde auf die Metallfolie 4' aufgetragen. Die leitende Schicht 5' wurde aus einer leitenden Paste hergestellt: ein Gemisch einschließlich bog Epoxidharz und leitende Silberpaste (hergestellt durch Asahi Chemical Research Laboratory Ltd.), und 39 eines Härtungsmittels (hergestellt durch Asahi Chemical Research Laboratory Ltd., ACT-B). Das Gemisch wurde auf die Oberfläche der Metallfolie durch Siebdruck aufgetragen und danach einer Erwärmung und Aushärtung für 60 Minuten bei 120ºC unterworfen. Danach wurde die Oberfläche der leitenden Schicht 5' durch Sandstrahlen mit einem Schleifmittel Alundum #1000 aufgerauht. Danach wird die Schicht in eine rechteckige Form mit 13 mm auf jeder Seite zugeschnitten. Die Elektrode 2' wird danach auf der Oberfläche des PTC-Elements 1' durch Wärmepressung bei einem Druck von 400 kg/cm für 8 Minuten bei 200ºC befestigt, wobei die leitende Schicht 5' direkt in Kontakt mit dem PTC-Element steht. Das PTC-Element 1' wird durch Garnma-Bestrahlung mit 10 Mrad vernetzt und danach in elliptischer Form mit einer Größe von 2.0 x 1.7 mm ausgestanzt, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird. Die Leitungsanschlüsse 6' werden an die Oberfläche der Elektroden 2' punktmäßig angeschweißt.
  • Im vierten Ausführungsbeispiel wurde ein PTC-Element 1 in der gleichen Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel hergestellt.
  • Die Elektrode nach der vierten Ausführungsform der PTC-Anordnung 3", wie sie in den Fig. 2 und 4 gezeigt wird, besteht aus einer Metallfolie 4' mit einer rauhen Oberfläche und ist aus elektrolytischem Nickel hergestellt (25 µm Dicke, hergestellt durch Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.) und die leitende Schicht 5' wurde auf die Metallfolie 4' überzogen. Die leitende Schicht 5' wurde aus einer leitenden Paste hergestellt, die eine leitende Silberpaste und ein Phenolharz umfaßt (hergestellt durch Asahi Chemical Research Laboratory Ltd., LS-005P). Die leitende Paste 5' wurde auf die Oberfläche auf die Metallfolie 4' durch Siebdruck aufgetragen. Ein Kohlenstoffnickelpulver, das durch das Carbonylverfahren hergestellt wurde (hergestellt durch Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd., Type 287) wird danach in die leitende Paste eingebettet. Die Metallfolie 4' wird danach durch Wärmehärtung für 30 Minuten bei 150ºC behandelt, so daß die leitende Schicht 5' eine rauhe Schicht 7 besitzt, in der ein Metallpulver eingebettet ist, das der rauhen Schicht 7 eine rauhe Oberfläche verleiht. Die PTC-Anordnung 3", die in Fig. 4 gezeigt wird, wird in der gleichen Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel zusammengebaut.
  • Beim dritten Vergleichsbeispiel wird eine PTC-Anordnung 3' in der gleichen Weise hergestellt, wie bei der dritten und vierten Ausführungsform, nämlich unter Verwendung einer Metallfolie 4' ohne leitende Schicht 5'.
  • Die Versuchsergebnisse des wiederholten Anlegens von Spannung an die Proben der PTC-Anordnugen 3', 3" nach der dritten und vierten Ausführungsform und dem dritten Vergleichsbeispiel, werden in Fig. 5 gezeigt. Dieser Versuch wurde unter Verwendung des folgenden Verfahrens durchgeführt:
  • (a) Der Anfangswiderstand wurde gemessen, bevor die Spannung angelegt wurde.
  • (b) Die Testspannung von 32 V Gleichstrom wurde an die Elektroden 2 für 15 Minuten angelegt und danach wurde die Spannung für 15 Minuten abgeschaltet.
  • (c) Dieser Zyklus wurde etwa 400 mal wiederholt.
  • (d) Der Widerstand jeder Probe wurde gemessen bei jeder Abschaltungsstufe und das Veränderungsverhältnis des Widerstands wurde errechnet.
  • In Fig. 5 ist die Zunahme des Widerstands der Proben nach der dritten und vierten Ausführungsform sehr gering. Andererseits war die Zunahme des Widerstands der Probe nach dem dritten Vergleichsbeispiel so groß, daß der Widerstand nach 300 Spannungsanlegungszyklen auf mehr als 200% des Anfangswertes anstieg.
  • Die Versuchsergebnisse in Fig. 2 zeigen, daß im Falle der PTC-Anordnung, die eine Elektrode 2' besitzt, welche aus einer Metallfolie 4' hergestellt ist, die mit einer leitenden Schicht überzogen worden ist, wobei eine leitende Schicht 5' zwischen dem PTC-Element 1' und der Metallfolie 4' angeordnet ist, das Abpellen oder Ablösen der Elektroden 2' vom PTC-Element 1' verhindert werden kann, wobei das Abpellen aufgrund der Temperaturveränderung auftritt, die durch das wiederholte Anlegen von Spannung hervorgerufen wird. Dementsprechend kann eine wesentliche Zunahme des Widerstands der PTC-Anordnung 3 verhindert werden.
  • Nach der vierten Ausführungsform wird ein Kohlenstoffnickelpulver als metallisches Pulver verwendet, das in die leitende Paste eingebettet wird, wobei jedoch anstattdessen Silberpulver in die leitende Paste eingebettet werden kann, um diese Erfindung auszuführen. Darüberhinaus ist ein Nickelpulver ebenfalls nützlich, das durch andere Verfahren als das Carbonylverfahren hergestellt wird.
  • Die vorzugsweise rauhe Oberfläche der leitenden Schicht 5, die an der Oberfläche des PTC-Elements 1 angebracht wird, kann durch andere Verfahren gebildet werden, wie z.B. durch Plasmabehandlung und/oder Bestrahlung durch Ultraviolett- Strahlung anstelle des Sandbestrahlungsverfahrens nach der dritten Ausführungsform oder die Einbettung von Metallpulver gemäß der vierten Ausführungsform
  • Nach diesen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestehen die Elektroden 2' aus der Metallfolie 4' und der leitenden Schicht 5'. Die leitende Schicht wird durch einen überzug der leitenden Paste auf die Metallfolie gebildet, die danach an der Oberfläche des PTC-Elements 1' durch Heißverpressung befestigt wird, wobei die leitende Schicht 5' in direktem Kontakt mit der Oberfläche des PTC-Elementes 1' steht. Der thermische Expansionskoeffizient der leitenden Schicht 5, ist während einer Zeitspanne des Aufwärmens bis zur Auslösetemperatur des PTC-Elements 1' ein Zwischenwert zwischen dem thermischen Expansionskoeffizienten des PTC-Elementes 1' und dem der Metallfolie 4'. Wenn die Temperatur der PTC-Anordnung 3' steigt, wird deshalb die Dehnung der leitenden Schicht 5' geringer als die des PTC-Elementes 1', jedoch größer als die der Metallfolie 4'.
  • Konsequenterweise verhindert die leitende Schicht 5' zwischen der Elektrode 2' und dem PTC-Element 1' das Ablösen der Elektrode 2' vom PTC-Element 1' unter Veränderung der Temperatur der PTC-Vorrichtung aufgrund der wiederholten Spannungsanlegungen. Ferner wird der Widerstand der PTC-Anordnung 3 im wesentlichen gleichbleibend aufrechterhalten.
  • Nach den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die leitende Paste hergestellt, indem ein Gemisch geeigneter, leitender Partikel und einem Bindemittel zusammengemischt wird. Die Oberfläche der leitenden Schicht 5', die in Kontakt mit dem PTC-Element 1' steht, ist vorteilhafterweise rauh, so daß diese leitende Schicht 5' das Ablösen der Elektrode 2' vom PTC-Element 1' wirksamer verhindern kann, als bei PTC-Anordnungen, deren leitende Schicht eine ebene oder glatte Fläche besitzt, insbesondere, wenn die PTC-Anordnung Temperaturveränderungen unterworfen wird, die mit den wiederholten Spannungsanlegungen zusammenhängt.
  • Nach den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche der leitenden Schicht 5, die in Kontakt mit dem PTC-Element 1 steht, aufgerauht, durch Behandlungen, einschließlich z.B. Sandstrahlen, Plasmakontakt, Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen, oder einer Einbettung von Metall oder Metall enthaltenden Pulvern. Bei solchen Ausführungsformen kann die leitende Schicht 5 das Abpellen oder Ablösen der Elektrode 2 vom PTC-Element 1 äußerst wirksam verhindern, wenn das PTC-Element 1 Temperaturveränderungen der PTC-Anordnung unterworfen wird, die mit wiederholten Spannungsanlegungen zusammenhängt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer PTC-Anordnung (3,3',3"), die folgendes umfasst:
Bilden eines PTC-Elementes (1,1'), das gegenüberliegende Seiten besitzt, welche eine leitende Schicht (5,5') vorsehen; überziehen einer ersten und zweiten Metallfolie (4,4') mit den leitenden Schichten (5,5');
Härten der leitenden Schicht (5,5'), um die leitende Schicht (5,5') auf jeder ersten und zweiten Metallfolie (4,4') anzubringen;
Befestigen der leitenden Schicht auf der ersten Metallfolie an einer ersten Fläche des PTC-Elementes (1,1'); und
Befestigen der leitenden Schicht auf der zweiten Metallfolie an einer Fläche des PTC-Elementes (1,1') gegenüber der ersten Fläche, wodurch das PTC-Element zwischen der ersten und zweiten Metallfolie (4,4') angeordnet wird, wobei die leitenden Schichten (5,5') zwischen dem PTC-Element und den entsprechenden Metallfolien liegend angeordnet sind, Bewirken der Vernetzung des PTC-Elementes (1,1') nach dem Befestigen der leitenden Schichten, und wobei der thermische Expansionskoeffizient der leitenden Schicht einen Wert besitzt, der zwischen dem Koeffizienten der thermischen Expansion des PTC-Elementes und demjenigen Koeffizienten der Metallfolien bis zur Auslöse- oder Steuertemperatur der PTC-Anordnung liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aufrauhen der Flächen der leitenden Schichten (5,5') nach dem Härten und vor dem Befestigen dieser Schichten (5,5') am PTC-Element (1,1').
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Stufe des Aufrauhens das Aussetzen der leitenden Schicht (5,5'), einem Plasma, umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Stufe des Aufrauhens das Aussetzen der leitenden Schicht (5,5'), einer ultravioletten Strahlung, umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Stufe des Aufrauhens das Einbetten eines Metallpulvers in die Fläche der leitenden Schicht (5,5') und/oder des Sandblasens der leitenden Schichtfläche umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Metallpulver Nickel, Kohlenstoffnickel und/oder Silber ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Schicht (5,5') derart ausgewählt wird, daß sie die leitende Schicht bildet, die einen thermischen Expansionskoeffizienten besitzt, der zwischen dem Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des PTC-Elementes (1,1') und der Metallfolie (4,4') während der Zeitspanne des Aufwärmens auf eine Auslösetemperatur des PTC-Elementes liegt.
8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Stufe des Bildens des PTC-Elementes (1,1') folgendes umfaßt:
Vermischen und Mahlen eines Gemisches einer PTC-Zusammensetzung,
Abkühlen des Gemisches,
Feinzerkleinerung des Gemisches in Stücke,
Befestigen der Elektroden (2,2');
und
Aussetzen des PTC-Elementes (1,1') einer Gamma-Bestrahlung nach dem Befestigen der Elektroden (2,2').
9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das PTC-Element (1,1') eine Zusammensetzung umfaßt, die im wesentlichen mindestens einen der folgenden Stoffe umfaßt:
a) hochdichtes Polyethylen, Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, und
b) leitende Partikel, die aus mindestens einem leitenden Material zusammengesetzt sind, ausgewählt aus reinen Metallpartikeln, Metalllegierungspartikeln, metallisch überzogenen Metallpartikeln, kohlenstoffhaltigen Partikeln, metallüberzogenen kohlenstoffhaltigen Partikeln und mit einer Metalllegierung überzogene kohlenstoffhaltige Partikel.
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