DE3854498T2 - Elektrische Einrichtung mit einem Widerstandselement aus PTC-Polymer. - Google Patents

Elektrische Einrichtung mit einem Widerstandselement aus PTC-Polymer.

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Description

  • Die Erfindung betrifft elektrische Einrichtungen, die leitfähige Polymere aufweisen, und Heizvorrichtungen, die solche Einrichtungen aufweisen.
  • Leitfähige Polymere und sie aufweisende Heizvorrichtungen, Schaltungsschutzeinrichtungen, Sensoren und andere elektrische Einrichtungen sind wohlbekannt. Beispielsweise kann Bezug genommen werden auf die US-Patentschriften Nr. 3 823 217, 3 858 144, 3 861 029, 3 914 363, 4 085 286, 4 177 376, 4 177 446, 4 188 276, 4 223 209, 4 237 441, 4 238 812, 4 242 573, 4 255 698, 4 272 471, 4 286 376, 4 304 987, 4 314 230, 4 317 027, 4 318 220, 4 327 351, 4 329 726, 4 330 703, 4 388 607, 4 421 682, 4 426 339, 4 426 633, 4 429 216, 4 413 301, 4 442 139, 4 445 026, 4 475 138, 4 450 496, 4 534 889, 4 543 474, 4 545 926, 4 560 498, 4 574 188, 4 582 983, 4 654 511, 4 658 121, 4 659 913, 4 689 475, 4 700 054, 4 719 335, 4 722 853, 4 733 057, 4 761 541 und die gleichzeitig anhängige, gemeinsam übertragene US-Anmeldung Serial-Nr. 818 846 (MP1100-US1), angemeldet 14. Jan. 1986, die PCT-Anmeldung Nr. US 88/02484, die US-Anmeldung Serial-Nr. 53 610 (MPO897-US6), angemeldet 20. Mai 1987, EP-A-0158410 und die US-Anmeldung Serial-Nr. 75 929 (MP1100-US2), angemeldet 21. Juli 1987.
  • Elektrische Einrichtungen, die ein laminares leitfähiges Polymersubstrat aufweisen, sind ebenfalls bekannt. Beispielsweise zeigt die US-PS 4 330 703 (Horsma et al.) einen selbstregelnden Heizgegenstand, der so ausgebildet ist, daß, wenn er eingeschaltet wird, Strom durch wenigstens einen Teil der Dicke einer Schicht, die ein positives Verhalten des Temperaturkoeffizienten des Widerstands (PCT-Verhalten) zeigt, und dann durch eine daran angrenzende Schicht fließt, die einen Temperaturkoeffizienten Null des Widerstands (ZTC- Verhalten oder eine Konstantwattzahl) zeigt. Die US-Patentschrift Nr. 4 719 335 (Batliwalla et al.), Die US-Patentschriften Nr. 4 761 541 und 4 777 351 (US-Anmeldungen Serial-Nr. 51 438 und 53 610, beide Batliwalla et al.) und EP-A-0158410 zeigen selbstregelnde Heizeinrichtungen, die eine ineinandergreifende Elektrodenstruktur haben, die auf einem PTC-Substrat angebracht ist. Die Elektrodenstruktur kann geändert werden, um verschiedene Leistungsdichten über die Oberfläche der Heizeinrichtung zu erzeugen, und bei einigen Ausführungsformen können die Elektroden Widerstandselektroden sein, d. h. einen Teil der Wärme liefern, wenn die Heizvorrichtung eingeschaltet ist. Die US-Patentschrift Nr. 4 628 187 (Sekiguchi et al.) zeigt ein Heizelement, bei dem ein Paar von Elektroden, die auf einem isolierenden Substrat positioniert sind, durch eine Widerstandsschicht angeschlossen ist, die eine PTC-leitfähige Polymerpaste aufweist. Die US-PS 3 221 145 (Hager) zeigt großflächige flexible Heizvorrichtungen, die metallische Flächenkörperelektroden aufweisen, die durch eine "halbisolierende" Schicht, z. B. ein leitfähiges Epoxid, eine Klebstoffschicht oder Cermet voneinander getrennt sind. Bei allen diesen Heizeinrichtungen ist die leitfähige Polymerschicht die Hauptwärmequelle; die Hauptfunktion der Elektroden ist es, den Strom zu führen. Daher ist der Widerstand der Elektroden gewöhnlich erheblich geringer als der Widerstand der leitfähigen Polymerschicht. Infolgedessen ist die Widerstandsfestigkeit der Heizvorrichtung hauptsächlich eine Funktion der Widerstandsfestigkeit des leitfähigen Polymers. Außerdem können die Heizvorrichtungen ungleichmäßigen Stromdichten über die Oberfläche der Heizeinrichtung infolge eines Spannungsabfalls entlang der Länge der Elektrode ausgesetzt sein.
  • Die JP-Patentanmeldung Nr. 59-226493 zeigt eine Bandheizeinrichtung, bei der zwei Elektroden, von denen wenigstens eine eine "Hochwiderstands"-Elektrode mit einem Widerstandswert von zwischen 0,1 und 5 W/m ist, in eine leitfähige Polymermatrix eingebettet sind. Bei Heizeinrichtungen dieses Typs wird Wärme sowohl von dem leitfähigen Polymer als auch von der Widerstandselektrode erzeugt. Eine solche Konstruktion ist zwar für Heizeinrichtungen bekannter Länge und Geometrie brauchbar, aber die Ausgangsleistung bei einer gegebenen Spannung kann nicht ohne weiteres modifiziert werden, ohne entweder den spezifischen Widerstand des leitfähigen Polymers oder der Widerstandselektrode oder die physischen Dimensionen der Heizeinrichtung, z. B. den Abstand zwischen den Elektroden, zu ändern.
  • EP-A-0 158 410 zeigt eine elektrische Einrichtung, die ein PTC-Widerstandselement in Form eines flachen Flächenkörpers mit fingerartig ineinandergreifenden Elektroden auf der Oberfläche des Flächenkörpers aufweist, durch die Strom in das PTC-Element eingeleitet werden kann. Die Elektroden sind sowohl als Stromführungselemente als auch als Wärmesenken wirksam, um die Ausbildung von aktiven Bahnen bzw. Leitungen beim Gebrauch der Einrichtung als Flächenheizkörper zu steuern.
  • Ich habe nunmehr gefunden, daß elektrische Einrichtungen, die PTC-Verhalten zeigen, niedrige Einschaltstrom-Charakteristiken haben, Widerstandsfestigkeit besitzen und ausgebildet werden können, um über die Oberfläche der Einrichtung eine gleichmäßige Stromverteilung zu erzeugen, hergestellt werden können durch Verwendung einer Widerstandselektrode, die an der Oberfläche eines laminaren leitfähigen Polymersubstrats angebracht ist. Daher gibt die Erfindung gemäß einem Aspekt eine elektrische Einrichtung an, die aufweist:
  • (1) ein laminares Widerstandselement, das aus einem leitfähigen Polymer besteht, das (a) PTC-Verhalten zeigt, (b) aus einem organischen Polymer und, in dem Polymer dispergiert, einem teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff besteht und (c) eine Schmelztemperatur Tm hat, und
  • (2) zwei Elektroden, die mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden können,
  • wobei die Elektroden an einer flachen laminaren Oberfläche des Widerstandselements angebracht sind und aus einem Material bestehen, das (a) einen spezifischen Widerstand von 1,0 x 10&supmin;&sup6; bis 1,0 x 10&supmin;² W cm hat und (b) ZTC-Verhalten bei Temperaturen unter Tm zeigt, wobei die Elektroden
  • (i) jeweils eine Länge 1 von 0,25 bis 2,54 x 10&sup6; cm (0,1 bis 1.000.000 inches) und eine Breite w von 0,013 bis 25,4 cm (0,005 bis 10 inches) haben, so daß das Längen/Breiten-Verhältnis mindestens 1000:1 ist,
  • (ii) jeweils eine Dicke von 0,00025 bis 0,025 cm (0,0001 bis 0,01 inch) haben,
  • (iii) jeweils einen Widerstand Re von l bis 10.000 W haben und
  • (iv) gemeinsam 10 bis 90 % der Oberfläche des Widerstandselements bedecken,
  • wobei (a) das Widerstandselement einen Widerstand Rcp hat, wenn es mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist, und die elektrische Einrichtung einen Widerstand Rh hat, wobei die Widerstände Re, Rcp und Rh gemessen werden, wenn die Elektroden erstmals mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden, wobei sich die gesamte Einrichtung auf einer einheitlichen Temperatur von 23 ºC befindet, (b) Rcp sowohl (i) kleiner als Re ist und (ii) 0,1 bis 1000 W beträgt, (c) Re mindestens 50 % von Rh ist und (d) das Verhältnis von Re zu Rcp mindestens 10:1 ist.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine elektrische Einrichtung der Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer elektrischen Einrichtung der Erfindung;
  • Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine Spiegelheizeinrichtung, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt ist.
    • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das Widerstandselement, das in Einrichtungen der Erfindung verwendet wird, weist ein leitfähiges Polymer auf, das aus einer polymeren Komponente besteht, in der ein teilchenförmiger leitfähiger Füllstoff dispergiert ist. Die polymere Komponente ist bevorzugt ein kristallines organisches Polymer oder ein Gemisch, das wenigstens ein kristallines organisches Polymer aufweist. Der Füllstoff kann Ruß, Graphit, Metall, Metalloxid oder ein diese aufweisendes Gemisch sein. Bei manchen Anwendungen kann der Füllstoff selbst Teilchen eines leitfähigen Polymers aufweisen. Solche Teilchen sind in der polymeren Komponente verteilt und behalten darin ihre Identität. Das leitfähige Polymer kann außerdem Antioxidantien, inerte Füllstoffe, Prorad, Stabilisatoren, Dispergiermittel oder andere Bestandteile aufweisen. Wenn das leitfähige Polymer auf ein Substrat in Form einer Farbe oder Paste aufgebracht wird, können Lösungsmittel ebenfalls ein Bestandteil der Zusammensetzung sein. Die Verteilung des leitfähigen Füllstoffs und anderer Komponenten kann erreicht werden durch Trockenmischen, Schmelzverarbeiten, Homogenisieren im Walzenstuhl, Kneten oder Sintern oder durch jedes Verfahren, bei dem die Bestandteile adäquat vermischt werden. Das Widerstandselement kann durch chemische Mittel oder durch Bestrahlen vernetzt werden.
  • Der bevorzugte spezifische Widerstand des leitfähigen Polymers bei 23 ºC hängt von den Dimensionen des Widerstandselements und der zu verwendenden Stromquelle ab, liegt aber im allgemeinen zwischen 0,1 und 100.000 W cm, bevorzugt 1 bis 1000 W cm, insbesondere 10 bis 1000 W cm. Bei elektrischen Einrichtungen, die zur Verwendung als Heizeinrichtungen geeignet sind und mit 6 bis 60 V Gleichspannung betrieben werden, beträgt der spezifische Widerstand des leitfähigen Polymers bevorzugt 10 bis 1000 W cm; wenn sie mit 110 bis 240 V Wechselspannung betrieben werden, ist der spezifische Widerstand bevorzugt ca. 1000 bis 10.000 W cm. Höhere spezifische Widerstände eignen sich für Einrichtungen, die mit Spannungen von mehr als 240 V Wechselspannung betrieben werden.
  • Die das Widerstandselement aufweisende Zusammensetzung zeigt PTC-Verhalten bei einer Schalttemperatur Ts, die als die Temperatur an dem Schnittpunkt der Geraden definiert ist, die tangential zu dem relativ flachen Bereich der logarithmischen Kurve des spezifischen Widerstands gegenüber der Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts und dem steilen Bereich der Kurve gezeichnet ist. Wenn das Widerstandselement mehr als eine Schicht aufweist, müssen die zusammengesetzten Schichten des Elements PTC-Verhalten zeigen. Die Schalttemperatur kann gleich wie oder geringfügig niedriger als die Schmelztemperatur Tm der leitfähigen Polymerzusammensetzung sein. Die Schmelztemperatur ist definiert als die Temperatur an der Spitze einer an dem Polymer gemessenen DSC-Kurve (Differential Scanning Calorimeter).
  • Der Ausdruck "Zusammensetzung, die PTC-Verhalten zeigt", wird in der vorliegenden Beschreibung verwendet, um 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 Zusammensetzung, 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. Bei manchen Anwendungen sollte die leitfähige Polymerzusammensetzung einen spezifischen Widerstand haben, der in dem Temperaturbereich Ts bis (Ts + 20)ºC, bevorzugt bis (Ts + 40)ºC, insbesondere bis (Ts + 75)ºC nicht abnimmt.
  • Das Widerstandselement ist laminar und weist wenigstens eine relativ flache Oberfläche auf. In Abhängigkeit von der gewünschten Flexibilität und dem gewünschten Widerstand der elektrischen Einrichtung kann das Widerstandselement jede geeignete Dicke haben, obwohl sie gewöhnlich zwischen 0,0025 und 0,25 cm (0,0001 und 0,10 inch) liegt. Wenn das Widerstandselement ein schmelzextrudiertes leitfähiges Polymer aufweist, liegt die Dicke zwischen 0,013 und 0,25 cm (0,005 und 0,100 inch), bevorzugt zwischen 0,025 und 0,13 cm (0,010 bis 0,050 inch), insbesondere zwischen 0,025 und 0,064 cm (0,010 bis 0,025 inch). Das leitfähige Polymer kann eine Polymerdickschichtfarbe sein. Wenn das leitfähige Polymer eine Po-lymerdickschicht aufweist, liegt die Dicke des Widerstands-elements zwischen 0,00025 und 0,013 cm (0,0001 bis 0,005 inch), bevorzugt zwischen 0,0013 und 0,0076 cm ((0,0005 bis 0,003 inch), insbesondere zwischen 0,0025 und 0,0076 cm (0,001 bis 0,003 inch). In solchen Fällen kann das Substrat, auf das die leitfähige Polymerschicht aufgebracht ist, eine Polymerfolie oder ein Polymerflächenkörper wie etwa Poly-ester oder Polyethylen, ein zweiter leitfähiger Polymerflä-chenkörper, ein Isoliermaterial wie Aluminiumoxid oder eine andere Keramik oder ein anderes geeignetes Material, bei-spielsweise Glasfasern, sein. Die Fläche des Widerstands-elements kann jede Größe haben; die meisten Heizeinrichtun-gen haben eine Fläche von 64,5 bis 1290 cm² (10 bis 200 in²).
  • Der Widerstandswert Rcp des Widerstandselements ist eine Funktion des spezifischen Widerstands der leitfähigen Polymerzusammensetzung, der Elektrodenstruktur und des Elektrodenwiderstands sowie der Geometrie des Widerstandselements. Für die meisten Anwendungen wird es bevorzugt, daß Rcp 0,1 bis 100 W, insbesondere 1 bis 100 W ist.
  • Die Elektroden der Erfindung dienen sowohl dazu, Strom zu führen, als auch dazu, Wärme durch I²R-Heizen zu liefern. Sie weisen im allgemeinen ein Material auf, das einen spezifischen Widerstand von 1,0 x 10&supmin;&sup6; bis 1 x 10&supmin;² W cm hat, und sind bevorzugt Metall oder ein Material, z. B. eine Farbe, das ein Metall aufweist. Ein bevorzugtes Material is Kupfer, insbesondere elektrochemisch abgeschiedenes oder kaltgewalztes Kupfer, das mit bekannten Techniken zu einer geeigneten Elektrodenstruktur geätzt worden ist. Weitere geeignete Materialien sind Dickschichtfarben, die auf das Widerstandselement gedruckt werden, oder Metalle, die auf das Widerstandselement im Vakuum aufgedampft oder durch Zerstäuben abgeschieden sind. Für die meisten Anwendungen werden die Elektroden zwar direkt auf das Widerstandselement gedruckt oder geätzt, aber in manchen Fällen können die Elektroden auf einer gesonderten Schicht abgeschieden werden, die dann auf das Widerstandselement laminiert wird.
  • Die Elektroden zeigen ZTC-Verhalten (ZTC = Temperaturkoeffizient Null des Widerstands) über den interessierenden Temperaturbereich. Der Ausdruck "ZTC-Verhalten" soll eine Zusammensetzung bezeichnen, deren spezifischer Widerstand um weniger als das Sechsfache, bevorzugt weniger als das Zweifache in jedem 30 ºC-Temperaturbereich unterhalb des Ts- Werts des Widerstandselements zunimmt. Das die Elektroden aufweisende Material kann PTC-Verhalten oder NTC-Verhalten (NTC = negativer Temperaturkoeffizient des Widerstands) bei Temperaturen oberhalb von Ts des das Widerstandselement aufweisenden leitfähigen Polymers zeigen. Die Widerstandsfestigkeit der elektrischen Einrichtung wird durch die Anwesenheit der Elektroden erhöht, die, weil sie im allgemeinen Metall aufweisen, weniger anfällig für Oxidation und andere Prozesse sind, die die Widerstandsfestigkeit des leitfähigen Polymers beeinflussen.
  • Die Elektroden können eine Struktur jeder Gestalt bilden, die eine akzeptable Widerstands- und Strombahn erzeugt, beispielsweise spiralförmig oder gerade sein, obwohl eine Serpentinenstruktur bevorzugt wird. Die Elektroden können auf entgegengesetzten Oberflächen des Widerstandselements oder auf derselben Oberfläche positioniert sein. Wenn die Elektroden auf entgegengesetzten Oberflächen vorhanden sind, kann es bevorzugt sein, daß sie einander direkt gegenüberstehen, so daß die Strombahn zu der Oberfläche des laminaren Widerstandselements im wesentlichen senkrecht ist und nur wenig Strom parallel zu der Oberfläche des Widerstandselements fließt. Die elektrische Verbindung mit den Elektroden wird an entgegengesetzten Enden der elektrischen Schaltung hergestellt. Diese "Enden" können physisch einander benachbart sein, jedoch elektrisch an entgegengesetzten Enden der Schaltung liegen.
  • Die Elektrodenstruktur kann 10 bis 99 % der gesamten laminaren Oberfläche des Widerstandselements bedecken. Bei den meisten Anwendungen, bei denen die Elektroden auf derselben Oberfläche des Widerstandselements liegen, sind wenigstens 30 %, bevorzugt wenigstens 40 %, insbesondere wenigstens 50 % der freiliegenden Oberfläche bedeckt, d. h. wenigstens 15 %, bevorzugt wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 25 % der Gesamtoberfläche sind bedeckt.
  • Um den maximalen Widerstandswert zu erhalten, sind die Elektroden für eine gegebene aufgebrachte Spannung bevorzugt so dünn wie möglich. Die durchschnittliche Dicke t ist 0,00025 bis 0,025 cm (0,001 bis 0,01 inch), bevorzugt 0,0013 bis 0,013 cm (0,0005 bis 0,005 inch). Für die meisten Anwendungen ist die Elektrodenbreite w 0,013 bis 25,4 cm (0,005 bis 10 inch), bevorzugt 0,013 bis 2,54 cm (0,005 bis 1 inch), insbesondere 0,025 bis 0,254 cm (0,010 bis 0,100 inch). Um die Ausgangsleistung an jeder Stelle an der Oberfläche des Widerstandselements zu ändern, kann die Breite der Elektrode oder der Abstand zwischen den Elektroden verändert werden.
  • Die Länge l jeder Elektrode kann zwischen 0,25 und 2,5 x 10&sup6; cm (0,1 bis 1 x 10&sup6; inches), bevorzugt zwischen 2,5 und 25400 cm (1 bis 10.000 inches), insbesondere zwischen 25,4 und 2540 cm (10 bis 1000 inches) liegen und hängt von der Funktion der elektrischen Einrichtung ab. Um die Widerstandscharakteristik der Elektroden zu verbessern, ist das Verhältnis der Länge zu der Breite der Elektroden wenigstens 1000:1, bevorzugt 1500:1, insbesondere 2500:1. Wenn die Elektrodenbreite entlang der Länge verschieden ist, wird die maximale Breite genutzt, um dieses Verhältnis zu bestimmen. Die resultierenden Elektroden haben jeweils einen Widerstandswert Re bei 23 ºC von 0,1 bis 10.000 W, bevorzugt 1 bis 1000 W, insbesondere 10 bis 1000 W. Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, die Breite der Elektrode in einem Ausmaß zu verändern, daß der Widestandswert pro Längeneinheit der Elektrode sich um wenigstens 5 %, bevorzugt wenigstens 10 %, insbesondere wenigstens 20 %, speziell wenigstens 25 % ändert.
  • Die elektrischen Einrichtungen der Erfindung sind so ausgebildet, daß ihr Widerstandswert Rh zwischen 0,1 und 10.000 W, bevorzugt 1 und 1000 W, insbesondere 10 und 1000 W liegt. Bei diesen Einrichtungen ist, wenn bei 23 ºC gemessen wird, Rcp kleiner als Re. Das Verhältnis von Re zu Rcp liegt zwischen 10:1 und 1000:1, bevorzugt wenigstens 100:1, und der Elektrodenwiderstand Re ist wenigstens 50 % von Rh, bevorzugt wenigstens 60 % von Rh, insbesondere wenigstens 70 % von Rh. Der hohe Elektrodenwiderstand dient dazu, den Einschaltstrom zu minimieren, wenn die elektrische Einrichtung eingeschaltet wird.
  • Elektrische Einrichtungen der Erfindung können als Heizeinrichtungen oder Schaltungsschutzeinrichtungen verwendet werden. Die exakten Dimensionen und Widerstands-Charakteristiken der Einrichtung sind abhängig von dem beabsichtigten Endgebrauch und der aufgebrachten Spannung. Eine bevorzugte Anwendung ist das Heizen von Spiegeln oder anderen Substraten, beispielsweise den Seitenspiegeln oder Rückspiegeln von Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen. Wenn die elektrische Einrichtung beispielsweise ein beheizter Spiegel ist, der einen Spiegel und eine Heizeinrichtung der Erfindung aufweist, ist die Heizeinrichtung an der Rückfläche des Spiegels angebracht. Bei Einrichtungen dieser Art weisen die Elektroden ein Material mit einem spezifischen Widerstand von 1 x 10&supmin;&sup6; bis 1 x 10&supmin;&sup5; W cm auf, sie haben jeweils eine Länge von wenigstens 254 cm (100 inches), sie haben jeweils ein Verhältnis von Länge zu Breite von wenigstens 1500:1, und sie haben jeweils einen Widerstand von 0,5 bis 200 W.
  • Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Einrichtung 1, die als eine Heizeinrichtung geeignet ist, bei der die Erfindung angewendet werden kann. Ein Elektrodenpaar 3, 4 gleicher Breite und Beabstandung bildet eine Serpentinenstruktur auf der Oberfläche eines Widerstandselements 2, das ein leitfähiges Polymer aufweist. Die elektrische Verbindung mit den Elektroden wird mit Hilfe von Flachsteckverbindern 5, 6 hergestellt.
  • Fig. 2 ist ein Querschnitt einer elektrischen Einrichtung, wobei die Elektroden 3, 4 auf entgegengesetzten Oberflächen des Widerstandselements 2 aus leitfähigem Polymer positioniert sind. Die Elektroden sind in bezug auf Breite und Beabstandung verschieden.
  • Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine elektrische Einrichtung, die zur Verwendung als Spiegelheizeinrichtung ausgebildet ist. Elektroden 3, 4 bilden eine Serpentinenstruktur auf einem Widerstandselement aus leitfähigem Polymer, und der Anschluß an eine Stromversorgung ist mit Hilfe von Verbindern 5, 6 hergestellt.
  • Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel verdeutlicht.
    • BEISPIEL
  • Leitfähige Polymerpellets wurden hergestellt durch Vermischen von 53,8 Gew.-% Ethylen-Acrylsäure-Copolymer (Primacor 1320, erhältlich von Dow Chemicals) mit 43,2 Gew.-% Ruß (Statex G, erhältlich von Columbian Chemicals) und 3 Gew.-% Calciumcarbonat (Omya Bsh, erhältlich von Omya Inc.). Die Pellets wurden extrudiert, um einen Flächenkörper mit einer Dicke von 0,025 cm (0,010 inch) herzustellen. Ein Widerstandselement von ungefähr 11,43 x 7,87 cm (4,5 x 3,1 inches) wurde von dem leitfähigen Polymerflächenkörper abgeschnitten.
  • Unter Verwendung einer Resistfarbe (PR3003, erhältlich von Hysol) wurde eine Elektrodenstruktur auf ein Substrat gedruckt, das 0,0018 cm (0,0007 inch) elektrochemisch abgeschiedenes Kupfer, laminiert auf 0,0025 cm (0,001 inch) Polyester (Electroshield C18, erhältlich von Lamart), aufwies. Nach dem Aushärten der Farbe in einem Konvektionsofen wurde die Struktur geätzt, wobei Kupferbahnen auf einem Kupferträger verblieben. Die Kupferbahnen bildeten zwei Elektroden, die jeweils ungefähr 0,048 cm (0,019 inch) breit und 508 cm (200 inches) lang waren und die eine Serpentinenstruktur gemäß Fig. 8 bildeten. Diese Elektrodenstruktur wurde auf eine Seite des leitfähigen Polymerflächenkörpers laminiert, und auf die andere Seite wurde ein Polyester/Polyethylen-Flächenkörper (thermoschweißfähige Polyesterfolie, erhältlich von 3M) von 0,0025 cm (0,001 inch) laminiert. Der elektrische Anschluß an die Heizeinrichtung wurde mit Hilfe von Flachsteckverbindern hergestellt.

Claims (10)

1. Elektrische Einrichtung (1), die aufweist:
(1) ein laminares Widerstandselement (2), das ein leitfähiges Polymer umfaßt, das (a) PTC-Verhalten zeigt, (b) aus einem organischen Polymer und, in dem Polymer dispergiert, einem teilchenförmigen leitfähigen Füllstoff zusammengesetzt ist und (c) eine Schmelztemperatur Tm hat, und
(2) zwei Elektroden (3, 4), die mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden können,
wobei die Elektroden an einer flachen laminaren Oberfläche des Widerstandselements angebracht sind und aus einem Material bestehen, das (a) einen spezifischen Widerstand von 1,0 x 10&supmin;&sup6; bis 1,0 x 10&supmin;² W cm hat und (b) ZTC-Verhalten bei Temperaturen unter Tm zeigt, wobei die Elektroden
(i) jeweils eine Länge l von 0,25 bis 2,54 x 10&sup6; cm (0,1 bis 1.000.000 inches) und eine Breite w von 0,013 bis 25,4 cm (0,005 bis 10 inches) haben, so das Längen/Breiten-Verhältnis mindestens 1000:1 ist,
(ii) jeweils eine Dicke von 0,00025 bis 0,025 cm (0,0001 bis 0,01 inch) haben,
(iii) jeweils einen Widerstand Re von 1 bis 10.000 W haben und
(iv) gemeinsam 10 bis 90 % der Oberfläche des Widerstandselements bedecken,
wobei (a) das Widerstandselement einen Widerstand Rcp hat, wenn es mit einer elektrischen Stromquelle verbunden ist, und die elektrische Einrichtung einen Widerstand Rh hat, wobei die Widerstände Re, Rcp und Rh gemessen werden, wenn die Elektroden erstmals mit einer elektrische Stromquelle verbunden werden, wobei sich die gesamte Einrichtung auf einer einheitlichen Temperatur von 23 ºC befindet, (b) Rcp sowohl (i) kleiner als Re ist und (ii) 0,1 bis 1000 W beträgt, (c) Re mindestens 50 % von Rh ist und (d) das Verhältnis von Re zu Rcp mindestens 10:1 ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei beide Elektroden auf der gleichen Oberfläche des Widerstandselements sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektroden auf entgegengesetzten Oberflächen des Widerstandselements sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Widerstandselement leitfähiges Polymer aufweist, das schmelzextrudiert worden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das leitfähige Polymer eine Polymerdickschichtfarbe ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens 60 % von Rh ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis von Re zu Rcp mindestens 100:1 ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden durch Ätzen einer kontinuierlichen Kupferschicht gebildet worden sind, um ein Serpentinenmuster zu erzeugen.
9. Beheizter Spiegel, der einen Spiegel und ein Heizelement aufweist, das an der Rückfläche des Spiegels angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
10. Beheizter Spiegel nach Anspruch 9, der ein Fahrzeugspiegel mit einem Heizelement ist, ein Heizelement aufweist und wobei die Elektroden (a) ein Material mit einem spezifischen Widerstand von 1 x 10&supmin;&sup6; bis 1 x 10&supmin;&sup5; W cm aufweisen, (b) eine Länge von mindestens 254 cm (100 inches) haben, (c) ein Längen/Breiten-Verhältnis von mindestens 1500:1 haben, und (d) einen Widerstand von 0,5 bis 200 W haben.
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