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DE2635000A1 - Selbsterhitzende gegenstaende mit gewebeelektroden - Google Patents

Selbsterhitzende gegenstaende mit gewebeelektroden

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Publication number
DE2635000A1
DE2635000A1 DE19762635000 DE2635000A DE2635000A1 DE 2635000 A1 DE2635000 A1 DE 2635000A1 DE 19762635000 DE19762635000 DE 19762635000 DE 2635000 A DE2635000 A DE 2635000A DE 2635000 A1 DE2635000 A1 DE 2635000A1
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DE
Germany
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layer
heat
object according
electrode
resistance
Prior art date
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Granted
Application number
DE19762635000
Other languages
English (en)
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DE2635000C2 (de
Inventor
Stephen Hunter Diaz
David August Horsma
Bernhard John Lyons
Robert Smith-Johannsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Raychem Corp
Original Assignee
Raychem Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/601,638 external-priority patent/US4177376A/en
Application filed by Raychem Corp filed Critical Raychem Corp
Publication of DE2635000A1 publication Critical patent/DE2635000A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2635000C2 publication Critical patent/DE2635000C2/de
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    • B29C66/7371—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the state of the material of the parts to be joined oriented or heat-shrinkable
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Description

DR.-ING. GERALD KLOPSCH 5OOO KÖLN 1
PATENTANWALT MARSPLATZ 11
28. Juli I976 Kl/En
Rayehern Corporation,
300 Constitution Drive, Menlo Park, California 9^025 (U.S.A.)
Selbsterhitzende Gegenstände mit Gewebeelektroden
Wärmerückstellfähige Gegenstände, die selbsterhitzend sind, können durch Einarbeitung wenigstens einer biegsamen, in ihren Dimensionen deformierbaren Gewebeelektrode in ein wärmerückstellfähiges Teil, das vorteilhaft eine elektrisch leitende Polymermasse enthält, erhalten werden. Dabei werden die Elektroden in das T-.;il eingearbeitet, bevor es in seiner, wärme instabilen Zustand deformiert wird. Als ein Ergebnis ihrer Biegsamkeit deformieren sich die Elektroden, wenn das wärmerückstellfähige Teil in seinen wärmeinstabilen Zustand deformiert wird, und stellen sich mit diesem in die wärmestabile Konfiguration zurück. Die Polyrermasse wird so gewählt, daß ihr Ohm'scher Widerstand hoch genug ist, daß, wenn die Elektroden in Reihe geschaltet mit einer elektrischen Kraftquelle verbunden sind, der durch die Masse hindurchgehende Strom diese erhitzt. Die so erzeugte Wärme kann dazu benutzt werden, um alle oder einen Teil der für die Rückstellung des Gegenstands erforderlichen Wärme zur Verfügung zu stellen, oder um den Gegenstand nach der Rückstellung als Heizvorrichtung zu verwenden. Falls gewünscht, kann eine Polymermasse mit positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (PTC) gewählt werden, wodurch die Maximumtemperatur,auf die sich der
V 0 9 8 0 9 / 0 3 1 S
Gegenstand selbst erhitzt, gesteuert werden kann.
Die Erfindung betrifft wärmerückstellfähige Gegenstände, insbesondere selbsterhitzende wärmerückstellfähige Gegenstände.
Polymere wärmerückstellfähige Gegenstände können z.B. in Rohrform als dichtende, isolierende oder schützende Überzüge für langgestreckte Gegenstände, z.B. Kabel und Rohre, verwendet werden. Ein Rohr aus wärmerückstellfähigem Mate- j rial wird über die Unterlage gestreift und auf Rückstelltem- j peratur erhitzt, wenn es auf einen kleineren Durchmesser schrumpft. Da das Rohr nachgiebig und elastisch bei der Rückstelltemperatur ist, schrumpft es und berührt das Substrat und nimmt hierdurch dessen Gestalt an.
In vielen Fällen steht kein freies oder leicht zugängliches Ende des langgestreckten Gegenstandes zur Verfügung, so daß ein wärmerückstellfähiges bandförmiges Material um das Substrat herumgewickelt und seine Enden verbunden werden. In Position wird diese Umwickelmuffe zwecks Rückstellung erhitzt Beispiele solcher Umwickeleinrichtungen für Unterlagen, bei denen kein Zutritt zu einem freien Ende besteht, sind in US-PS 3.379.2I8, 3^55.336 und 3.770.556 gegeben. Die oben beschriebenen wärmerückste11fähigen Gegenstände können passenderweise aus einer großen Vielzahl von vernetzten kristallinen Polymermassen erhalten werden. Geeignete Materialien und Verfahren für die Vernetzung, z.B. durch ionisierende Strahlung, und für die Überführung dieser Gegenstände in den wärmerückstellfähigen Zustand sind in der US-PS 3.086.242 beschrieben. Chemische Vernetzungsmittel, z.B. Peroxyde, können ebenfalls verwendet werden.
Um einen Gegenstand, der aus einer solchen Masse hergestellt ist, wärmerückstellfähig zu machen, wird er in seinen Dimensionen oberhalb des Kristallschmelzpunkts (oder Bereichs) deformiert und in diesem deformierten Zustand gehalten, bis
709809/0318
der Gegenstand unter den Schmelzpunkt abgekühlt ist. l.-n abgekühlten Zustand kann der Arjtikel als dimensionsinstabi i
bezeichnet werden, da er das sogenannte "elastische Gedächtnis" zeigt, wenn er ohne Hinderung wieder auf oberhalb des ' Kristallschmelzpunkts erhitzt wird, d.h. er wird zu seinen
ursprünglichen Abmessungen zurückkehren. In der rückgestellten Form wird der Gegenstand häufig als gegen Wärmeeinwir- : kung dimensionsstabil bezeichnet.
Die Rückstellung des wärmerückstellfähigen Gegenstands kann i geeigneterweise durch Anwendung von Hitze auf den Gegenstand '_ unter Verwendung eines Brenners oder einer Wärmepistole er- j zielt werden. In bestimmten Fällen jedoch, wenn beispiels- j weise die Zone, wo die Anwendung von Hitze erforderlich ist,
unzugänglich ist oder in einem Bereich liegt, wo offenes
Feuer gefährlich oder verboten ist, wie in Bergwerken, wo j große Mengen von entzündlichen Gasen vorhanden sein können, I ist die Behandlung mit solchen Mitteln unerwünscht oder so- j gar unmöglich. Unter diesen Umständen können leitfähige PoIy-J mere als wärmerückstellfähiges Material in wärmerückstell- : fähigen Gegenständen angewendet werden. Ein Gegenstand aus · einem leitenden Polymeren wird als V/iderstandsheizung in |
ι einen elektrischen Leiterkreis verdrahtet und nach Verbindung!
mit einer Kraftquelle, z.B. einei* 12 bis 24 oder sogar ^6
Vclt-Batterie oder einer Wechselstromquelle (z.B. von 115 ■ Volt), fließt Strom durch den Gegenstand. Als Ergebnis sei- ; nes Ohm1 sehen Widerstandes erhitzt er sich, worauf diese '. Hitze teilweise oder ganz als für die Rückstellung des Gegenstandes erforderliche Wärme Anwendung finden kann. Wenn
auf zu hohe Temperatur erhitzt wird, unterliegt das Polynermaterial der Zersetzung. Empfindliche Bestandteile, die durch den Gegenstand abgeschirmt werden, können ebenfalls zerstört
werden, obwohl das Ausmaß der Schädigung durch Augenschein
nicht sichtbar zu sein braucht.
Um zu hohe-Temperaturen zu vermeiden, werden Thermostaten
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oder andere Kontroll einrichtungen verwendet. Jedoch vlr·: in vielen Fällen hierdurch der Zweck der Verwendung --er. reTlsterhit^enden wärrnerüokstellfähigen Gegenständen veri'f '·./. 1Z, inderr sperrige und teuere Bauelemente an Stellen an^o-'B-ndetwerden müssen, die häufig unzugänglich sind. Es wurde bereits vorgeschlagen, diese zusätzlichen Bauelemente dur^h Verwendung einer Polymermasse zu eliminieren, die einen oositiven Temperaturkoeffizienten des-Widerstandes zeigt CpTC). Solche Massen werden als PTC-Massen bezeichnet.
Geeignete Massen enthalten ein organisches thermoplastisches ' Polymer, insbesondere ein kristallines Polymer, das Kohlenstoff oder einen anderen feinteiligen Leiter, z.B. ein feinverteiltes Metall, enthält. PTC-Massen unterliegen einem re- · lativ kleinen Anstieg des Widerstandes mit steigender Temperatur, bis eine bestimmte Temperatur T (die ein Temperatur-
bereich sein kann),manchmal als Schalt- oder Anomali^ätstemperatur bezeichnet, erreicht ist. Oberhalb von T resultiert ein weiterer Temperaturanstieg in einem großen Anstieg des Widerstands. Der Anstieg des Widerstands kann so scharf sein,· daß der Strom auf ein Niveau abfällt, das die Temperatur der Masse auf ihre T -Temperatur begrenzt. Für kristalline Polymere liegt T bei oder gerade unterhalb des Kristallschmelzpunkts oder -bereichs.
Wenn eine PTC-Masse als Bestandteil eines selbstheizenden wärmeruckstellfähigen Gegenstands verwendet wird, kenn sie effektiv die T'--rnper?it-.ir, auf dip der npf-pnstand ^r ■:'*.·':. --Ir1O begrenzen. Geeignete PTC-Massen sind in US S.N. 601.659 vom 4.8.1975 und der deutschen Patentanmeldung P 25 43 346.9 vor. 29«9.I975 beschrieben. Die Anwendungstypen von solchen oben vorgeschlagenen wärmeruckstellfähigen Gegenständen sind kürzlich beschränkt worden, weil bei den meisten Bauarten der wärmerückstellfähige Gegenstand mit einer Vielzahl von Elektroden, im allgemeinen Paaren von in wesentlichen parallelen Drähten, versehen sein muß. Der Gegenstand kann daher nur in
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seinen wärme instabilen Zustand durch Deformation ir. ein-r· Richtung senkrecht zur Richtung, in der die Elektroden : .'.geordnet sind, deformiert werden. Diese Tatsache hat die r.Uteilchen Gestaltungsmöglichkeiten für selbsterhitzende wärmerückstellfähige Gegenstände signifikant beschränkt.
D'.e S-'findung betrifft einen wärmerückstellfähigen flf^ör.-stand, der ein wärmerückstellfähiges Teil aufweist, welches ein Material mit elektrischem Widerstand enthält, in das wenigstens eine biegsame Gewebeelektrode und eine zweite "Elektrode eingearbeitet ist, wobei die Elektroden nach Vorbindung mit einer Stromquelle im Stande sind, Stromfluß durch das Material mit elektrischem Widerstand zu verursachen.
Die zweite Elektrode kann in das Widerstandsmaterial eingearbeitet sein, kann in Berührung mit dem wärmerückste11fähigen Teil, z.B. als Substrat, stehen oder kann in ein zweites Teil eingearbeitet sein, das dem wärme rückstell fähigen T^-il benachbart ist. Die zweite Elektrode kann aus einer. S reifen ■ oder Gitter aus Metall bestehen, vorausgesetzt, da2 hierdurch nicht die Deformation des rückstellfähigen Gegenstandes zwischen seinem anfänglichen, dem wärmerücksteilfähigen und dem wärmerückgestellten Zustand behindert wird. Vorteilhaft besteht die zweite Elektrode aus einer biegsamen Gewebeelektrode, die in das Widerstandsmaterial eingearbeitet ist.
Das wärmerüclcstelIfahige Teil weist vorteilhaft eine Polyrner-i masse mit ausreichend leitfähigem Füllstoff auf, z.E. feinteiligem Ruß oder Metall, so daß es imstande ist, elektrischen Strom bei konstanter Spannung zu leiten, z.~i. bei 12 bis J56 Volt von einer Batterie oder 115 Volt-Wechselstrom. Die Masse sollte ebenfalls einen ausreichenden Chm1snhen 'Widerstand aufweisen, damit die erzeugte V/ärrne imstande ist, die Rückstellung des wärmerückstellfählgen Teils, das mehrere Millimeter dick sein kann, zu bewirken. Es gibt /,ahlreiche geeignete Polymere zur Verwendung in diesen Massen, insbe-
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sondere sind vernetzte kristalline Polymere, z.B. diejenigen der US-PS 3.086.242, nützlich. Ein Gegenstand, der aus einem solchen Polymeren hergestellt ist, kann oberhalb des Kristallschmelzpunkts oder -bereichs (nachfolgend "Kristall r-hnri 7_ ! punkt" bezeichnet) deformiert werden und in dem deformierten Zustand bis zur Abkühlung gehalten werden, um den Gegenstand ί wärmerückstellfähig zu machen.
Vorzugsweise weist das wärmerückstellfähige Teil wenigstens
eine Schicht eines leitenden Polymeren, wie oben beschrieben,; auf.
Die Schicht oder die Schichten können entweder ein konstan- · tes Watt-Verhalten oder einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen. Vorzugsweise zeigt ein für
eine wärmerückstellfähige Membran verwendetes PTC-Materlal
wenigstens einen 6-fachen Anstieg des Widerstandes in. einem ; B-reich von J5O°C oberhalb von T auf. Ein Material mit kon- !
stanter Watt-Leistung hat einen Widerstand, der rr.it der Tem- j peratur ansteigen kann, der jedoch keine Temperatur aufweist,! bei der sein Widerstand so schnell ansteigt, daß es für die ' meisten Zwecke ein Isolator wird. Innerhalb des Zusammenhangs! dieser Anmeldung wird als ein Material mit konstanter Watt-Leistung ein Material angesehen, dessen Widerstand nicht um '< einen Faktor von mehr als annähernd 6 in jedem Temperaturbe- \ reich von 300C zwischen 25°C und dem Schmelzpunkt des Poly- ; meren oder einer höheren Temperatur, wenn das Polymere zwecks! Verleihung von Strukturstabilität oberhalb des Schmelzpunkts j vernetzt wurde, ansteigt. Vorzugsweise weist es einen spezi- ! fischen V/iderstand von wenigstens 1 Ohm/Querschnittseinheit ■ (I^/square) bei 25°C auf.
Für die Zwecke der Erfindung geeignete Materialien mit konstanter Watt-Ieistung sind bekannt. In vielen Fällen können
die in PTC-Massen verwendeten Polymeren in Massen konstanter Watt-Leistung verwendet werden, indem in das Polymere ein
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größerer Anteil eines leitenden Füllstoffs als bei PTC-:·'.assen eingearbeitet wird. Wenn die T von Massen, die PTC-Charakter
aufweisen, groß genug ist, können diese Massen als Materialien konstanter Watt-Leistung verwendet werden. Die Einzelheiten, die PTC-Materialien und Materialien konstanter V.'att-Leistung, die in wärmerückstellfähigen Gegenständen gemäß ; der Erfindung geeignet sind, charakterisieren, sind in j US S.N. 6OI.638 und der niederländischen Patentanmeldung ; Nr. 75/II.392 beschrieben.
Vorteilhaft enthält die dehnbare Gewebeelektrcde verlitztes
Material aus jedem beliebigen geeigneten leitfähigen Material. Vorzugsweise sind die Litzen hergestellt aus einem Ma- ; terial mit niedriger spezifischer Leitfähigkeit, welches j niedrig im Preis ist, z.B. verlitzter Kupferdraht und vor- i zugsweise 28 bis 40 Gauge-Draht-Litze. Litzen aus anderen
Metallen einschließlich Legierungen und a\is zv.ei K r-ipononten · bestehenden Metallitzen, Verbundmaterialien aus Xete.ll und °a-Iy.Tier fasern, metallbeschichtete Polymerfasern oder leitende
Kohlenstoffasern können ebenfalls verwendet werden.
Die Gewebeelektrode muß ausreichend biegsam sein, Ίί~1™, wenn sie in die Polymermasse eingearbeitet wird, in ihren Acmes- · sangen in gleichem Ausmaß deformiert werden kann, wie die
Masse, wenn letztere auf oberhalb des Kristallschmeizpun^ts
erhitzt wird, um sie wärmerückstellfähig zu machen, wie in
US-PS 3.086.242 beschrieben. ;
Zusätzlich sollte die Elektrode die Rückstellfähigkeit des
wärmerückstell fähigen Teils, wenn dieses erhitzt wird, nicht wecentlich behindern. Solche Elektroden sind vorteilhaft imstande, sich um wenigstens 100 % in ihren Abmessungen, z.B.
in Lange und Breite oder, wenn sie rohrförmig sind, in Durchmesser und/oder Länge, bezogen auf den wärmestabilen Zustand, zu ändern, vorzugsweise um wenigstens 300 #. Jedoch ist jedes Gewebe, das mit dem wärmerückstel!fähigen Gegenstand zwischen
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seinem Anfangs zustand dem rückstellfähigen Zustand und ie:n rückgestellten Zustand deformiert werden kann, fir die Z.-.ecke der Erfindung geeignet. Die Eignung eines gegebener: I-'.aterials kann daher leicht durch simple Routineexperimente für jeden Einzelfall bestimmt werden.
Geeignete Elektrodengewebe können durch bekannte Techniken, z.E. Weben, Wirken oder Klöppeln,hergestellt werden. Von diesen wird Umklöppeln bevorzugt, weil bei Verwendung diese:1 Technik Elektroden mit guter Nachgiebigkeit oder Flexibilität erhalten werden. Bevorzugt lassen sich diese Elektroden leicht bei dem Deformationsprozeß, der die Polyir.ermasse wärmerückstellfähig macht, dehnen und weisen weiter ein Mi- ' nimurr; an Widerstand gegen die Rückstellung des wärmerückstellfähigen Teils auf. Vorteilhaft bestehen umkloppelte ϊ Elektroden aus rohrförmigen L'tzen, die bevorzugt um einen [ Kern aus thermoplastischem Material herum geflochten oder geklöppelt sind. Eine rohrförmige Umklöppelung mit einem hohen Klöppelwinkel, bezogen auf die Achse des Rohres, z.B. von einem Winkel größer als annähernd 50 und vorzugsweise ; annähernd 75 sind besonders vorteilhaft. Eine geeignete Umflechtunp wird unter Verwendung von 16 Trägern aus je 4· Litzen von verzinntem Kupferdraht (38 AWG = american wire · gauge) bei einem Flechtwinkel von 75° um einen zylindrischen ' Kern erhalten, der rohrförmig ist und aus einem leitenden oder nicht leitenden thermoplastischen Material besteht, und · einen Auäendurchmesser von 0,64 cm hat. Vorzugsweise besteht ; der zylindrische Kern aus einem leitfähigen Material, das mit dem Polymeren, aus d^m das wärmerückstellfähige Teil hergestellt ist, verträglich ist. Gewöhnlich wird das umflochtene Rohr auf oberhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Kerns erhitzt und dann flachgedrückt, wobei darauf geachtet wird, daß ein Verstrecken der Umflechtung im Verlauf dieser Deformation vermieden wird. Für einige Zwecke, z.B. wenn es erwünscht ist, daß das Rohr radial ausdehnbar ist anstelle einer Längsdehnbarkeit, können niedrigere Um-
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flechtungswinkel angewendet werden. Die Umflechtungseigenschaften eines radial expandierten Rohrs sind in der U3-P3 3.253.619 beschrieben.
Die 2'findung wird nun in größeren Einzelheiten anhand der Zeichnungen beschrieben, worin Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer umflochtenen Elektrode, Figuren 2, 3 und 5 bis 7 perspektivische Ansichten von fünf verschiedenen Ausführungsformen von wärmerückstellfähigen Gegenständen gemäß der Erfindung und Figur 4 eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenbaueinheit darstellen.
In Fig-ir 1 weist die umflochtene Elektrode 10 eine rohrförmige Umflechtung 11 auf, die über einen hohlen rohrförmigen Kern 12 gevrickelt ist. In Figur 2 weist der- wärmerückstellfähige Gegenstand I3 eine Vielzahl von Elektroden 10 nach dem Flachdrücken auf, die in eine Schicht 14 aus einer PTC-Xasse, wie vorstehend beschrieben, eingebettet sind. Die Elektroden 10 haben eine gemeinsame Grenze mit der PTC-Schicht. Benachbarte Elektrodenpaare 10 sind in Serie zu einer Stromquelle 15 geschaltet.
Im Betrieb wird Strom zwischen die Elektroden durch dirj FTC-Masse geleitet. Nach Erzeugung einer ausreichenden Wärme wird die Rückstellung des Gegenstands I3 bewirke. Die PTC-Sohicht 14 ist sowohl in einer als auch in zwei Richtungen deformierbar, d.h. in einer Richtung, um die Trennung der Elektroden zu bewirken und/oder in einer Richtung, um eine Dehnung des Gegenstands I3 längs der Achse der Elektroden zu bewirken, um Wärmerückstellfähigkeit zu verleihen. Eine i
herkömmliche starre Elektrode erlaubt eine Deformation nur i in einer Richtung auf die Trennung der Elektroden 10. Da die [ Trennung der Elektroden den Stromweg verlängert und dadurch den Widerstand des Gegenstands 13» wird hierdurch die Energieabgabe des Gegenstands I3 in expandierten Zustand begrenzt.
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- Io -
Da die Schicht 14 des Artikels I^ eine PTC-Masse enthält:, wird das Erhitzen begrenzt, wenn die T -Temperatur des ?o-
lymeren in der Masse erreicht wird. Der Gegenstand ist da- ; her selbsterhitzend und imstande, vorteilhaft als eine Heiz-, einrichtung nach der Rückstellung zu funktionieren, unabhängig davon, ob das Vermögen zur Selbsterhitzung zur Ver- ,
anlassung der Rückstellung des Artikels verwendet wird.
In Figur j5 weist der wärmerückstellfähige Gegenstand 50 j zwei Schichten von Elektroden 10 auf, die in eine Schicht 14 aus einer PTC-Polyreermasse eingebettet sind. Die Elektroden 10 in der oberen Schicht sind parallel miteinander und in ' Reihe mit denen der unteren Schicht durch die Polymerschicht: verbunden. Eine Schicht von Elektroden 10 ist in Figur 4 vor: der Einarbeitung in den wärmerückstellfähigen Gegenstand dar-* gestellt. Jede Schicht hat an beiden Enden eine Verteiler- · elektrode 16. Die Verteilerelektroden 16 sind Gewebeelektro- ; den und können an den Elektroden 10 haften, indem ihr ther- · moplastischer ?Cern auf oberhalb des Erweichungspunkts er- '; hitzt und sie zusammengepreßt werden, oder durch übliches ; Punktschwei3en oder Löten. Die Verteilerelektroden 16 werden : verwendet, urn die Energie zu den Elektroden 10 jeder Schicht j zu verteilen. Der wärmerückstellfähige Gegenstand JO kann ! entlang und/oder senkreicht zur Längsachse der Elektroden 10 ; verformt werden.
Die wärmerückstellfähigen Gegenstände der Figuren 2 und 3 können anstelle einer PTC-Masse eine Polymermasse mit konstanter Watt-Leistung enthalten.
In Figur 5 enthält der wärmerückstellfähige Gegenstand 17 einen Sstz Elektroden 10, die in eine Schicht 18 einer Polymermasse mit konstanter Watt-Leistung eingebettet sind, sowie einen zweiten Satz von Elektroden 10, die in eine Schicht 19 einer PTC-Polymermasse eingebettet sind.
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Tn Figur 6 ist ein wärmerückstellfähiger Gegenstand gesagt, der drei Schichten von Polymermassen enthält. Zv;ei Sätze von Elektroden 10 sind in zwei Schichten 21 und 22 eines FoV/nerrr.aterials konstanter Watt-Leistung eingebettet, die sanrivrichartig eine Schicht 23 aus einem PTC-Polymermaterial einschließen.
In einem wärmerückstellfähigen Gegenstand, in dem lediglich dünne Filme von PTC-Massen verwendet werden, und der Strcm in der Ebene des Films fließt, wurde gefunden, daß selbst s bei mäßigen Energieabgaben das Phänomen der "Heißlinie" auftritt, wo lediglich ein schmales Band der PTC-S:-hicht als Heizeinrichtung funktioniert. Dieses Problem wurde in der | bereits genannten US-Anmeldung 601.638 diskutiert. '
Die Temperatur T , bei der der Widerstand eines PTC-Materi-ils
scharf ansteigt, liegt bei oder unterhalb des Kristallschnelzpunkts für kristalline Polymere. Diese Polymere unterliegen, wenn sie in einer wärmerückstellfähigen Form vorliegen, der Rückstellung oberhalb ihres Kristallschmelzpunktes, und eine ausreichende Beweglichkeit für eine wirksame Rückstellung erfordert Temperaturen, die wenigstens 1O°C oberhalb des Kristallschmelzpunkts liegen. Ein Schichtsystem, wie z.B. in Figur 5 oder 6 gezeigt, weist einen relativen Widerstand zwischen der Schicht oder den Schichten von Material kon-
stanter Watt-Leistung und der Schicht aus PTC-Material auf, so daß die Schicht konstanter Watt-Leistung sich zuerst er- : hitzt, wenn ihr Widerstand höher ist als der Widerstand der -. Schicht der PTC-Masse. Der Gegenstand kann so oberhalb von T erhitzt werden, indem das Material konstanter Watt-Leistung rasch erhitzt wird, bevor Wärmeleitung die Temperatur der PTC-Masse auf T erhöht und hierdurch den Stromfluß unterbricht.
Eine wirkungsvollere Methode zur Überwindung der Nachteile .der "Heißlinie" wiri in der US-Anmeldung 604.427 beschrieben. Der dort beschriebene Gegenstand hat eine Struktur, in der
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eine einen relativ geringen Widerstand aufweisende, t!ie—Tisch isolierte Schicht aus Material konstanter W;;ttleii:tunr. zischen einer Heizschicht aus einem Material konstanter Ί *:t-Leistung und einer Schicht aus PTC-Masse angeordnet ist, wie Figur " zeigt. Der wärmerückstelIfähige Gegenstand ?4 enthält eine Schicht 25 aus Material konstanter Vatt-Lois.t-mg mit relativ hoherr. Widerstand, eine wärmeisolierende Gchicht 26 von relativ geringem Widerstand und eine Schicht 27 einer PTC-Masse von mittlerem Anfangswiderstand. D'. e Schicht 26 kann aus einem geschäumten Pclymermaterial hergestellt sein, so daß sie gute thermisch isolierende Eigenschaften aufweist. Wenn Strom angelegt wird, wird die Schicht 25 erhitzt, die Schicht 27 ist jedoch thermisch abgeschirnt durch die Schicht 26 und ihr Temperaturanstieg bleibt hinter dem der Schicht 23 zurück. Diher kann die Schicht 25 auf oberhalb des Kristallschmelzpunkts des wärmerückstellfähigen Teils erhitzt werden, bevor die Energie dadurch abgeschnitten wird, daß die' Temperatur der PTC-Masse T erreicht. Thermische Leitfähigkeitseffekte erlauben, daß der gesamte Gegenstand schließlich auf oberhalb der Rückstelltemperatur erhitzt wird, d.h. den Kristallschmelzpunkt um einen Betrag, der eine wirksame Rückstellung sicherstellt. Die Schicht 25 kann auch aus einem PTC-Material bestehen,vorausgesetzt, daß dieses eine höhere
T hat als Schicht 27.
s
Es "nüssen nicht alle Schichten eines vielschichtigen wärme- , rückstellfähigen Gegenstandes wärmerückstellfähig sein, vor-j ausgesetzt, da? wenigstens eine Schicht wärmerückstellfähig ist und eine ausreichende "Standfestigkeit" aufweist, um die anderen Schichten in dem deformierten Zustand zu halten, oder daß die Schicht eine ausreichende Rückstellkraft hat, die die anderen Schichten in Richtung auf die wärmestabile Konfiguration zwingt. In diesem Fall brauchen die anderen Schichten nicht wärmerückstellfähig zu sein.
Bei der Ausführungsform sind die Elektroden 10 in einer
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Schicht aus einer Pclymermasse eingebettet. Diec wird vorteilhaft erreicht durch Anordnung der Elektroden zwischen zwei polymere Unterschichten, die anschließend rriteinander verbunden werden, z.B. Unterschichten, die auf oberhalb ihres Erweichungspunkts erhitzt worden sind und unter Verwendung von Laminierrollen laminiert worden sind.
Obwohl die gezeigten Gegenstände relativ planar sind, können auch Gegenstände von regulärer oder unregelmäßiger Bauweise hergestellt werden. Z.B. können rohrförmig^ Gegenstände mit einer Vielzahl von in dem Rohr angeordneten Ge^'ec^le'rCtr: und/oder mehreren Schichten entweder parallel zur L"n£\3 des Rohrs oder senkrecht hierzu angewandt werden. Eir. besonders bevorzugter Gegenstand wird in der US-Patentanmeldung 601.3^"+ und in der deutsehen Patentanmeldung P 25 ^3 JJ53.9 beschrieben. Alternativ kann die rohrförmige Struktur um eine zylindrische Leitung angeordnet werden und nach der Installation dazu benutzt werden, das Innere der Leitung, zu erhitzen, um Einfrieren oder Aussalzen von Feststoffen zu verhindern.
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Claims (20)

Patentansprüche
1) JSelbsterhitzender Gegenstand, gekennzeichnet durch ein Teil, welches ein Material mit elektrischem Widerstand enthält, sowie wenigstens eine biegsame Gewebelektrode und eine zweite Elektrode, wobei die Elektroden nach Ver-j bindung mit einer elektrischen Kraftquelle im Stande sind Stromfluß durch das Material mit elektrischem Widerstand zu bewirken.
2) Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Widerstandsmaterial enthaltende Teil in den wärmerückstellfähigen Zustand überführt werden kann.
3) Gegenstand nach Ansprühe 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den elektrischen Widerstand enthaltende Teil wärmerückstellbar ist.
4) Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das elektrische Widerstandsmaterial enthaltende Teil im rückgestellten Zustand vorliegt.
5) Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebelektrode und die zweite Elektrode in das Material mit elektrischem Widerstand eingearbeitet sind.
6) Gegenstand nach Ansprüchen 1-5» gekennzeichnet durch ein Paar von biegsamen Gewebelektroden, die in dem Material mit elektrischem Widerstand eingearbeitet sind.
7) Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebelektrode aus einer gewebten, gewirkten oder ge flochtenen bzw. geklöppelten Elektrode besteht.
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8) Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da3 ! die Gewebeelektrode eine rohrförmige Umflechtung aufweist.}
9) Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Umflechtung über einen Kern aus thermoplastischem Material angeordnet ist.
10) Gegenstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Hohlrohr ausgebildet ist.
11) Gegenstand nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Umflechtung einen Umflechtungswinkel relativ zur Rohrachse von wenigstens 50°, vorzugsweise von wenigstens 75°* aufweist.
12) Gegenstand nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gewebeelektrode, bezogen auf die Abmessung im wärmestabilen Zustand, um mehr als 100 #,vorzugsweise wenigstens 300 fo in ihrer Dimension veränderlich ist.
13) Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode aus Kupferdrahtlitze besteht.
Gegenstand nach Anspruch I3, gekennzeichnet durch eine Kupferdrahtlitze einer Gauge im Bereich von 28 bis 40.
Gegenstand nach Ansprüchen 1 bis 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellfähige Teil eine Schicht aus einer Polymermasse aufweist, in die feinteiliger leitfähiger Füllstoff eingearbeitet ist.
16) Gegenstand nach Anspruch 15,. dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellfähige Teil eine Schicht eines Materials mit konstanter Watt-Leistung enthält.
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17) Gegenstand nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellfähige Teil eine Schicht eines Materials mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands enthält.
18) Gegenstand nach Anspruch 15 oder l6, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellfähige Teil eine erste Schicht eines Materials mit konstanter Watt-Leistung und eine zweiite Schicht eines Materials mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist, wobei Jede Schicht we- [ nigstens eine Gewebeelektrode enthält, die nach Verbindung: mit einer elektrischen Kraftquelle Stromfluß von einer !
Schicht zur anderen veranlaßt.
19) Gegenstand nach Anspruch I5 oder 16, dadurch gekennzeich- j. net, daß das wärmerückstellfähige Teil eine erste Schicht · mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstand des aufweist, die zwischen zwei zweiten Schichten mit koni stanter Watt-Leistung geführt ist, deren jede Schicht we-j nigstens eine Gewebeelektrode enthält, die nach Verbindung mit einer Stromquelle Stromfluß von einer zweiten zur anderen zweiten Schicht veranlassen.
20) Gegenstand nach Anspruch 1 δ, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material konstanter Watt-Leistung sandwich-artig zwischen einer erster Schicht eines Materials konstanter Watt-Leistung und einer zweiten Schicht eines Materials mit positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, die beide wenigstens eine Gewebeelektrode enthalten, angeordnet ist, deren Widerstand geringer ist als der der ersten Schicht konstanter Watt-Leistung und der zweiten Schicht aus Material mit positiven Temperaturkoeffizienten.
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