DE69625864T2

DE69625864T2 - Elektrische Schutzschaltungskreisvorrichtung, die leitende PTC Flüssigkristallpolymerverbindungen enthält

Info

Publication number: DE69625864T2
Application number: DE69625864T
Authority: DE
Inventors: Xiaoyun Lai; Selami Pusatciouglu; Schoch, Jr.; James David Blackhall Smith
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2016-08-10
Also published as: EP0762437A3; EP0762437A2; DE69625864D1; JPH0969420A; US5691689A; CN1149746A; EP0762437B1; KR100395840B1; CN1090374C; ES2188726T3; KR970012803A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Schutzeinrichtungen für elektrische Schaltungen, und insbesondere bezieht sie sich auf Schutzeinrichtungen für elektrische Schaltungen, die ein PTC-Element aufweisen, das zusammengesetzt ist aus einer PTC-leitenden Flüssigkristallpolymerzusammensetzung. Die Erfindung bezieht sich auch auf das Gebiet von elektrisch leitenden PTC- Polymerzusammensetzungen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen Zustand mit relativ geringem Widerstand haben, in welchen sie leicht Strom unter stabilen Bedingungen leiten, welche jedoch ein sogenanntes PTC-Verhalten (positiver Temperaturkoeffizient des Widerstands) zeigen, d. h. welche schnell in einen Zustand mit relativ hohem Widerstand übergehen aufgrund von Selbsterwärmung des PTC-Polymers über eine Schalttemperatur zum begrenzen der Stromleitung durch das selbe hindurch auf einen sicheren Wert, wenn sie Überstrombedingungen ausgesetzt sind. Des Weiteren kühlen sich die PTC- Polymerzusammensetzungen beim Verschwinden bzw. Zerstreuen der Überstrombedingungen und kehren automatisch zurück zum Zustand mit geringem Widerstand, so dass eine Stromleitung durch sie hindurch wieder aufgenommen wird. Diese Erfindung findet Anwendung in einer automatisch zurücksetzbaren Sicherung oder einem Strombegrenzer für Überstromschutz.

2. Hintergrund der Erfindung

Leitende Polymerzusammensetzungen, die ein Verhalten mit positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstands (PTC) zeigen, und elektrische Einrichtungen, die PTC-leitende Polymerzusammensetzungen aufweisen, sind in breiter Verwendung. Die PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen umfassen allgemein leitende Teilchen, wie beispielsweise Kohlenstaub bzw. Kohlenruß, Graphit oder Metallteilchen, die in einer Polymermatrix verteilt sind, wie beispielsweise ein kristallines oder nicht kristallines thermoplastisches Polymer, ein elastomeres Polymer oder ein thermisch aushärtendes Polymer. Ein PTC-Verhalten in einer leitenden Polymerzusammensetzung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Material einen scharfen Anstieg im Widerstand erleidet, wenn die Temperatur über einen besonderen Wert steigt, der ansonsten bekannt ist als die Anomalie- oder Schalttemperatur Ts. Bei normalen Temperaturen bilden die leitenden Teilchen in der Polymermatrix Ketten zum Erzeugen einer Polymerzusammensetzung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit. Typischerweise ist der Anfangswiderstand von PTC-leitenden Polymeren im Bereich von ungefähr 25 bis 100.000 Ohm/cm bei Temperaturen unterhalb der Schafttemperatur Ts, wobei die untere Grenze auf dem Erfordernis basiert, dass bei Temperaturen über Ts das PTC-Material ein Isolator sein soll, und wobei die obere Grenze auf dem Erfordernis basiert, dass bei Temperaturen unterhalb Ts das PTC-Material ein Leiter sein soll. Materialien, die PTC-Verhalten zeigen, sind in einer Anzahl von Anwendungen nützlich, was elektrische Schaltungsschutzeinrichtungen umfasst, in welchen die Größe des durch eine Schaltung gehenden Stroms durch die Temperatur eines PTC-Elements gesteuert wird, das einen Teil der Schaltung bildet.
Besonders nützliche Bauteile bzw. Einrichtungen, die PTC-leitende Polymere aufweisen, sind elektrische Schaltungsschutzeinrichtungen. Solche Schaltungsschutzeinrichtungen enthalten für gewöhnlich ein PTC-Element das zwei Elektroden aufweist, die in einem PTC-leitenden Polymer eingebettet sind. Beim Verbinden mit einer Schaltung haben die Schaltungsschutzeinrichtungen einen relativ geringen Widerstand unter normalen Betriebsbedingungen der Schaltung, jedoch werden sie ausgelöst, d. h. in einen Zustand mit hohem Widerstand umgewandelt; wenn ein Fehlerzustand, beispielsweise übermäßiger Strom oder Temperatur, auftritt. Wenn die Schaltungsschutzeinrichtung durch übermäßigen Strom ausgelöst wird, bewirkt der Strom, der durch das PTC-Element hindurch geht eine Selbsterwärmung desselben auf seine Übergangstemperatur oder Schalttemperatur Ts, bei welcher ein schneller Anstieg seines Widerstands stattfindet, um es so in einen Zustand mit hohem Widerstand überzuführen. Die Schalttemperatur Ts kann in Beziehung stehen zu einer Glasübergangstemperatur Tg oder einer Kristallschmelztemperatur Tm des leitenden Polymers.
Der Anstieg des Widerstands ist begleitet von einer Ausdehnung des PTC- Elements entlang einer Ausdehnungsachse beim Ansteigen der Temperatur durch die Polymerglasübergangstemperatur (T9). Der Widerstand des PTC-Elements steigt weiter an beim Anstieg der Temperatur über Ts bis er einen maximalen Widerstand bei seiner Spitzenwiderstandstemperatur erreicht und der Widerstand danach mehr oder weniger schnell abfällt. Nachdem der übermäßige Strom beseitigt ist, kehrt das PTC-Element thermisch zurück und kühlt sich selbst, um zum Zustand mit geringem Widerstand zurückzukehren, indem sich die leitenden Teilchen rekombinieren zum Wiederherstellen von Leitungswegen zur Wiederaufnahme der Stromleitung.
Repräsentative elektrische Schaltungsschutzeinrichtungen und PTC-leitende Polymerzusammensetzungen zur Nutzung in den Einrichtungen sind beispielsweise in den U.S. Patenten mit den Nr. 4,545,926 (Fouts, Jr., et al.), 4,647,894 (Ratell), 4,685,025 (Carlomagno), 4,724,417 (Au, et al.), 4,774,024 (Deep, et al.), 4,775,778 (von Konynenburg, et al.), 4,857,880 (Au, et al.), 4,910,389 (Sherman, et al.), 5,049,850 (Evans) und 5,195,013 (Jacobs, et al.) beschrieben.
In vielen elektrischen Einrichtungen, und insbesondere bei Schaltungsschutzeinrichtungen sind die PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen häufig vernetzt, beispielsweise durch Bestrahlung, was allgemein bevorzugt ist, oder durch chemisches Vernetzen, um die physikalischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Zusammensetzung, die PTC-Verhalten zeigt, zu verbessern. Ein Vernetzen kann genutzt werden zur Sicherstellung, dass der Widerstand der Zusammensetzung bei einem hohen Pegel bleibt, wenn die Temperatur der Zusammensetzung über ihre Schalttemperatur erhöht wird. Durch Vernetzen des PTC-leitenden Polymers können erwünschte Widerstands/Temperatur-Charakteristiken hergestellt werden. Ein Vernetzen eines PTC-Polymers erhöht allgemein seinen Widerstand sowie seine elektrischen Eigenschaften. Bezüglich Einzelheiten hinsichtlich Vernetzung von PIG-leitenden Polymeren sei verwiesen auf beispielsweise die U.S. Patente mit den Nr. 4,724,417 (Au et al.), 4,775,778 (von Konynenburg, et al.) und 5,195,013 (Jacobs, et al.).
In U.S. Patent Nr. 4,775,778 (von Konynenburg, et al.) wurde entdeckt, dass nicht kristalline und kristalline Polymere (die bereits deutliches PTC-Verhalten aufgrund der Kristallinität des Polymers zeigen), die durch einen schnellen Anstieg des Widerstands über einen engen Temperaturbereich von der Glasübergangstemperatur (Aufweichen) zum kristallinen Schmelzpunkt gekennzeichnet sind, wie beispielsweise thermoplastische, elastomerische oder thermisch aushärtende Polymere, in denen Rußteilchen verteilt sind, durch Strahlung oder Chemikalien vernetzt werden können, um entweder ein PTC-Verhalten herzustellen oder ein existierendes PTC-Verhalten zu verbessern, sowie die strukturellen Eigenschaften des PTC-Polymers zu verbessern.
In U.S. Patent Nr. 4,724,417 (Au, et al.) wurde eine elektrische Schaltungsschutzeinrichtung hergestellt aus PTC-leitenden Polymeren, die eine Polymerkomponente und einen teilchenförmigen leitenden Füller aufweisen, die in zwei Schritten vernetzt werden und zwischen den Schritten auf eine Temperatur über die Glasübergangstemperatur (Aufweichungstemperatur) des Polymers erwärmt werden und vorzugsweise über die kristalline Schmelztemperatur, um die elektrischen Eigenschaften des PTC-leitenden Polymers zu verbessern, insbesondere die Fähigkeit, einem Hochspannungsstrom von ungefähr 600 Volt zu widerstehen.
Im U.S. Patent Nr. 5,195,013 (Jacobs, et al.) wurde gezeigt, dass ein Vernetzen durch Bestrahlung von PTC-leitenden Polymeren, wie beispielsweise kristallinen thermoplastischen Polymeren mit darin dispergierten Kohlenruß bei Strahlungsdosen von zumindest 50 Megarad (Mrads), vorzugsweise zwischen 120 bis 600 Mrads, die Fähigkeit des PTC-Polymers erhöhen, einer wesentlichen Anzahl von thermischen Zyklen von einem Zustand mit geringem Widerstand zu einem Zustand mit hohem Widerstand (erzeugt durch Widerstandsheizen) und wieder zurück, auszuhalten.
Es wäre wünschenswert, elektrische Schaltungsschutzeinrichtungen vorzusehen, die PTC-leitende Polymerzusammensetzungen aufweisen bzw. enthalten, die auf leitenden Teilchen basieren, die in hochkristallinen und hochgeordneten polymerischen Zusammensetzungen bzw. Komponente verteilt sind, die vernetzt werden können und welche hervorragendes PTC-Verhalten zeigen.
Es besteht ein Bedarf nach PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen und elektrischen Schaltungsschutzeinrichtungen, die PTC-leitende Polymerzusammensetzungen aufweisen, die auf Flüssigkristallpolymeren basieren.

3. Zusammenfassung der Erfindung:

Wir haben nun entdeckt, dass PTC-leitende Polymere, die auf Flüssigkristallpolymeren oder vernetzten Flüssigkristallpolymeren basieren, ein nützliches PTC- Verhalten haben und in elektrischen Einrichtungen, wie beispielsweise Schaltungsschutzeinrichtungen, genutzt werden können zum Verbessern der elektrischen und physikalischen Eigenschaften des PTC-Elements in der Einrichtung.
Es ist ein Ziel der Erfindung, elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise Schaltungsschutzeinrichtungen, vorzusehen, die ein PTC-Element aufweisen, das basiert auf intrinsisch hochkristallinen Flüssigkristallpolymeren.
Es ist ein Ziel der Erfindung, PTC-leitende Polymerzusammensetzungen vorzusehen, die auf intrinsisch hochkristallinen Flüssigkristallpolymeren basieren.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein PTC-leitendes Polymer mit besser gesteuertem Schalten während des Auslösens vorzusehen.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, ein PTC-leitendes Polymer mit höherer Resistenz gegenüber Beschädigung durch Bestrahlung während des Vernetzens vorzusehen.
Gemäß einem Aspekt, liegt die Erfindung in PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen, die Folgendes aufweisen: (1) leitende Füllerteilchen, die in einer. (2) Polymermatrix dispergiert sind, wobei die Polymermatrix ein Flüssigkristallpolymer aufweist, das vorzugsweise durch Bestrahlung vernetzt ist, um eine PTC- Zusammensetzung vorzusehen, die viele technische Vorteile über den derzeitigen Stand der Technik hat. Bei diesen PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen kann die Polymermatrix des Flüssigkristallpolymers ein oder mehrere Flüssigkristallpolymere aufweisen. Die Flüssigkristallpolymere sind vorzugsweise thermotrope Flüssigkristallpolymere, die durch Schmelzen verarbeitbar sind. Diese Flüssigkristallpolymere sind gekennzeichnet dadurch, dass sie einen hohen Grad der Kristallinität in ihrem mesomorphen Zustand aufweisen, der intrinsisch einen hohen Grad von PTC-Verhalten beim Verteilen von leitenden Füllerteilchen darin zeigt bzw. auferlegt. Vorzugsweise weisen die Flüssigkristallpolymere aromatische Polyester, wie beispielsweise einen aromatischen Copolyester, beispielsweise Poly(p-Hydroxybenzoat-Co-2,6-Hydroxynaphthoat) auf, welche gebildet werden können als ein Kondensations-(Transesterungs)-Produkt von Hydroxybenzolsäure und Hydroxynaphtolsäure, oder ein aromatisches Polyesteramid, wie beispielsweise ein aromatisches Copolyesteramid, beispielsweise Poly(2,6-Hydroxy- Naphthoat-Phenoxy-Aminoterphthoat), das gebildet werden kann durch das Kondensations-(Transesterungs)-Produkt von Hydroxynaphtolsäure, Terephthalsäure und 4'-Hydroxy-Acetanilid. Andere Flüssigkristallpolymere können ebenso genutzt werden, wie in der Folge beschrieben wird. Des Weiteren können bei dieser PTC- leitenden Polymerzusammensetzung die leitenden Füllerteilchen, die in die Polymermatrix eingebaut sind, Kohlenruß, Graphit, Metallpulver, Metallsalze und leitende Metalloxide aufweisen. Diese PTC-leitende Polymerzusammensetzung kann auch nicht-leitende Füller aufweisen, wie beispielsweise Flammenverzögerer bzw. Flammeninhibitoren, Lichtbogenüberschlagsunterdrückungswirkstoffe, Strahlungsvernetzungswirkstoffe, Plastifizierer, Antioxidantien und andere Zusatzstoffe. Diese PTC-leitenden Polymerzusammensetzungen können weiter vernetzt werden durch Bestrahlen für verbesserte elektrische Eigenschaften.
Gemäß einem anderen Aspekt, liegt die Erfindung in elektrischen Einrichtungen, insbesondere in Schaltungsschutzeinrichtungen, die allgemein zwei Elektroden in Kontakt mit und elektrisch verbunden mit einem PTC-Element aufweisen, das ein Flüssigkristallpolymer aufweist, vorzugsweise vernetzt, und zwar mit einem teilchenförmigen leitenden Füller, der darin verteilt ist, und welches vorzugsweise eine ausreichende Vernetzung hat zum Vorsehen der gewünschten PTC-Effekte. Diese Einrichtung ist elektrisch verbindbar mit einer Schaltung mit einer Last und einer Quelle für elektrische Leistung, so dass Strom durch das PTC-Element während normaler Bedingungen hindurchgeführt wird. Wenn jedoch ein übermäßiger Strom durch das PTC-Element geleitet wird, bewirkt dieser, dass sich das PTC- Element selbst erwärmt auf eine Schalttemperatur TS und sich entlang einer Ausdehnungsachse ausdehnt, wodurch sich der Widerstand des PTC-Elements schnell erhöht und den durch das PTC-Element hindurch gehenden Strom auf einen sicheren Wert begrenzt. Sobald der Fehlerstrom beseitigt ist, kühlt sich das PTC-Element selbst und kehrt automatisch zurück zu seinem Zustand mit geringem Widerstand.

4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen sind bestimmte beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie bevorzugt ist, gezeigt. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht von vorne einer Schaltungsschutzeinrichtung der Erfindung, in welcher zwei parallele Elektroden, die mit einer elektrischen Schaltung verbindbar sind, in einem PTC-Element eingebettet sind, das auf einem Flüssigkristallpolymer und darin verteilten leitenden Teilchen basiert;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht von der Seite entlang Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht von oben entlang Linie 3-3 der Fig. 1; und
Fig. 4 ist eine elektrische Schaltung der Erfindung, die eine Schaltungsschutzeinrichtung der Fig. 1 in Serie verbunden mit einer Last und einer Leistungsquelle aufweist.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung:

Die neuen PTC-Flüssigkristallpolymerzusammensetzungen der Erfindung zeigen PTC-Verhalten. Allgemein kann das PTC-Verhalten dieser Zusammensetzungen charakterisiert werden dadurch, dass sie relativ leitend sind, wenn sie als eine Schaltungskomponente genutzt werden, die normalen Strom führt, jedoch einen sehr scharfen Anstieg im Widerstand und einen reversiblen Übergang in einen relativ nicht-leitenden Zustand zeigen, wenn die Temperatur dieser Zusammensetzungen über eine Schalttemperatur oder einen Schalttemperaturbereich TS steigen, und zwar aufgrund von Widerstandserwärmung (I²R) erzeugt durch einen Fehlerstrom. Die PTC-Flüssigkristallpolymerzusammensetzungen der Erfindung sind besonders nützlich als ein PTC-Element in elektrischen Schaltungsschutzeinrichtungen.
Die PTC-Flüssigkristallpolymerzusammensetzung der Erfindung weist (a) eine Polymerkomponente basierend auf einem oder mehreren Flüssigkristallpolymeren und (b) eine teilchenförmige, leitende Füllerkomponente auf, wobei die leitende Füllerkomponente in der Polymerkomponente dispergiert oder anders darin eingebaut ist zum Bilden von leitenden Ketten im Polymer für eine Stromleitung unter normalen Temperaturen und Strombedingungen.
Flüssigkristallpolymere, die geeignet sind für die Nutzung in der Erfindung, weisen thermotrope (thermisch aktivierte. Mesophasen) Flüssigkristallpolymere auf, die durch Schmelzen verarbeitbar sind, und lyotrope (durch Lösungsmittel aktivierte Mesophasen) Flüssigkristallpolymere auf, obwohl thermotrope Flüssigkristallpolymere bevorzugt sind. Solche thermotropen Flüssigkristallpolymere sind dadurch charakterisiert, dass sie einen ungewöhnlich hohen Grad an Kristallinität und langreichweitiger Ordnung in ihrem mesomorphen Zustand haben, der innerhalb bestimmter Temperaturbereiche auftritt, was einen hohen Grad an PTC-Verhalten beim Verteilen von teilchenfömigen leitenden Füllern im Polymer auferlegt. Thermotrope Flüssigkristallpolymere haben eine einzigartige Kombination von Eigenschaften: hervorragende mechanische Eigenschaften, sehr geringe Schmelzviskositäten im Vergleich zu anderen industriellen Plastikmaterialien für eine hohe bzw. schnelle Verarbeitbarkeit, exzellente elektrische Eigenschaften, hohe Lösungsmittelresistenz, hohe kontinuierliche Nutzungstemperatur, exzellente Dimensionsstabiliät (sehr geringe Gussschrumpfung und geringer thermischer Expansionskoeffizient), hohe Flammenverzögerung, geringe Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit und geringe Feuchtigkeitsadsorption.
Geeignete Flüssigkristallpolymere zur Verwendung als die Polymerkomponente der PTC-Polymerzusammensetzung können Flüssigkristallpolymere aufweisen in den folgenden chemischen Familien: (1) aromatische Polyester, (2) aromatische Copolyester, (3) aromatische Copolyesteramide, (4) aromatische Polyamide, und (5) aromatische Polyazomethine und Mischungen daraus. Illustrative Beispiele für geeignete aromatische Polyesterflüssigkristallpolymere weisen, und zwar ohne Einschränkung, Poly(p-Phenylen-Terphthalat), Poly(p-Hydroxybenzoat) und dergleichen auf. Illustrative Beispiele von geeigneten aromatischen Copolyesterflüssigkristallpolymeren weisen, und zwar ohne Einschränkungen Poly(p- Hydroxybenzoat-Co-2,6-Hydroxynaphthoat), Poly(Deka-Methylenterphthaloyl Di-p- Hydroxybenzoat), Poly(Ethylenterphthalat-Co-Oxybenzoat) und dergleichen auf. Ein illustratives Beispiel für geeignete aromatische Copolyesteramidflüssigkristallpolymere weist, und zwar ohne Einschränkung darauf, Poly(2,6-Hydroxy- Naphthoat-Phenoxy-Aminoterphthoat) und dergleichen auf. Illustrative Beispiele für geeignete aromatische Polyamidflüssigkristallpolymere weisen, und zwar Eingrenzung darauf, Poly(p-Phenylenterphthalamid), Kevlar, Poly(p-Benzamid), Poly(2-Chloro-1,4-Phenylenterphthalamid), Poly(p,p'-Biphenylamid), Poly(2,6- Naphthalamid) und dergleichen auf. Illustrative Beispiele für geeignete aromatische Polyazomethinflüssigkristallpolymere weisen, und zwar ohne Eingrenzung darauf, Poly(Nitro-2-Methyl-1,4-Phenylennitriloethylidin-1,4-Phenylenethylidin), Poly(Nitrilo-2-Methyl-1,4-Phenylennitrilomethylidin-1,4-Phenylenmethylidin), Poly(Nitrolo-2-Chloro-1,4-Phenylennitrilomethylidin-1,4-Phenylenmethylidin) und dergleichen auf. Diese Flüssigkristallpolymere können entweder durch herkömmliche Techniken hergestellt werden oder aus der Industrie kommerziell erhalten werden.
Ein Beispiel eines bevorzugten aromatischen Copolyester weist Poly(p- Hydroxybenzoat-Co-2,6-Hydroxynaphthoat) auf, das geeignet ist zur Nutzung in der Erfindung und welches von Hoechst-Celanese Corporation unter dem Handelsnamen Vectra A950 verkauft wird. Solch ein aromatischer Copolyester setzt sich zusammen aus dem Veresterungsprodukt von ungefähr 70 Mol% Hydroxybenzolsäure (HBA) und ungefähr 30 Mol% 2,6-Hydroxynaphtolsäure (HNA), wobei diese Polymerisation repräsentiert werden kann durch die chemische Reaktion, die in Gleichung (1) gezeigt ist.
Ein Beispiel eines bevorzugten aromatischen Copolyesteramids weist Poly(2,6- Hydroxy-Naphthoat-Phenoxy-Aminoterphthoat) auf, welches geeignet ist zur Nutzung in der Erfindung und von Höchst-Celanese Corporation unter dem Handelsnamen Vectra B950 verkauft wird. Solch ein aromatisches Copolyesteramid setzt sich zusammen aus dem Veresterungsprodukt von ungefähr 58 Mol% 2,6- Hydroxynaphtholsäure (HNA), ungefähr 21 Mol% Terphthalsäure (TPA), und ungefähr 21 Mol% 4'-Hydroxyacetanilid (HAA), wobei die Polymerisation repräsentiert werden kann durch die in Gleichung (2) gezeigt chemische Reaktion.
Teilchenförmige leitende Filmmaterialien bzw. Füller, die zur Nutzung in der Erfindung geeignet sind, können beispielsweise leitenden Kohlenruß, Graphit, Kohlenfasern, Metallpulver, beispielsweise Nickel, Wolfram, Eisen, Kupfer usw., oder Legierungspulver, beispielsweise Nickelchrom bzw. Nichrom, Messing, leitende Metallsalze und leitende Metalloxide aufweisen, wobei Kohlenruß, Graphit und Kohlenfasern bevorzugt sind. Die leitenden Füllerteilchen werden in der flüssigen kristallinen Polymermatrix verteilt oder dispergiert zum Bilden von leitenden Ketten im Polymer unter normalen Temperaturbedingungen. Diese leitenden Teilchen werden in der Polymermatrix vorzugsweise in der Menge von 5 bis 80 Gewichts-% dispergiert, mehr bevorzugt 10 bis 60 Gewichts-%, und noch mehr bevorzugt ungefähr 30 bis 55 Gewichts-%, und zwar basierend auf dem Gewicht des gesamten PTC-Polymers. Diese leitenden Teilchen haben vorzugsweise eine Teilchengröße von ungefähr 0,01 bis 200 Mikrometer, vorzugsweise von ungefähr 0,02 bis 25 Mikrometer. Die Teilchen können jegliche Form haben, wie beispielsweise Flocken, Stäbchen, Kügelchen, usw., vorzugsweise Kügelchen. Die Menge der leitenden Teilchen, die in die Polymermatrix eingebaut sind, wird von dem erwünschten Widerstand der PTC-leitenden Polymerzusammensetzung abhängen. Allgemein ergeben größere Mengen an leitenden Teilchen in der Polymermatrix einen geringeren Widerstand für ein teilchenförmiges polymerisches Material. Flüssigkristallpolymere gefüllt mit Kohlenfasern werden von Höchst-Celanese unter den Handelsnamen Vectra A230 (Mischung aus 70% Vectra A950 und 30% Kohlenfasern) und Vectra B230 (Mischung aus 70% Vectra B950 und 30% Kohlenfasern) verkauft.
Die Zusammensetzung kann auch nichtleitende Füllmaterialien aufweisen, was Lichtbogenüberschlagsunterdrückungswirkstoffe, beispielsweise Aluminiumoxidtrihydrat, Strahlungvernetzungswirkstoffe, Antioxidantien, Flammenverzögerer, anorganische Füllmaterialien, beispielsweise Siliziumoxid, Plastifizierer und andere Zusatzstoffe aufweist.
Die PTC- Flüssigkristallpolymerzusammensetzung der Erfindung wird vorzugsweise durch Vernetzen gehärtet, um die Zusammensetzung der erwünschten Widerstands-Temperatur-Charakteristika zu erteilen. Die PTC- Flüssigkristallpolymerzusammensetzung wird vorzugsweise durch Bestrahlung vernetzt, obwohl chemisches Vernetzen, (d. h. Peroxyd) auch möglich ist. Die Bestrahlungsquelle, die zum Bestrahlen genutzt wird, kann eine Kobalt (&sup6;&sup0;Co) Quelle sein. Die Bestrahlungsaushärtung umfasst ein Aussetzen der gebildeten PTC- Flüssigkristallpolymerzusammensetzung gegenüber der Quelle und kann eine Anzahl von Durchgängen über das PTC-Element umfassen. Vorzugsweise ist die Bestrahlungsdosis im Bereich von ungefähr 15 bis 800 Mrads, vorzugsweise von ungefähr 20 bis 500 Mrads, noch mehr bevorzugt von 100 bis 300 Mrads, und am meisten bevorzugt ungefähr 150 bis 250 Mrads. Vorzugsweise empfangen alle wirksamen Teile des PTC-Elements eine Dosis innerhalb des spezifizierten Bereichs. Die Bestrahlungszeit kann von 30 Minuten bis 30 Tagen dauern, typischerweise 3 Tage oder 15 Tage, jedoch vorzugsweise 1 Tag bis 3 Tage oder weniger. Es sei klar, dass der Fachmann jegliche nützliche Bestrahlungsdosis und Bestrahlungszeit nutzen kann, um das gewünschte PTC-Verhalten zu erhalten. Die gebildeten Vernetzungen sollten stabil im Temperaturbereich sein, in welchem die PTC-Zusammensetzung betrieben werden soll, und sie sollten das Flüssigkristallpolymer mit den gewünschten PTC-Charakteristika versehen. Geeignete kovalente Vernetzungen können eine oder mehrere der folgenden Verbindungsstrukturen aufweisen: -C-C-, -C-N-, -C-O-, -C-S-C-, C-SO&sub2;-, -Si-, -C-CO-, C-CO-O-, - CONR&sub2;- und -CO-S-. Ionische Vernetzungen können ebenso genutzt werden. Es ist auch möglich dass die leitenden Teilchen chemisch angebunden werden, d. h. eingefangen, an die Flüssigkristallpolymerketten durch Bestrahlen, wodurch der PTC-Effekt verbessert und stabilisiert wird. Die Vernetzungsdichte ist jene, welche das gewünschte Widerstands/Temperaturverhalten erreicht, ohne unerwünscht die physikalischen Eigenschaften der PTC-Zusammensetzung zu opfern.
Die PTC-Flüssigkristallpolymerzusammensetzung dieser Erfindung kann hergestellt werden durch herkömmliche Plastikverarbeitungstechniken, wie beispielsweise Schmelzmischen der polymerischen Flüssigkristallkomponente und der teilchenförmigen, leitenden Füllerkomponente und möglicher anderer Zusatzstoffe und dann Gießen, d. h. Spritz- oder Blasgießen, oder Extrodieren des noch nicht vernetzten Polymers, und dann Vernetzen des Polymers zum Bilden der gegossenen PTC-Masse.
Obwohl die Theorie noch nicht vollständig verstanden ist, wird allgemein angenommen, dass die Flüssigkristallpolymere erwünschte Polymere für PTC- Polymere sind, und zwar aufgrund unter anderem der folgenden grundlegenden Charakteristika:
1. Die langreichweitige Orientierungsordnung wird in der flüssikristallinen Phase erhalten, was das Material anisotrop wie kristalline Feststoffe macht. Polymere, die eine anisotrope geschmolzene Phase bilden, haben die Eigenschaft, dass die Polymerketten regelmäßig parallel zueinander orientiert sind, wenn sie sich im geschmolzenen Zustand befinden. Dies ist eine wünschenswerte Eigenschaft zum Verbessern der Ausrichtung von leitenden Teilchen, d. h. der leitenden Ketten, zum Verbessern der elektrischen Eigenschaften.
2. Die geringe Schmelzviskosität von thermotropen Flüssigkristallpolymeren ist eine erwünschte Eigenschaft für das Zusammenführen dieser Polymere mit höheren Beladungen von leitenden Füllern bzw. Filmmaterialien zum Entwickeln von PTC-Polymeren mit geringeren elektrischen Widerständen.
3. Die höhere Schmelz/Übergangstemperatur von Flüssigkristallpolymeren ist erwünscht sowohl für die Temperaturstabilität als auch für eine Fähigkeit der hohen Energieabsorption für Anwendungen bei hohen Strömen.
Des Weiteren wird angenommen, dass das Vernetzen von den PTC-leitenden Polymeren, die (a) Flüssigkristallpolymere und darin homogen dispergierte (b) leitende Teilchen aufweisen, die Bildung von zusätzlichen kovalenten Bildungen zwischen den freien Radikalen des Polymers und der chemischen funktionalen Gruppe der leitenden Teilchen, beispielsweise Kohlenruß vorsieht. Solche eine Vernetzung tendiert zum Verbessern der PTC-Intensität und der elektrischen Reproduzierbarkeit, insbesondere für eine thermische Zyklusstabilität. Vernetzen kann auch die thermaloxidative Stabilität des Polymers verbessern als eine Ergebnis der Eindung der freien Radikale des Polymers mit beispielsweise Kohlenruß, die bei Abwesenheit solcher Bindungen chemische Stellen sind, die aufnahmefähig bzw. suszeptibel für Sauerstoff sind. Das Vernetzen tendiert ebenso zum Reduzieren der Polymerviskosität bei der Schmelztemperatur.
Des Weiteren tendiert eine relativ starke Anbindung, die zwischen den leitenden Teilchen und dem vernetzten Netzwerk entwickelt wird, zum Reduzieren der Bewegungsfreiheit der leitenden Teilchen bei hohen Temperaturen, einschließlich im Schmelzbereich. Diese Einschränkungsfunktion des vernetzten Netzwerks gekoppelt mit der langreichweitigen kristallinen Ordnung des Polymers führt nicht nur dazu, dass sich die leitenden Teilchen während der Bewegung und thermischen Ausdehnung des Polymers neuverteilen, sondern tendiert auch dazu, dass die Teilchen reproduzierbar wieder ihre ursprünglichen Positionen einnehmen, während sich das Material zum Regenerieren des Leitungsweges abkühlt, und zwar mit nahezu seinem ursprünglichen Widerstand. Schließlich tendiert das Vernetzen des Flüssigkristallpolymers dazu, jeglichen NTC-Effekt beim Schmelzbereich zu erniedrigen.
Die verbesserten Eigenschaften von vernetzten, leitenden PTC-Flüssigkristallpolymerzusammensetzungen über herkömmlich erhältliche vernetzte PTC- Polyolefinleitende Polymere, beispielsweise Polyethylen und Polypropylen, sind u. a. die Folgenden:
- höhere thermische Stabilität;
- höhere Stabilität gegenüber Oxidation;
- höhere mechanische und Zugfestigkeit;
- höhere Elastizität und Stoßfestigkeit;
- höhere Bestrahlungsstabilität (Minimierung von unerwünschten verschlechternden Nebenreaktionen während der Bestrahlungsverarbeitung);
- längeres Betriebsleben (d. h. mehr und reproduzierbare PTC-thermische Auslösezyklen);
- höhere Strombelastung;
- höhere Packungsdichte für leitende Teilchen; und
- höhere Ordnung (d. h. mehr geordnetes PTC-Ansprechverhalten und mehr gesteuertes reversibles Trennen von leitenden Teilchenketten von einem höher geordneten kristallinen Poymergerüst); und
Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigen die Fig. 1, 2 und 3 Ansichten von vorne, von der Seite und von oben einer elektrischen Schaltungsschutzeinrichtung der Erfindung, die ein PTC-Element aufweist, das auf vernetzten Flüsssigkristallpolymeren mit leitenden Teilchen dispergiert darin basiert. Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, weist die Schaltungsschutzeinrichtung (1) ein PTC-Element (2) auf, das zusammengesetzt ist aus einer vernetzten, leitenden Flüssigkristallpolymerzusammensetzung (3), die PTC-Verhalten zeigt. Das PTC-leitende Polymer (3), das in der Einrichtung genutzt wird, weist (a) eine Polymermatrixkomponente (3.1) auf, die ein Flüssigkristallpolymer aufweist, und in der Polymerkomponente dispergiert (b) ein teilchenförmiges, leitendes Füllmaterial bzw. einen Füller (3.2) auf.
Die Schaltungsschutzeinrichtung (1) weist weiter zwei sich in Längsrichtung erstreckende, vorzugsweise parallele Elektroden (4) und (5) auf, und zwar getrennt um einen Abstand, die elektrisch an einem Teil (6) miteinander verbunden sind, vorzugsweise in einem direkten physikalischen Kontakt, d. h. eingebettet in das PTC-leitende Polymer, mit dem PTC-Element, und welche elektrisch verbindbar sind an einem weiteren Teil (7) mit einer Schaltung, die eine Quelle für elektrische Leistung hat, um einen Strom (I) hervorzurufen, der durch das PTC-Element (2) hindurch geht. Die Elektroden sind allgemein aus Metall gefertigt, typischerweise in der Form von Drähten oder Litzen, und vorzugsweise sind sie im Wesentlichen identisch. Der erste Teil (6) der Elektroden kann jegliche geeignete Konfiguration haben, wie beispielsweise planare Elektroden, die durch das PTC-Element nur auf einer Oberfläche kontaktiert werden, oder säulenförmige Elektroden, die entweder vom PTC-Element umgeben sind oder dieses umgeben. Es sei klar, dass ein Fachmann das PTC-Element und die Elektrodenunteranordnung in jeglicher geeigneten Konfiguration vorsehen kann.
Die Einrichtung (1) kann ein Außengehäuse (8) für das PTC-Element aufweisen, welches zwei Austrittsanschlüsse (9) und (10) aufweist, durch welche jeweils der zweite Teil (7) der zwei Elektroden hindurchgeht. Das Gehäuse kann aus elektrisch und thermisch isolierendem Material gefertigt sein. Eine Ausdehnungsachse des PTC-Elements beim Selbsterwärmen überhalb seiner Schalttemperatur TS ist als Linie (11) gezeigt. Solch eine Schaltungsschutzeinrichtung (1) kann durch Extrosion oder Gießen der geschmolzenen, nicht vernetzten PTC-leitenden Polymerzusammensetzung (3) über ein Ende der Elektroden (4) und (5) und durch Vernetzen der PTC-Zusammensetzung mit Bestrahlung bzw. Strahlen gefertigt werden, während diese in Kontakt mit der Elektrode ist.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt Fig. 4 eine Schaltung (12) der Erfindung, die eine Leistungsversorgung (13), eine Last (14) und eine Schaltungsschutzeinrichtung (1) aufweist, die ein PTC-Element (2) aufweist, das zusammengesetzt ist aus zwei Elektroden (4) und (5) in elektrischem Kontakt eines ersten Teils (6) mit einem PTC-leitenden Polymer (3), das basiert auf einem Flüssigkristallpolymer und darin verteilten leitenden Teilchen, und eines zweiten Teils (7) mit der Schaltung. Das PTC-Element ist typischerweise in Serie mit der Leistungsquelle und der Last verbunden. Die Leistungsquelle kann einen Niederspannungs- (600 Volt Wechselstrom oder weniger) oder eine Hochspannungs- (600 Volt Wechselstrom oder mehr) -Leistungsquelle sein, und zwar abhängig von den Temperatur-Widerstandscharakteristika der PTC-leitenden Polymerzusammensetzung. Bevorzugte Einrichtungen der Erfindung reagieren auf Fehlerspannungen von 100 bis 500 Volt Wechselstrom und haben eine Überlebensdauer von zumindest 100 thermischen Zyklen, vorzugsweise zumindest 500 thermischen Zyklen.
Wie zuvor erwähnt zeigt die PTC-Zusammensetzung dieser Erfindung allgemein anomale PTC-Charakteristika, was heißen soll, dass sie eine scharfe Änderung hinsichtlich des Widerstands durchläuft, wenn die Temperatur über eine bestimmte kritische Temperatur erhöht wird. Diese sehr schnelle und sehr starke Änderung hinsichtlich des Widerstands macht die Zusammensetzungen nützlich bei Strombegrenzungseinrichtungen. Bei normalen Betriebstemperaturen bilden die leitenden Teilchen leitende Bindungen oder Ketten im flüssigkristallinen Polymer des PTC-Elements in der Einrichtung.
Wenn die Temperatur einer solchen Einrichtung über die Schalttemperatur Ts während eines Fehlerzustandes ansteigt, steigt der Widerstand der Zusammensetzung schnell an und reduziert den Strom durch die Einrichtung. Wenn die Temperatur durch das PTC-Element auf nahezu oder durch der Polymerschmelzpunkt ansteigt, erhöht sich das Polymervolumen schnell, was das Volumenverhältnis der leitenden Teilchen gegenüber dem Polymer senkt. Die Änderung des Volumens während der Ausdehnung des Polymers bricht oder trennt viele leitende Ketten, was ein Erhöhen des Widerstands der Einrichtung um das Mehrfache hervorruft, wodurch der Strom abrupt auf einen sicheren Wert reduziert wird. Die Temperatur der Einrichtung kann über die Schalttemperatur aufgrund von einer übermäßigen, durch Strom erzeugten Widerstandserwärmung oder durch eine Erhöhung in der Umgebungstemperatur ansteigen. Nachdem der Fehler korrigiert ist, und zugelassen wird, dass sich die Einrichtung abkühlt, kehrt die Einrichtung automatisch zurück zu einem niedrigen Widerstand, da das PTC-leitende Polymer wiederum leitende Verbindungen ausbildet.
Ein typischer Widerstand der PTC-Einrichtung ist weniger als ungefähr 1 Ohm/cm bei ungefähr 20ºC oder Umgebungstemperatur. Ein typischer Betriebstemperaturbereich für die PTC-Einrichtung ist zwischen -40º und 120ºC. Die Übergangstemperatur ist typischerweise größer als 150ºC und die Ansprechzeit ist typischerweise geringer als ungefähr 100 Msek. Die PTC-Einrichtung ist vorzugsweise ausgelegt für mehr als ungefähr 100 Ampere kontinuierlichen Strom, und vorzugsweise hat sie eine Nennbetriebsspannung von mehr als 500 Volt Wechselstrom. Der maximale Fehlerstrom für die PTC-Einrichtung ist vorzugsweise ungefähr 600 KA.
PTC-Strombegrenzungseinrichtungen der Erfindung können zum Schutz von Motoren, Elektromagneten, Telefonleitungen und Batterien genutzt werden. Diese Einrichtungen können wie Sicherungen oder Schaltungsunterbrecher genutzt werden, haben jedoch den Vorteil, dass sie kein Auswechseln oder manuelles Zurücksetzen nach einem Fehlerzustand erfordern, da sie sich automatisch zurücksetzen. Darüber hinaus können die PTC-Einrichtungen zusammen mit Unterbrechern und Kontaktoren genutzt werden, beispielsweise in Serie für einen verbesserten Schaltungsschutz.
Die Erfindung wird nun durch das folgende Beispiel illustriert, das ausschließlich beispielhaft und nicht eingrenzend gedacht ist.

Beispiel 1

In einem ein Achtel Zoll dicken mit Kohlenstofffasern gefüllten Flüssigkristallpolymer verkauft von Hoechst-Celanese Corporation unter dem Handelsnamen Vectra A230, welches eine Mischung aus ungefähr 70% Vectra A950 (Poly(p-Hydroxy- Benzoat-Co-2,6-Hydroxynaphthoat)) und aus ungefähr 30% Kohlenfasern ist, wurde mit einer Bestrahlungsdosis von 150 Mrads unter Nutzung einer &sup6;&sup0;Co Bestrahlungsquelle für ungefähr 7 Tage bestrahlt. Das vernetzte Flüssigkristallpolymer wurde dann auf PTC-Ansprechverhalten des Widerstands mit der Temperatur getestet, und zwar während thermischer Zyklen zwischen ungefähr Raumtemperatur und 180ºC. Das vernetzte, mit Kohlenstoff gefüllte (Poly(p-Hydroxy-Benzoat- Co-2,6-Hydroxynaphthoat)-Flüssigkristallpolymer zeigte einen PTC-Effekt ohne eine wesentliche Änderung des Widerstands mit jedem thermischen Zyklus. Dann wurde das Flüssigkristallpolymer weiter bestrahlt mit einer Strahlendosis von 265 Mrads unter Nutzung einer &sup6;&sup0;Co Bestrahlungsquelle für zusätzliche 7 Tage. Das vernetzte Polymer wurde wiederum auf PTC-Verhalten getestet. Die weitere Bestrahlung erhöhte das Ausmaß des PTC-Effekts nicht bemerkenswert.
Es wurde herausgefunden, dass ein Bestrahlen den Widerstand des Polymers erhöhte und das Widerstands-Temperatur-Verhalten änderte. Ein Bestrahlen erhöhte auch die elektrische Stabilität des Polymers während der thermischen Zyklen, so dass das Polymer wiederholten Auslösevorgängen ausgesetzt werden kann.

Claims

1. Eine elektrische Schaltungsschutzeinrichtung (1), die Folgendes aufweist:

(a) ein PTC-Element (2) zusammengesetzt aus einer vernetzten leitenden Polymerzusammensetzung (3), die PTC-Verhalten zeigt, wobei das vernetzte leitende Polymer eine Polymermatrixkomponente (3.1) basierend auf einem Flüssigkristallpolymer und, verteilt in der Polymerkomponente, ein teilchenförmiges leitendes Füllmaterial (3.2) aufweist;

(b) zwei langgestreckte Elektroden (4, 5), die elektrisch an einem ersten Teil (6) mit dem PTC-Element verbunden sind, und welche elektrisch verbindbar sind an einem zweiten Teil (7) mit einer Quelle für elektrische Leistung, um einen Stromdurchgang durch das PTC-Element zu bewirken.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher der erste Teil (6) von jeder der zwei Elektroden (4, 5) in physikalischem Kontakt mit dem PTC-Element (2) ist.

3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Elektroden (4, 5) voneinander beabstandet sind und sich in Längsrichtung parallel zueinander erstrecken und bei den ersten Teilen (6) im PTC-Element (2) eingebettet sind.

4. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Elektroden (4, 5) einstückig aus festem Metall sind.

5. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) thermotrope Flüssigkristallpolymere aufweisen.

6. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus Folgendem besteht: aromatische Polyester, aromatische Copolyester, aromatische Copolyesteramide, aromatische Polyamide und aromatische Polyazumethine und Mischungen daraus.

7. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, bei welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) aromatische Polyester aufweisen, die ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe: Poly(p-Phenylen-Ter-Phthalat), Poly(p-Hydroxybenzoat) und Mischungen daraus.

8. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, in welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) aromatische Copolyester aufweisen, ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Poly(p-Hydroxybenzoat-Co-2,6-Hydroxynaphthoat), Poly(Deka- Methylenterphthaloyl Di-p-Hydroxybenzoat), Poly(Ethylenterphthalat-Co- Oxybenzoat) und Mischungen daraus.

9. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, in welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) ein aromatisches Copolyesteramid aufweisen, das Poly(2,6-Hydroxy- Naphthoat-Phenoxy-Aminoterphthoat) aufweist.

10. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, in welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) aromatische Polyamide aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Poly(p-Phenylenterphthalamid), Kevlar, Poly(p-Benzamid), Poly(2-Chloro-1,4-Phenylenterphthalamid), Poly(p,p'-Biphenylamid), Poly(2,6-Naphthalamid) und Mischungen daraus.

11. Einrichtung (1) nach Anspruch 6, in welcher die Flüssigkristallpolymere (3.1) aromatische Polyazumethine aufweisen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt sind: Poly(Nitro-2-Methyl-1,4-Phenylennitriloethylidin-1,4- Phenylenethylidin), Poly(Nitrilo-2-Methyl,4-Phenylennitrilomethylidin-1,4- Phenylenmethylidin), Poly(Nitrolo-2-Chloro-1,4-Phenylennitrilomethylidin- 1,4-Phenylenmethylidin) und Mischungen daraus.

12. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das teilchenförmige, leitende Filmmaterial (3.2) ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: leitender Ruß, Graphit, Kohlenfasern, Metalle, Legierungen, Metallsalze und Metalloxide.

13. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das teilchenförmige leitende Filmmaterial (3.2) Ruß aufweist.

14. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner Folgendes aufweist: ein steifes Außengehäuse, dass das PTC-Element (2) und die Elektroden (4, 5) umgibt, wobei das Gehäuse vom PTC-Element beabstandet ist und zwei Austrittsanschlüsse (9, 10) enthält, durch welche jeweils eine der zwei Elektroden hindurch geht.

15. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das PTC-Element (2) einen Widerstand bei Raumtemperatur von weniger als 1 Ohm/cm hat.

16. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, in welcher das PTC-Element (2) durch Strahlung vernetzt wird.

17. Einrichtung (1) nach Anspruch 11, in welcher das PTC-Element (2) vernetzt wird bei einer Strahlungsdosis zwischen ungefähr 15 und 800 Mrad.

18. Einrichtung (1) nach, Anspruch 1, in welcher das teilchenförmige, leitende Filmmaterial (3.2) in der Polymerkomponente (3.2) verteilt ist in einer Menge von 10 bis 60 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht des gesamten PTC-Elements.

19. Elektrische Schaltung (12), die Folgendes aufweist:

(a) eine Leistungsquelle (13) mit einer Spannung V;

(b) eine elektrische Last (14); und

(c) eine elektrische Schaltungsschutzeinrichtung (1), die ein PTC- Element (2) zusammengesetzt aus einer oder mehreren vernetzten, leitenden Polymerzusammensetzungen (3) aufweist, welche ein PTC-Verhalten zeigen, in welchem die einen oder mehreren vernetzten, leitenden Polymere eine auf einen oder mehreren Flüssigkristallpolymeren basierende Polymermatrixkomponente (3.1) und ein in, der Polymermatrixkomponente verteiltes teilchenförmiges, leitendes Füllmaterial (3.2) aufweisen, und zwei langgestreckte Elektroden (4, 5), die elektrisch bei einem ersten Teil (6) mit dem PTC-Element verbunden sind, und welche elektrisch bei einem zweiten Teil (7) in Serie mit der Last und der Leistungsquelle verbunden sind, um einen Stromdurchgang durch das PTC-Element zu bewirken; so dass, wenn eine externe Leistungsquelle in die Schaltung eingeführt wird und den Strom durch die Schaltungsschutzeinrichtung über einen vorbestimmten Fehlerpegel erhöht, das PTC-Element sich auf eine Schalttemperatur selbst erwärmt und sich entlang einer Ausdehnungsachse ausdehnt, um den dadurch hindurch gehenden Strom auf einen Sicherheitswert zu begrenzen.

20. Schaltung (12) nach Anspruch 19, wobei die elektrische Schaltungsschutzeinrichtung (1) gegen Fehler von ungefähr 600 Volt AC- bzw. Wechselstrom oder größer sichert bzw. auf diese anspricht.

21. Schaltung (12) nach Anspruch 19, wobei die Flüssigkristallpolymere 3.1) ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe: aromatische Polyester, aromatische Copolyester, aromatische Copolyesteramide, aromatische Polyamid e und aromatische Polyazomethine und Mischungen daraus.

22. Schaltung (12) nach Anspruch 19, in welcher das teilchenförmige, leitende Füllmaterial (3.2) ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: leitender Ruß, Graphit, Kohlenfasern, Metalle, Legierungen, Metallsalze und Metalloxide.

23. Schaltung (12) nach Anspruch 19, in welcher das Flüssigkristallpolymer (3.1) Poly(2,6-Hydroxy-Naphthoat-Phenoxy-Aminoterphthoat) aufweist und das teilchenförmige, leitende Füllmaterial (3.2) Ruß, Kohlenfasern oder Graphit aufweist.

24. Schaltung (12) nach Anspruch 19, in welcher das Flüssigkristallpolymer (3.1) Poly(2,6-Hydroxynaphthoat-Phenoxyaminoterphthoat) aufweist und das teilchenförmige, leitende Füllmaterial (3.2) Ruß, Kohlenfasern oder Graphit aufweist.