NL8501327A

NL8501327A - HEATING DEVICE FOR HEATING A BODY.

Info

Publication number: NL8501327A
Application number: NL8501327A
Authority: NL
Inventors: Louis Aalders
Original assignee: Ferro Electronic Bv
Priority date: 1985-05-09
Filing date: 1985-05-09
Publication date: 1986-12-01
Also published as: ATE61190T1; DE3677634D1; EP0201967B1; EP0201967A1

Abstract

Heating device for heating a body, comprising electrical heating means (7) for heating a sole, a temperature sensor (4) for sensing the temperature of said sole and a regulating circuit (5) for keeping said sole at a required bias temperature. The heating device has a highly reduced delay in regulating the power supply because of the thermistor being embedded in the sole and this being possible because the sole is partly of ceramic material.

Description

f H AL/HH,XFerrof H AL / HH, XFerro

Verwarmingsinrichting voor het verwarmen van een lichaamHeating device for heating a body

De uitvinding betreft een verwarmingsinrichting voor het verwarmen van een lichaam, omvattende electrische verwarmingsmiddelen voor het verwarmen van het lichaam, een temperatuurvoeler voor het voelen van de temperatuur van het 5 lichaam, en een regelschakeling voor het op een gewenste, ingestelde temperatuur houden van het lichaam.The invention relates to a heating device for heating a body, comprising electric heating means for heating the body, a temperature sensor for sensing the temperature of the body, and a control circuit for keeping the body at a desired, set temperature .

Een dergelijke verwarmingsinrichting is bekend, waarbij het lichaam van metaal is en de temperatuurvoeler wordt gevormd door een bimetalen strook die op afstand van 10 het metalen lichaam is aangebracht en die de electrische verwarmingsmiddelen aan- en uitschakelt.Such a heating device is known, in which the body is made of metal and the temperature sensor is formed by a bimetal strip which is arranged at a distance from the metal body and which switches the electric heating means on and off.

Nadeel van een dergelijke verwarmingsinrichting is, dat het bimetaal, mede door bovengenoemde afstand, een grote traagheid bezit, zodat de temperatuur van het metalen 15 lichaam bij snelle temperatuursveranderingen niet stabiel is en rondom de gewenste temperatuurswaarde zwabbert. Het is niet mogelijk op een metalen lichaam direkt een temperatuur-gevoelige weerstand aan te brengen. Indien een temperatuurge-voelige weerstand wordt toegepast, zou deze geïsoleerd en 20 derhalve op afstand van het metalen lichaam aangebracht moeten worden, hetgeen impliceert dat deze teraperatuurgevoe-lige weerstand een grote traagheid in de regeling zou veroorzaken .A drawback of such a heating device is that the bimetal, partly due to the aforementioned distance, has a high inertia, so that the temperature of the metal body is not stable during rapid temperature changes and swings around the desired temperature value. It is not possible to apply a temperature-sensitive resistor directly to a metal body. If a temperature sensitive resistor is used, it should be insulated and therefore spaced from the metal body, implying that this teraperature sensitive resistor would cause great inertia in control.

De uitvinding heeft ten doel een verwarmingsinrich-25 ting te verschaffen, die een temperatuurvoeler bezit die sterk verminderde traagheid vertoont en die een continue regeling van de warmtetoevoer aan het lichaam mogelijk maakt, zonder traagheid daarin te veroorzaken, wat het mogelijk' maakt de electrische verwarmingsmiddelen met een groter ver-30 mogen, bijvoorbeeld 3000 in plaats van 1000 Watt, te bedrijven zonder dat oververhitting van het lichaam door een te trage regeling kan optreden. Voorts is het bij de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding mogelijk bij afkoeling van het lichaam terstond de warmtetoevoer daaraan bij te 35 regelen.The object of the invention is to provide a heating device which has a temperature sensor which shows greatly reduced inertia and which allows a continuous regulation of the heat supply to the body, without causing inertia, which makes it possible to use the electric heating means with a greater power, for example 3000 instead of 1000 Watt, to operate without overheating of the body due to too slow regulation. Furthermore, with the heating device according to the invention it is possible to immediately adjust the heat supply to it upon cooling of the body.

Daartoe heeft de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat als materiaal voor het lichaam ten minste gedeeltelijk keramisch materiaal is gekozen, de tempe- ês ΰ 1 32 7 V w'ï -2- ratuurvoeler een temperatuurgevoelige weerstand is en de temperatuurgevoelige weerstand in het lichaam is ingebed.For this purpose, the heating device according to the invention is characterized in that as material for the body at least partly ceramic material is chosen, the temperature sensor is a temperature-sensitive resistance and the temperature-sensitive resistance in the body is embedded.

Nadere kenmerken en details van de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding zullen duidelijk worden aan de 5 hand van een tekening, waarin tonen; figuur 1 een perspectivisch, gedeeltelijk weggebroken bovenaanzicht van een op een keramisch deel van een lichaam aangebrachte verwarmingsinrichting volgens de uitvinding, 10 figuur 2 een schema van de verwarmingsinrichting van figuur 1, figuur 3 een perspectivisch, gedeeltelijk weggebroken bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van een verwarmingsinrichting volgens de uitvinding, waarbij het 15 lichaam een zool van een strijkbout is, figuur 4 een schema van de verwarmingsinrichting volgens figuur 3, figuur 5 een geëxplodeerd, perspectivisch bovenaanzicht van een'andere uitvoeringsvorm van een verwarmingsin-20 richting volgens de uitvinding, en figuur 6 een geëxplodeerd, perspectivisch bovenaanzicht van nog een andere uitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting volgens de uitvinding, waarbij in een lichaam een veelvoud van onafhankelijke bestuurbare verwarmingsmiddelen 25 is ingebed.Further features and details of the heating device according to the invention will become apparent from a drawing, in which: figure 1 shows a perspective, partly broken away top view of a heating device according to the invention applied to a ceramic part of a body, figure 2 shows a diagram of the heating device of figure 1, figure 3 a perspective, partly broken away top view of another embodiment of a heating device according to the invention, wherein the body is a sole of an iron, figure 4 shows a diagram of the heating device according to figure 3, figure 5 shows an exploded perspective top view of another embodiment of a heating device according to the invention, and figure 6 is an exploded perspective top view of yet another embodiment of the heating device according to the invention, wherein a plurality of independently controllable heating means 25 is embedded in a body.

In een keramische laag 15 van een lichaam, in de vorm van een van een temperatuurvoeler 4 voorziene plaat 2, welke laag 15 bijvoorbeeld gevormd is door een geëmailleerde metaalplaat 16, is een verwarmingsinrichting 1 volgens de 30 uitvinding ingebed, bijvoorbeeld met behulp van dikke-film-techniek, welke verwarmingsinrichting 1 electrische verwarmingsmiddelen 3 in de vorm van tussen twee geleidende stroken 17 aangesloten weerstandsbanen 7 en een temperatuurgevoelige weerstand 6 in de vorm van een thermobaan 32 omvat (figuur 35 1). Zowel de weerstandsbanen 7 als één of meer thermobanen 32 Zijn bij voorkeur kanteel- of meandervormig voor het vergroten van de lengte daarvan. Een weerstandsbaan kan echter ook rechthoekig zijn uitgevoerd ter verkrijging van een zo groot 8501327 a -3- mogelijke vermogensoverdracht aan de plaat 2; de vermogensoverdracht per oppervlakte is immers vanwege de r eigenschappen van de emaillelaag aan een maximum gebonden.In a ceramic layer 15 of a body, in the form of a plate 2 provided with a temperature sensor 4, which layer 15 is, for instance, formed by an enameled metal plate 16, a heating device 1 according to the invention is embedded, for example by means of thick film technique, which heating device 1 comprises electric heating means 3 in the form of resistance paths 7 connected between two conductive strips 17 and a temperature-sensitive resistance 6 in the form of a thermal path 32 (figure 35 1). Both the resistance webs 7 and one or more thermo webs 32 are preferably crenellated or meandering to increase the length thereof. However, a resistance path can also be rectangular in order to obtain the greatest possible power transfer to the plate 2 8501327-3. after all, the power transfer per surface is limited to a maximum because of the properties of the enamel layer.

In figuur 2 is schematisch een regelschakeling 5 te 5 zien, waarin een weerstandsbaan 7 met behulp van een tussen aansluitklemmen 18 en 19 geschakelde voedingsbron door middel van een regelorgaan 20 van een warmte opwekkende electrische stroom wordt voorzien. De weerstandsbaan 7 bestaat bijvoorbeeld uit gezeefdrukte weerstandspasta met lage weerstandsco-10 efficient; de thermobaan 32 bijvoorbeeld uit NTC of PTC pasta met hoge temperatuurcoëfficient. De pasta's uit de 7600/7700 serie van Du Pont zijn hiervoor goed te gebruiken. Het regelorgaan 20 wordt bediend door een van een operationele versterker 10 afkomstig electrisch signaal, welk electrisch sig-15 naai een maat is voor de waarde van de van de temperatuur afhankelijke weerstand van de thermobaan 32 ten opzichte van de instelbare weerstand 21 die aan een niet getoonde ther-mostaatknop gekoppeld is. De operationele versterker 10 wordt ingesteld door instelweerstanden 22 en 23. Schematisch is 20 aangegeven dat zowel de thermobaan 32 als de weerstandsbaan 7 kanteelvormig zijn, en wel zo dat de thermobaan 32 zich in de nabijheid van de weerstandsbaan 7 bevindt, zodat de regeling van de temperatuur snel plaatsvindt.Figure 2 schematically shows a control circuit 5 in which a resistance path 7 is supplied with a heat-generating electric current by means of a power supply connected between terminals 18 and 19 by means of a control element 20. The resistance path 7 consists, for example, of screen-printed resistance paste with low resistance coefficient; the thermal track 32, for example, from NTC or PTC paste with a high temperature coefficient. The pastes from the Du Pont 7600/7700 series can be used for this. The controller 20 is operated by an electrical signal from an operational amplifier 10, which electrical signal 15 is a measure of the value of the temperature-dependent resistance of the thermal track 32 relative to the adjustable resistor 21 which is connected to a shown thermostat knob. The operational amplifier 10 is set by setting resistors 22 and 23. It is schematically shown that both the thermal track 32 and the resistance track 7 are crenellated, such that the thermal track 32 is in the vicinity of the resistance track 7, so that the control of the temperature occurs quickly.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de verwarmings-25 inrichting volgens de uitvinding (figuur 3) wordt de plaat 2 gevormd door een van een emaillelaag 15 voorziene, metalen zool 12 van een niet getoonde strijkbout. Voor het nog sneller reageren op temperatuursveranderingen van de onderzijde van de zool 12 die bij strijken op bijvoorbeeld een nat laken 30 snel kan afkoelen, is de zool 12 aan beide zijden voorzien van NTC of PTC thermobanen, waarbij de niet zichtbare onderste thermobanen 6' via van een emaillelaag 24 voorziene, met geleidende pasta 8 gevulde gaten 9 op de regelschakeling 5 aansluitbaar zijn.In another embodiment of the heating device according to the invention (figure 3), the plate 2 is formed by a metal sole 12 provided with an enamel layer 15 and an iron (not shown). To react even faster to temperature changes of the underside of the sole 12, which can cool down quickly when ironing on, for example, a wet sheet 30, the sole 12 is provided on both sides with NTC or PTC thermobanes, whereby the invisible lower thermobanes 6 'via holes 9 provided with an enamel layer 24 and filled with conductive paste 8 can be connected to the control circuit 5.

35 Het voordeel van deze onderste thermobanen 6' is, dat deze zich aan het strijkoppervlak van de een grote warm-tecapaciteit bezittende metaalplaat 25 bevinden, zodat de warmtetoevoer aan de metaalplaat 25 reeds op gang komt, al- 8501327 -4- vorens een aanzienlijke warmte-afvoer door de isolerende emaillelaag naar het te strijken object vanaf de metaalplaat plaats vindt.The advantage of these lower thermal tracks 6 'is that they are located on the ironing surface of the metal plate 25 having a high heat capacity, so that the heat supply to the metal plate 25 is already started, albeit a considerable heat is dissipated through the insulating enamel layer to the object to be ironed from the metal sheet.

De stroomtoevoer aan electrische verwarmingsmidde-5 len 3 wordt door een regelorgaan 11 dat aangestuurd wordt door van twee operationele versterkers 26,27 afkomstige electrische signalen, geregeld (figuur 4). De versterkers 26,27 zijn ingesteld met behulp van weerstanden 28,29 respektieve-lijk 30 en met behulp van een op een niet getoonde ther-10 mostaatknop aangesloten instelbare weerstand 31 en versterken de temperatuursafhankelijke weerstandsveranderingen van res-pektievelijk de onderste thermobanen 6' en de weerstanden 6.The power supply to electric heating means 3 is controlled by a controller 11 which is controlled by electric signals from two operational amplifiers 26, 27 (figure 4). The amplifiers 26, 27 are adjusted by means of resistors 28, 29 and 30, respectively, and by means of an adjustable resistor 31 connected to a thermostat knob (not shown) and amplify the temperature-dependent resistance changes of the lower thermobanes 6 'and the resistors 6.

De regelorganen 10 en 11 kunnen bijvoorbeeld voor één respektievelijk twee ingangen geschikte standaard 15 PID-regelaars zijn.The controllers 10 and 11 can be standard PID controllers suitable for one or two inputs, for example.

Bij een andere uitvoeringsvorm van een verwarmings-inrichting volgens de uitvinding (figuur 5) kunnen met behulp van hetzelfde zeefdrukpatroon electrische verwarmingsmiddelen 3 in de vorm van tussen geleidende stroken 17 aangebrachte 20 weerstandsbanen 7 alsmede een temperatuurgevoelige weerstand 6 in de vorm van tussen geleidende stroken 33 aangebrachte thermobanen 32 met tussenkomst van een isolatielaag 13 op een van een emaillelaag 15 voorziene metaalplaat 16 worden aangebracht. Hetzij de verwarmingsmiddelen 3, hetzij de tempera-25 tuurgevoelige weerstand 6 kunnen hierbij in de emaillelaag zijn ingebed, zowel aan de bovenzijde als aan de onderzijde van bijvoorbeeld een zool van een strijkbout.In another embodiment of a heating device according to the invention (figure 5), electric heating means 3 in the form of resistance bands 7 arranged between conductive strips 17 and a temperature-sensitive resistor 6 in the form of between conductive strips 33 can be used with the same screen printing pattern. applied thermal tracks 32 are provided on an metal plate 16 provided with an enamel layer 15 through an insulating layer 13. Either the heating means 3 or the temperature-sensitive resistor 6 can be embedded in the enamel layer, both on the top and on the underside of, for example, an sole of an iron.

Een andere uitvoeringsvorm van de verwarmingsinrichting 1 volgens de uitvinding (figuur 6) wordt toegepast 30 bij zogenaamde spotverwarming voor het vervaardigen van halfgeleiderelementen, waarbij door het van plaats tot plaats nauwkeurig regelen van de temperatuur van een plaat 34 de viscositeit en daarmee de dikte van op de plaat 34 te brengen, niet getoond halfgeleidermateriaal geregeld kan ; 35 worden. Bij elk oppervlak 35 zijn een ingebedde weerstands-baan 7 en een thermobaan 32 aangebracht, met behulp waarvan de temperatuur van een dergelijk klein oppervlak nauwkeurig i met behulp van een bij elk oppervlak aangebracht stuurorgaan ] @501327 t { f k 9 -5- ψ 14 bestuurd kan worden. Door middel van een met de stuuror-ganen 14 verbonden, aan een frame 37 vastgezet, centraal toetsenbord 36 en niet getoonde bijbehorende electronica kan de temperatuur van de oppervlakken 35 ingesteld en gemeten worden, welke temperatuurwaarden op een venster 38 afgelezen kunnen worden.Another embodiment of the heating device 1 according to the invention (figure 6) is used in so-called spot heating for the production of semiconductor elements, wherein by precisely controlling the temperature of a plate 34 from place to place, the viscosity and thus the thickness of the plate 34, semiconductor material not shown can be controlled; 35. An embedded resistance path 7 and a thermal track 32 are provided at each surface 35, by means of which the temperature of such a small surface is accurately provided with the aid of a control element arranged at each surface] @ 501327 t {fk 9 -5- 14 can be controlled. The temperature of the surfaces 35 can be set and measured, which temperature values can be read on a window 38, by means of a central keyboard 36 connected to the controls 14, fixed to a frame 37 and associated electronics not shown.

85013278501327

Claims

Heating device for heating a body (2), comprising electric heating means (3) for heating the body (2), a temperature sensor (4) for sensing the temperature of the body (2) and a control circuit (5) for keeping the body (2) at a desired, set temperature, characterized in that as material for the body (2) at least partly ceramic material is selected, the temperature sensor (4) has a temperature-sensitive resistance (6 ) and the temperature sensitive resistor (6) is embedded in a ceramic wall of the body (2).

Heating device according to claim 1, characterized in that the temperature-sensitive resistor (6) comprises at least one thermal track 15 (32) exhibiting a temperature coefficient.

Heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the body is an enamelled plate (2), that temperature-sensitive resistances printed in ceramic walls are arranged on both sides of the plate (2) and that the temperature-sensitive resistance (6) can be connected on one side of the plate (2) via enamelled holes (9) in the plate (2).

Heating device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the control circuit (5) comprises at least one amplifier (10) and at least one control element (11), optionally in integrated form.

Heating device according to any of the preceding claims, characterized in that the plate (2) is an iron sole (12).

Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric heating means (3) comprise resistance paths (7), which resistance paths (7) are embedded in the plate (2) and are on the control circuit (5) connected. 8501327 _ -7-

Collection device according to claim 1 or 2, characterized in that the heating means (3) and at least one thennobane (32) are arranged one above the other and that an insulating layer (13) is arranged between them.

Heating device according to claim 1 / characterized in that the plate (2) is provided with a plurality of electric resistance paths (7), independently controllable in the plate (2), which are independently controllable by means of a control member (14) and in that at least one thermal track (32) is embedded in the plate (2) in the vicinity of the resistance paths (7). 8t “Λ ^ * 7 * 9 ου i o 11