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Elektrischer Lötkolben
Die bekannten elektrischen Lötkolben haben im Gebrauch mancherlei Nachteile, die ihre Verwendung erschweren. Am unangenehmsten ist die lange Anheizzeit, die ihre Ursache in der notgedrungenen indirekten Erwärmung des Kupferkolbens hat. Je besser die elektrische Isolierung, desto schlechter ist der Wärme- übergang. Die Folge davon ist, dass der Kolben entweder nicht genügend warm wird, wenn er sich in dauerndem Gebrauch befindet, oder, dass er sich andererseits überhitzt, wenn er genügend Heizleistung hat und in eingeschaltetem Zustand zu späterer Verwendung abgestellt wird, wie dies allgemein üblich ist.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn der Kolben direkt geheizt wird und wenn die Energiezufuhr in solchem Masse erfolgt, dass nur kurzzeitiges Einschalten erforderlich ist, um ihn lötwarm zu bekommen. Hiezu eignet sich das bekannte Prinzip der Heizung durch den Ausbreitungs-und Übergangswiderstand eines schlechten Stromleiters, vorzugsweise eines zugespitzten Kohlestabes hervorragend.
Erfindungsgemäss wird die Anordnung so getroffen, dass dem Kolben eine derart hohe Wärmemenge zugeführt wird, dass er in kürzester Zeit seine Arbeitstemperatur erreicht. Die Einhaltung der erforderlichen Temperatur wird durch periodisches Ein-und Ausschalten des Stromes erreicht, wobei durch Vergrösserung der Schliessoder Öffnungszeiten eine weitgehende Regelung und Anpassung an den Wärmeverbrauch erzielt wird. Dieses Prinzip der Erfindung vermeidet alle Nachteile und hat darüber hinaus, in Verbindung mit der Art der direkten Erhitzung noch eine ganze Reihe besonderer Vorteile.
In der Zeichnung sind das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip sowie einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 veranschaulicht das bekannte Prinzip der Heizung mittels Ausbreitungsund Übergangswiderstand. Die Fig. 2,3 und 4 zeigen drei verschiedene Anwendungen dieses Prinzipes im Sinne der Erfindung. Die Fig. 5 und 6 stellen zwei beispielsweise Ausführungen dieses Lötkolbens dar.
Wie die Fig. 1 erkennen lässt, wird die zugespitzte Kohle 2 in an sich bekannter Weise gegen den Kolben 1 gedrückt und das Ganze an die Stromquelle 3 angeschlossen. Durch den Strom erwärmt sich die Kohle nach Massgabe ihres Widerstandes derart, dass die Spitze am heissesten wird, wogegen die Temperatur nach der Seite grösseren Querschnittes, also nach oben zu, abnimmt. Der Kolben wird durch die weissglühende Kohlenspitze durch Leitung und Strahlung direkt, also ohne Zwischenschaltung eines Wärmeübertragungsmittels, erhitzt. Der Ausbreitungswiderstand des Kupfers ist hiebei zu vernachlässigen. Wegen der erheblich grösseren Wärmeleitfähigkeit des Metalles gegenüber der Kohle geht der Wärmestrom dorthin, wo man ihn haben will, nämlich ins Kupfer.
Beim Betrieb einer derartigen Erhitzungsvorrichtung tritt nun der merkwürdige Effekt ein, dass die Spitze der Kohle erhalten bleibt, bzw. sich ständig erneuert. Die dann entstehende Form ist aus Fig. 2 ersichtlich. Der Grund dieser Erscheinung ist der, dass die Kohle an der Berührungsstelle mit dem Metall stark gekühlt ist und daher an dieser Stelle weniger stark abbrennt. An der unmittelbar benachbarten Stelle tritt dann die hellste Weissglut und der stärkste Abbrand ein, der dann nach oben zu immer geringer wird. Die gezeichnete Form bleibt auch beim dauernden Gebrauch erhalten und gewährleistet die Konzentration der Wärmeentwicklung auf das Metall des Kolbens. Gibt man dem Kolben 1 die gezeichnete hochgezogene Form, dann wird die gesamte erzeugte Wärmemenge an der nutzlosen Abstrahlung verhindert, wird also nutzbringend verwertet.
Ausserdem wird die störende Lichtwirkung unterbunden. Zur Verringerung des Abbrandes ist erfindungsgemäss der Luftzutritt durch eine Abdichtung 4 beispielsweise durch Asbest erschwert.
Die oben beschriebene Anordnung der Erhitzungsvorrichtung ergibt bei Verwendung von Kohle bei Spannungen von 4 bis 6 V günstige Werte für einen Kleinlötkolben, der bei bisheriger Ausführung eine Grössenordnung von 150 bis 200 W Heizleistung hätte. Die Heizleistung würde sich etwa in den gleichen Grenzen halten, der Effekt wäre aber ein vielfach besserer. Durch die Anordnung von zwei Kohlen nach Fig. 3 kann die Spannung und Leistung verdoppelt werden. Der Übergangswiderstand tritt zweimal auf.
Bei der praktischen. Ausführung eines derartigen Lötkolbens, der mit hoher Energiekonzentration
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arbeitet, ist das Ein-und Ausschalten des Stromes besonders wichtig. Der Strom wird sozusagen nur sekundenweise eingeschaltet. Das Einschalten erfolgt durch Fingerdruck beim Zurhandnehmen des Gerätes. In etwa 20 Sekunden ist er vom kalten Zustand aus lötwarm. Durch Loslassen des Knopfes und zeitweiliges kurzes Niederdrücken wird die Temperatur auf dem gewünschten Wert gehalten. Bei einem normalen Kolben, also mit indirekter Heizung ist eine derartige Regelung wegen der grossen Wärmeträgheit nicht durchführbar. Es ist zweckmässig, die Kohle an einem federnden Hebel zu befestigen und zur Stromeinschaltung einfach mit dem Finger gegen den Kolben zu drücken.
Für besondere Fälle kann auch eine Anordnung nach Fig. 4 zweckmässig sein. Bei dieser steckt die Kohle 2 lose im Kolben 1, der innen mit einem feuerfesten Isolierröhrchen 5 ausgekleidet ist. Die Kohle erhält dann zweckmässig ein Metallkäppchen 6, wie es bei den Kohlen der Taschenbatterien üblich ist.
Der federnde Stromzuführungshebe1 7 wird beim Inbetriebsetzen über einen wärmeisolierenden Knopf mit dem Finger angedrückt.
Die Massnahme des Andrückens der Kohle mit dem Finger hat auch den weiteren Vorteil, dass durch Veränderung des Druckes die Heizleistung gefühlsmässig verändert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des vollständigen Gerätes mit nur einer Kohle zeigt Fig. 5. Der Kolben 1 wird von einer Schelle 8 umfasst, die einstellbar und abnehmbar am Ausleger 9 befestigt ist. Die. Kohle ist am Ende des federnden Hebels 10 in einer Schelle auswechselbar befestigt. Der Hebel 10 trägt einen wärmeisolierenden Knopf 11. Der zweckmässig zweiteilig ausgeführte Handgriff 12 klemmt mittels zweier Schrauben bei Zuhilfenahme von Sicherungsstiften, die ein Herausfallen der Teile verhindern, nicht nur den Ausleger 9 und den Hebel 10, sondern an deren geriffelten Enden auch gleichzeitig die Anschlusskabel fest. Durch die leichte Abnehmbarkeit des Kolbens ist es möglich, mit verschiedenen Einsätzen zu arbeiten.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist der, dass die Anordnung bei abgenommenem Kolben auch zur direkten Erhitzung der Lötstelle ohne Zwischenschaltung des Kolbens verwendet werden kann, was z. B. beim"Ablöten" von Teilen oder beim Neulöten bereits bestehender Lötstellen weitere, ganz erhebliche Zeitersparnisse bringt. Dies wird besonders für die Reparatur im Elektroapparatebau zutreffen. Hiebei kann die Befestigungsschraube am Ausleger 9 als Anschlussklemme zum Stromanschluss an die Lötstelle benützt werden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit zwei Kohlen zeigt Fig. 6. Die Kohlen 2 sind hier beweglich, nach Fig. 4, angeordnet. Der Kolben 1 ist an dem runden Eisenstab 13 befestigt. Die Stromzuführung und Schaltung erfolgt über die beiden federnden Hebel 14, die je einen wärmeisolierenden Knopf 11 tragen. Der hier zweckmässig dreiteilig ausgeführte Handgriff 15 dient wiederum gleich- zeitig zum Anklemmen der Kabel. Das Einschalten erfolgt durch Zusammendrücken der beiden Knöpfe 11 mittels Daumen und-Zeigefinger.
Derartige Lötkolben haben ausser den eingangs erwähnten Vorteilen noch weitere, die ihre Anwendung ganz ausserordentlich angenehm gestalten. So ist nicht nur die bekannte Beschränkung der Erwärmung auf die vordersten Teile gesichert, sondern auch die Möglichkeit geboten, das Gerät ganz weit vorn anzufassen, wodurch das Arbeiten bedeutend erleichtert wird. Eine weitere Erleichterung in dieser Beziehung ergibt sich aus dem ausserordentlich niedrigen Gesamtgewicht der Anordnung. Diese Eigenschaften in Verbindung mit der Temperaturregelung machen ein Arbeiten selbst an feinsten Geräten ohne besondere Anstrengung oder gar Gefahr für das Gerät möglich.
Zur weiteren Vervollkommnung mag es manchmal sogar zweckmässig erscheinen, den Kolben selbst aussen mit einem Wärmeschutzmantel zu versehen, der eine ungewollte Erwärmung der Umgebung verhindert und nebenbei noch den Wirkungsgrad erhöht. Durch die im Gesamten nur kurzzeitige Erhitzung des Kupfers ohne Überhitzung wird die Oxydation und Legierung vermieden, was ein dauerndes Sauberhalten des Kolbens verbürgt.
Einige weitere Vorteile sind und u. a. noch darin gelegen, dass gegenüber den normalen Lötkolben für 150 W Heizleistung, die etwa 0 5 kg wiegen, das Gewicht des erfindungsgemässen Lötkolbens gleicher Heizleistung nur die Hälfte beträgt. Sein Kupfergewicht macht daher etwa nur ein Viertel dessen des Normalkolbens aus. Infolge seines erheblich besseren Wirkungsgrades ersetzt er aber einen Kolben von weit grösserer Abmessung. Dass der Energieverbrauch beim Erfindungsgegenstand nur einen Bruchteil vom bisherigen beträgt, ergibt sich aus obigen Angaben von selbst.
Hinsichtlich der Bereitstellung der erforderlichen niedrigen Spannung, bzw. des hohen Stromes ist noch zu bemerken, dass der Erfindung- gegenstand für Radioreparaturwerkstätten, Bastler, Autowerkstätten, für die Fabrikation von Elektrogeräten, nicht aber für Spengler gedacht ist.
An allen diesen Stellen wird aber entweder ein Akkumulator oder ein Transformator vorhanden sein. Besonders bequem ist der Betrieb mit einer 6 V Autobatterie, wodurch etwa das Arbeiten am Kraftwagen in und ausserhalb der Garage oder selbst unterwegs sehr erleichtert wird.
Auch dürfte sich die Entwicklung eines genau zum Gerät passenden Transformators lohnen, da dieser wegen des nur ganz kurzzeitigen Betriebes sehr klein wird. So wird dann die im übrigen sehr billige Einrichtung nur ganz unwesentlich verteuert und ist universell verwendbar. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil ist die Verwendung der völlig gefahrlosen Niederspannung, so dass keine Notwendigkeit besteht, auf die Isolation besonderes Augenmerk zu verwenden.
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Der erfindungsgemässe Lötkolben ist absolut unverwüstlich und daher auch aus diesem Grunde sehr billig im Gebrauch. Ein Durchbrennen ist unmöglich. Das Arbeiten kann durch vorübergehende Anwendung höherer Spannung noch erheblich beschleunigt werden, ohne dass die geringste Gefahr für das Gerät besteht. Die Abnützung des Kupferkolbens ist denkbar gering.
Wegen des günstigen Wärmeflusses kann man den
Kolben beispielsweise ganz oder teilweise selbst aus Eisen herstellen, das oberflächlich auch mit einer Rostschutzschicht überzogen sein kann. Auch die Abnützung der Kohle bleibt in mässigen Grenzen. Die sehr billigen Kohlestückchen können durch wenige Griffe rasch ausgewechselt werden. Sind die Originalersatzteile nicht zur Hand, dann erfüllt ein Kohlenstift aus einer Taschenbatterie völlig den gleichen Zweck. Bei Verwendung von Silitstäbchen kann mit höherer Spannung und niedrigerem Strom gearbeitet werden. Auch haben diese den Vorteil eines weit geringeren Abbrandes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Lötkolben, bei welchem die Erhitzung des Kupferkolbens durch den Übergangs-und Ausbreitungswiderstand eines
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eines Lichtbogens erfolgt, gekennzeichnet durch kurzzeitig betätigbare Schaltorgane, welche die auf die Kolbenmasse abgestimmte, sehr hohe
Energiezufuhr periodisch steuern.