DE1286242B

DE1286242B - Elektrisch beheiztes Geraet, das zur selbsttaetigen Temperaturregelung mit einem elektrischen Widerstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten versehen ist

Info

Publication number: DE1286242B
Application number: DE1958S0059080
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Rudolf; Schoefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-07-22
Filing date: 1958-07-22
Publication date: 1969-01-02

Description

Es sind bereits Stoffe bekannt, deren elektrischer Widerstand in einem bestimmten, von ihrer Zusam-' mensetzung abhängigen Temperaturbereich mit steigender Temperatur stark zunimmt, die: also einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzen (sogenannte Kaltleiter).
Diese Widerstände werden aus einem Ferroelektrikum hergestellt, dessen Curie-Punkt an oder dicht unterhalb der Grenze des Bereiches liegt; in dem der Widerstand einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes besitzen soll. Der Werkstoff wird störstellenleitend ;(vorzugsweise Zemacht, wobei der Abstand E der Donatoren vom Leitungsband, bzw. der Akzeptoren vom Valenzband nur klein gegenüber der Hälfte des Abstandes Eo zwischen Valenz- und Leitungsband ist. Dabei ist der Störstellengehalt so. groß gewählt, daß bis zur oberen Grenze des Betriebstemperaturbereiches, in dem der Widerstand einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten besitzen soll, die Eigenleitung oder eine zusätzliche andere Störleitung vernachlässigbar klein ist.
Für Widerstände, die in dem üblichen Temperaturbereich zwischen O und 100° C einen hohen positiven "Temperaturkoeffizienten besitzen sollen, ist die Verwendung von Mischkristalltitanaten, z. B. Barium-Strontium-Titanat, günstig, für andere Temperaturbereiche z. B. die Verwendung von Natrium-Kalium-'Titanat, wobei die molaren Verhältnisse von Natrium zu Kalium dem gewünschten Temperaturbereich entsprechend gewählt sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung -ist -es, :das technische Problem einer relaisfreien Temperaturstäbilisa:tion, z. B. Kleinstthermostaten für 'temperaturempfindliche Bauelemente, z. B. 'Schwingquarze; oder für leistungsstabilisierte 1ieizanordmmgen, .die für einen großen Spannungsbereich verwendet werden können (z. B. Tauchsieder für 110 bis 220 V) oder für Heizelemente. mit regelbarer Endtemperatur (z.- B.- Bügeleisen) durch die Verwendung eines kontaktlosen Schalters zu lösen.
Es ist bereits .eine Schaltungsanordnung zur selbsttätigen Temperaturstabilisierung elektrisch geheizter Geräte bekannt, bei der ein temperaturabhängiger Widerstand entweder mit einem vom Strom durchflossenen Heizwiderstand in Reihe geschaltet ist oder ,selber - als Heizwiderstand dient. Als temperaturabhängiger Widerstand wurde dort vorgeschlagen, ein Aggregat zu verwenden, bei dem sich Widerstandsmaterial in einer Hülle befindet, die einen arideren Ausdehnungskoeffizienten besitzt als das Wider--standsinaterial, -so daß-dieses-bei Temperaturschwankungen unterschiedlichen Drücken ausgesetzt ist, wodurch der Widerstandswert des Aggregates -verändert wird.
Andererseits ist es bekannt, - bei -einem Kontrollschalter für Heizdecken den Abstand der Heizwicklung; die zur Beheizung des Bimetalls dient, im Verhältnis zu diesem verschiebbar anzuordnen. Das Bimetall ist mit dem Heizkörper des Gerätes in Reihe geschaltet und vom gesamten Betriebsstrom durchflossen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist das elektrisch beheizte Gerät, das zur selbsttätigen Temperaturregelung mit einem elektrischen Widerstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten versehen ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kaltleiter mit Sprungcharakteristik aufweist, der vom .gesamten Betriebsstrom durchflossen Der positive Temperaturkoeffizient dieser Widerstände eignet sich :nämlich besonders für eine relais-und störungsfreie selbsttätige Temperaturstabilisierung elektrisch geheizter Geräte.
Die Heizung des Gerätes erfolgt z. B. in der bisher üblichen Weise durch eine Heizspirale, deren Widerstand sich mit der Temperatur nur wenig ändert. Der diese Heizwicklung durchfließende Strom wird durch einen Kaltleiter ;geführt, der mit dem zu erwärmenden. Apparat in -mehr oder weniger festem Wärme-: köntakt steht. Ist die Temperatur auf den gewünschten Endwert gestiegen, so steigt der Widerstand des Kalileiters steil an und drosselt den Heizstrom. Durch Änderung des Wärmekontaktes, also z.3. durch Variieren des Abstandes zwischen Kaltleiter und aufzuheizendem Gegenstand, kann die Endtemperatur variiert werden. Wird dem Gerät Wärme entzogen, so steigt sofort die Stromstärke stark an, bis die »Abschalttemperatur« erreicht ist. Bei geringem Wärmeentzug ist die »Leerlaufstromstärke« entsprechend klein, z. B:. bei-einer leer stehenden Heizplatte: nur einige Miniampere. Die Höhe der Netzspannung (110 bis 220 V) ist auf die Endtemperatur wegen der Steilheit des Widerstandsanstieges praktisch ohne Einflul3.-Andererseits kann aber z. B: die Heizung des Gerätes auch unmittelbar durch die Wärmeentwicklung im Kaltleiter erfolgen. Der Keramikkörper des Kaltleiterwiderstandes ersetzt also die Heizspirale. Voraussetzung für -dieseganz neue Art von -Heizung ist, daß -der niedrige Kaltwiderstand des Kaltleiters so groß ist, .daß die Stromentnahme und damit-die Aufbeizungsgeschwindigkeit des Apparates nicht allzu groß wird. Soll z. B. bei 220 V ein Strom von 2 Ampere erzielt werden, so muß der Kaltwiderstand des- Kaltleiters 110 Ohm :betragen. Kaltleiter z: B. mit rechteckigem Querschnitt, die diesen Kaltwiderstand besitzen, lassen sichleicht herstellen. Sie werden z. B. durch eine dünne Glimmerschicht isoliert gegen die :-Unterseite der zu heizenden Platte gepreßt. .Je besser der Wärmekontakt ist; desto rascher stellt sich die Temperatur der Platte auf die Temperatur ein, bei der .der Kaltleiter den .Strom drosselt. Die von den Kaltleiterstäben aufgenommene Stromstärke regelt sich automatisch so ein, daß die aufgenommene Wattzahl gleich der abgegebenen Wärmeenergie ist. Je höher also die Netzspannung ist, desto schwächer wird der sieh einstellende-Strom.
Bei dieser Schaltanordnung kann die Einstellung -der -gewünsehten:Endtemperatur-durchEinstellen des Wärmeüberganges vom Kaltleiter zu dem Körper, -desserizTemporatur geregelf-werden soll, erfolgen. Bei dieser Temperaturregelung -ist also der Anteil der vom Kaltleiter zum .Gerät übergehenden Wärmemenge an der .in .ihm erzeugten Wärmemenge einstellbar; d. h:, der Abstand zwischen Kaltleiter und aufzuheizender Platte ist veränderlich. Da alle diese Regelvorgänge stetig verlaufen, sind sie selbstverständlich ohne hochfrequente Störwirkung. Es ist also bei diesen Geräten kein Störschutz notwendig. Durch die selbsttätige Temperaturbegrenzung ist eine thermische Überlastung, die die Lebensdauer der üblichen Heizelemente begrenzt, praktisch ausgeschlossen.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung soll durch die Beschreibung .der in F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele gegeben werden. In F i g. 1 ist ein Bügeleisen dargestellt, bei dem eine Temperaturbegrenzung mit einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung erfolgt. Der Heizwiderstand 4 ist in Reihe mit dem Kaltleiter 2 geschaltet. Mit der Vorrichtung 1 kann der Abstand d zwischen Kaltleiter 2 und aufzuheizender Platte 3 und damit die gewünschte Endtemperatur eingestellt werden. Es ist in diesem Fall besonders günstig, wenn der Kaltleiter 2 scheibenförmig ausgebildet ist.
In F i g. 2 ist eine Heizplatte dargestellt, bei der der als rechteckiger Stab ausgebildete - Kältleiter 8 selbst als Heizwiderstand dient. Die Aufheizung der Platte 6 erfolgt durch mehrere parallelliegende stabförmige Kaltleiter. Die Glimmerschicht 7 dient zur Isolation, und mit den Schrauben 11 und der Druckplatte 9 werden die Kaltleiterstäbe gegen die Unterseite der aufzuheizenden Platte 6 gepreßt. Damit wird ein möglichst guter Wärmekontakt zwischen Kaltleiter und Platte 6 erreicht, so daß die Temperatur der Platte 6 praktisch gleich der des Kaltleiters ist. Die Zuleitungen 10 führen zur Spannungsquelle.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrisch beheiztes Gerät, das zur selbsttätigen Temperaturregelung mit einem elektrischen Widerstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten versehen ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß das Gerät einen Kaltleiter mit Sprungcharakteristik aufweist,- der vom gesamten Betriebsstrom durchflossen wird.
2. Elektrisch beheiztes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter (2) mit der Heizwicklung (4) des Gerätes in Reihe geschaltet ist.
3. Elektrisch beheiztes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter selbst als Heizwiderstand dient (F i g. 2).
4. Elektrisch beheiztes Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalt-Leiter mit dem zu erwärmenden Gegenstand in veränderlichem Wärmekontakt steht.
5. Elektrisch beheizte Wärmeplatte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabförmiger Kaltleiter (8), insbesondere mehrere parallel zueinander liegende stabförmige Kaltleiter, durch eine dünne Glimmerschicht (7) isoliert, mit einer Druckplatte (9) gegen die aufzuheizende Platte (6) gepreßt ist, so daß sich die Temperatur der Platte (6) auf diejenige Temperatur einstellt, bei der der Kaltleiter (8) den ihn durchfließenden Strom drosselt (F i g. 2).