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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit auf einer
Heizfläche angeordneten Heizleitern, von denen jeweils zwei dicht benachbart angeordnete
gegensinnig von Strom durchflossen werden, so daß kein äußeres Magnetfeld entsteht.
Ein Strom in einem elektrischen Leiter erzeugt ein magnetisches Feld. Ein solches
magnetisches Feld, welches von der elektrischen Heizung herrührt, kann bei wissenschaftlichen
Geräten recht störend sein. Es kann beispielsweise die Auslenkung eines Drehspuleninstrumentes
beeinflussen. Besonders störend sind äußere Felder jedoch bei Kemresonanzgeräten,.deren
Auflösungsvermögen entscheidend von der Homogenität eines zwischen zwei Polen erzeugten
Magnetfeldes abhängt und durch äußere Streufelder entscheidend beeinträchtigt werden
kann.
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Beim An- und Abschalten des Stromes, wie es durch den Temperaturregelvorgang
ständig erfolgt, entstehen Änderungen des Magnetflusses, die in elektrischen Spulen
Spannungen induzieren. Auch das kann bei wissenschaftlichen Geräten zu einer unerwünschten
Beeinträchtigung oder Störung der Funktion des Gerätes führen.
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Es sind elektrische Heizvorrichtungen für Heizkissen oder ähnliche
Zwecke bekannt, bei denen Heizleiter bifilar auf einer Heizfläche angeordnet und
paarweise gegensinnig vom Strom durchflossen sind. Bei diesen bekannten Vorrichtungen
geht es darum, einmal eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Heizleitung über
die gesamte Heizfläche zu erreichen, weshalb der Heizleiter spiralig oder mäanderförmig
über die Heizfläche geführt ist, und zum anderen den Leiter dann wieder im wesentlichen
zu seinem Ausgangspunkt zurückzuführen, weil die beiden elektrischen Anschlüsse
natürlich dicht beieinanderliegen. Aus diesem letzteren Grunde ist bei bekannten
Heizvorrichtungen dieser Art eine bifilare Führung des Strompfades vorgesehen worden,
wobei aber mit Rücksicht auf die angestrebte gleichmäßige Wärmeverteilung die Anordnung
so getroffen ist, daß die hin- und rücklaufenden Strompfade im Abstand voneinander
angeordnet sind, und die erzeugte Wärme möglichst gleichmäßig verteilt abgegeben
wird. Bei diesen Anordnungen, bei denen die bifilaren Heizleiter im Abstand voneinander
angeordnet sind; treten jedoch trotzdem äußere magnetische Felder auf, die natürlich
bei einem Heizkissen nicht stören.
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Es ist auch eine Heizeinrichtung bekannt, bei welcher Heizleiter bifilar
so dicht beieinander angeordnet sind, daß praktisch kein äußeres Magnetfeld ent
steht. Dabei geht es vor allem darum, die Selbstinduktion der Heizeinrichtung zu
vermindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung mit
Temperaturregelung für kochempfindliche wissenschaftliche Geräte zu schaffen.
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Dabei kommt es im allgemeinen darauf an, daß die Temperatur räumlich
sehr gleichmäßig verteilt ist, da Temperaturgradienten zu Störungen führen können.
Die Temperaturregelung muß auf einen Temperaturmittelwert ansprechen und diesen
konstant halten. Dabei ist weiter von Bedeutung, daß Heizung und Regelung keine
störenden Magnetfelder hervorrufen können.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Heizleiter mäanderförmig
auf der einen Seite i eines wärmeleitenden Schirmes über dessen gesamte Fläche hinweg
angeordnet sind, und daß bifilar angeordnete Widerstandsdrähte als Fühler eines
Temperaturreglers ebenfalls über die gesamte Fläche des Schirmes hinweg auf der
anderen Seite desselben in den Zwischenraum zwischen den Heizleitern in einem Bereich
mittlerer Erwärmung angeordnet sind.
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Durch die Verwendung von Widerstandsdrähten als Wärmefühler kann ein
Temperaturmittelwert über die gesamte Fläche der Heizvorrichtung hinweg gemessen
werden. Da diese Widerstandsdrähte ebenso wie die Heizleiter bifilar angeordnet
sind, erzeugen sie keine Magnetfelder. Der wärmeleitende Schirm sorgt für eine schnelle
und gleichmäßige Verteilung der Wärme. Die Widerstandsdrähte sind auf der anderen
Seite des wärmeleitenden Schirmes angeordnet als die Heizleiter, so daß sie mit
den letzteren nicht unmittelbar in Berührung kommen. Die Widerstandsdrähte sind
jedoch nicht längs der Flächen maximaler Erhitzung (d. h. der Flächen, welche den
Heizleitern direkt gegenüberliegen) angeordnet, noch längs der Flächen minimaler
Erhitzung (d. h. der Flächen, die den Mitten zwischen den Heizleitern direkt gegenüberliegen),
sondern längs dazwischenliegender Flächen. Das ist wichtig, da sich die Differenz
zwischen den Temperaturen in den Flächen maximaler und minimaler Erhitzung mit der
Umgebungstemperatur ändert und mit sinkender Umgebungstemperatur ansteigt. So ändert
sich bei einer speziellen Anordnung die Temperatur im wesentlichen sinusförmig über
den Schirm quer zum Verlauf der Heizleiter. Die Amplitude dieser Änderungen steigt
mit sinkender Umgebungstemperatur. Die Maximaltemperatur bleibt dabei für kleine
Anderungen der Umgebungstemperatur relativ konstant, aber die Minimaltemperatur
sinkt. Indem man die Widerstandsdrähte längs der Flächen anordnet, welche zwischen
denen maximaler und minimaler Wärmeabgabe (und damit Temperatur) liegen, ist es
möglich, diese Widerstandsdrähte unabhängig von der Umgebungstemperatur auf eine
Temperatur ansprechen zu lassen, welche einen Mittelwert von Maximal- und Minimaltemperatur
ist.
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Eine solche Kompensation der Magnetfelder sowie einen guten und gleichmäßigen
Wärmeübergang von den Heizfeldern auf den Schirm erhält man, wenn die Heizleiter
von Streifen gebildet werden, die paarweise unter Zwischenlage eines Isolierstreifens
flach aufeinander und auf dem Schirm angeordnet sind.
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Mehrere Schirme dieser Art können zu einem Kasten so zusammengesetzt
sein, daß die Heizleiter außen und die Widerstandsdrähte innen liegen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und im folgenden beschrieben.
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F i g.1 ist ein Grundriß eines kastenartigen Gebildes, nachdem dieses
geöffnet und flachgelegt worden ist, wobei aber eine Wand weggelassen und zwei andere
nur zum Teil dargestellt sind. Das gesamte Gebilde besteht aus sechs gesonderten
Vorrichtungen nach der Erfindung; F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II
von Fig.1.
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Das kastenartige Gebilde weist vier Seitenwände auf, von denen drei
bei 1 a bis 1 c gezeigt sind, einen Deckel 2 und einen Boden 3. Jedes dieser Teile
bildet eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. Diese Vorrichtungen sind im Grundaufbau
einander sehr ähnlich, weshalb nur eine, die Wand 1 a im einzelnen beschrieben werden
soll. Diese Wand 1 a weist
einen wärmeleitenden Schirm in Gestalt
einer rechteckigen Aluminiumplatte 6 von 3 mm Dicke auf. Auf der Außenfläche dieser
Platte 6 sind zwei gleich gestaltete Heizelemente in Gestalt dünner Aluminiumstreifen
angebracht, von denen der äußere Streifen 7 genau fluchtend auf dem inneren angebracht
ist. Die beiden Streifen sind voneinander und von der Platte 2 durch dünne Schichten
elektrischen Isoliermaterials, üblicherweise von Manilapapier, isoliert. Dieses
Material gestattet den Wärmeübergang von den Streifen zur Platte 6.
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Jeder Streifen ist hergestellt aus Teilen in Gestalt relativ langer,
paralleler Stücke 9 und Teilen in Form von relativ kurzen Querstücken 10, welche
die langen Stücke in Reihe miteinander verbinden. Die langen und kurzen Stücke hängen
zusammen und sind durch umgeknickte Stücke 11 miteinander verbunden. Man sieht,
daß die Stücke paarweise an den äußeren bzw. inneren Streifen vorgesehen sind und
die Stücke eines Paares dicht beieinanderliegen (beispielsweise durch einen Spalt
von 0,1 mm getrennt sind). Sie können auch Strom in entgegengesetzten Richtungen
führen. Zu diesem Zweck sind auf der Platte 6 Klemmen 13 bis 16 vorgesehen. Die
Klemmen 13 und 16 sind ständig mit den Enden des äußeren Streifens 7 verbunden,
während die Klemmen 14 und 15 ständig mit den Enden des unteren Streifens
verbunden sind. Somit gestattet der Stromdurchgang durch die beiden Streifen die
Wärmeerzeugung mit vernachlässigbarem Magnetfeld. Diese Wärme tritt durch die Platte
6, welche dazu dient, sie gleichmäßiger zu verteilen.
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Auf der Innenfläche der Platte 6 ist ein Paar von Widerstandsdrähten
18 angebracht, welche ihren Widerstand bei durch die Heizung bewirkten Temperaturänderungen
ändert und die in F i g. 1 durch eine einzige Linie 17 dargestellt sind. Diese zwei
Drähte sind parallel zu den Streifen und von der Platte 6 elektrisch isoliert. Diese
Drähte 18 bestehen auch aus relativ langen Stücken 19 und relativ kurzen Querstücken
20, welche die langen Stücke in Reihe miteinander verbinden. Man sieht, daß diese
Stücke paarweise angeordnet sind, und daß die Stücke eines Paares dicht beieinanderliegen
und Strom in entgegengesetzten Richtungen führen können. An der Platte 6 sind Klemmen
vorgesehen, welche diese Stromzufuhr gestatten. Im Betrieb sind diese Klemmen mit
einer Brückenschaltung verbunden, welche die Stromzufuhr zu den Streifen regelt.
Trotz der guten Leitfähigkeit der Platte 6 ist die Temperatur an ihrer Innenfläche
nicht in allen Punkten die gleiche und die Drähte 18 sind deshalb so angeordnet,
daß sie unabhängig von der Umgebungstemperatur der mittleren Temperatur ausgesetzt
sind. Aus diesem Grunde sind diese Drähte 18 nicht längs der Fläche maximaler Erwärmung
noch längs der Fläche minimaler Erwärmung, sondern längs einer dazwischenliegenden
Fläche angeordnet.
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Die anderen Wände sind die gleichen wie die Wand 1 a. Die Widerstandsdrähte
sind dort in der Abbildung nicht dargestellt.
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Der Deckel 2 und der Boden 3 sind auch ähnlich wie die Wand 1 a aufgebaut
(wenn auch wieder die Widerstandsdrähte weggelassen wurden, die in bezug auf die
Heizstreifen wie vorher angeordnet sind), aber sie unterscheiden sich darin, daß
jeder mit zwei Paaren von Streifen statt eines Paares versehen ist, und eine zentrale
Öffnung vorgesehen ist. Die öffnung 21 im Deckel 2 soll den Zugang zu einem in dem
Kasten angeordneten Gerät ermöglichen, während die öffnung 22 im Boden 3 eine Zirkulation
der Luft innerhalb des Kastens mittels eines elektrischen Ventilators gestattet.
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Die dargestellte Anordnung ist geeignet zur Aufnahme des großen Permanentmagneten
eines Kernresonanzgerätes und gestattet es, den Magneten auf einer im wesentlichen
gleichmäßigen Temperatur in der Größenordnung von 10 bis 20° C über der Umgebungstemperatur
mit einer Genauigkeit innerhalb eines Milligrades zu halten.