DE1497613A1

DE1497613A1 - Kuehlsystem mit Schutzvorrichtung

Info

Publication number: DE1497613A1
Application number: DE19661497613
Authority: DE
Inventors: Strachan Richard Wright
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1965-12-06
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1969-10-30
Also published as: FR1505636A; US3418531A; GB1136296A; JPS432642B1

Description

•N.-M··. OtPL.-IN·. M. SC.

HÖQER - STELLRECHT - GRIESSBACM - n~*-_. JR PATENTANWÄLTE IN STUTTGART - . " _ - ^

A 35 385 h

2% 11.1966

U.S.ßer.No. 511,601

Texas Instrumente Incorporated· Dallas, Texas, U.S.A. Kühlsystem mit Schutsvorrichtung

Sie Erfindung besieht sich auf ein über einen Saug- oder Druck* luftstrom wirkend·· Kühlsystem sum Kühlen eines elektrischen Verbrauchers, der an eine Stromquelle über einen Schalter aneohließbar oder absohaltbar ist, der über eine Schutzvorrichtung betitigbar ist.

Bei optischen JProjektioneeyetenen, die ein« großen Schirm bsw. ein· große Leinwand beleuchten müssen, gibt die Projektionslampe eine erheblich· Leistung als Wärme ab und erseugt außerdem das Projektiofislioht. In bekannter Weise wird ein Luftetrom Terwendet, um die Warne rom Projektor absuführen. Ss besteht jedoch eine erhebliche Gefahr darin, daß bei Versagen des LuttgeblKses oder bei Veratopfung der Luftlöcher duroh irgendeine unvorhergesehene

909844/0554 BAD~O?UGINAL

A 35 305 b - 2 -

23.11.1966

Ursaohe die gewünschte lühlwlrkuisg verlorengeht und sehr hohe Temperaturen innerhalb des Projektionsgerätes erzeugt werden. Diese hohen Temperaturen künnen die Linsen und andere optische Elemente des Projektore beschädigen, oder es könne» die Auf-Bahnen oder der projezierte Gegenstand zerstört werden, wobei . die Aufnahmen unersetzlich sein können. Auf jeden JULI fahrt eine übermäßige Erwärmung zu einem frühen Versagen der ProJeJctionslanpel - '

Per Erfindung liegt nun u.a.. die Aufgabe zugrunde» «in» einfache, und verhältnismäßig billig·, jedoch empfindliche Schutzeinrichtung su schaffen, die eine alt luft gekühlt© elektrleohe Last abschaltet, wenn die Zufuhr der Iflhlluft abniamt, wobei dieses S/staa gemäß der Erfindung rasch anspricht₉ wenn der ÜLftstrom aufhört. Diese Aufgabe wird geaiJB der Erfindung daduroh gelöst,

bttÄtige»dtr . , . . dafi ein den Soheltervuud einen rorbestieaten Soheinwid erstand enthaltender Betätiger in Reihe ait eine» im Luftstroe angeordneten Theralator geschaltet iet, die beide an eine Btro»g.uell· ansohllefibax sind, wobei am thermistor eine vorbestljsite Spanntmg liegt, uüd daß Aar fheraistor eine solche thersisolie und •lektrieohe Kennlinie im Tarhältnie sum Scheinwiderstand und der Yörbastleaten Spannung am thermistor hat,· da* bei ausreichandtm iÄiftstroa^^'d%r Shermistor rerfaÄltnia»*Big WhI bleibt, sioh Jedoch regen^nitiT bei nachlassendem Luftstrom so «rw&mt, daB der· sum Betitig«? geherende Scheinwiderstand absinkt und der Schalte» betitigt wird.

»098**/OSS* "'"

A 35 385 h -5-

23.11.1966

Wenn daher ein ausreichender Luftetrom an der Last vorbeifließt, so bleibt der Thennietor verhältnismäßig kühl. Wenn der Luftstrom abnimmt, so erwärmt eich der !Thermistor regenerativ, um so einen verhältnismäßig niedrigen Scheinwiderstand in Reihe mit dem Betatiger au ergeben, wodurch dann, der Schalter betätigt wird« um die last abautohalten.

909844/0554 ^BAD

Δ 35 385 h - 4 -

η - ta

14.11.66

Vettere Torteile uaa Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden BeSchreibung im Zusammeiiliaag · mit der Zeichnung, die Aueführungabelepiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen;

Fig.l eine sohematisohe Draufsicht,teilweise im

Schnitt, auf ein Bildprojektioaegerät, das tine luftgekühlte Projektionslampe und eine Schutzvorrichtung gemüse der Erfindung aufweist,

Pig.2 einen Schnitt durch den im Gerät naoh Fig.l verwendeten Thermistor in grösserem Masstafc ale Fig.l,

Fig.3 eine scheinet ischa Schaltung der Schutzvorrichtung* wie sie ia dem Projektionsgerät noch Fig.1 eingebaut ist,

Fig.4 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung des

thermischen und elektrischen öleiehgewiebtsverhaltens des Thermistors gern äs β Fig«, 2 in Bezug auf einen vorbestimmten Laatecheinwiderstartd.

Ia Fig.l 1st ein Projektionsgerät von Üblicher Konstruktion als Ganzes mit 11 bezeichnet. Das Projektionsgerät 11 hat eine Bildhalte- und Wechselvorrichtung 13 und eine liiohtquelle, wie beispielsweise eine Projektionslampe S 1, die mit einem Bohlepiegel 15 zum Konzentrieren des Liohtau8-tritts der lampe versehen ist. ferner ist eine einstellbare

909844/0554

BAD ORIGINAL

A 35 385 h " - 5 -

l-tfc
6*

Projektionellnee X7 Torgesehen, um so das Bild ein«β in der Bildhalte- und. .Wechsel yorriohtung 13 gehaltenen Bild β ^ su . projizieren, and su diesem Zweck wird daß von der $roj«k* tionelampe 81 auegegebene Licht auf die Projektionalinee 17 duroh ein Paar Ton Kondeneorlinsen X9 konvergiert. Öle Projektiomlajipe. 81 iet innerhalb tin·«. Gehäuaee 2\ auger ordnet, das «it einer !.ufteinlaeejalousie 23 und «liier Iuftauela8a3alouii«T25 veraehen 1st· Luft wird unter Druok oder Zug duroh da« (Jehuuse 21 und an der Projektionelanpe 31 vorbei »it Hilf« ein«« Zentrifugalgeblöeee 27 hindurohgedrüokt, da« tob einem Oebläeemotor Mi angetrieben ist* Auf dem Öehäuse 21 ist neben dem Zentrifugalgebläse 27 ein länglicher Thermiator TH1 im Strom der La^kühlluft angeordnet, eo da«« also auoh dieser Thermietor hierdurch wird. , _t ■

wie weiter unten des näheren noch erklärt wird, wird 4er iö eine* feeten Zustand befindliche, duroh den Thermiator ΦΗ1 gebildete fühler in aelbetheiaender Art betrieben. Zu diesen Zweck wird al« Thermistor TH1 der sogenannte HO-Typ verwendet, d.h. er hat einen negativen Widerstands« temperaturkoeffizienten und voreugeweiae eine koaxiale Konetruktion gemäes Pig.2. Der Jühlteil des thermistors TH1 weist ein metallisches äueseree Rohrgefaäuee 29 und «inen aetallieohen seHtralen Kern 31 auf, der koaxial sum Rohrge-

9Ö9dA4/0854 - 6 «AD OWOlNAt

U97&13

A 35 385 h -fill - ta
14.11·66

häuae 29 iat. Der Hau» jnrtsohen dem Rohrgehäuse 29 und dem Kern 31 lat mit einem Halbleitermaterial 35 gefüllt, das ein en negativen WlderBtandetsmperaturkoeffizienten hat· Eine bevorzugte AuefUhrungefora des !thermistors THI und ein Verfahren, um ein solche» Element herzustellen, aind in der deutschen Patentanmeldung Ϊ 27 592 IXb/421 beschrieben· Wie in dieser Abmeldung im einseinen dargelegt wurde_v kann ein koaxialer HTC-Thermistor dadurch hergestellt «erden, dass der Baum zwischen einem Hohrgehäuee und einem koaxialen Kern mit lanthandotiertem Bariumtitanat in Partikelform gefüllt und dann die sieh so ergebende Konstruktion in einer üblichen Botationssohmledeeinriohtung geschmiedet wird, um so ihren Durchmesser wesentlich zu re-. dusleren und das Bariumtitanat so weit au kontaktieren, bis dia Leitfähigkeit einen Wert annimmt« der nioht kleiner als ungefähr 5O7& der theoretischen !leitfähigkeit ist. Obgleioh lanthandotiertes Bariumtitanat in Partikelform normalerweise einen positiven Widerstandstemperaturkoefflsienten (PTO) hat, so «rseugt doch das Schmiedeverfahren Änderungen in seinen Widerstandemerkmalen, wodurch das sich so ergebende, geschmiedete, koaxiale Thermistorelement einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, der im besonderen bei der vorliegenden Erfindung vorteilhaft 1st· Ba können jedooh auch andere STC-Ifaterialien verwendet werden«

• 90M4A/0S5* '^

A 33 385

h - .tot
14.11.6έ

7 -

ι ι

Der. Thermistor TH1 wird durch eine Buchse 35 gehalten,

• ι.- f ■ ■ " ■ ■

Bo^dasa erlnun in günstiger Weise an der Wand des Gehäuses 21i montiert werden kann. Da β eine Ende des koaxialen stora TH1 1st dadurxsh abgedichtet, dass es j wie bei

T 1 "V₁I

'an&eäeutbt, eingezogen.rund verschwelest ist. Ferner Sclnne» geeignete isolierte?. Leitungen 37 und 39 am Rohr-

gehäuse 29.;bzw. am Kern 31Aangepohwelöst werden, und das idffene Endendes koaxialen Tfiermistors wird dadurch abge-/dichtet, dass\ es jait ejLnem geeigneten Füllmaterial ausgegossen wird,,fiecflles feei 4i\angedeutet 1st«

f i

Iai der Schaltung each Pig*3 'wird der elektrlsoheStrom mit einer vorbestimmten Spannung VS dem Projektionsgerät "i,-Silber ein Paar vorr·Zuleitungen 11 !und L2 von einer geeigneten

icht dargestell

^schiebeschalter
tung LH jai* dem.töe
Gebirdsemotlr M1¹JIm

Stromquelle sugefUhrt. Bin Kurzschluss-I iei< angebracht ,!um wahlweise die lei^e

iOtor H1 allein oder sowohl mit dem d übefr eine üeitudg 13 mit dem I.ampenkreis zu ,f erbinifen, de^ weitet unten näher- beschrieben wird.

Der Laiape|krels weist β1ή|η Sahal^er auf, der beispielsweise ein tebllohes, beljaniites, elf&tromagnetes Relais RY sein kant.ipae **W? RY ifeist fiMn einzigen Pol, 3edooh UmschaltMtakte-siAuna elne\ Wicklung W1 auf. Die Wicklung

A. 55 385 h

η.- ta

14-.11.06 ■- ⁸ *

ft betätigt die UmsohaXtkontakte RYA in eine Stellung entgegengesetzt des In Pig.3 dargestellten, wenn der Strom durch die Wicklung einen Erregerachwellwert XB Übersteigt» und gibt dann die ümachaltkontafcte frei* wenn der Strom unterhalb eines Aberregereohwellwertee ID abfällt, der geringer als XB iet.

Der !Thermistor XHt₉ die Wicklung ft und ein den Strom begrenzender Widerstand Bt sind In Reihe an die Zuleitungen L3 und 12 angeschlossen. Die normalerweise offene Seite der Umsohaltkontakte RITA ist mit dieser Reihenanordnung mit der Verbindungsetelle 45 verbunden» die elofa zwisohen dem (Ebermietor TH1 und der Wicklung Wt befindet* Die normalerweise geschlossene Seite der Eontakte R)TA Behaltet die Projektionslampe St Über die Leitung £3 ein» wenn die Wicklung WI nicht erregt ist.

Wie bekannt, haben Thermistoren"mit einem negativen Wider-Btandfltemperaturkoeffizienten In Bezug auf Strom und Spannung eine öleiohgewioatekennlinie, die eine Spitfce und einen positiven Widerstandabereich bei verhältniemäßBig kleinem Strom und einen negativen Wlderstandebereioh bei relativ hohem Strom aufweist. Der negative Widerstände« .

BAD ORIGINAL

909844/055*

1497813

A 35 585 J* - 9 -

& ~ ta
U.U.66

bereich der Kennlinie wird duroh die regenerative !leistungsabgabe erzeugt, die bei hohen Seaperaturen eintritt· In diesem Bereioh ergibt' der Wideretandeabfall, der ein Ansteigen der Temperatur begleitet, eine erhöhte leistung, die innerhalb des ihermtetörs seihst aufgebraucht werden muss, wobei die Erhöhung dieses Yerhrauohes auereioht, um einen weiteren Anstieg der Temperatur au· verursachen. Wenn daher der einem KKWShermistor augeführte Strom nioht duroh einen Uuaseren 3tromkreiewiderstand begrenzt wird, so kann sioh in thermischer Hinsicht ein Durchgehen entwickeln, daa Bur Zerstörung des Thermistora führen kann·

Sie besonderen Strom-Spannungekennlinien eines bestimmten Thermistorelementa hängen nioht nur yon der Art des verwendeten Halbleitermaterial» ab, sondern auch von ,dem Wärmeabgabevermögen der Thermietorlconstruktion. Die längl₍iohe, koaxiale Thermiatorbauart gemäea fig.l und 2 hat eine J^hr innewohnend de, hohe Wärmeabgabekapazität infolge 'des hohen Verhältnisses von Oberfläche bu Masse· Infolge dieses hohen Verhältnisses von Oberfläche su Masse ist die Wärmeabgab(ekapazität des Xhermistors TH1 ebenfalls in hohem MaSe von dem Zustand der Umgebung oder von dem!Medium abhängig, an das Wärme abgegeben werden kann, in diesem fall vonj der Temperatur und der

K »

909344/05)64 ;

- 10 -

BAD ORIGINAL

U97613

A 35 385 h . - 10 -

h — ta

Geschwindigkeit des duroh dan Zentrifugalgebläse 27 erseugten luftströmen

In Pig.4 tat die Strom-Spannttngiikeapve, A das Ihermiators $H1 dargestellt, wenn dieser einem edbnellen Luftstrom auegeaetat wird. Die gtrom-Spannimgßkannlinie defl Jhermiators T.H1 in ruhiger Luft ist duroh die Kurve B angedeutet« Sa sei darauf hingewiesen, dass diese Kurven thermische Gleichgewichtszustände für den Shermlstor TH1 in jedem funkt der Kurven darstellen. Bei einer bestimmten !Temperatur glut der Thermistor XHI mehr leistung ab, wenn er in einem sioh schnell bewegenden Luftstrom let, ale wenn er sieb in ruhiger Luft befindet« Deshalb liegt auch die Kurve A oberhalb der Kurve B. In dieser Hinsicht sei darauf hingewiesen, dass der Wideretand des Thermistors TH1 an einem bestimmten Punkt entweder der Kurve A oder B durch die üeigung der Linie gemessen wird, die sich vom Ursprung des Systems bis zu diesem Funkt erstreckt.

Die Kurvendarstellung gemäes Hg. 4 weiat ferner eine Belastungslinie C auf, deren Schräge die kombinierten Sobeinwiderständes der das Relais betätigenden Wicklung W1 und des Widerstandes S1 darstellt. Die Belastungslinie C schneidet die Ordinate der Kurvendarstellung gemäss Flg.4

909844/0554 -11-

H97613

A 55 385 a - 11 -

h - ta

14.11*66

an einem Funkt entsprechend der Spannung V_fi, die dem System durch die Zuleitungen LI und £2 aufgediitta,fct wird· Me Werte der Spannung Y_g, des Seheinwiaeretanäes der Wicklung W1 und die thermischen und elektrischen- Gleiehgewiphtskennllnien des Thermistors THt werden relativ- zueinander derart ge- . wählt, dass einmal die Belastungelinie 0 den positiven ... Wideratansbereioh der Kurve A im Punkt M schneidet, wodurch sich ein sehr niedriger Glelohgewlohtastrom I^ ergibt, nenn aer Fühler durch eine eich schnell bewegende Iiuft gekühlt wird, und zum anderen derart, daee die Kurve, 0 die Kunre B im negativen YiiderstsMsbereich in einem Punkt JS schneidet, wodurch ein verhältnisroäsaig grosser Gleichgewicht8strom I_B erreicht wird, wenn der fühler in ruhiger JDuft ist. Der Gleichgewichtsstrom Ia ist erheblich unterhalb des Aberregerachwellwerts I^, während der öleichgewichtsstrom Ii£j oberhalb der Erregeraohwellwerte T§ ist.

Die Wirkungsweise des Gerätes ist nun wie folgt! Wenn eine Spannung an die Zuleitungen 11 und 12 angelegt und der Schalter SW1 so geschlossen wird, dass elektrische Spannung sowohl dem Gebläsemotor MI als auch der lampen- . schaltung aufgedrückt wird, so liegt ein Teil der Hetzöpan* nung V_s am Thermistor TH1· Der Thermistor TH1 erwärmt sich

- 12 -·

H97613

m 12 -

s·

infolge/ seiner!inneren Mtofctjrläohett' Wärmeerzeugung* Solange

befindet

dass ein'Ahermtati
einem

JS ν ν ir*

oebjderfvlherifistoi' in ',$ich

Γ '' ■ M- V >·<· \ , pat jim ejuareioheftle f U

rasch bewegender

St

'fÜblung derart vorhanden,

Iu \\ \
uMv elektrisches; Gleiohgetfipht bei ' iAprteJmht* mlT& Dieser Strom le

rom ', iAprte

Jv¹

Dieser Strom Ist

Wicklung Wt*

das Re^iB unbstätigt und die Frojejk^onslampe Si¹ liegt an Spannung.

Infolgedeseen b/ei
Tf 4

J ii
Wenn jedoph dlle Zufuhr des Kühlluft ströme β abnimmt oder ganz aufh'ört, beispielsweise entweder durch Versagen des Gebläsemotbra Ht oder durch eine Blockierung der einen oder der anderen der Jalousien 23 und 25» so ändert sich das thermische und elektrische Abgabeverhalten des Thermistors TH1, und es «ird ein neuer Gleichgewichtszustand ge~ suoht» Der Shermistor TH1 erhitzt sich regenerativ so lange, bis ein hoher Strom Ι_ΰ durch den Thermistor und die Relaiswicklung Wt flieset« Die Stromhöhe 1_B 1st oberhalb der Erregerstromsohwelle Γ_Ε· Damit wird die Wicklung Wt so erregt, dass der bewegliche Arm der Umsohaltkontakte RTA von der normal geschlossenen Stellung in die normal offene Stellung bewegt wird. Die Projektionslampe St wird damit abgeschaltet, und gleichzeitig wird die Leitung L3 unmittelbar mit der Wicklung Wt verbunden, so dass der Thermistor THI kurege-

9098U7GS54

- 13 -

BAD ORIGINAL

A 35 389 1» - 13 -

sohloeaen let, IHiv Halttetrookreie für das Relais ET wird gleiohieitig hergestellt, 00 daβa bei Abkühlen des·Ihermlstove TH1 dtr ganse Vorgang βloh nicht mehr zyklisoh wiederholen kann.

Be eti darauf fciegei»Uetn_t date die Verwendung der entgegen* gesetzten Wideretandabereiohe des HTC-'ihermiator» ββ nunmehr ermöglicht, dlelohgewichtaströme au erhalten, die fUr l)#weg-te und ruhige Luft einen erhetHohen üntereohied aufweisen. Damit kann dae Relaia BT in günstiger Weise unmlttelbar Tom ihermiator IHl betätigt «erden»

Sa der Thermiator XBt eis groeaea Verhältale 70η Oberfläöhe zu thermiaoher Hase· bat, kann er aehr raaoh auf ilnderungen der LuftgeBohnindigkeit anapreohen. Damit ergibt dieeee System einen aehr raaohen und sonnellen Schute für die optiaohen Elemente' dea Projektionsgerätes Xl und für die Bilder oder anderes Aufnahmematerial, nie sie zur Projektion verwendet werden,

Naohdem dann die Ureaohe, die zur Abschaltung geführt hat, beseitigt ist, kann das System einfach dadoroh wieder in seine vorherige lage zurückgestellt werden, dass der Sohalter SW1 kure derart in seine "Aus"-Stellung gebraoht wird, dass das Relais RY abgesohlatet wird und die Lampe St wiederum an die leitung 3i5 angeaohlossen igt«

9 0 3 8 /> U I 0 δ 5 h ~ ' * BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

über einen Saug· oder Druckluft strom wirkendes Kühlsystem sum Kühlen eines elektrischen Verbrauchers, der an eine Stromquelle über einen Sohalter anschließbar oder absohaltbar iet, der Über eine Schutzvorrichtung betätigbar ist» dadurch gekennzeichnet, daß ein den Sohalter (RIA) betätigender und einen vorbestimmten Scheinwiderstand (W1, H1) enthaltender Betätiger in Reihe mit einem im luftstrom angeordneten Thermistor (2H1) geschaltet ist» die beide an eine Stromquelle anschließbar sind, wobei am Thermistor (TH1) eine vorbestimmte Spannung li«gt, und daß der Thermistor (TH1) eine solche thermische und elektrische Kennlinie im Verhältnis zum Scheinwiderstand

t R1) und der vorbestimmten Spannung am Thermistor (TH1) hat, daS bei ausreichend em Luftstrom der Thermistor (HB1) verhältnismäßig kühl bleibt, sioh jedoch regenerativ bei nachlassendem Luftstrom so erwärmt, daß der zum Betätiger (W1) gehörende Scheinwiderstand (W1, R1) absinkt und der Sohalter (RTA) betätigt wird.

Kühlsystem nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dafi bei Betätigen des Schalters (HTA) ein Haltestromkreis für den Betätiger (WI) geschlossen wird.

Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger eine Relaiswicklung (W1) und der Schalter die Relaiskontakte (RTA) sind.

Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher eine Projektorlampe (S1)

90 984A/0554 " ¹⁵ "

BAD ORIGINAL

A 35 385 h - 15 -

23.11.1966

5. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh ¹ gekennzeichnet, daß eur Erzeugung dee Xaftstrones eis Gebläse (27) vorgesehen ist.

6. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Thermistor (HH1) ein leitendes äußeres Gehäuse (29)« einen hiereu koaxialen leitenden Kern (31) und eine zwischen Kern (31) und Gehäuse (29) angeordnete TOllung aus Halbleitermaterial (33) hat, das einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist.

1, Kühlsystem nach Anspruch 6, daduroh gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial (33)bariumdotiertes Bariumtitan&t ist» das so kompaktiert ist, daß eine Leitfähigkeit von nioht weniger als 50 £ der theoretischen Leitfähigkeit ergibt.

3. Kühlsystem nach Anspruch 7» daduroh gekennzeichnet^ daß ^r Thermistor (HH1) durch Schmieden des dehSuses (29) in seine endgültige Form unter entsprechender Kompakt!erung des Halbleitermaterials (33) hergestellt ist.

BAD ORIGINAL 909844/Q554