DE1920731U - Vorrichtung zur regelbaren waerme- und kaeltebehandlung kleiner objekte. - Google Patents

Description

ν: - PA HO 218*13.3.05.

GRÜNZWEIG & HARTMAHIi AKTIENGESELLSCHAFT 67 Liidwigshaf en/Rhe in, den 12.März 1965

ACP/Rb/Bck ■ P II B 4/249

Vorrichtung zur regelbaren Wärme- und Kältebeharidlung kleiner Objekte.

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur regelbaren Wärme- und Kältebehandlung kleiner Objekte, wie Lötstellen von Thermoelementen, biologischer Präparate ο,dgl.

Es ist bereits bekannt, zur Temperierung fester oder flüssiger Medien in einem engen Toleranzbereiche elektronisch gesteuerte Kühl- bzw. Heizaggregate, wie Kälteschränke, Trockenöfen, Kombinationen derselben sowie Spezial-Thermostäte mit Flüssigkeitsumlauf einzusetzen. Geräte dieser Art, deren Aufbau und Wirkungsweise im Schrifttum genügend beschrieben werden, besitzen hohe Kühl- bzw. Heizleistungen und sind zur Einhaltung der geforderten Toleranzgrenzen mit einer empfindlichen elektronischen Ausrüstung ausgestattet, wodurch hohe Anforderungen an die Isoliertechnik, die gleichmässige Luftumwälzung u.dgl., gestellt werden. Aus Gründen der Rentabilität sind diese Anlagen jedoch nur bei entsprechend, grosser Dimensionierung und Ausfüllung ihres Nutzraumes sinnvoll einsetzbar und scheiden aus diesem Grunde beispielsweise zur ständigen Temperierung einer oder mehrerer Lötstellen eines bzw. mehrerer Thermoelemente aus. ^:

Eine andere, häufig angewandte ,Möglichkeit, die es wirtschaftlich durchaus gestattet, ein Vergleichsnormal.konstanter Temperatur für thermoelektrische Messungen zu schaffen, "besteht in der Verwendung einer Eisschmelze, die zur besseren Wärmeisolation in einem Thermosbehälter, wie Dewar-Gefäß o.dgl·, aufbewahrt wird.

Diese Methode besitzt gewisse. Nachteile, die vor allem in der erforderlichen ständigen Überwachung der Schmelze bei längerer Meßdauer und in deren Versorgung mit Frischeis liegen. Durch weitere, insbesondere systembedingte Nachteile werden Messungen in Gefrierpunktnähe s-owie eine nicht ortsfeste Anwendung der Meßanordnung, z.B. bei Temperaturmessungen in Fahrzeugen, Plugzeugen o.dgl., ausgeschlossen.

Eine weitere bekannte Möglichkeit, die ebenfalls zur Erzielung temperaturstabiler Meßstellen führt, ist der Einsatz sogenannter Vergleichsstellenkorrektoren, durch welche die Temperatur der jeweiligen Lötstelle eines Thermoelementes mittels * elektrischer Heirung auf einen konstanten Wert gehalten werden kann. Die Temperaturkonstanz, die mit derartigen Korrektoren erreicht wird, beträgt unter Wahrung eines noch vertretbaren Aufwandes etwa ~ o,5°C und ist damit für genaue_Temperaturbestimmuhgen ungeeignet.

Weiterhin ist die Anwendung des Peltier-Effektes zur Temperierung der Vergleichslötstelle eines Thermoelementes bekannt, indem mittels einer Peltier-Batterie ein wassergefülltes Thermosgefäß auf der Gefriertemperatur des Wassers gehalten wird und somit als:Nullpunktnormal für das Thermoelement dient. Obgleich durch diese Methode die wesentlichen" Nachteile der mit einer Eisschmelze gefüllten Thermosbehälter sowie des Vergleichsstellenkorrektors vermieden werden, bleibt der Einsatz dieser Meßanordnung auf. die Temperierung ortsstabiler Anordnungen beschränkt und -versagt- bei Temperaturen die unterhalb des Gefrierpunktes sowie oberhalb des Siedepunktes des Wassers liegen. Ferner sind zur elektrischen Temperaturmessung Kompensationsmeßdosen bekannt, welche die durch Änderung"der Umgebungstemperatur, das ist in diesem Fall die , Temperatur der Vergleichslötstelle, bedingten Meßfehler kompensieren. Die Anwendung dieser Meßdosen ist jedoch recht ungenau und damit für exakte Messungen ungeeignet.

Durch die Neuerung sollen die beschriebenen Nachteile der bisher verwandten Vorrichtungen zur Temperaturbehandlung kleiner Objekte beseitigt und ein Gerät geschaffen werden, das in beliebigen Temperaturbereichen eine äusserst genaue,regelbare Temperaturkonstanthaltung erlaubt.

Neuerungsgemäß wird das durch den in Anspruch 1 gekennzeichneten Auf "bau-einer Meßvorrichtung erreicht. Durch An-' Wendung des Peltier-Effektes sowie den Einsatz an sich' "bekannter transistorischer Schaltungs- und Regelglieder werden damit wartungsfreie, temperaturstabile Vergleichsmeßstellen im angegebenen Toleranzbereich geschaffen, die unabhängig von ihrer Umgebungstemperatur die Wahl sinnvoller Bezugstemperaturen gestatten. Die Kapazität der Peltier-Batterien wurde aus diesem Grunde auf - 50⁰G - bezogen auf die jeweilige umgebungstemperatur der Vergleichslötstelle - ausgelegt, womit beispielsweise eine genaue Einstellung des Nullpunktes der Celsius-Skala erreicht und damit das Gerät vor allem als- Eispunktthermostat eingesetzt werden kann.

Gemäß Anspruch 2 erlaubt die beschriebene Schaltanordnung durch Umkehrung der Stromrichtung im Diagonalzweig der Brücke, beispielsweise mittels eines elektronischen Reglers, die gewählte Solltemperatur durch Kühlung bzw. Heizung des Metallkörpers zu erzielen. Sobald die eingestellte Temperatur erreicht ist, wird über ein im Metallkörper eingelassenes Widerstandsthermometer die Heiz- bzw. Kühlleistung durch selbsttätigen Brückenabgleich somt gedrosselt, daß nur noch die Isolationsverluste kompensiert werden.

Dureh die in Anspruch 3 dargestellte Wärmeaustauschanordnung ist die Einhaltung der angegebenen Meßgenauigkeit durch den Temperaturausgleich der dein Metallkörper abgewandten Seiten der Peltier-Batterien gewährleistet, wobei gleichzeitig durch den Ventilator die Kühlung der Leistungstransistoren erfolgen kann.

Nach Anspruch 4 ist der Metallkörper mit der Peltieranordnung an" dem Gerät herausnehmbar und damit leicht zur Einführung der Objekte zugänglich. Gleichzeitig kann dabei der Thermoblock· von eventuell auftretender Reifbildung durch Kondenswasserbildung befreit werden.

Die Neuerung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigt:

Pig. 1 einen aus zwei Peltier-Batterien und einem Metallkörper zur Aufnahme von Thermoelementen zusammengesetzten Thermöblock,

Fig. 2 die Peltier-Batterien nach Fig. 1 mit eingesetzter Metallkassette anstelle des Metallkörpers,

Fig. 3 das Schaltschema und den funktioneilen Aufbau der gesamten Vorrichtung.

In den Fig, 1 und 2 sind die Peltier-Batterien 1 um den Metallkörper 2 bzw. die Metallkassette 3, die an ihren freien Seitenflächen mit Isoliermaterial 4 umgeben sind, zu einem Thermoblock zusammengeschlossen. Der Metallkörper 2 in Pig. besitzt zur Aufnahme der Lötstellen von Thermoelementen eine Anzahl senkrechter Bohrungen 5. Die in der Mitte des Metallkörpers befindliche Bohrung 5' dient zur Einführung eines Eichthermometers. Die Bohrungen sind bei Inbetriebnahme des Gerätes zur Erzielung eines guten thermischen Kontaktes mit Klemmen ausgestattet bzw. mit einer gut. wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllt. Zum Pesteinbau der Thermoelemente eignen sich besonders sogenannte Thermo-Coaxelemente mit Stahlummantelung.

In Fig. 2 dient eine Metallkassette 3 zur Aufnahme kleiner Objekte, die auf diese Weise unter wechselnden Temperaturbedingungen untersucht oder bei konstantem Temperatur längere Seit transportiert bzw, aufbewahrt werden können.

In Fig. 3 wird der Thermoblock 6, in dem ein Widerstandsthermometer eingesetzt ist, über einen elektronischen Regler 8 gesteuert. Das von dem Regler 8 erzeugte Signal gelangt über eine Treibetufe 9 in den Leistungsteil 10, der den kontinuierlichen Temperaturausgleich am Thermoblock bewirkt. Mit einem Stellknopf 11 wird die jeweils gewünschte konstante Temperatur ein-

gestellt. Ein Spannungsstabilisator 12 liefert die erforderliche stabile Spannung für den Regler 8. Ein in dieser Ausführung eingebautes Netzgerät 13 dient zum Anschluß an unterschiedliche Spannungsquellen. Durch eine Schaltung 14 leuchtet eine Kontrollampe auf, wenn die mit dem Stellknopf 11 bzw. Trimmerpotentiometer eingestellte konstante Temperatur im Thermoblock 6 erreicht ist.

Ein Elektromotor 14 dient als Antrieb für eine Pumpe 15, welche die für die Peltier-Batterien 1 erforderliche Kühlflüssigkeit umwälzt und damit gleichzeitig einen Ventilator 16 antreibt, der für den Temparaturausgleich der Peltier-Batterien an deren dem Metallkörper bzw. Kassette abgewandten Flächen sorgt und ' gleichzeitig die Leistungstransistoren des Leistungsteiles kühlt.

Claims (5)

Hfl 21H U. 65. Schutzansprüche

1) Vorrichtung zur regelbaren Temperaturbehandlung kleiner Objekte, wie biologischer oder chemischer Präparate, Lötstellen von Thermoelementen o.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, ggf. mehrere in Reihe geschaltete Peltier-Batterien (1) mit einem als Kassette (3) ausgebildeten oder mit Bohrungen (5) versehenen Metallkörper (2) im thermischen Kontakt stehen,, wobei die Einstellung des geforderten Temperaturwertes entweder stufenlos von Hand über einen elektronischen Regler (8) oder selbsttätig mittels eines fest auf eine beliebige vorgegebene Temperatur eingeregelten Trimmerpotentiometers (8) mit einer Temperaturkonstanz bis zu — 0,05 C in einem Temperaturbereich von — 50⁰C bezogen auf die Umgebungstemperatur erfolgt.

2) Vorrichtung zur regelbaren Temperaturbehandlung kleiner Objekte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Batterie bzw. Batterien im Diagonalzweig einer vorzugsweise aus Leistungstransistoren aufgebauten Brücke liegen.

3) Vorrichtung zur regelbaren Temperaturbehandlung kleiner Objekte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzei chn e t, daß der Temperaturausgleich der dem Metallkörper (2) abgewandten Seiten der Peltier-Batterie dur£h eine V/ärme-

austauseheranordnung erfolgt, die vorzugsweise aus einem geschlossenen Flüssigkeitskreislauf, Ventilator und Kühlrippen besteht.

4) Vorrichtung zur regelbaren Temperaturbehandlung kleiner Objekte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Thermoblock zusammengefasste Peltier-Batterieanordnung (1) nebst Metallkörper (2) in einer aus der Vorrichtung herausnehmbaren Lade zusammengefasst .sind. .

5) Vorrichtung zur regelbaren Temperaturbehandlung kleiner Objekte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß diese als Traggerät unabhängig vom Stromnetz-ausgestaltet ist.

Ludwigshafen/Rhein, den 12.März 1965'