DE202014101126U1

DE202014101126U1 - Elektronische Zigarette oder Pfeife

Info

Publication number: DE202014101126U1
Application number: DE202014101126.9U
Authority: DE
Original assignee: EWWK UG (haftungsbeschrankt); EWWK UG HAFTUNGSBESCHRANKT
Current assignee: EWWK UG (haftungsbeschrankt); EWWK UG HAFTUNGSBESCHRANKT
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-04-01
Anticipated expiration: 2024-03-13

Abstract

Elektronische Zigarette (1) oder Pfeife mit einem Mundstück (2) und einem Verdampfer (4), wobei der Verdampfer (4) mittels eines Aktivierungsmittels aktivierbar ist und der aktivierte Verdampfer (4) ein Liquid verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinheit (12) mit einem zugeordneten Sensor (10) vorgesehen ist, wobei mit dem Sensor (10) durch eine Widerstandsmessung die Temperatur des Verdampfers (4) erfasst wird, und wobei mittels der Regeleinheit (12) die Temperatur des Verdampfers (4) in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Sensors (10) geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zigarette oder Pfeife.
Eine derartige elektronische Zigarette oder Pfeife umfasst generell ein Mundstück und einen Verdampfer, der im Wesentlichen einen Liquidspeicher, einen Liquidträger und ein Heizelement aufweist. Im Liquidspeicher vorhandenes Liquid wird selbsttätig über eine Kapillarwirkung des Liquidträgers dem Heizelement zugeführt. Das Heizelement ist dabei in Kontakt mit diesem Liquidträger. Die elektronische Zigarette oder Pfeife weist weiterhin ein Aktivierungsmittel, insbesondere einen Schalter wie einen Drucktaster, Unterdruckschalter oder Luftzugschalter auf, mit welchem ein Benutzer einen Inhalationsvorgang starten kann. Durch die Betätigung des Aktivierungsmittels wird das Heizelement aktiviert und verdampft im Liquidträger vorhandenes Liquid. Der dadurch entstehende Dampf wird dann vom Benutzer inhaliert.
Derartige elektronische Zigaretten und Pfeifen werden verstärkt als Alternativen zu Tabakzigaretten und Tabakpfeifen eingesetzt, da sie diesen gegenüber gesundheitliche Vorteile aufweisen. Dieser gesundheitliche Vorteil wird dadurch erhalten, dass bei der Verdampfung des Liquids, das typischerweise aus einer Trägerflüssigkeit aus Propylenglykol oder Glycerin, Wasser, Aromastoffen und gegebenenfalls Nikotin besteht, erheblich weniger krebserregende Stoffe erzeugt werden.
Bei bekannten elektronischen Zigaretten oder Pfeifen wird die Leistung des Verdampfers auf einen konstanten Wert eingeregelt, was beispielsweise mittels einer Spannungsregelung des Heizelements bewerkstelligt wird. Typischerweise kann der Sollwert der Leistung durch den Benutzer der elektronischen Zigarette oder Pfeife vorgegeben werden.
Ein wesentliches Problem bei derartigen Systemen besteht darin, dass es zu Überhitzungen des Heizelements kommen kann, was zu einem Schmelzen des typischerweise aus Mineralfasern, Glasfasern, porösem Keramikmaterial oder aus einem Stahlsieb bestehenden Liquidträgers und/oder des Heizelements selbst führen kann. Dies wiederum kann zu ungewollten chemischen Reaktionen und einer Freisetzung gesundheitlich bedenklicher Stoffe führen.
Ein derartiges Überhitzen des Heizelements kann dann erfolgen, wenn eine zu hohe Leistung eingestellt wird. Ein Überhitzen des Heizelements kann insbesondere dann auftreten, wenn eine hohe, jedoch noch zulässige Leistung eingestellt wird und dann nicht oder nur schwach an der elektronischen Zigarette oder Pfeife gezogen wird. Dann kann nämlich die mit den Heizelementen erzeugte Wärme nicht ausreichend abgeführt werden, was dann zur Überhitzung führt.
Eine weitere Ursache für ein Überhitzen des Heizelements kann darin bestehen, dass aus dem Liquidspeicher nicht genügend Liquid in den Liquidträger gelangt. Dies kann darauf beruhen, dass der Liquidspeicher nicht genügend mit Liquid befüllt ist. Weiterhin kann auch eine Verstopfung am Liquidspeicher zu einer unzureichenden Zufuhr von Liquid zum Liquidträger führen.
Schließlich kann eine Überhitzung des Heizelements auftreten, wenn dessen Heizdrähte nicht dicht am Liquidträger anliegen und damit die im Heizelement generierte Wärme nur unzureichend auf den Liquidträger übertragen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Zigarette oder Pfeife bereitzustellen, welche bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Zigarette oder Pfeife mit einem Mundstück und einem Verdampfer, wobei der Verdampfer mittels eines Aktivierungsmittels aktivierbar ist und der aktivierte Verdampfer ein Liquid verdampft. Es ist eine Regeleinheit mit einem zugeordneten Sensor vorgesehen, wobei mit dem Sensor durch eine Widerstandsmessung die Temperatur des Verdampfers erfasst wird. Mittels der Regeleinheit wird die Temperatur des Verdampfers in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Sensors geregelt.
Mit dem Begriff elektronische Zigarette oder Pfeife sind auch Zigarren und dergleichen umfasst. Weiterhin kann die Erfindung auch für Shishas und ähnliche Einheiten eingesetzt werden.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, durch eine Temperaturregelung des Verdampfers dessen Leistung so vorzugeben, dass eine Überhitzung des Verdampfers ausgeschlossen werden kann. Damit können gefahrbringende Zustände durch ein Schmelzen von Komponenten des Verdampfers, insbesondere des Liquidträgers und des Heizelements, vermieden werden, wodurch auch ein Freiwerden gesundheitsbedenklicher Stoffe vermieden werden kann.
Der Verdampfer der elektronischen Zigarette oder Pfeife besteht allgemein aus einem Mundstück, einem Liquidspeicher, sowie einem Liquidträger und einem Heizelement. Bei Aktivieren des Verdampfers wird das Heizelement aktiviert und verdampft Liquid im Liquidträger. Da von einer Überhitzung des Heizelements gefahrbringende Zustände ausgehen, ist es besonders effizient, wenn mit dem Sensor die Temperatur des Heizelements erfasst wird, um in Abhängigkeit hiervon eine Temperaturregelung durchzuführen.
Generell können mit der erfindungsgemäßen Temperaturregelung mehrere Fehlerzustände abgefangen werden, wodurch die Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen elektronischen Zigarette oder Pfeife erhöht wird.
Zieht ein Benutzer bei aktiviertem Verdampfer plötzlich schwächer oder überhaupt nicht mehr an der elektronischen Zigarette oder Pfeife, so würde die Temperatur des Heizelements sofort ansteigen, da durch die reduzierte Zugstärke keine oder nur noch wenig kalte Luft das Heizelements umströmt. Durch die erfindungsgemäße Temperaturregelung wird diesem unerwünschten Effekt entgegengewirkt, insbesondere durch ein Abschalten oder durch eine Reduzierung der Leistung des Heizelements, wodurch ein Überhitzen des Heizelements vermieden wird.
Derselbe Effekt wird erhalten, wenn zu wenig Liquid im Liquidträger vorhanden ist, was ebenfalls zu einem Ansteigen der Temperatur des Heizelements führt. Auch in diesem Fall verhindert die Temperaturregelung ein Überhitzen des Heizelements.
Schließlich wird mit der erfindungsgemäßen Temperaturregelung ein gleichmäßiger Betrieb des Verdampfers auch dann gewährleistet, wenn der Benutzer plötzlich stärker an der elektronischen Zigarette oder Pfeife zieht. Da in diesem Fall vermehrt kalte Luft das Heizelement umströmt, würde dies zu einem Abkühlen des Heizelements führen. Durch die Temperaturregelung wird dieser Effekt jedoch kompensiert, indem das Heizelement entweder aktiviert oder mit höherer Leistung betrieben wird.
Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mit der Regeleinheit die Temperatur des Verdampfers auf eine Maximaltemperatur begrenzt ist.
Bereits mit dieser einfachen Art der Regelung können Überhitzungen des Verdampfers, insbesondere des Heizelements, sicher vermieden werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung erfolgt mit der Regeleinheit eine Regelung auf eine Solltemperatur.
Dabei kann vorteilhaft die Solltemperatur durch Betätigen von Einstellmitteln an der elektronischen Zigarette oder Pfeife von deren Benutzer vorgegeben werden.
Die Solltemperatur kann innerhalb eines definierten Temperaturbereichs vorgegeben werden, der durch eine Maximal- und Minimaltemperatur begrenzt ist.
Vorteilhaft sind die Minimaltemperatur und die Maximaltemperatur herstellerseitig vorgegeben.
Die Minimaltemperatur entspricht einer unteren Grenztemperatur, unterhalb derer keine sinnvolle Verdampfung mehr möglich ist. Typischerweise liegt diese Minimaltemperatur bei etwa 200° C.
Die Maximaltemperatur entspricht einer oberen Grenztemperatur oberhalb derer eine Verdampfung zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Heizelements führt oder generell unkontrollierte chemische Reaktionen im Verdampfer ablaufen. Je nach Ausführungsform des Verdampfers lieg die Maximaltemperatur zwischen 250°C und 500° C.
Durch die beschränkte Vorgabe der Solltemperatur nur in dem durch die Maximal- und Minimaltemperatur begrenzten Bereich ist somit auf einfache Weise ein sicherer Betrieb des Verdampfers gewährleistet, unabhängig davon, welche Temperatur eingestellt wird.
Durch die Einregelung auf die Solltemperatur wird eine konstante Temperatur des Verdampfers, insbesondere des Heizelements, erhalten, wodurch eine Überhitzung des Heizelements, selbst bei freiliegenden Heizdrähten oder Kurzschlüssen innerhalb der Heizdrähte des Heizelements, sicher vermieden wird.
Vorteilhaft erfolgt die Einstellung der Temperatur des Verdampfers, insbesondere des Heizelements, durch die Regeleinheit durch ein vorgegebenes Taktverhältnis einer Aktivierung und Deaktivierung des Heizelements.
Während der Aktivierung des Verdampfers wird somit das Heizelement intermittierend betrieben, wodurch die jeweilige Solltemperatur schnell und präzise eingestellt werden kann.
Die Temperaturregelung erfolgt erfindungsgemäß in Abhängigkeit der vom Sensor generierten Sensorsignale.
Mit dem Sensor erfolgt generell eine Widerstandsmessung, wobei generell der gemessene Widerstand eine charakteristische Temperaturabhängigkeit aufweist. Der aktuell gemessene Widerstand liefert somit ein direktes Maß für die Verdampfertemperatur, spezifisch die Temperatur des Heizelements.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Sensor als Kaltleiter ausgebildet. Derartige Kaltleiter, sogenannte PTC-Widerstände, sind stromleitende Materialien mit einem positiven Temperaturkoeffizient, das heißt deren Widerstand vergrößert sich bei steigender Temperatur.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der Sensor als Heißleiter ausgebildet. Derartige Heißleiter, sogenannte NTC-Widerstände, sind stromleitende Materialien mit einem negativen Temperaturkoeffizient, das heißt deren Widerstand verringert sich bei steigender Temperatur.
Besonders vorteilhaft ist der als Heißleiter oder Kaltleiter ausgebildete Sensor direkt auf dem Heizelement aufgebracht, so dass mit dem Sensor die Oberflächentemperatur des Heizelements direkt erfasst werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Widerstand des Heizelements direkt als Messgröße für dessen Temperatur ausgewertet werden.
In diesem Fall bildet das Heizelement selbst den Sensor, wodurch sich ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau ergibt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektronischen Zigarette.
2: Vergrößerte Detaildarstellung des Verdampfers und Elektronikkomponenten der elektronischen Zigarette gemäß 1.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektronischen Zigarette 1. Anstelle einer Zigarette kann auch eine Zigarre, eine Pfeife oder eine Shisha vorgesehen sein. Die elektronische Zigarette 1 weist ein Mundstück 2 auf. Das Mundstück 2 ist Bestandteil eines Gehäuses 3, das zweckmäßig an die Form herkömmlicher Tabak-Zigaretten angepasst ist. In dem an das Mundstück 2 anschließenden Gehäuseteil sind die Komponenten eines Verdampfers 4 integriert, nämlich ein Liquidspeicher 5, ein Liquidträger 6 und ein Heizelement 7. Der Liquidspeicher 5 enthält ein Liquid, welches aus einer Trägerflüssigkeit aus Propylenglykol oder Glycerin sowie Wasser besteht und weiterhin Aromastoffe sowie gegebenenfalls Nikotin enthält. Der Liquidträger 6 ist an den Liquidspeicher 5 gekoppelt, so dass mittels Kapillarwirkung Liquid aus dem Liquidspeicher 5 in den Liquidträger 6 geführt ist. Der Liquidträger 6 kann aus Glasfasern, Mineralfasern oder einem Sinterwerkstoff wie einer Keramik bestehen. Auch ein aus einem Stahlsieb bestehender Liquidträger 6 ist möglich. Das Heizelement 7 ist in Kontakt mit dem Liquidträger 6. Das Heizelement 7 besteht aus einem Heizdraht, der typisch in zwei bis sechs Windungen um den Liquidträger 6 gewickelt ist. In dem an den Verdampfer 4 anschließenden Gehäuseteil ist eine elektronische Baueinheit 8 integriert. Die elektronische Baueinheit 8 umfasst ein nicht gesondert dargestelltes Aktivierungsmittel zur Aktivierung des Heizelements 7. Das Aktivierungsmittel kann von einem Mikroprozessor-gesteuerten Schalter, wie einem Drucktaster, einem Unterdruckschalter oder Luftzugschalter gebildet sein. Im hinteren Bereich des Gehäuses 3 befindet sich eine autarke Energieversorgung, die im vorliegenden Fall von einer Batterie 9 gebildet ist. Alternativ kann ein Akkumulator vorgesehen sein. Alternativ kann anstelle einer elektronischen Zigarette 1 auch eine elektronische Pfeife mit einem entsprechenden Aufbau vorgesehen sein.
Die Funktionsweise der elektronischen Zigarette 1 ist derart, dass durch den Benutzer das Aktivierungsmittel aktiviert wird um einen Inhalationsvorgang auszulösen. Die Aktivierung erfolgt durch manuelles Betätigen des Aktivierungsmittels in Form eines Schalters oder durch ein Ausüben eines Zugs am Mundstück 2 mit einer bestimmten Zugstärke. Durch ein solches Betätigen des Aktivierungsmittels wird das Heizelement 7 aktiviert und verdampft Liquid im Liquidträger 6. Der entstehende Dampf wird dann vom Benutzer inhaliert.
2 zeigt mit den Pfeilen die Strömungsverhältnisse bei einem Inhalationsvorgang. Über eine Luftzufuhr 3a im Gehäuse 3 wird Luft angesaugt, dabei über den Liquidträger 6 mit dem Heizelement geführt, so dass dort verdampftes Liquid bei Ziehen am Mundstück 2 inhaliert wird.
Erfindungsgemäß erfolgt die Vorgabe der Leistung des Verdampfers 4 über eine Temperaturregelung, wobei die Regelung in Abhängigkeit eines Sensors 10 erfolgt, der die Temperatur des Verdampfers 4, spezifisch des Heizelements, ermittelt. Der Sensor 10 besteht im vorliegenden Fall aus einem Heißleiter. Alternativ kann ein als Kaltleiter ausgebildeter Sensor 10 eingesetzt werden. Wie aus 1 und insbesondere aus 2 ersichtlich, ist der Sensor 10 direkt auf das Heizelement 7 aufgebracht, wodurch dessen Oberflächentemperatur bestimmt wird. Der Sensor 10 weist einen temperaturabhängigen Widerstand auf, so dass der aktuell ermittelte Widerstand des Sensors 10 ein direktes Maß für die Temperatur des Sensors 10 liefert.
Wie aus 1 und noch deutlicher in der vergrößerten Teildarstellung von 2 ersichtlich, ist der Sensor 10 mit den Elektronikkomponenten der elektronischen Baueinheit 8 in einem Elektronikraum untergebracht, der durch eine Trennwand 11 von einem Verdampferraum mit den Komponenten des Verdampferraums getrennt ist.
In dem Elektronikraum ist als Elektronikkomponente der elektronischen Baueinheit 8 eine Regeleinheit 12 dargestellt, die von einem Mikroprozessor gebildet ist, der auf einer Leiterplatte 13 angeordnet ist.
Der Sensor 10 ist über eine Zuleitung 14 an die Regeleinheit 12 angeschlossen. Die Zuleitung 14 ist dabei durch die Trennwand 11 geschützt. Bis auf den Sensor 10 sind alle Elektronikkomponenten im Elektronikraum angeordnet und von der Trennwand 11 vom Verdampfer 4 getrennt.
Mit der Regeleinheit 12 erfolgt bei aktiviertem Verdampfer 4 in Abhängigkeit der Sensorsignale des Sensors 10 eine Temperaturregelung, wodurch ein Überhitzen des Heizelements 7 vermieden wird.
Prinzipiell kann die Regelung derart erfolgen, dass die Temperatur des Verdampfers 4, spezifisch des Heizelements, auf eine Maximaltemperatur begrenzt ist, wobei diese so gewählt ist, dass ein Überhitzen des Heizelements vermieden wird.
Im vorliegenden Fall erfolgt eine Regelung auf eine Solltemperatur, die ein Benutzer über nicht dargestellte Einstellmittel in die Regeleinheit 12 eingeben kann. Dabei kann der Benutzer die Solltemperatur nur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs wählen, der durch eine Maximaltemperatur und eine Minimaltemperatur begrenzt ist. Diese Temperaturen sind herstellerseitig fest vorgegeben. Die Minimaltemperatur bildet eine Grenztemperatur, unterhalb derer keine sinnvolle Verdampfung mehr möglich ist. Typischerweise liegt die Minimaltemperatur etwa bei 200° C. Die Maximaltemperatur bildet eine Grenztemperatur, oberhalb derer eine Zerstörung des Heizelements erfolgen würde. Diese liegt typischerweise im Bereich zwischen 250° und 500° C.
Die Regelung der Verdampfertemperatur erfolgt dadurch, dass über die Regeleinheit 12 das Heizelement in einem vorgegebenen Taktverhältnis ein- und ausgeschaltet wird. Durch Vorgabe der jeweiligen Zeitintervalle der Aktivierung und Deaktivierung kann die Temperatur des Verdampfers 4, spezifisch des Heizelements, schnell und exakt auf die Solltemperatur eingeregelt werden. Diese Solltemperatur wird unabhängig von der Zugstärke und dem Liquidfluss im Verdampfer 4 aufrecht erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Elektronische Zigarette
2: Mundstück
3: Gehäuse
3a: Luftzufuhr
4: Verdampfer
5: Liquidspeicher
6: Liquidträger
7: Liquidträger
8: Baueinheit
9: Batterie
10: Sensor
11: Trennwand
12: Regeleinheit
13: Leiterplatte
14: Zuleitung

Claims

Elektronische Zigarette (1) oder Pfeife mit einem Mundstück (2) und einem Verdampfer (4), wobei der Verdampfer (4) mittels eines Aktivierungsmittels aktivierbar ist und der aktivierte Verdampfer (4) ein Liquid verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinheit (12) mit einem zugeordneten Sensor (10) vorgesehen ist, wobei mit dem Sensor (10) durch eine Widerstandsmessung die Temperatur des Verdampfers (4) erfasst wird, und wobei mittels der Regeleinheit (12) die Temperatur des Verdampfers (4) in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Sensors (10) geregelt wird.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) einen Liquidträger (6) und ein Heizelement aufweist, wobei bei aktiviertem Verdampfer (4) das Heizelement aktiviert ist und im Liquidträger (6) verdampft, und dass mit dem Sensor (10) die Temperatur des Heizelements erfasst wird.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) ein Heißleiter ist.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10) ein Kaltleiter ist.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorsignale des Sensors (10) von Widerstandsänderungen des Heizelements gebildet sind.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Regeleinheit (12) die Temperatur des Verdampfers (4) auf eine Maximaltemperatur begrenzt ist.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Regeleinheit (12) eine Regelung auf eine Solltemperatur erfolgt.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur durch Einstellmittel vorgebbar ist.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Solltemperatur innerhalb eines durch eine Minimaltemperatur und eine Maximaltemperatur begrenzten Temperaturbereichs liegt.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimaltemperatur und die Maximaltemperatur herstellerseitig vorgegeben sind.
Elektronische Zigarette oder Pfeife nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Temperatur des Verdampfers (4), insbesondere des Heizelements, durch die Regeleinheit (12) durch ein vorgegebenes Taktverhältnis einer Aktivierung und Deaktivierung des Heizelements erfolgt.