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Temperaturkonstante Heizeinrichtung Die Erfindung betrifft eine temperaturkonstante
Heizeinrichtung, die in der Lage ist, die Oberfläche einer wärmeabstrahlenden Platte
oder ein ähnliches Teil auf konstanter Temperatur zu halten.
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Eine Heizeinheit, die einen Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
aufweist und in Reihe mit einer Energiequelle geschaltet ist, ist als temperaturkonstante
Heizrichtung
verwendet worden, weil sie von Spannungsänderungen
unbeeinflußt bleibt, nur geringe Kosten verursacht und keine Kontakte hat. Eine
Anordnung mit einer Heizeinrichtung dieses Typs zeigt Jedoch einzige Nachteile.
Wird der Widerstand des Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizient verringert,
um eine höhere Wärmeabfuhrleistung, z.B. durch Wärmeabstrahlung und -ableitung zu
erreichen, so steigt als erstes der Stoßstrom an, wenn ein Leistungsschalter umgelegt
oder verstellt wird.
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Als zweites ist die Wärmeabfuhrleistung, insbesondere durch Wärmeleitung
und Wärmestrahlung, des Thermistors pro Körper volumeneinheit relativ gering, so
daß dies-temperaturkonstante Heizeinrichtung keine hohe Wärmeabfuhrleistung hat.
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Im allgemeinen wird der Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient,
der bei einer temperaturkonstanten Heizeinrichttung eingesetzt ist, durch die Kraft
einer Feder gegen eine Radiator- oder Heizkörper-Platte gedruckt. Aufgrund der Anderung
der Dimensionen der anderen Bestandteile, die mit dem Thermistor und der Feder montiert
werden, ändert sich Jedoch der von der Feder auf den Thermistor ausgeübte Druck
in einem weiten Bereich von einer temperaturkonstanten Heizeinrichtung zu einer
andern. Als Ergebnis hiervon ändert sich die Oberflächentemperatur der Radiatorplatte
in einem weiten Bereich.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb eine temperaturkonstante
Heizeinrichtung geschaffen werden, die die Eigenwärmeabfuhr eines Thermistors mit
positivem Temperaturkoeffizienten ausnutzt, wobei die temperaturkonstante Heizeinrichtung
insbesondere für die Verwendung als Wärmequelle für eine Wärmekammer und als Heizeinrichtung
für die Verdampfung von Insektizioden usw. geeignet ist.
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Weiterhin soll eine temperaturkonstante Heizeinrichtung geschaffen
werden, die im wesentlichen unbeeinflußt von Spannungsänderungen ist.
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Außerdem soll eine temperaturkonstante Heizeinrichtung geschaffen
werden, bei der nur ein verhältnismäßig geringer Stoßstrom auftreten kann, bei der
auch die Wärmeabfuhrleistung eines Thermistors mit positivem Temperaturkoeffizienten
verringert werden kann, wodurch sich eine lange Betriebslebensdauer ergibt.
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Schließlich soll noch mit der vorliegenden Erfindung eine temperaturkonstante
Heizeinrichtung geschaffen werden, bei der die Oberflächentemperatur einer Radiatorplatte
im wesentlichen konstant gehalten werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden ein
Thermistor mit posti.vem Temperaturkoeffizient und ein Varistor in einem Gehäuse
so aufeinander geschichtet,
daß der Thermistor auf der Seite des
geöffneten Endes des Gehäuses angeordnet ist, das mit einer Radiatorplatte bedeckt
ist. Der Thermistor und der Varistor werden durch die Kraft einer Feder gegen die
Radiatorplatte gedrückt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient durch eine Feder angedrückt,
die inte,<gral mit einem Anschluß für die Verbindung mit einer Energiequelle
ausgebildet ist; für die Feder ist eine Einstellschraube vorgesehen, so daß der
auf den Thermistor ausgeübte Druck in geeigneter Weise verstellt werden kann.
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Die Erfindung schafft also eine temperaturkonstante Heizeinrichtung,
bei der ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizient elektrisch in Reihe mit
einem Element geschaltet und durch es angedrückt wird, das so ausgebildet ist, daß
es den durch den Thermistor fließenden Strom verändern kann; eine Radiatorplatte
ist gegenüber dem Thermistor angeordnet. Der Thermistor und das Element sind in
einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Gehäuse untergebracht, dessen geöffnetes
Ende durch die Radiatorplatte bedeckt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert, auf welche
bezüglich der Offenbarung der Erfindung wegen ihrer Einfachheit und Klarheit
ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer temperaturkonstanten Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig.
2 eine graphische Darstellung mit Kurven, die für die Erläuterung der Betriebsweise
eines in cler ersten Ausführungsform benutzten Varistors verwendet werden.
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Fig. 3 eine graphische Darstellung mit Kurven, die für die Erläuterung
der Betriebsweise der ersten Ausführungsform verwendet werden; Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5 eine longitudinale
Schnittansicht dieser Ausführungsform; Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines
Gehäuses und eines Anschlusses; und Fig. 7 eine graphische Darstellung mit Kurven,
die die Beziehung zwischen der Oberflächentemperatur einer Radiatorplatte und dem
von einer Feder auf den Thermistor ausgeübten Druck darstellen.
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Zunächst soll anhand der Figuren 1,2 und 3 die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
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Gemäß Fig. 1 wird ein Varistor 3 mit Elektroden 4 auf einen Thermistor
1 gestapelt bzw. geschichtet, der einen positiven Temperaturkoeffizient hat; der
Thermistor weist weiterhin Elektroden 2 auf; der Varistor 3 wird durch die Kraft
einer Feder 5, die auch als Anschluß dient, gegen den Termistor gedrückt, so daß
die untere Elektrode 4 des Varistors 3 in sehr engen Kontakt mit der oberen Elektrode
2 des Thermistors 1 kommt. Die untere Elektrode 2 des Thermistors 1 wird in engen
Kontakt mit einem plattenförmigen Anschluß 6 gebracht, der Vorsprünge8 in der Form
eines umgekehrten L, die nach oben verlaufen, sowie eine senkrechte Verlängerbung
9 hat, die von einem Ende des plattenförmigen Anschlusses 6 nach oben verläuft.
Ein Gehäuse 7 vorzugsweise aus nicht leitendem Material hat einen Querschnitt in
Form eines umgekehrten U; das Gehäuse 7 weist einen umgebogenen Rand oder Flansch
auf, in dem Aussparungen 7a für den Eingriff mit den Vorsprüngen 8 des plattenförmigen
Anschlusses 6 ausgebildet sind; das Gehäuse 7 ist über seinen Flansch auf einem
Wärmestrahler oder einem die Wärme abgebenden Körper 11, der auch als Basis der
tempe raturkonstanten Heizeinrichtung dient, mit Schrauben 12 und Muttern 13 sowie
einem isolierenden flächigen Material 10 angebracht, das zwischen dem Wärmestrahler
11 und dem plattenförmigen Anschluß 6 angeordnet ist. Ein zu erwärmender Gegenstand
wird auf der unteren Oberfläche der Basis oder
des Wärmestrahlers
11 angebracht.
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Im folgenden wird auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, wobei in
den Kurven auf der Abszisse die Spannung und auf der Ordinate der Strom aufgetragen
sind; im folgenden soll die Beziehung zwischen Spannung und Strom sowie Wärmeabfuhr-
-Strom
unGLeistung in der Übergangs- oder Ausgleichsperiode, wenn der Stoßstrom fließt,
und im Gleichgewichtszustand beschrieben werden. Beim Betrieb werden die Anschlüsse
5 und 9 mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) verbunden.
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Zunächst soll auf Fig. 2 Bezug genommen werden; die Lastlinie bzw.
Widerstandsgerade 14 wird gezeichnet, indem eine Linie gezogen wird, die den Funkt
a, der die Energiequellenspannung angibt, und den Punkt b verbindet, der erhalten
wird, indem die Energiequellenspannung durch den Widerstand des Thermistors 11 bei
Umgebungstemperatur geteilt wird. Die Strom-Spannungskennlinien 15 und 16 gehören
zu zwei Varistoren mit unterschiedlichen Varistorspannungen; sie schneiden die Widerstandsgerade
14 an Punkten c bzw. d. Wird der Varistor 3nicht eingefügt, so fließt der Strom
b durch die temperaturkonstante Heizeinrichtung; wird jedoch der Varistor 3 eingefügt,
so kann der Stoßstrom auf den Funkt c oder d gesenkt werden. Der Varistor mit der
Kennlinie 16 hat eine Varistorspannung, die höher als die des Varistors mit der
Kennlinie 15 ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sollen nun die Spannungs-Strom-Kennlinien
im Gleichgewichtszustand beschrieben werden. Die Spannungs-Strom-Kennlinie 17 gehört
zu dem Thermistor, während die Spannungs-Strom-Eennlinien 15 und 16 zu den Varistoren
gehören.
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Wird der Varistor nicht eingefügt, so würde ein Strom E
fließen;
wird jedoch der Varistor mit der Kennlinie 15 eingefügt, so wird der fließende Strom
auf den Punkt e erhöht. Wird der Varistor mit der Kennlinie 16 und mit höherer Varistorspannung
eingefügt, so wird der fließende Strom weiter auf den Punkt f erhöht. Zusammenfassend
ergibt sich folgendes: Wird die Varistorspannung erhöht, so erhöht sich die Wärmeabfuhrleistung,
z. B. durch Wärmestrahlung oder Wärmeleitung.
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Ist der in Reihe mit dem Varistor geschaltete Thermistor mit positivem
Temperaturkoeffizient in Reihtmit der Energiequelle geschaltet, so kann der Stoßstrom
gesenkt werden, während die Wärmeabfuhrleistung im Gleichgewichtszustand erhöht
werden kann. Da sowohl der Thermistor als auch der Varistor zu den Elementen gehören,
bei denen der ganze Körper als Widerstand dient, kann die elektrische Verbindung
zwischen diesen Teilen auf einfache Weise erreicht werden, indem sie zusammengepreßt
werden. Darüberhinaus hat die temperaturkonstante Heizeinrichtung eine sehr kompakte
Größe.
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Die Vorteile der ersten Ausführungsform der Erfindung können so zusammengefaßt
werden: a) Der Stoßstrom kann verringert werden.
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b) Die stabilisierte Leistung kann erhöht werden.
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c) Durch dieKombination der Eigenschaften des Thermistors mit positivem
Temperaturkoeffizienten mit dem Varistor kann die Größe des Stoßstroms und den stabilisierten
Leistungen leicht eingestellt
werden.
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d) Der Aufbau ist sehr einfach e) Die temperaturkonstante Heizeinrichtung
kann in einen komnaXten Volumen hergestellt werden.
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f) Die Herstellungskosten sind niedrig,weil die Thermistoren und
Varistoxen in Massenproduktion hergestellt werden können.
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Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 7 eine zweite
Ausfüiirungsform der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
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Gemäß den Figuren 4 bis 6 und insbesondere Fig. 5, hat ein Gehäuse
20, das aus einem hitzebeständigen, elektrisch isoAierenden Harz oder Porzellan
hergestellt ist, eine durchgehende die Bohrung 21, durch eine Seitenwand des Gehäuses
verläuft, wie besonders gut in Figur 5 zu erkennen ist; weiterhin weist das Gehäuse
eine weitere durchgehende Bohrung 22 und eine mittlere Öffnung 24 auf, die sich
durch seinen Boden erstreckt.
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Gemäß Figur 5 verläuft eine Einstellschraube 23 in der mittleren Öffnung
24 und ist an eine Mutter 25 angeschraubt, die in dem Gehäuse 20 angeordnet ist,
so daß die Einstellschraube 23 nicht herabfallen kann. Das obere Ende der Einstellschraube
23 wird in Kontakt mit der unteren Oberfläche einer Druckplatte 26 gebracht, die
aus Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff hergestellt ist. Eine Blattfeder 27 ist
zwischen
der Druckplatte 26 und der unteren Ele'Dtrode 31 eines
Thermistors 29 mit einer oberen Elektrode 30 angeordnet; die Blattfeder 27 ist als
Einheit mit einem Anschluß 28 ausgebildet, der von einem Ende der Feder nach unten
vorsteht und durch die durchgehende Bohrung 22 des Gehäuses 20 verläuft. Eine Anschlußplatte
32, die aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff hergestllt
ist, wird in engen Kontakt mit der oberen Elektrode 30 des Thermistors 29 gebracht
die Anschlußplatte 32 ist als Einheit mit einem Anschluß 33 ausgebildet, der von
einem Ende der Platte nach unten ragt und nach unten durch die durchgehende Bohrung
21 verläuft, die in einer Seitenwand des Gehäuses 20 ausgebildet ist. Ein hitzebeständiges,
elektrisch isolierendes, flächiges Material, das aus Glimmer. , Silikongummi oder
einem ähnlichen Werkstoff besteht, ist zwischen der oberen Oberfläche der Anschlußplatte
32 und einem Wärmestrahler oder einem Wärme abhebenden Körper 35 angeordnet.
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Wie sich besonders gut in Fig. 4 erkennen läßt, hat der Wärmestrahler
35 ein Paar horizontale Vorsprünge 36 und 37, die als Einheit mit ihm ausgebildet
sind, so daß er an einem entsprechenden Gegenteil befestigt werden kann; weiterhin
weist der Wärmestrahler 35 mehrere, nach unten ragende, verlängerte Vorsprünge 38
auf, die über das Gehäuse 20 gebogen werden, nachdem dieses auf dem Wärmestrahler
oder dem Wärme abgebenden ,Körper 35 befestigt ist, so daß das Gehäuse 20 und der
Wärmestrahler 35 zu einer Einheit montiert werden können.
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Eine Spannung von 100 Volt wird an diegnschlüsse 28 und 33
angelegt,
so daß der Thermistor 29 damit beginnt, Wärme abzuführen, z. B. durch Wärmeleitung
oder Wärmestrahlung. Wird der on der Blattfeder 27 auf den Thermistor 29 ausgeübte
Druck variiert, indem die Einstellschraube 23 angezogen oder gelockert wird, so
andert sich die Oberflächentemperatur des Strahlers 35, wie in Fig. 7 dargestellt
ist.
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Die in Fig. 7 gezeigte Temperatur-Druck-Kennlinie wurde bei einem
Thermistor von ls mm und 3 mm Dicke mit positivem Temperaturkoeffizienten, d. h.
einem W1derstands-TemperatL Koeffizienten von 20%/°C, erhalten; die Schalt- oder
Umstellungstemperatur.betrug 1800C; die Elektroden wurden durch Aluminiumspritzen
hergestellt; der aus rostfreiem Stahl bestehende Kühlkörper hatte eine Länge von
35 mm, eine Breite von 25 mm und eine Dicke von 0,5 mm; das Gehäuse bestand aus
Aluminium und hatte eine Tiefe von 10 mm.
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Wie in Fig. 7 dargestellt ist, ändert sich die Oberflächentemperatur
des Kühlkörpers 35, wenn sich der von der Blattfeder 27 auf den Thermistor 29 ausgeübte
Druck ändert. Sogar dann, wenn Blattfedern mit der gleichen Federkonstanten und
den gleichen Dimensionen verwendet werden, ändert sich wegen der Variationen der
Dimensionen der anderen, zugehörigen Bestan8teile der auf den Thermistor ausgeübte
Druck in einem weiten Bereich. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Einstellschraube
22 vorgesehen, so daß die Oberflächentemperatur des Strahlkörpers 35 sogar dann
genau eingestellt
werden kann, wenn bei der Produktion Abweichungen
in den Abmessungen der unterschiedlichen Bestandteile auftreten.
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Darüberhinaus kann der auf den Thermistor 29 ausgeübte Druck mittels
der Einstellschraube 23 gesenkt werden, so daß der Stoßstrom verringert werden kann;
anschließend wird die Einstellschraube 23 um einen Winkel gedreht, der durch eine
mit einer Einteilung versehene Skala (nicht dargestellt) abgelsen werden kann; dadurch
kann die Oberflächentemperatur des Kühlkörpers auf den gewünschten Wert gebracht
werden.
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Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Thermistor mit positivem
Temperaturkoeffizienten (auch "PTC-Widerstand" genannt) wird auch als Kaltleiter
bezeichnet.
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- Patentansprüche -