DE2715878A1 - Elektrische heizvorrichtung mit einem widerstandskoerper aus ptc-material - Google Patents
Elektrische heizvorrichtung mit einem widerstandskoerper aus ptc-materialInfo
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Description
~ '" . PHN. 8364.
15.3·1977·
DipF.-Trur. F.-.T. ΓΓ'ΤΓηΜ
_ '"^- ·■·■' va/evh.
U.V. Philips Gioeilampenfabrlekee Q^ 9 7 1 R fi 7 P
"Elektrische Heizvorrichtung mit einem Widerstandskörper aus PTC-Material"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung mit einem Widerstandskörper aus einem Material rait einem
positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, der mit Elektroden und Mitteln zum Verbinden dieser Elektroden
mit einer elektrischen Spannungsquelle versehen ist.
Vorrichtungen dieser Art sind an sich bekannt.
Sie weisen den Vorteil auf, dass die Vorrichtung sich selbst auf einer bestimmten Temperatur stabilisiert.
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PHN. 8364.
15.3.77.
Ueber dieser Temperatur nimmt dex' Widerstand des Widerstandsmaterial
stark zu, wodurch der den Widerstandskörper durchfliessende Strom und damit die Wärmeerzeugung abnimmt.
Die Erfindung hat die Aufgabe, unter Verwendung eines Widerstandskörpers aus einem Material mit einem
positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes unter
Vermeidung verwickelter Schaltungen und der Verwendung aktiver oder passiver Elemente, wie Dioden und Widerstände,
eine stufenweise regelbare elektrische Heizvorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einer Heizvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Widerstandskörper mit mindestens drei Elektroden versehen ist, von denen mindestens eine Elektrode mit
einer Klemme einer Spannungsquelle verbunden werden kann und von denen in Abhängigkeit von dem zu erreichenden
Temperaturpegel eine der anderen Elektroden oder eine Kombination derselben mittels eines zu der Heizvorrichtung
gehörigen Schaltelements mit der anderen Klemme der Spannungsquelle verbunden werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
dass es möglich ist, die Heizvorrichtung auf verschiedenen Temperaturpegeln durch eine stufenweise Regelung der
Leistungsaufnahme zu stabilisieren. Dabei hat es sich gezeigt, dass beim Anlegen einer bestimmten elektrischen
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PHN. 836i|.
15.3.77.
Spannung die von dem Widerstandskörper abgegebene Leistung
durch das Verhältnis zwischen den Oberflächen der mit der einen und der anderen Klemme der Spannungsquelle verbundenen
Elektroden mitbestimmt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Heizvorrichtung
nach der Erfindung weist der Widerstandskörper zwei einander gegenüber liegende Begrenzungsflächen auf,
wobei eine der Begrenzungsflächen mit mindestens einer
Elektrode und die andere Begrenzungsfläche mit mindestens
zwei voneinander getrennten Elektroden versehen ist. Der Widerstandskörper kann z.B. aus einer rechteckigen, quadratischen
oder scheibenförmigen Platte aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des Wideretandes
oder auch aus einem Hohlzylinder aus einem derartigen Material bestehen. Im letzteren Falle bilden die Innen-
und Aussenoberfläche die einander gegenüber liegenden Begrenzungsflächen des Widerstandskörpers, auf denen
die Elektroden angebracht sind.
Das Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes (nachstehend auch als PTC-Material bezeichnet) kann z.B. aus dotiertem Bariumtitanat,
Bariumbleititanat oder Bariumstrontiumtitanat bestehen, wobei die Dotierung z.B. aus einem seltenen
Erdmetall, Antimon, Yttrium oder Niob bestehen kann.
Derartige PTC-Materialien sind käuflich erhältlich und
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PHN. 8364, 15.3-77.
in der betreffenden Literatur ausführlich beschrieben. Die Elektroden, die vorzugsweise einen ohmschen Kontakt
bilden müssen, können z.B. aus einer Schicht eines Metalls oder einer Legierung, wie Silber, Nickel oder Nickelchromlegierung,
bestehen. Diese Schichten können z.B. durch Aufspritzen oder Siebdrucken einer Paste und eine anschliessende
Wärmebehandlung, durch Aufdampfen oder durch eine Behandlung in einem stromlosen Metallbad erhalten
werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass Körper aus einem PTC-Material mit auf einander gegenüber liegenden Begrenzungsflächen einer die ganze oder nahezu die ganze Begrenzungsfläche bedeckenden Elektrode bzw. zwei die andere Grenzfläche bedeckenden voneinander getrennten Elektroden gleichen Flächeninhalts zur Anwendung in einer Entmagneti— sierungsschaltung für Farbfernsehbildrbhren bekannt sind. Dabei wird der Widerstandskörper als Schaltelement für eine Entmagnetisierungsspule angewandt. In der betreffenden Schaltung sind die zwei auf einer Begrenzungsfläche liegenden Elektroden über den Widerstandskörper in Reihe zwischen einer Klemme der Spannungsquelle und einem Pol der Entmagnetisierungsspule angeordnet. Die einzige auf der anderen Begrenzungsfläche liegende Elektrode ist über einen ohmschen Widerstand parallel zu dem anderen Pol der Entmagnetisierungsspule mit der anderen
Es sei darauf hingewiesen, dass Körper aus einem PTC-Material mit auf einander gegenüber liegenden Begrenzungsflächen einer die ganze oder nahezu die ganze Begrenzungsfläche bedeckenden Elektrode bzw. zwei die andere Grenzfläche bedeckenden voneinander getrennten Elektroden gleichen Flächeninhalts zur Anwendung in einer Entmagneti— sierungsschaltung für Farbfernsehbildrbhren bekannt sind. Dabei wird der Widerstandskörper als Schaltelement für eine Entmagnetisierungsspule angewandt. In der betreffenden Schaltung sind die zwei auf einer Begrenzungsfläche liegenden Elektroden über den Widerstandskörper in Reihe zwischen einer Klemme der Spannungsquelle und einem Pol der Entmagnetisierungsspule angeordnet. Die einzige auf der anderen Begrenzungsfläche liegende Elektrode ist über einen ohmschen Widerstand parallel zu dem anderen Pol der Entmagnetisierungsspule mit der anderen
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PHN. 836U.
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Klemme der Spannungsquelle verbunden. Dabei ist von einer
auf verschiedenen Temperaturen stabilisierbaren Heizvorrichtung
nicht die Rede.
In der einfachsten Form enthält eine Heizvorrichtung
nach der Erfindung einen plattenförmigen Widerstandskörper , der an den beiden einander gegenüber liegenden
Begrenzungsflächen mit einer einzigen die ganze Oberfläche
bedeckenden Metallschicht versehen ist, wobei eine Schicht auf einer Seite in mindestens zwei getrennte Elektroden
verschiedenen Flächeninhalts unterteilt ist, dadurch, dass
ein Sägeschnitt angebracht wird. Es ist natürlich auch möglich, unter Verwendung bekannter photographischer
Techniken Elektroden gemäss bestimmten Mustern anzubringen oder auszuätzen.
Die voneinander getrennten Elektroden werden mittels eines Schaltelementes mit einer Klemme einer
Spannungsquelle verbunden. In der einfachsten Form weist das Schaltelement drei Schaltlagen auf, in denen die eine
oder die andere Elektrode oder beide Elektroden parallel mit der Spannungsquelle verbunden werden können· Die
auf der anderen Begrenzungsfläche liegende Elektrode kann unmittelbar mit der Spannungsquelle verbunden sein.
Mit dieser einfachen Heizvorrichtung kann Wärme bei drei verschiedenen Temperaturpegeln generiert werden.
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PHN. 836*4.
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Der niedrigste Temperaturpegel wird erhalten, wenn die Elektrode mit dem kleinsten Flächeninhalt mit der einen
Klemme der Spannungsquelle verbunden ist, während der nächsthöhere Temperaturpegel erreicht wird, wenn die
Elektrode mit dem grössten Flächeninhalt mit dieser Klemme verbunden ist, und der höchste Tetnperaturpegel erreicht
wird, wenn beide Elektroden mit dieser Klemme verbunden sind.
Es versteht sich, dass eine Begrenzungsfläche
auch mehr als zwei Elektroden tragen kann und dass die Gegenelektrode auf der anderen Begrenzungsfläche nicht
aus einer einzigen Elektrode zu bestehen braucht, sondern auch aus zwei oder mehreren getrennten Elektroden bestehen
kann. Je nach Bedarf kann auf diese Weise die Anzahl von Temperaturpegeln vergrössert werden. Heizvorrichtungen
nach der Erfindung können in all denjenigen Fällen Anwendung finden, in denen eine stufenweise Regelung der
Temperatur verlangt wird, wie in Frisierstäben, Bügeleisen, Kochplatten, Lötkolben u.dgl.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausftihrungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Heizvorrichtung mit einem Widerstandskörper mit drei Elektroden und einer
Gegenelektrode,
Fig. 2 einen Schnitt durch den in das Heizrohr eines Frisierstabes eingebauten Widerstandskörper, und
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PHN. 836h.
15.3.77.
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Temperatur-Verlaufes
als Funktion der Zeit bei verschiedenen Temperaturpegeln, auf der Aussenseite des Heizrohres gemessen.
Auf einem Widerstandskörper 5 aus dotiertem
Bariumbleititanat (Ban · Pb „^La. n„Ti0„) mit einer
Curietemperatur von etwa 200°C und mit Abmessungen von 3,5 x 0,7 x 0,5 cm sind an den zwei einander gegenüber
liegenden Flächen Elektroden 1, 2, 3 und k aus Nickelchrom
mit einer Schichtdicke von 0,3 /um angebracht. Die Elektrode 1
besitzt einen Flächeninhalt von 0,4 cm , die Elektrode 2 von 0,4 cm2, die Elektrode 3 von 1,1 cm2 und die Elektrode 4
von 2,2 cm2. Mittels des Schaltelements 6 (schematisch dargestellt) können die Elektroden 1,2,3 in verschiedenen
Kombinationen und gesondert mit der Spannungsquelle 7 verbunden werden.
Fig. 2 zeigt im Schnitt den Widerstandskörper nach Fig. 1, der mit einer Umhüllung versehen und in dem
Heizrohr eines (nicht dargestellten) Frisierstabes untergebracht ist. In einem Rohr 9 aus einem Gemisch von
30 Gew.$ Silikongummi und 70 Gew.$ Magnesiumpulver, das
nach dem Pressen vulkanisiert worden ist,1 befindet sich
der mit den Elektroden 1, 2, 3 und 4 und den Stromleitern 1A, 2A, 3-A. und 4A versehene Widerstandskörper 5« Der
Widerstandskörper 5 ist in einer Masse 8 eingebettet, die aus 30 Gew.# Silikongummi und 70 Gew.$ Magnesiumoxid besteht,
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PlIN.
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das nach dem Anbringen der Masse vulkanisiert worden ist. Das Ganze befindet sich in einer Umhüllung 10 aus Aluminium
mit einer Wandstärke von 0,7 mm und liegt in dem sogenannten Heizrohr 1 1 , das ebenfalls aus Aluminium bestellt
und einen Teil eines Frisierstabes bildet. Die Wandstärke des letzteren Rohres ist 0,8 mm; zwischen den beiden Rohren
befindet sich ein Luftspalt von 1 min.
Bei dieser Ausführungsform erreichte die Aussenv/and
des Heizrohres beim Betrieb auf Netzspannung (220V) des Widerstandskörpers stets nach etwa 10 Minuten einen
stabilen Temperaturpegel, wie in der Tabelle angegeben ist.
Kurve | eingeschaltete Elektroden |
Strom in mA |
Leistungs aufnahme in W |
erreichte Temperatui 0C |
A B C D |
(1+2) gegen 4 3 gegen k (2+3)gegen k (1+2+3) gegen k |
50 66 7h 82 |
11,0 H,52 16,28 18,04 |
106 136 MiU |
Die Heizvorrichtung war zum Durchführen dieser Versuche in einen käuflich erhältlichen Frisierstab eingebaut.
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Le
e r s e 11 e
Claims (2)
1... Heizvorrichtung mit einem Widerstandskörper aus -
einem Material mit einem positiven Teraperaturkoei'fizienten
des Widerstandes, der mit Elektroden und Mitteln zum Verbinden dieser Elektroden mit einer elektrischen Spannungsquelle versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Widerstandskörper mit mindestens drei Elektroden versehen ist, von denen mindestens eine Elektrode mit einer Klemme einer
Spannungsquelle verbunden werden kann und von denen in Abhängigkeit von dem zu erreichenden Temperaturpegel eine
der anderen Elektroden oder eine Kombination derselben mittels eines zu der Heizvorrichtung gehörigen Schaltelemente
mit der anderen Klemme der Spannungsquelle ver bunden werden kann.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Widerstandskörper zwei einander gegen
über liegende Begrenzungsflächen aufweist, wobei eine
der Begrenzungsflächen mit mindestens, einer Elektrode
und die andere Begrenzungsfläche mit mindestens zwei
Elektroden versehen ist.
3· Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Widerstandskörper mit Elektroden verschiedenen Flächeninhalts auf mindestens einer der
Begrenzungsflächen versehen ist.
709844/0732 original inspected
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