DE2715878A1 - Elektrische heizvorrichtung mit einem widerstandskoerper aus ptc-material - Google Patents

Elektrische heizvorrichtung mit einem widerstandskoerper aus ptc-material

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DE2715878A1
DE2715878A1 DE19772715878 DE2715878A DE2715878A1 DE 2715878 A1 DE2715878 A1 DE 2715878A1 DE 19772715878 DE19772715878 DE 19772715878 DE 2715878 A DE2715878 A DE 2715878A DE 2715878 A1 DE2715878 A1 DE 2715878A1
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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
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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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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)

PHN. S 3 6 'Ί. 15.3.77. PATENTAN SPRUECHE:
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.
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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