DE4000640A1

DE4000640A1 - Thermoelectric actuator with PTC resistor - has two oppositely polarised Zener diodes in series as voltage divider

Info

Publication number: DE4000640A1
Application number: DE19904000640
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Gehrke; Andreas Dipl Ing Kugler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1991-07-18

Abstract

The thermo-electric actuator has a PTC resistor, heating a hydraulic punch, which extends a plunger on voltage application. Two oppositely coupled Zener diodes are linked to the actuator (T) in series as a voltage divider. Alternatively, a varistor is coupled in-front of or behind the actuator. The variation also forms the voltage divider. Another alternative uses at least one glow lamp (GL) as a voltage divider in front of or behind the actuator. The latter is for a rated voltage range, but can be operated on an overvoltage. USE/ADVANTAGE - For domestic cooking ranges, or microwave ovens, or for air conditioning, with reliable function and operation.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermo-elektrisches Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a thermo-electrical Actuating element according to the preamble of claim 1.

Thermo-elektrische Betätigungselemente der in Rede stehenden Art beinhalten einen sogenannten Kaltleiter oder PTC (Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, welcher bei Erwärmung hochohmig wird). Dieser Kaltleiter beheizt beim Anlegen von Spannung einen hydraulischen Stempel. Nach kurzer Betriebszeit (innerhalb einer Minute, je nach Umgebungstemperatur) fährt ein Betätigungsstößel um ein ganz bestimmtes Maß in axialer Richtung heraus. Nach Spannungsabschaltung wird besagter Betätigungsstößel wiederum selbsttätig in seine Ruhelage zurückgezogen. Derartige Betätigungselemente sind zur Ausführung mechanischer Funktionen für die verschiedensten Anwendungsgebiete einsetzbar (Betätigung von elektrischen Schaltern, Ventilklappen, Dosiervorrichtungen und dgl. mehr). Sie sind in ihrer Funktionsweise den bekannten elektrischen Hubmagneten verwandt, jedoch in der Anschaffung wesentlich billiger, völlig geräuschfrei, funktionieren auch noch bei erheblichen Unterspannungen (bis zu minus 100%), entwickeln ungleich höhere Schubkräfte und stellen, da sie ohne elektrische Magnetspule arbeiten, keinerlei Brandgefahr dar. Sie sind außerdem aufgrund ihrer kleinen Einbaumaße vielfältig und problemlos einsetzbar. Thermo-electric actuators in question standing type include a so-called PTC thermistor or PTC (resistor with positive temperature coefficient, which becomes high-resistance when heated). This PTC thermistor heats a hydraulic when voltage is applied Stamp. After a short operating time (within one minute, depending on the ambient temperature) an actuating plunger moves around a certain amount in the axial direction. To Voltage cut-off becomes the actuating tappet again automatically withdrawn to its rest position. Such actuators are for execution mechanical functions for various Applications can be used (actuation of electrical Switches, valve flaps, dosing devices and the like. more). The way they work is familiar electrical solenoids related, but in the Acquisition much cheaper, completely noiseless, work even with significant undervoltage (up to minus 100%), develop disproportionately higher thrust forces and since they work without an electrical solenoid, no fire hazard. They are also due to their small installation dimensions versatile and easy to use.

Derartige thermo-elektrische Betätigungselemente sind unter dem Namen "Push-type thermoactuator" im Handel (Hersteller und Prospekt: Firma ELTEK, Italien).Such thermo-electric actuators are under the name "Push-type thermoactuator" in trade (manufacturer and brochure: company ELTEK, Italy).

Ein einwandfreier Betrieb des besagten "Push-type thermoactuator" (im nachfolgenden nur noch Thermoactuator benannt) ist jedoch nur innerhalb bestimmter Nennspannungsbereiche möglich. Für Überspannungen ist er nicht geeignet, d. h. für verschiedene Nennspannungsbereiche sind jeweils anders dimensionierte Elemente erforderlich.Flawless operation of said "push-type thermoactuator "(hereinafter only thermoactuator however, is only within certain Nominal voltage ranges possible. He is for surges not suitable, d. H. for different Nominal voltage ranges are each dimensioned differently Items required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung zu schaffen, die es gestattet, Thermoactuatoren eines bestimmten Spannungstyps bei wesentlich höheren Betriebsspannungen einzusetzen, ohne daß sich deren Funktionseigenschaften verändern und somit einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten.The invention has for its object an electrical Circuit to create that allows thermoactuators of a certain voltage type at much higher Use operating voltages without their Change functional properties and thus a to ensure proper operation.

Diese Aufgabe, gemäß der Erfindung, wird durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten, voneinander unabhängigen Ansprüche gelöst.This object, according to the invention, is achieved by the characteristic features of the sibling, from each other independent claims solved.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein- und dasselbe Bauteil ohne nennenswerten Aufwand, d. h. unter Einsatz kostengünstiger Mittel, für verschiedene, über dessen Nennwert liegende, Betriebsspannungen verwendet werden kann.The advantages that can be achieved with the invention exist especially in that one and the same component without significant effort, d. H. using cheaper Means, for various, above its nominal value, Operating voltages can be used.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Several embodiments of the invention are in the Drawing shown and will be described in more detail below described.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 ein Diagramm mit der Stromaufnahme I eines Thermoactuators in Abhängigkeit von der Einschaltdauer t bei Nennspannungsbetrieb, Fig. 1 shows a diagram with the power consumption I of a Thermoactuators depending on the duty cycle t operation at nominal voltage,

Fig. 2 bis Fig. 4 verschiedene Schaltungsbeispiele für den Anschluß eines 220 Volt Thermoactuators an 380 Volt Phasenspannung. Fig. 2 to Fig. 4 different circuit examples for the connection of a 220 volt thermoactuator to 380 volt phase voltage.

Wie schon eingangs angedeutet, soll ein Thermoactuator für einen Nennspannungsanschluß von 110 bis 240 Volt Wechselspannung bei 380 Volt Phasenspannung betrieben werden. Im vorliegenden Fall sei besagter Thermoactuator in elektrischen Haushaltbacköfen bzw. Mikrowellenherden für ausschließlichen 380 Volt Drehstromanschluß eingesetzt. Er betätigt bei Bedarf eine mechanisch bewegbare Wrasenabzugsklappe. Das zur Verfügung stehende 380 Volt Drehstromnetz besitze keinen Mittelpunkts- oder Nulleiter, so daß der Thermoactuator nur an zwei Phasen angeschlossen werden kann (Anschluß zwischen Phase und Erde sei nicht gestattet).As already indicated at the beginning, a thermoactuator for a nominal voltage connection of 110 to 240 volts AC voltage operated at 380 volt phase voltage will. In the present case, said thermoactuator is in electric household ovens or microwave ovens for exclusive 380 volt three-phase connection used. He actuates a mechanically movable if necessary Fume hood. The available 380 volts Three-phase network has no center or neutral conductor, so that the thermoactuator is only connected to two phases can be (connection between phase and earth is not allowed).

Gemäß dem Diagramm Fig. 1 stellt der Thermoactuator praktisch einen Kaltleiter oder PTC-Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten dar (Nichtlineare Widerstandszunahme bzw. Stromabnahme). Die Kennlinie veranschaulicht dessen Stromaufnahme I in Abhängigkeit von der Zeit t bei 220 Volt Nennspannungsbetrieb. Das Verhältnis von Einschaltstrom zu Dauerstrom betrage im vorliegenden Fall 400 mA zu 10 mA oder 40 zu 1.According to the diagram in FIG. 1, the thermoactuator practically represents a PTC resistor or PTC resistor with a positive temperature coefficient (non-linear increase in resistance or decrease in current). The characteristic curve illustrates its current consumption I as a function of the time t at 220 volt nominal voltage operation. The ratio of inrush current to continuous current in the present case is 400 mA to 10 mA or 40 to 1.

Das Prinzip der ohmschen Spannungsteilung mit Hilfe eines Vorwiderstands ist hier aufgrund der Nichtlinearität des Verbrauchers (Thermoactuator) nicht anwendbar. Infolge seines veränderbaren Eigenwiderstands würde sich das Spannungsverhältnis bei Vorschaltung eines linearen Bauelements, eines ohmschen Widerstands, permanent ändern, so daß ein Betrieb mit konstanter Nennspannung nicht möglich wäre und der Thermoactuator keine gesicherte Funktion gewährleisten würde.The principle of ohmic voltage division using a Series resistance is due to the non-linearity of the Consumer (thermoactuator) not applicable. As a result its changeable inherent resistance would Voltage ratio when connecting a linear Component, of an ohmic resistance, change permanently, so that operation with constant nominal voltage is not would be possible and the thermal actuator is not a secured one Would ensure function.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke beruht nun darauf, dem nichtlinearen Thermoactuator ein ebenfalls nichtlineares Bauteil vorzuschalten, welches einen nahezu belastungsunabhängigen, konstanten Spannungsabfall gewährleistet, d. h. das Thermoactuatorstromverhältnis von 40 zu 1 kompensiert.The basic idea of the invention is now based on the nonlinear thermoactuator is also a nonlinear one Upstream component, which is almost load-independent, constant voltage drop guaranteed d. H. the thermal actuator current ratio of 40 to 1 compensated.

Gemäß dem Schaltungsbeispiel nach Fig. 2 beträgt die Phasenspannung zwischen den Leitern L1, L2 380 Volt. Dem Thermoactuator T werden nun zwei in Reihe liegende, jedoch einander konträr entgegengeschaltete Zenerdioden Z als Spannungsteiler vorgeschaltet. Pro Halbwelle wird nun jeweils eine Zenerdiode Z wechselweise in Sperrichtung und über deren Durchbruchsspannung hinaus betrieben. Der Eigenwiderstand des Thermoactuators T dient den beiden Zenerdioden Z als Schutzwiderstand, so daß deren Zerstörung verhindert wird. Diese Schaltung ermöglicht für alle Betriebszustände eine Spannungsbegrenzung am nichtlinearen Bauelement, dem Thermoactuator T, auf dessen Betriebsnennwert.According to the circuit example according to FIG. 2, the phase voltage between the conductors L 1 , L 2 is 380 volts. The thermoactuator T is now preceded by two Zener diodes Z, which are in series but oppositely opposed, as voltage dividers. One Zener diode Z is now operated alternately in the reverse direction and beyond its breakdown voltage per half-wave. The inherent resistance of the thermoactuator T serves the two Zener diodes Z as a protective resistor, so that their destruction is prevented. This circuit enables a voltage limitation on the nonlinear component, the thermoactuator T, to its nominal operating value for all operating states.

In einem konkreten Beispiel werden Zehnerdioden des Typs Z 180 eingesetzt und auf einem Kühlkörper aus Alustrangprofil mit den Abmessungen 32×20×75 mm montiert. Es ergibt sich hierdurch eine Mindestkühlleistung von 5 bis 6 K/W (Kelvin/Watt). Das so konfektionierte Bauteil wird im vorgesehenen Elektroherd eingebaut, mit einem Thermoactuator des Typs 110 bis 240 Volt a. c. schaltungsmäßig verdrahtet und an 380 Volt angeschlossen. Am Thermoactuator T stellt sich eine konstante Spannung in Höhe von 220 Volt ein, während an den beiden Zenerdioden Z die Restspannung in Höhe von 160 Volt abfällt. In a concrete example, tens diodes are of the type Z 180 inserted and on a heat sink Aluminum extrusion with the dimensions 32 × 20 × 75 mm assembled. This results in a minimum cooling capacity from 5 to 6 K / W (Kelvin / Watt). The so made up Component is installed in the intended electric cooker with a thermal actuator of the type 110 to 240 volts a. c. wired in terms of circuitry and connected to 380 volts. A constant voltage arises at the thermoactuator T. Height of 220 volts, while at the two Zener diodes Z the residual voltage drops by 160 volts.

Gemäß Fig. 3 ist zum Thermoactuator T ein anderes, ebenfalls nichtlineares Bauteil, ein Varistor VA in Reihe geschaltet. (Varistoren stellen vom Prinzip her gesehen ebenfalls zwei gegeneinander geschaltete Zenerdioden dar, die zu einem einzigen Bauteil integriert wurden; sie verhindern im allgemeinen das Auftreten zu hoher Spannungen und werden hierzu bei Überschreitung eines Nominalwerts leitend.) Auch hier wird wiederum der Varistor VA über den zugleich als Schutzwiderstand dienenden Thermoactuator T im Durchbruchsbereich betrieben und eine konstante Spannungsbegrenzung am Thermoactuator T, wie zuvor geschildert, erreicht. Im vorliegenden praktischen Fall kommt ein Varistor für eine Nominalspannung von 50 bis 90 Volt zum Einsatz.According to FIG. 3 for another Thermoactuator T, also non-linear component, a varistor connected in series VA. (In principle, varistors also represent two Zener diodes connected against each other, which have been integrated into a single component; they generally prevent the occurrence of excessively high voltages and become conductive when a nominal value is exceeded.) Here too, the varistor VA becomes again via the at the same time, the thermoactuator T serving as a protective resistor is operated in the breakdown area and a constant voltage limitation on the thermoactuator T is achieved, as described above. In the present practical case, a varistor for a nominal voltage of 50 to 90 volts is used.

Im letzten Schaltungsbeispiel nach Fig. 4 sind zum Thermoactuator T eine bis n-Stück Glimmlampen GL ohne eigenen Vorwiderstand in Serie geschaltet. Die Anzahl der erforderlichen Glimmlampen GL richtet sich nach Glimmlampentyp und Höhe der am Thermoactuator T benötigten Nenn-Betriebsspannung. Die Glimmlampen GL dienen hier als Spannungsstabilisator. Ihren gemeinsamen Vorwiderstand bildet der Thermoactuator T.In the last circuit example according to FIG. 4, one to n pieces of glow lamps GL without their own series resistor are connected in series with the thermoactuator T. The number of glow lamps GL required depends on the type of glow lamp and the level of the nominal operating voltage required on the thermoactuator T. Glow lamps GL are used here as voltage stabilizers. The thermoactuator T forms their common series resistor.

Abschließend sei angemerkt, daß bei allen drei Lösungen nach den Fig. 2 bis 4 die verwendeten, nichtlinearen Bauelemente Z, VA, GL den erhöhten Anlaufstrom des Thermoactuators T zulassen, doch während der gesamten Betriebsdauer dessen Spannung auf seinen Nennwert konstant begrenzen.In conclusion, it should be noted that in all three solutions according to FIGS. 2 to 4, the non-linear components Z, VA, GL used permit the increased starting current of the thermoactuator T, but limit its voltage constantly to its nominal value during the entire operating time.

Claims

1. Thermo-electric actuator or thermoactuator with a heatable by a PTC resistor hydraulic plunger, with the help of which a plunger can be pulled out when applying electrical voltage, characterized in that the thermo-electric actuator or thermoactuator (T) have two Zener diodes connected to one another (Z) are electrically connected in series as a voltage divider ( Fig. 2).

2. Thermo-electrical actuator or thermoactuator with a heatable by a PTC resistor hydraulic plunger, with the help of which a plunger can be pulled out when applying electrical voltage, characterized in that the thermoactuator (T) upstream or downstream of a varistor (VA) as a voltage divider is ( Fig. 3).

3. Thermo-electric actuator or thermoactuator with a heatable by a PTC resistor hydraulic plunger, with the help of which a plunger can be pulled out when applying electrical voltage, characterized in that the thermoactuator (T) at least one glow lamp (GL) before or as a voltage divider is connected downstream. ( Fig. 4).