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Verfahren zum Erwärmen elektrischer Schaltelemente An Schaltelementen
der Hochfrequenztechnik sind häufig, insbesondere bei der Bestimmung der Temperaturkoeffizienten
der Dielektrizitätskonstante und des dielektrischen Verlustwinkels des Dielektrikums
von Kondensatoren, nacheinander bei verschiedenen, während des Meßvorganges möglichst
unverändert zu haltenden Temperaturen der Prüflinge elektrische Messungen vorzunehmen.
Um derartige Messungen an solchen bei laufender Fertigung in großen Mengen anfallenden
Schaltelementen ohne zu großen Zeitaufwand durchführen zu können, werden die Prüflinge
in einer Kammer erwärmt oder abgekühlt, durch die mit möglichst gleichbleibender
Geschwindigkeit dauernd Luft hindurchgedrückt wird, die durch selbsttätig zeitweise
ein-und ausgeschaltete, elektrische Heizwiderstände auf diejenigen Temperaturen
gebracht wird, bei denen die Messungen ausgeführt werden sollen. Der erwärmte Luftstrom
wird gleichmäßig in der Kammer verteilt, so daß er die Prüflinge allseitig umspült
und diese rasch die Temperatur des Luftstromes annehmen.
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An Hand der in Abb. 1 schematisch dargestellten beispielsweisen Anordnung
sei das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es stellt 10 das längliche Gehäuse
eines Gerätes mit der gegen den Außenraum wärmeisolierten Kammer 11 dar. In dieser
Kammer befindet sich die aus den Scheiben 12 gebildete Trommel, auf deren Umfang
Klemmvorrichtungen für die Prüflinge, z. B. keramische Kon-
densatoren
13, angeordnet sind, deren Kapazitäten und Verlustwinkel bei verschiedenen Temperaturen
gemessen und deren Temperaturkoeffizienten aus diesen Messungen bestimmt werden
sollen. Das Gehäuse 10 hat an der einen Stirnseite eine Öffnung, durch die vermittels
eines durch den Elektromotor 14 angetriebenen Lüfters 15 beständig und mit möglichst
gleichbleibender Geschwindigkeit Luft in der Pfeilrichtung eingesaugt wird, die
die Kammer 11 gleichmäßig durchströmt. Die Scheiben 12 können zu diesem Zweck und
zur Erzielung einer geringen Wärmeträgheit mit Durchbrechungen versehen sein, die
zweckmäßig symmetrisch zu den Einspannstellen der Prüflinge angeordnet sind, so
daß keine Stauungen des Luftstromes an der Scheibentrommel auftreten. Der Luftstrom
durchfließt zunächst einen quer zur Strömungsrichtung eingebauten Hauptheizwiderstand
16 und erwärmt sich dabei auf eine Temperatur, die der Einstellung des Kontaktthermometers
17 oder des Kontaktthermometers 24 annähernd entspricht. Der hierzu erforderliche,
dauernd durch den Heizwiderstand 16 fließende Strom kann entsprechend der gewünschten
Erwärmung der Luft durch einen vorgeschalteten Regelwiderstand 18 und durch die
mittels eines Kurzschließers 22 wahlweise kurzzuschließenden Festwiderstände 19,
20 und 21 von Hand eingestellt wenden. Der so vorgewärmte Luftstrom gelangt dann
zu dem Nebenheizwiderstand 23 und erwärmt sich an diesem weiter auf die gewünschte,
möglichst unveränderlich zu haltende Temperatur, streicht an den Kontaktthermometern
17 und 24 vorbei und tritt in die Kammer 11 ein, die er durch Öffnungen 26 in der
die kammer abschließenden Stirnwand verläßt. Durch einen nach außen ragenden Drehkopf
27 läßt sich die Scheibentrommel 12 verdrehen, wobei die Prüflinge 13 nacheinander
leitend mit den Kontakten 28 und 29 verbunden werden, an die das zur Ausführung
der Kapazitäts- und Verlustwinkelmessungen dienende Meßgerät angeschlossen ist.
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Dem Nebenheizwiderstand 23 ist ein Regelwiderstand 30 und Festwiderstand
31 vorgeschaltet. Mit Hilfe dieser Vorschaltwiderstände kann die den Heizwiderstand
23 durchfließende Stromstärke der gevün,schben, in möglichst engen Grenzen unveränderlich
zu haltenden Temperatur des Luftstromes entsprechend eingestellt werden. Beim Überschreiten
des am Kontaktthermometer 17 eingestellten oberen Grenzwertes der Temperatur des
Luftstromes wird, wie aus dem Schaltbild Abb. 1 zu entnehmen ist, die Magnetspule
des Schaltschützes 32 durch das Kontaktthermometer 17 kurzgeschlossen.
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Ein Kurzschließen der Spannungsquelle ist dabei durch den Vorschaltwiderstand
33 vermieden. Der mit dem Schütz 32 gekuppelte Schalter 35 nimmt dann die in Abb.
1 dargestellte Öffnungslage 35' ein.
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Infolgedessen ist dann auch die Stromzuleitung zum Nebenheizwiderstand
23 unterbrochen, so daß die Heizung des Luftstromes durch diesen Nebenheizwiderstand
aufhört. Sobald sich der Luftstrom so weit abgekühlt hat, daß das Kontaktthermometer
17 sich wieder öffnet, wird der Schalter 35 durch das Schaltschütz 32 geschlossen
und der Nebenheizwiderstand 23 wieder eingeschaltet. Dieses Spiel wiederholt sich
so lange, bis die vorgeschriebene Temperatur des Luftstromes erreicht ist. Eine
in Reihe mit dem Schalter 35 liegende Glimmlampe 37 läßt durch ihr Aufleuchten die
Einschaltstellung des Schalters 35 und damit denjenigen Betriebszustand der Einrichtung
erkennen, bei dem der Luftstrom durch den Nebenheizwiderstand 23 mit erwärmt wird.
Durch Umlegen des Schalters 36 in die Lage 36' kann an Stelle des Kontaktthermometers
17 das auf eine von dessen Einstellung abweichende Temperatur eingestellte Kontaktthermometer
24 in den Stromkreis eingeschaltet werden. Dies findet in dem Falle statt, daß die
Messung an den Prüflingen 13 bei einer höheren oder niedrigeren Temperatur wiederholt
werden soll, als sie durch das Kontaktthermometer 17 gegeben ist. Die Einschaltstellung
des Schalters 35 wird in diesem Falle durch das Aufleuchten der Glimmlampe 34 angezeigt.
Es können auch noch weitere Kontaktthermometer unterschiledlicher Temperatureinstellung
im Gerät angeordnet werden, falls Messungen an den prüflingen bei mehr als nur zwei
Temperaturen durchgeführt werden sollen. Für jede Temperaturstufe sind in diesem
Falle die durch die Heizwiderstände 16 und 23 fließenden Ströme durch eine entsprechende
Regelung der Vorschaltwiderstände zu diesen Heizwiderständen einzustellen.
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Die Anordnung kann ferner auch derart getroffen werden, daß der Luftstrom
nicht nur einen, sondern mehrere hinter dem Hauptwiderstand hintereinander angeordnete
Nebenheizwiderstände durchströmt, die so gestuft sind, daß ihre Heizleistung und
Wärmekapazität in Richtung des durch sie zu erwärmenden Luftstromes abnimmt. Eine
derartige Unterteilung der Heizwiderstände in einen Hauptheizwiderstand und eine
größere Anzahl in dieser Weise in ihrer Heizleistung gestufter Nebenheizwiderstände
bietet den Vorteil einer sehr anpassungsfähigen und empfindlichen Regelung der Temperatur
des Luftstromes, die infolge ihrer geringen Trägheit den auszugleichenden Schwankungen
der Temperatur des Luftstromes rascher zu folgen vermag als nur ein Haupt- und Nebenheizwiderstand
entsprechend größer bemessener Wärmekapazität und Heizleistung.
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Abb. 2 zeigt beispielsweise das grundsätzliche Schaltbild einer solchen
Anordnung. Der im Heizgerät eingebaute Lüfter L saugt Luft von Raumtemperatur, z.
B. 20° C, in das Gerät. Der Luftstrom erwärmt sich bei seinem Durchgang durch einen
z. B. für 300 Watt Heizleistung bemessenen Hauptheizwiderstand H auf, z. B. 10 bis
65° C, und wird durch einen dahinter befindlichen Nebenheizwiderstand N1 von z.
B. 30 Watt auf 65 bis 67° C weitererhitzt. Diese Temperaturgrenzen sind durch das
zugehörige, das Schaltschütz S1 für diesen ersten Nebenheizwiderstand steuernde
Kontaktthermometer T1 festgelegt. Die Schaltschütze S2, S3 und 54 für ,die folgenden
Nebenheizwiderstände N2, N3 und N4 von z. B. 15, 7 und 3 Watt Heizleistung werden
durch die zugehörigen Kontaktthermometer T2, T3 und T4 in den aus dem Schaltbild
er-
sichtlichen engeren Temperaturgrenzen gesteuert.
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Der Luftstrom erwärmt sich dabei stufenweise, wobei die Temperaturschwankungen
in der Endstufe nur noch ganz geringfügige sind und z. B. nur 0,2° C betragen.
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Wenn auch die Erwärmung der die wärmeisolierte Kammer 11 durchströmenden
Luft zweckdienlich wie vorbeschrieben durch elektrische Heizwiderstände vorgenommen
wird, bleibt das Verfahren nach der Erfindung, bei dem zum Unterschied von anderen
bekannten Verfahren zur Erwärmung der Prüflinge in ruhender Luft diese Erwärmung
in strömender Luft erfolgt, auf die Lufterwärmung durch elektrische Heizwiderstände
nicht beschränkt.
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Der Luftstrom kann daher z. B. auch durch Gasflammen oder Wärmetauscher
u. dgl. selbsttätig auf die erforderliche, nahezu unverändert zu haltende Temperatur
erwärmt werden, wobei die Temperaturregelung und der Ausgleich der Temperaturschwankungen
unter Zuhilfenahme an sich bekannter Regeleinrichtungen sinngemäß in der gleichen
Weise erfolgt, wie dies im vorstehenden beschrieben ist.