DE1565735A1 - Elektrische Heizeinrichtung - Google Patents
Elektrische HeizeinrichtungInfo
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Description
M 1
Matsushita Electric Industrial Go0, Ltd., Kadoma, Osaka (Japan)
Elektrische Heizeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Heizeinrichtuhgen
und dergleichen, wie z,»B« eine Einrichtung zum Wärmen, und
im besonderen auf eine verbesserte, sich selbst kontrollierende Einrichtung mit einem temperaturempfindlichen Heizelement*
Es war bisher bei den älteren Heizelementen schwierig,
diese in bezug auf die Umgebungstemperatur zu kontrollieren, für
welchen Zweck eine zusätzliche Ausstattung, z.B. ein Schaltelement
mit Kontakten vorgesehen werden musste. Die Kontakte einer solchen
Schalteinrichtungϊ die den elektrischen Strom in Abhängigkeit von
der Umgebungstemperatur- ein- und ausschalten, werden jedoch nach
längerer Betriebszeit oxydiert, verunreinigt, und sogar mit einander verschweißt, 80 dass sie ihre Wirksamkeit verlieren»
Vor einiger Zeit wurde ein Thermistor mit einem positiven ·
Temperaturkoeffizienten-.des elektrischen Widerstandes entwickelt,
90988S/0743
Dieser Thermistor ist ein im' wesentlichen aus Bariumtitanat bestehender
Körper. Ein aus diesem keramischen Werkstoff hergestelltes Heizelement weist das Merkmal auf, dass ein durch das Heizelement
fließender elektrischer Strom bei ansteigender Umgebungstemperatur schwächer wird und umgekehrt. Das Heizelement spricht
daher auf eine Überhitzung an. Die von der Heizeinrichtung kontrollierte
Umgebungstemperatur verändert sich jedoch mit der Wärmekapazität des zu erhitzenden Gegenstandes oder Materials, wenn die
Heizeinrichtung nur aus Heizelementen des genannten keramischen
Werkstoffes besteht«, Weiterhin verändert sich auch der Bereich der kontrollierbaren Temperatur mit der Wärmekapazität des erhitzten
Gegenstandes oder Materials,
Die Erfindung sieht daher eine Heizeinrichtung vor, die die genannten Mängel nicht aufweist und die Umgebungstemperatur
des zu erhitzenden Gegenstandes oder Materials innerhalb eines gegebenen Bereichs geeigneter Temperaturen ohne Verwendung eines
zusätzlichen Schalters kontrolliert.
Die Erfindung sieht ftrner vor
Die Erfindung sieht ftrner vor
eine auf die Temperatur ansprechende Steuer- oder Kontrolleinrichtung,
bei der das Öffnen und Schließen eines Schalters nicht mehr erforderlich ist,
eine neue Schalteinrichtung, die anspricht, wenn die Temperatur sich auf eine außerhalb eines Temperaturbereichs liegende
Temperatur ändert.
Die Erfindung wird nunmehr ausfährlich beschrieben. In den
beiliegenden Zeichnungen ist die
fig.l ein Schaltplan für eine temperaturempfindliche Steueroder
Kontrolleinrichtung nach der Erfindung,
909888/0743 BAD
Pig.2 eine graphische Darstellung von Kurven des Stromflusses
. in bezug auf die angelegten Spannungen bei einem Heizi
element, das bei verschiedenen Umgebungstemperaturen arbeitet, sowie der Kurve des Leistungsyerbrauchs einer aus
einer Reaktanz und einem Widerstand bestehenden äußeren
l Belastung,
Fig·3 eine graphische Darstellung des sich mit der Umgebungstemperatur
verändernden Stromflusses für das Heizelement, Fig.4 ein Schaltplan für eine temperaturempfindliche Steueroder
Kontrolleinrichtung mit der temperaturempfindlichen Steuerung nach der Fig.l,
Fig·5 .-el» senkrechter Schnitt durch eine Milchwärmeinrichtung
mit der temperatureBpf iödlichen KontroJ-leinrichtung nach
der Erfindung,
Flg«6 eine graphische Darstellung der Temperaturabhängigkeit des
Flg«6 eine graphische Darstellung der Temperaturabhängigkeit des
elektrischen Widerstandes des Thermistors und die Fig.7 eine graphische Darstellung der Beziehung des Stromes zur
Temperatur für die Einrichtung nach der Fig.5· Die Fig.l zeigt ein aus einem Thermistor mit einem positiven
Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes bestehendes Heizelement 1 und einen äußeren aus einer Reaktanz 2 und
einem Widerstand 3 bestehenden Stromverbraucher, welche genannten drei Elemente einander nachgeschaltet sind und an eine Stromquelle
angeschlossen werden. Die kontrollierte Temperatur und deren Bereich
wird von der Spannungs-Strom-Kennlinie des Thermistors und von der Leistungskurve des äuerenStromverbrauchers bestimmt, der
ans der Reaktanz und aus dem Widerstand besteht.
Die Mg.2 zeigt die Kennlinien 4, 5, 6 und 7 des Thermi-
.;a OVB In bezug auf verschiedene Umgebungstemperaturen, während
909886/0743 BADORiGlNAL
die Kurve 8 den Leistungsverbrauch der äußeren Impedanz darstellt.
Der durch den Thermistor bei einer bestimmten Temperatur fließende
Strom wird bei einer Erhöhung der angelegten Spannung stärker, und
zugleich steigt die Temperatur des Thermistors an. Da der Thermistor einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wider-standes
aufweist, so vermindert sich die Stärke des durch den Thermistor fließenden Stromes bei einer Erhöhung der angelegten Spannung,
wenn die Temperatur des Thermistors selbst einen bestimmten Wert übersteigt, der von der Umgebungstemperatur und von der Temperatur-Widerstands-Kennlinie
des Thermistors abhängt. Die Spannung-Strom-Kurven für die Temperaturen steigen an und fallen dann
wieder ab, wie in der Fig.2 dargestellt. Bei einer höheren Umgebungstemperatur
wird die bestimmte Temperatur bei einem schwächeren Stromfluss durch den Thermistor erreicht. Die charakteristischen
Kurven für die Temperatur des Thermistors verschieben sich daher nach unten bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur, wie in der
Fig.2 dargestellt, in der die Kurve 4 die untere Grenze und die
Kurve 7 die obere Grenze der Temperatur darstellt. Eine obere Grenze für einen kontrollierbaren Temperaturbereich kann eine Temperatur
bilden, bei der die charakteristische Kurve des Thermistors mit dem Scheitel die Leistungskurve der äußeren Impedanz berührt,
wie in der Fig.2 dargestellt. Eine untere Grenze für einen kontrollierbaren
Temperaturbereich kann eine Temperatur bilden, bei der die Leistungskurve von der abfallenden Flanke der charakteristischen
Kurve des Thermistors berührt wird. Die Leistungskurve schneidet die charakteristische Kurve für die Temperatur zwischen
der oberen und der unteren Grenze an drei Punkten. Natürlich weist auch die äußere Impedanz eine geringe Temperaturempfindlichkeit
auf, während deren Leistungskurve von der Temperatur nahezu unab-
909886/0743
Bad
hängig ist· Die von den Schnittpunkten der charakteristischen
Kurven mit der Leistungskurve der äußeren Impedanz dargestellten
Arbeitspunkte verändern sich in der Reihenfolge 9, 10, 11, 12 mit
ansteigender Temperatur, und zugleich wird der Stromfluss schwächer, wie in der Pig»2 dargestellt* Da die Charakterisehe Kurve 7
für die obere Temperaturgrenze mit dem Scheitel 12 die Leistungskurve
berührt, so bewegt sich der Arbeitspunkt vom Punkt 12 aus
sofort zum Punkt 13» sobald die Temperatur den oberen Grenzwert
übersteigt» Infolgedessen fällt die Stromstärke plötzlich ab. Sinkt andererseits die Temperatur vom oberen Grenzwert dies Temperaturbereiches
ab, so bewegen sich die Arbeitspunkte in der Reihenfolge
13, 1^, 15, l6 auf der Leistungskurve 8, wobei die Stromstärke zugleich ansteigt. Da die charakteristische Kurve k am
Punkt 16 die Leistungskurve berührt, wie in der Pig»2 dargestellt,
so bewegt sich der Arbeitspunkt vom Punkt 16 aus zu einem anderen
Arbeitspunkt 9j wobei die Temperatur weiter absinkt« Hierbei wird
der Stromfluss plötzlich stärkere
Dieser Thermistor kann daher zusammen mit der Impedanz
zum Aufbau einer sich selbst regelnden Heizeinrichtung benutzt
werden, in der sowohl der Thermistor als auch die äußere Impedanz
als Heizelemente benutzt werden.
In der Pig.3 sind die Temperatur-Strom-Kennlinien für die
genannte Kombination dargestellt» Zur Erläuterung der Arbeitsweise
sind die den Arbeifegpunkten in der F.ig·2 entsprechenden Arbeitspunkte auf der .Kurve -in der Fig,3 aiit den gleichen Bezugszaichen
versehen« Steigt die Temperatur vom unteren Grenzwert 19 des Temperaturbereiches
aus a»j so sinkt die Stromstärke allmählich in
der Reihenfolge 9, 10, 11 und 12 ab« Steigt die Temperatur des
Thermistors über den oberen Grenzwert 18 des Temperaturbereiches
- BAD ORJGiNAL
■ ; . §09888/0743
hinaus an, so fällt die Stromstärke vom Punkt 12 zum Punkt 13
plötzlich ab. Infolgedessen sinkt auch die Temperatur wieder ab mit der .Folge, dass die Stromstärke in der Reihenfolge 13, 14, 15
und 16 allmählich ansteigt, wobei die charakteristischen Spannung-Strom-Kurven für die Temperatur des Thermistors nach oben verschoben
werden. Sinkt die Temperatur des Thermistors über den unteren Grenzwert 19 äes Temperaturbereiches hinaus ab, so verstärkt sich
der Stromfluss plötzlich. Mit der Heizeinrichtung nach der Erfindung
kann daher die Umgebungstemperatur geregelt werden.
Durch eine entsprechende Wahl der Kennlinien des Thermistors
und der Leistungskurve der äußeren Impedanz kann daher der Temperaturbereich 17 zwischen dem oberen Grenzwert 18 und dem unteren
Grenzwert 19 vorherbestimmt werden, da die genannten Grenzwerte des Temperaturbereiches bestimmt werden können durch eine
Kombination der charakteristischen Spannungs-Strora-Kurve für die Temperatur des Thermistors und dar Leistungskurve der äußeren Impedanz,
wie oben beschrieben·
Die Pig.^ zeigt eine Schaltung für eine auf die Temperatur
ansprachende Steuer- oder Regeleinrichtung mit einem Thermistor 22, der einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen
Widerstandes aufweist und im wesentlichen aus Bariuratitanat besteht,
mit einer äußeren Impedanz 23 und mit einer vom elektrischen Strom betätigten Einrichtung, z»B. einer Magnetspule oder eines
elektromagnetischen Schalters· Die Steuer- oder fiegelwirkung der
Einrichtung erfolgt durch eine plötzliche Änderung des Stromflusses)
als Folge einer Überschreitung der Grenzen des Temperaturbereiches.
Der Temperaturbereich kann bestimmt werden durch eine Kombination der charakteristischen Spannung-Strom-Kurven für die Temperatur
des Thermistors 22 und der Leistungskurve für die äußere Impedanz 2j
909886/0743 bad "
1585735
und die strombetätigte Einrichtung Zk in derselben Weise, wie oben
in Verbindung mit den figuren 2 und 3 beschrieben.
Weiterhin kann mfit Hilfe der beschriebenen, auf die Temperatur
ansprechenden Steuer·* oder Regeleinrichtung ein temperaturempfindlicher
elektrischer Schalter entwickelt werden.
Der temperaturempfindliche elektrische Schalter besteht aus einem Thermistor mit einem positiven Temperaturkoeffzientea t
des elektrischen Widerstandes» welcher Thermistor im wesentlichen
aus Bariuratitanat besteht, und aus einer äußeren, dem Thermistor
nachgeschalteten Impedanz, Diese beiden genannten Elemente werden an eine Stromquelle angeschlossen. Wie aus der Fig«3 zu ersehen
1st, stellt der Stromflussptmkt 12 einen kritischen Funkt an der
oberen Grenze 18 des Temperaturbereiches dar und desgleichen der
Stromflusspunkt 16 an der unteren Grenze 19 des Temperaturbereiches.
Übersteigt die Temperatur etwas den oberen Grenzwert 18
des Temperaturbereiches/ so sinkt die Stromstärke sofort bis zu
einem Punkt 20 ab entsprechend der Steuer- oder Segelwirkung der Einrichtung nach der Erfindung, wonach die Temperatur bis auf den
unteren Grenzwert 19 cLes Temperaturbereiches absinkt. Bei einem
Absinken der Temperatur etwas unter den unteren Grenzwert 19 des Temperaturbereiches, verstärkt sich der Stromfluss plötzlich bis
zu einem Punkt 21, wonach die Temperatur wieder ansteigt. Durch
Wiederholung von Ärbeitsperioden dieser Art kann mit Hilfe einer
strombetätigten Einrichtung der Stromfluss zu einem Gerät reguliert
werden. Die Steuer- oder Hegeleinrichtung nach der Erfindung
wirkt daher als ein stabiler und empfindlicher thermischer Schalter.
Dieser thermische Schalter ist sogar betriebsfähig selbst bei jitgyrken Schwankungen der angelegten Spannung, da durch diese die
ϊtemperatur des Thermistors'verändert wird,
909886/0743 βΑΛ ' ~^*
BAD ORIGINAL
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung
beschrieben, die jedoch nicht hierauf beschränkt ist.
Die Pig.5 zeigt als Schnitt eine Milchvrärmeinrichtung, in
der mit Hilfe der teraperaturempfindlichen Steuer- oder Regeleinrichtung
nach der Erfindung eine im wesentlichen gleichbleibende Temperatur aufrechterhalten wird. Die Temperatur der Milch für
ein Kleinkind soll vorzugsweise 500G betragen. Die Fig..5 zeigt eine
Babyflasche 25, zu deren Erwärmung Wasser 26 benutzt wird, das sich in einem Behälter 31 mit einem Deckel 32 befindet, wobei im
unteren Teil des Behälters das Heizelement 28 angeordnet ist, das
durch ein elektrisch isoziierendes Material wie Polytetrafluoräthylen
abgedeckt wird. Das Heizelement wird in der folgenden Weise hergestellt.
Ein equimolares Gemisch aus Bariumkarbonat und Titanoxyd wird nass vermählen unter Zusatz von 2% (Gewicht) Silberoxyd und
3 Gew.# überschüssiges Titanoxyd. Das fertige Gemisch wird zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Dicke von
0,5 cm gepresst und in einer Stickstoffgasströmung zwei Stunden
lang bei einer Temperatur von 1^5O0C gebrannt. Das Erzeugnis besteht
aus einem halbleitenden gesinterten schwarz aussehenden Körper, der an der Luft eine Stunde lang auf HOO0C erhitzt wird, um
den positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes
zu erhöhen. Zum Herstellen der Elektroden 2? wird die gesinterte keramische Scheibe mit einem Durchmesser von 8 cm und einer
Dicke von 0,3 cm durch Aufspritzen mit einem Metallbelag versehen. Die Fig.6 zeigt die Temperatur-Widerstands-Kurve für den auf diese
Weise hergestellten Thermistor. Wie in der Fig.5 dargestellt, sind
die einander nachgeschalteten und die äußere Impedanz bildenden Widerstand 29 und Reaktanz 30 mittels eines elektrischen Leiters
909886/0743 Bad .^
an- den Thermistor 28 angeschlossen. Die äußere Impedanz besteht
aus einer Spule 30 mit einer Reaktanz von 15 Mikrohenry und aus
einem Widerstand mit einem Wert von 35 Ohm. In der Pig,6 ist die
Temperatur-Strom-Kurve für die Wärmeinriohtung nach der Fig.5 dargestellt,
aus der zu ersehen ist, dass die Mitteltemperatur und
der Bereich der kontrollierten Temperatur bei 500G ί 50G liegt in
Übereinstimmung mit der Erfindungβ Diese Werte sind natürlich unabhängig
von der zu erwärmenden Milch«
An der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
können von Sachkundigen im Rahmen des Erfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche
abgegrenzt»
BAD ORIGINAL
Claims (5)
1) Temperaturempfindliche Widerstandseim* iGhtung, die auf
Änderungen des Stromflusses an den Enden eines Temperaturbereichs anspricht, gekennzeichnet durch einen Thermistor, der einen positiven
Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist
und im wesentlichen aus Bariumtitanat besteht, und durch eine äußere, dem Thermistor nachgeschaltete Impedanz, welche genannten
beiden Elemente an eine Stromquelle angeschlossen werden und zusammen eine Temperatur-Widerstands-Kennli&ie aufweisen, die
ein plötzliches Absinken des'Stromflusses bewirkt, wenn die Temperatur
des Thermistors den oberen Grenzwert des Temperaturbereiches überschreitet, und die ein plötzliches Ansteigen des Stromflusses
bewirkt, wenn die Temperatur des Thermistors unter den unteren Grenzwert des Temperaturbereiches absinkt,
2) Temperaturempfindliche Widerstandseinrichtung, die auf
Änderungen des Stromflusses an den Enden eines Temperaturbereichs anspricht, gekennzeichnet durch einen Thermistor, der einen positiven
Temperaturkoöffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist
und im wesentlichen aus Bariumtitanat besteht, wobei die charakteristischen Spannung-Strom-Kurven für die Temperaturen des
Thermistors an den Enden des Temperaturbereichs sich nach oben und dann nach unten krümmen, durch eine dem Thermistor nachgeschaltete
Impedanz, und dadurch gekennzeichnet, dass die 3pannung-Strom-Leistungslinie
der Impedanz die charakteristische Kurve für die untere Temperatur des Bereichs am Ursprungende der Kurve
schneidet und das andere Ende der letztgenannten charakteristischen Kurve berührt, dass die genannte Leistungslinie den Scheitel
der charakteristischen Kurve für die höhere Temperatur des Bereiches
am Ursprungsende der Kurve berührt und das andere finde der
letztgenannten Kurve schneidet, dass der Thermistor und die diesem nachgeschaltete Impedanz an eine Stromquelle angeschlossen werden,
wobei der Strorafluss plötzlich abfällt, wenn die Temperatur des
Thermistors den oberen Grenzwert des Temperaturbereiches überschreitet, und wobei der Stromfluss plötzlich ansteigt, wenn die
Temperatur des Thermistors unter den unterem Grenzwert des Temperaturbereiches
absinkt.
3) Selbstregelnde Heizeinrichtung, die die Eigentemperatur
zwischen den Enden eines Temperaturbereichs regelt, gekennzeichnet
durch ein aus einem Thermistor bestehendes Heizelement, das einen positiven Teraperattarkoeff izienten des elektrischen Widerstandes
aufweist und im wesentlichen aus Bariumtltanat besteht, und durch eine äußere, dem Thermistor nachgeschaltete Impedanz,
und dadurch gekennzeichnet, dass die genannten beiden Elemente
ah eine Stromquelle angeschlossen werden und zusammen eine Temperatur-Widerstands-Kennlinie
aufweisen, die ein plötzliches Absinken des Stromflusses bewirkt, wenn die Temperatur des Heizelementes
den oberen Grenzwert des Temperaturbereiches überschreitet,
und die ein plötzliches Ansteigen des Stromflusses bewirkt, wenn
die Temperatur des Heizelementes unter den unteren Grenzwert des
Temperaturbereiches absinkt.
909886/07
4) Teraperaturempfindliche Regeleinrichtung, die anspricht,
wenn Temperaturen die oberen und unteren Grenzwerte eines Temperaturbereiches überschreiten bezw. unterschreiten, gekennzeichnet
durch einen Thermistor, der einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist und im wesentlichen auS
Bariumtitanat besteht, durch eine dem Thermistor nachgeschaltete äußere Impedanz, und dadurch gekennzeichnet, dass die genannten
beiden Elemente an eine Stromquelle angeschlossen werden und zusammen eine Temperatur-Widerstands-Kennlinie aufweisen, die ein
plötzliches Absinken des Stromflueses bewirkt, wenn die Temperatur
des Thermistors den oberen Grenzwert des Temperaturbereiches überschreitet, und die ein plötzliches Ansteigen des Stromflusses bewirkt, wenn die Temperatur des Thermistors unter den unteren Grenzwert des Temperaturbereiches absinkt, und dass eine Begeleinrichtung vorgesehen ist, die auf plötzliche Änderungen des Stromflusses im Thermistor und in der Impedanz anspricht·
5) Temperatur-Strom-Schalter, der anspricht, wenn Temperaturen
die oberen und unteren Grenzwerte eines Temperaturbereiches überschreiten bezw, unterschreiten, gekennzeichnet durch einen Thermistor, der einen positiven TemperatürkoeffIzienten des elektrischen Widerstandes aufweist und im wesentlichen aus Bariumtitanat
besteht, durch eine, dem Thermistor nachgeechaltete äußere Impedanz , und dadurch gekennzeichnet, dass die genannten beiden Elemente an eine Stromquelle angeschlossen werden und zusammen eine
Temperatur-Widerstands—Kennlinie aufweisen, die ein plötzliches
Absinken des Stromflusses bewirkt, wenn die Temperatur des Thermistors den oberen Grenzwert des Temperaturbereiches überschreitet,
909886/0743
und die ein plötzliches Ansteigen des Stromflueses bewirkt, wenn
die Temperatur des Thermistors unter den unteren Grenzwert des
Temperaturbereichs absinkt, und dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die auf plötzliche Änderungen im Thermistor und in
der diesem naohgeschalteten Impedanz anspricht·
ORIQiNAL
$01111/0743
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- 1966-12-28 FR FR89184A patent/FR1513453A/fr not_active Expired
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