DE2551980B2

DE2551980B2 - Abgedichtete, thermostatische Heizvorrichtung, insbesondere für Haarlocken-Brennschere

Info

Publication number: DE2551980B2
Application number: DE2551980A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kadoma Ishikawa; Mamoru Neyagawa Miyamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1975-11-19
Publication date: 1980-04-17
Also published as: FR2292395A1; CA1050093A; GB1502479A; US4045763A; FR2292395B1; DE2551980A1; IT1052333B

Description

Die Erfindung betrifft eine abgedichtete thermostatische Heizvorrichtung, insbesondere für Haarlocken-Brennscheren, aus einem geschlossenen Metallrohr mit in dieses eingesetztem Keramikrohr, das einen Kaltleiter aufnimmt, mit dem ein Heizwidersland in Reihe geschaltet ist.

Bei einer bekannten abgedichteten thermostatischen

Heizvorrichtung dieser Art (AT-PS 2 45 697) werden keinerlei Maßnahmen getroffen, um für eine gute Gleichmäßigkeit der Temperatur längs der Heizvorrichtung zu sorgen. Ein Temperaturausgleich über die axiale Oberfläche ließe sich im Bedarfsfalle bei lokal unterschiedlicher Wärmeerzeugung durch den Heizwiderstand, die aufgrund der Beschaffenheit des Keramikrohres durchaus möglich ist, nur durch das äußere Metallrohr erreichen. Ein solcher Temperatur ausgleich erfolgt aber wegen der Dünnwandigkeit des Metallrohres nur mit Schwierigkeiten und wird überdies ganz unmöglich, wo das Metallrohr nicht durchgehend ausgebildet ist und seine Teile nur durch kleine -tabilisierende Brücken verbunden werden. Auch müßte es Ziel einer gleichmäßigen Temperaturverteilung sein, diese bereits zu erreichen, bevor die Energie zum außenliegenden Metallrohr gelangt und von dort an die

Umgebung abgegeben wird. Bekannt ist auch das Versehen von Keramikheizkör-

M pern mit Metallradiatoren (DE-OS 22 63 020, US-PS 33 75 774). Durch die Metallradiatoren wird aber lediglich eine Erhöhung des Wirkungsgrades durch besonders effektive Abführung der Wärme angestrebt. Wird ein und derselbe Metallradiator mehreren Keramikheizkörpern zur Wärmeabführung zugeordnet, so wird sich allerdings auch ein gewisser Temperaturausgleich einstellen. Der Metallradiator ist aber immer als flache Platte mit einer großen Oberfläche des Keramikheizkörpers in Koniakt. Derartige Radiatoren lassen sich in rohrförmige Heizvorrichtungen nicht einbauen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Heizvorrichtung der eingangs genannten Art insbesondere für die Anwendung in Brennscheren so auszuge- stalten, daß bei einfachster Herstellung eine gute Gleichmäßigkeit der Temperatur längs der zylindrischen Oberfläche der rohrförmigen Heizvorrichtung erzielt ist. Mehrere Lösungen diese¹" Aufgabe sind in den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichnet. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Lösungen sind in den Ansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet.

Man erkennt, daß nach einer ersten Lösung ein zylinderscheibenförmiger Kaltleiter zwischen zwei zylindrischen, vom Strom durchflossenen Metallradiato ren angeordnet ist. Der Kaltleiter kommt deshalb mit seinen großen Endflächen mit den Endflächen der Metallradiatoren in Kontakt. Diese vermögen die Wärme wirkungsvoll vom Kaltleiter abzuführen. Die von den Metallradiatorcn in Axialrichtung aufgenom-

w mene Wärme verteilt sich aber im gesamten Metallradiator und kann über dessen zylindrische Oberfläche abgegeben werden. Dieser Umlenkeffekt ist durch den metallischen Werkstoff, insbesondere aber die zylindrische Form der Radiatoren bedingt. Obzwar sie die Wärme vom Kaltleiter an dessen großer Oberfläche aufnehmen, stellt die Aufnahmefläche die kleine Endfläche des Metallradiators dar. Seine zylindrische Oberfläche ist insbesondere bei angehobener axialer Länge des Zylinders um ein Vielfaches größer als diese

μ Endfläche. Da jedoch die Wärmeabführung über die zylindrische Oberfläche aufgrund des metallischen Werkstoffes des Metallradiators nach allen Seiten gleichmäßig erfolgt, besteht schon darin ein Temperaturausgleichseffekt. Da weiter der scheibenförmige

M Kaltleiter zwischen zwei derartigen Metallradiatoren gehaltert ist, wird die von ihm erzeugte, in Axialrichtung abgegebene Wärme nach der radialen Umlenkung über eine große Länge des rohrförmigen Heizkörpers

gleichmäßig verteilt. Die Metallradiatoren gleichen jede Wärmeeinwirkung so aus, daß sich in Achsrichtung an der Oberfläche nur äußerst geringe Temperaturgradienten ergeben werden.

Bei einer weiteren Lösung der gestellten Aufgabe ist nicht nur ein zylinderscheibenförmiger Kaltleiter zwischen zwei zylindrischen Metallradiatoren angeordnet, sondern zusätzlich zwischen einem dieser zylindrischen Metallradiatoren und einem weiteren zylindrischen Metallradiator ein als Heizwiderstand ausgebildeter zylinderscheibenförmiger Keramikheizkörper. Diese Anordnung kann auch so ausgestaltet werden, daß zwei derartige Anordnungen im Inneren des Keramikrohres in Reihe geschaltet sind. ]e mehr Keramikheizkörper und Kaltleiter auf diese Weise zwischen den zylindrischen Metallradiatoren und dem Inneren der rohrförmigen Heizvorrichtung angeordnet werden, je besser wird der Temperaturausgleich in Achsrichtung längs der Oberfläche der rohrförmiger Heizvorrichtung sein,

Der gute Temperaturausgleich längs der Oberfläche einer rohrförmigen Heizvorrichtung ist insbesondere bei Haarlocken-Brennscheren von Bedeutung, bei denen einerseits eine hohe Temperatur für ein dauerhaftes Einbrennen der Locken notwendig ist, andererseits nicht einmal lokal eine Grenztemperatur überschritten werden darf, die für das Haar schädlich ist bzw. bereits zur Zerstörung von Haaren durch Verbrennen führt. Der gute Temperaturausgleich kann durch die zylindrischen Metallradiatoren solange erzielt werden, als diese dem oben erläuterten Umlenk- und Verteilungsvorgang durch ausreichende axiale Länge gewachsen sind.

Trotz des bei Vermehrung der Einzelteile zunehmend komplexen Aufbaus ergibt sich eine besonders einfache Herstellung. Es genügt nämlich, die zylindrischen Metallradiatoren abwechselnd mit zylinderscheibenförmigen Kaltleitern bzw. Keramikheizkörpern in den zylindrischer Innenhohlraum der rohrförmigen Heizvorrichtung einzusetzen. Die zylinderscheibenförmigen to Keramikheizkörper weisen ebenso wie die zylinderscheibenförmigen Kaltleiter auf ihren großen Oberflächen Kontaktplatten auf. Mit diesen kommen die zylindrischen Metallradiatoren in Kontakt. Die elektrische Reihenschaltung der Elemente 'st damit selbsttätig sichergestellt, da die Metallradiatoren hier nicht nur für die Verteilung der erzeugten Wärme, sondern auch als Stromleiter dienen können. Es genügt dann, den gesamten Stapel aus Einzelelementen an seinen Enden mit der; Zuleitungsleitungen zu verbinden. Zumindest einer der K.ontaktplatten soll dabei zweckmäßig die im Inneren des Keramikrohres befindlichen Anordnungen elastisch beaufschlagen. Der Stapel wird dadurch zusammengedrückt und für eine gute Kontaktnahme zwischen den Einzelteilen gesorgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 teils geschnitten einen Heizwiderstand zur Verwendung bei der Ausführungsform nach F i g. 1, F-" i g. 3 die Schaltung der Heizvorrichtung,

F i g. 4 die Temperaturanstiegskennlinie an einem Punkt Xder Heizvorrichtung,

F i g. 5 eine Betriebskennlinie der Heizvorrichtung,

Fig. 6 im Schnitt eine weitere Ausführungsform der £>"> Heizvorrichtung.

Fig. 7 die Schaltung der Ausführungsform nach F i i? 6

Fig.8 eine Widerstands-Temperatur-Kennlinie der Ausführungsform nach F i g. 6,

F i g. 9 die Oberflächentemperaturverteilung bei der Ausführungsform nach F i g. 6, und

Fig. 10 eine Temperatur-Spannungs-Kennlinie der Ausführungsform nach F i g. 6.

Fig. 1 zeigt ein Keramikrohr 1 mit einem Heizwiderstand 2 in Form einer Drahtspirale oder einer spiralförmigen Beschichtung, die auf einer äußeren Umfangsfläche des Keramikrohrs 1 angeordnet ist. An den beiden Enden des Keramikrohrs 1 sind Kontaktplatten 3, 3' vorgesehen. Die Kontaktplatte 3 steht mit dem einen Ende des Heizwiderstandes 2 in elektrisch leitendem Kontakt, die ringförmig ausgebildete Kontaktplatte 3' mit dem anderen Ende. In das Keramikrohr 1 sind zwei zylindrische Metallradiatoren eingesetzt, deren Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Keramikrohrs 1. Zwischen den beiden Metallradiatoren 4, 4' ist ein zylinderscheibenförmiger Kaltleiter angeordnet, dcsen Durchmesser mit dem der Metallradiatoren übei einstimmt und ebenfalls geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Keramikrohrs t. Der Kaltleiter h' ein PTC-Thermistor. Die gesamte Anordnung ist in ein Metalliuhr 6 eingesetzt, von diesem aber durch ein zylindrisches Isolierstoffrohr 7 an der zylindrischen Oberfläche, sowie durch eine zylinderscheibenförmige Isolierstoffplatte 8 getrennt. An seinem der Beschickung mit den Teilen dienenden offenen Ende ist das Metallrohr 6 durch einen Isolierstoffstopfen 9 verschlossen. Dieser weist mit der Achse der Heizvorrichtung zusammenfallend bzw. achsparallel Löcher auf. Durch das mit der Achse zusammenfallende Loch ist eine sich am Außenende des Metallradiators 4' abstützende Kontaktplatte 10 mit einer Zuleitungsleitung 11 verbunden. Durch das achsparallele Loch hindurch ist die Kontaktplatte 3' mit einer Zuleitungsleitung 12 verbunden. Die Zuleitungsleitungen 11 und 12 führen zu einer nicht dargestellten Stromquelle. Die öffnung des Me'allrohrs 6 wird schließlich noch mit einem isolierenden Dichtungsmaterial 13 ausgegossen und abgeschlossen.

Fig. 2 läßt den Aufbau des Heizwiderstaiides 2 auf dem Keramikrohr 1 näher erkennen.

F i g. 3 zeigt die Schaltung von Heizwiderstand 2 und Kaltleiter 5, der aus einem mit dem Heizwiderstand 2 in Reihe geschalteten PTC-Widerstand besteht. Selbstverständlich kann auch eine Mehrzahl von derartigen Kaltleitern Verwendung finden, wie in F i g. 3 slrichliert angedeutet.

Fig.4 und 5 zeigt Betriebskennlinien der thermostatischen Heizvorrichtung. Nach dem Einschalten ist zLnäcnst der Widerstandswert des Kaltleiters so klein, daß der größte Teil der angelegten Spannung E rllein am Heizwiderstana 2 anliegt. Der Heizwiderstand 2 arbeitel demnach am Punkt A\, die Oberflächentemperatur des Metallrohres 6 steigt rasch an. Damit wird aber auch der Kaltleiter 5 aufgeheizt, so daß ab einer vorbestimmten Temperatur sein Widerstandswert plötzlich zunimmt und den durch die Heizvorrichtung fließenden Strom von I\ auf Ii abschwächt, s,o daß sich nunmehr ein Arbeitspunkt A₇ ergibt. Die Anfangsstrom-Spannungs-Kennlinie a\ des Kaltleiters 5 hat sich dabei auf die stabilisiert . Strom-Spannungs-Kennlinie a-i geändert. Der Schnittpunkt dieser Kennlinie mit der durch den Wid?rstandswert des Heizwiderstandes bestimmten Strom Spannungs-Geraden b des Heizwiderstandes 2 ereibt den stabilisierten ArbeitSDunkt A>

des Heizwiderstandes. F-"ig.4 zeigt, daß nach einem raschen Temperaturanstieg schnell eine gute Temperaturkonstanz erzielt wird.

Bei einer derartigen Heizvorrichtung mit einer Gesamtlänge von 60 mm und einem Außendurchmesser von 16 mm sowie einem Widerstandswert des Heizwiderstandes 2 von 250 Ohm und einem Kaltleiter eines Außendurchmessers von 10 mm und einer Dicke von 4 mm mit einem Widerstandswert von 15 Ohm bei 25"C und einem Curie-Punkt bei 230°C ergab sich am Punkt X (Fig. 1) eineinhalb Minuten nach dem Einschalten einer Wechselspannung von 100 V eine Temperatur von 200⁰C. Eine Maximaltemperatur von 260°C wurde nach 2,6 Minuten erreicht. Nach 4 Minuten hatte sich die Temperatur auf 192°C stabilisiert. Der Anfangsstrom betrug 330 mA, der stabilisierte Strom 143 mA.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einem zylindrischen Keramikrohr 101. das aus zwei Haibrohren zusammengesetzt ist. Im Inneren des Keramikrohrs 101 sind zylinderscheibenförmige Heizwiderstände 102 im Wechsel mit Kaltleitern 105 zwischen Metallradiatoren 104 zwischen Kontaktplatten 103 eingesetzt.

Die zylinderscheibenförmigen Kaltleiter 105 sind wieder als PTC-Thermistoren ausgebildet. Zumindest eine der Kontaktplatten 103 ist derart elastisch ausgebildet, daß der gesamte Stapel aus Teilen im Keramikrohr 101 unter Druck in gutem Kontakt der Einzelteile untereinander gehalten wird. Der gesamte Stapel ist wieder in ein Metallrohr 106 eingeschoben.

zwischen dem und der Oberfläche des Keramikrohrs 101 ein Isolierstoffrohr 107 angeordnet ist. Die Kontaktplatten werden auf die gezeigte Weise mit Zuleitungsleitiingen Hl und 112 verbunden. Nach dem Einschieben der gesamten Anordnung in das Metallrohr 106 wird dessen öffnung wieder durch ein isolierendes Dichtungsmaterial 113 verschlossen.

F i g. 7 zeigt die Schaltung der abgedichteten thermostatischen Heizvorrichtung nach F i g. 6 für den Fall, daß zwei Gruppen von Reihenschaltungen aus je einem Heizwiderstand 102 und einem Kaltleiter 105 miteinander parallel geschaltet sind. Strichliert ist angedeutet, daß noch weitere derartige Reihenschaltungen parallclgeschaltct werden können.

is F i g. 8 zeigt die Betriebskennlinie der Heizvorrichtung nach F i g. 6. Der als I leizwiderstand 102 dienende Keramikheizkörper weist, wie aus der Figur entnommen werden kann, bei Raumtemperatur einen höheren Widerstandswert auf als der Kaltleiter 105. Nach dem Einschalten der Heizvorrichtung wird deshalb ein relativ großer Strom fließen, der im Heizwiderstand 102 in Wärme umgesetzt wird und eine rasche Aufheizung der Heizvorrichtung bewirkt. Beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur nimmt auch der Widerstandswert des Kaltleiters 105 plötzlich zu und schacht damit den durch die Heizvorrichtung fließenden Strom ab, so aaß die Temperatur nun auf einem konstanten Wert stabilisiert wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Abgedichtete thermostatische Heizvorrichtung, insbesondere für Haarlocken-Brennscheren, aus einem geschlossenen Metallrohr mit in dieses eingesetztem Keramikrohr, das einen Kaltleiter aufnimmt, mit dem ein Heizwiderstand in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Keramikrohrs (1) ein zylinderscheibenförmiger Kaltleiter (5) mit etwa dem Innendurchmesser des Keramikrohrs entsprechenden Durchmessers zwischen zwei zylindrischen vom Strom durchflossenen Metallradiatoren (4, 4') gleichen Durchmessers angeordnet ist, wobei diese Anordnung das Innere des Keramikrohrs ausfüllt und der Heizwiderstand (2) als zwischen dem Keramikrohr und dem mit einer elektrischen Isolierung versehenen Metallrohr liegender Zyünder ausgeführt ^;st.

2. Abgedichtete thermostqtische Heizvorrichtung, insbesondere für Haarlocken-Brennscheren, aus einem geschlossenen Metallrohr mit in dieses eingesetzten Keramikrohr, das einen Kaltleiter aufnimmt, mit dem ein Heizwiderstand in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren des Keramikrohres (iOl) ein zylinderscheibenförmiger Kaltleiter (105) mit etwa dem Innendurchmesser des Keramikrohres entsprechenden Durchmesser zwischen zwei zylindrischen vom Strom durchflossenen Metallradiatoren (104) gleichen Durchmessers angeordnet ist, und daß zwischen einem diese/ zylinkischen Metallradiatoren und einem weiteren zylindrischen Metallradiator als Heizwiderstand (102) ein zy'. .iderscheibenförmiger Keramikheizkörper angeordnet ist, wobei diese gesamte Anordnung das Innere des Keramikrohres (101) ausfüllt.

3. Abgedichtete thermostatische Heizvorrichtung, insbesondere für Haarlocken-Brennscheren, aus einem geschlossenen Metallrohr mit in dieses eingesetztem Keramikrohr, das einen Kaltleiter aufnimmt, mit dem ein Heizwiderstand in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Keramikrohres zwei der im Kennzeichen des Anspruches 2 geltend gemachte Anordnungen enthalten und in Reihe geschaltet sind (F i g. 6).

4. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Innern des Keramikrohres (1, 101) befindlichen Anordnungen zwischen Kontaktplatten (3,3'; 103) eingesetzt sind, die mit den Zuleitungsleitungen (II; 111, 112) bzw. mit dem als Zylinder ausgeführten Heizwiderstand (2) verbunden sind.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontaktplatten (103) die im Innerendes Keramikrohres(101) befindlichen Anordnungen elastisch beaufschlagt.