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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY FERS A SOUDER ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte à, des fers à souder chauffés électriquement et à des dispositifs à cet effet. L'un de ses objets est l'obtention d'un fer à souder de construction simple et conçu de telle manière que la température du fer puisse être commandée automatiquement.
L'une des caractéristiques principales de l'invention réside en un fer à souder comportant une tête de soudage chauffée par un élément thermistor. Jusqu'à présent, les dispositifs de chauffage pour fers à souder électriques comportaient une bobine résistante, une tige de carbone ou analogues avec ou sans dispositif ou commutateur thermique extérieur au fer ou assemblé avec lui pour commander l'application du courant au tube de chauffage afin de limiter la température.à laquelle la tête de chauffage peut être élevée. Des difficultés s'élevaient pour l'adaptation d'un tel dispositif à un fer qui peut, quelques fois nécessiter un fonctionnement continu et d'au-
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tres fois un fonctionnement par intermitte. avec des intervalles #;'' .) t'f":J 1.
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relativement longs entre les opérations successives.
Dans ce dernier cas, il est souvent nécessaire d'établir un compromis entre la vitesse de chauffage et la température maximup de telle manière que, lorsqu'il s'agit du fonctionnement continu, le fer soit plûtôt au dessous de la température de fonctionnement désirée en raison de la vitesse avec laquelle la chaleur est absorbée par les pièces à souder, tandis qu'en ce qui concerne le fonctionnement par intermittences, le fer tend à atteindre une température plutôt supérieure à ladite température de fonctionnement.
Théoriquement, un fer à souder devrait atteindre une certaine température maximum instantanée dès sa mise sous tension, après quoi la vitesse de chauffage devrait être telle qu'elle compense seulement la radiation ou autres pertes au cours de la période de repos entre les opérations et qu'elle s'élève immédiatement dès que le travail commence à un taux compensant les pertes dues au fonctionnement, en restant à ce taux jusqu'à ce que le fonctionnement cesse. Une telle perfection peut ne pas être réalisable, en particulier dans un fer du type miniature qui convient au traitement des pièces de dimensions très réduites dans lequl la réserve de chaleur est faible en raison de la masse peu importante de la tête de soudage.
D'autre part, il est évident que plus le taux de chauffage change avec la variation de température, plus les conditions de fonctionnement du fer se rapprochent des conditions théoriques.
Une aitre caractéristique de l'invention réside en un dispositif de chauffage dans lequel un ou plusieurs fers à souder est ou sont chauffés par un thermistor en série avec une impédance.
Comme il est bien connu, un thermistor est un élément de résistance sensible à la température et possédant un coefficient de température qui peut être positif ou négatif selon la matière dont le thermistor est formé. De plus, ledit coefficient peut être plusieurs fois multiple du coefficient correspondant pour un métal pur
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tel que le cuivre. Les thermistors peuvent être chauffés directement ou indirectement. Un thermistor chauffé directement est surtout utilisé lorsqu'on désire qu'il soit affecté par le courant qui le traverse. Un tel thermistor est également affecté par la température ambiante et ladite température modifie toujours ledit courant.
Un élément chauffant à thermistor pour fer à souder doit avoir, de préférence, des dimensions telles qu'il s'adapte étroitement à l'intérieur de la tête de soudage. Il est, de préférence, chauffé directement et présente une caractéristique de tension négative convenable. Avec une impédance appropriée montée en série, un ou plusieurs de ces éléments peuvent être disposés de manière à chauffer très rapidement jusqu'à une température prédéterminée.
Tout abaissement de température ultérieur dû à l'absorption de la chaleur au cours des opérations de soudage est compensé par un accroissement considérable de l'énergie d'entrée dudit thermistor.
L'invention sera mieux comprise.à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des dessins joints qui en représentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation.
La figure 1 représente schématiquement en coupe une partie de la tête de soudage du fer à souder électrique conforme à certaines caractéristiques de l'invention.
La figure 2 représente la disposition éventuelle d'un ou de plusieurs fers à souder dans un même circuit.
On considérera tout d'abord la figure 1. Une tête creuse de cuivre ou d'un autre métal 1 contient un thermistor 2 disposé de telle manière qu'il s'adapte étroitement à la paroi intérieure 3 de la tête 1. Ledit thermistor est maintenu en position par un ressort hélicoïdal 4 comprimé entre l'arrière du thermistor et une butée 5. Des connexions 6 convenablement isolées relient le thermistor au circuit extérieur en traversant le corps et la poignée (non représentés) du fer à souder.
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Sur la figure 2, le thermistor 2 d'un fer à souder est monté en série avec une impédance 7 qui peut être un condensateur, une self-inductance, ou une combinaison de ces deux éléments, aux bor- nes d'une source de courant alternatif de 240 volts. D'autres ther- mistors, tels que 2', appartenant à d'autres fers à souder, peuvent être montés en parallèle avec le thermistor 2.
Le comportement du thermistor est mis en évidence par l'exem- ple suivant.
On supposera que la température de fonctionnement est de 236 C., soit 216 C. au dessus de la température ambiante normale.
On supposera d'autre part que la puissance appliquée est de 10 watts et qu'il s'agit d'un thermistor de caractéristique telle que sa ré- sistance diminue de moitié pour une élévation de température de 18 C.
Un tel thermistor présente un rapport entre la résistance à froid et la résistance à chaud de 212 à l'unité. Lorsqu'il est alimenté par une source de courant alternatif en série avec une impédance, la valeur de ladite impédance peut être choisie suivant la cadence à laquelle on désire que le thermistor arrive à sa température ma- ximum. On a constaté que, pour certaines applications, il convenait de choisir l'impédance égale à la moitié de la valeur du thermistor, soit, dans l'exemple choisi, 26 ou 64 F@is la résistance à chaud.
De cette manière, 1/65 de la tension d'alimentation apparaît aux bornes du thermistor lorsqu'il est chaud. Pour une tension de 240 volts, on obtient ainsi 37 volts à l'entrée du thermistor. En supposant, comme précédemment, que le thermistor absorbe 10 watts à chaud, sa résistance à chaud est alors 3,72/10 soit 0,37 ohms, la valeur de l'impédance étant d'environ 87,68 ohms.
L'énergie d'entrée d'un tel dispositif est sensiblement égale à chaud et à froid, mais elle est considérablement augmentée dans la gamme de chauffage moyenne. C'est à dire qu'avec une résistance à chaud de 0,37 ohms, la résistance pour la température moyenne est d'environ 87,68 ohms et la résistance à froid d'environ 5,611 ohms.
Lorsque le thermistor est en série avec une impédance de 87,68 ohms,
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les courants respectifs sont 2,7 ampères, 1,365 ampères et 0,042 ampères et les puissances respectives, 10, 163,5 et 10 watts. On peut constater que la puissance augmente rapidement jusqu'à la tem- pébature moyenne, puis décroit rapidement lorsque la température continue.à s'élever.A la température maximum ou température de stabilisation, le thermistor fonctionne pratiquement dans un circuit à courant constant, les faibles variations de température se traduisent par des variations plus importantes de la résistance et, par conséquent de l'intensité et de la puissance, ce qui tend à ramener rapidement la température à sa valeur de stabilisation.
On a constaté que l'adjonction d'autres thermistors, tels que 2', en parallèle avec le thermistor 2n n'ont qu'un effet réduit sur les régulations de-température indiquées ci-dessus, à condition que la valeur de l'impédance en série soit ajustée de façon correspondant au nombre de thermistors qui sont alimentés à travers ladite impédance.
Bien que l'invention ait été ci-dessus décrite en relation avec un exemple particulier de réalisation, il doit être bien compris que cette description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne saurait limiter le domaine de l'invention.
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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY ELECTRIC SOLDERING IRONS.
The present invention relates to electrically heated soldering irons and devices therefor. One of its objects is to obtain a soldering iron of simple construction and designed in such a way that the temperature of the iron can be controlled automatically.
One of the main characteristics of the invention resides in a soldering iron comprising a soldering head heated by a thermistor element. Until now, heaters for electric soldering irons have included a resistive coil, a carbon rod or the like with or without a thermal device or switch external to the iron or assembled with it to control the application of current to the heating tube. in order to limit the temperature to which the heating head can be raised. Difficulties arose for the adaptation of such a device to an iron which may sometimes require continuous operation and other
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very times intermittent operation. with intervals #; ''.) t'f ": J 1.
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relatively long between successive operations.
In the latter case, it is often necessary to establish a compromise between the heating rate and the maximum temperature in such a way that, when it comes to continuous operation, the iron is rather below the desired operating temperature. due to the speed with which heat is absorbed by the parts to be welded, while with regard to intermittent operation, the iron tends to reach a temperature rather higher than said operating temperature.
Theoretically, a soldering iron should reach a certain instantaneous maximum temperature as soon as it is turned on, after which the heating rate should be such that it only compensates for radiation or other losses during the rest period between operations and that 'it rises immediately as soon as work begins at a rate compensating for losses due to operation, remaining at that rate until operation ceases. Such perfection may not be achievable, especially in a miniature type iron which is suitable for processing very small-sized parts in which the heat reserve is low due to the small mass of the welding head.
On the other hand, it is obvious that the more the heating rate changes with the temperature variation, the more the working conditions of the iron approach the theoretical conditions.
Another characteristic of the invention resides in a heating device in which one or more soldering irons is or are heated by a thermistor in series with an impedance.
As is well known, a thermistor is a resistance element sensitive to temperature and having a temperature coefficient which can be positive or negative depending on the material from which the thermistor is made. In addition, said coefficient can be several times multiple of the corresponding coefficient for a pure metal
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such as copper. Thermistors can be heated directly or indirectly. A directly heated thermistor is mostly used when it is desired to be affected by the current flowing through it. Such a thermistor is also affected by ambient temperature and said temperature always modifies said current.
A soldering iron thermistor heater should preferably have dimensions such that it fits tightly inside the soldering head. It is preferably directly heated and exhibits a suitable negative voltage characteristic. With an appropriate impedance connected in series, one or more of these elements can be arranged so as to heat very quickly to a predetermined temperature.
Any subsequent drop in temperature due to the absorption of heat during welding operations is compensated for by a considerable increase in the input energy of said thermistor.
The invention will be better understood on reading the description below and examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting example, one embodiment.
FIG. 1 schematically shows in section a part of the soldering head of the electric soldering iron according to certain characteristics of the invention.
FIG. 2 represents the possible arrangement of one or more soldering irons in the same circuit.
We will first consider FIG. 1. A hollow head of copper or of another metal 1 contains a thermistor 2 arranged in such a way that it fits closely to the inner wall 3 of the head 1. Said thermistor is held in position by a helical spring 4 compressed between the rear of the thermistor and a stopper 5. Suitably insulated connections 6 connect the thermistor to the external circuit by passing through the body and the handle (not shown) of the soldering iron.
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In figure 2, the thermistor 2 of a soldering iron is connected in series with an impedance 7 which can be a capacitor, a self-inductor, or a combination of these two elements, at the terminals of a source of 240 volt alternating current. Other thermometers, such as 2 ', belonging to other soldering irons, can be connected in parallel with thermistor 2.
The behavior of the thermistor is demonstrated by the following example.
Assume the operating temperature is 236 C., which is 216 C. above normal room temperature.
On the other hand, it will be assumed that the power applied is 10 watts and that it is a thermistor with a characteristic such that its resistance decreases by half for a temperature rise of 18 C.
Such a thermistor has a ratio between cold resistance and hot resistance of 212 per unit. When it is supplied by an alternating current source in series with an impedance, the value of said impedance can be chosen according to the rate at which it is desired for the thermistor to reach its maximum temperature. It has been observed that, for certain applications, it is appropriate to choose the impedance equal to half the value of the thermistor, that is, in the example chosen, 26 or 64 F @ is the resistance when hot.
In this way, 1/65 of the supply voltage appears across the thermistor when it is hot. For a voltage of 240 volts, we thus obtain 37 volts at the input of the thermistor. Assuming, as before, that the thermistor absorbs 10 watts when hot, then its resistance when hot is 3.72 / 10 or 0.37 ohms, the value of the impedance being about 87.68 ohms.
The input energy of such a device is substantially equal to hot and cold, but it is significantly increased in the medium heating range. That is, with a hot resistor of 0.37 ohms, the resistance for the average temperature is about 87.68 ohms and the cold resistance about 5.611 ohms.
When the thermistor is in series with an impedance of 87.68 ohms,
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the respective currents are 2.7 amps, 1.365 amps and 0.042 amps and the respective powers are 10, 163.5 and 10 watts. It can be seen that the power increases rapidly up to the average temperature, then decreases rapidly as the temperature continues to rise. At the maximum temperature or stabilization temperature, the thermistor operates practically in a constant current circuit, small variations in temperature result in greater variations in resistance and, consequently, in intensity and power, which tends to quickly return the temperature to its stabilization value.
It has been found that the addition of other thermistors, such as 2 ', in parallel with the thermistor 2n have only a reduced effect on the temperature regulations indicated above, provided that the value of the series impedance is adjusted to correspond to the number of thermistors which are fed through said impedance.
Although the invention has been described above in relation to a particular embodiment, it should be understood that this description has been given only by way of example and should not limit the scope of the invention. .