DE202013010986U1

DE202013010986U1 - Elektronische Zigarette mit einer Leistungselektronik zur Regelung der Heizleistung eines Heizelementes

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Publication number: DE202013010986U1
Application number: DE202013010986.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2014-02-17
Anticipated expiration: 2023-12-14

Abstract

Elektronische Zigarette (1) mit – einem Liquidspeicher (4), – einem Verdampfer (3), umfassend – einen Verdampferraum (3.1), in dem ein Liquid (4.1) verdampft wird, wobei der Verdampferraum (3.1) mit der Umgebung über eine Luftzuführöffnung (3.4) verbunden ist, sodass Umgebungsluft dem Verdampferraum (3.1) zugeführt werden kann, – einer dochtartigen Fördereinrichtung (3.2) zur Beförderung des Liquids (4.1) in den Verdampferraum (3.1), wobei die dochtartige Fördereinrichtung (3.2) von einem Heizelement (3.3) umwickelt ist, – einem Mundstück (2) zur Aufnahme des verdampften Liquids (4.1) und – einer Energiequelle (5.1) zur Beaufschlagung des Heizelementes (3.3) mit elektrischer Energie, gekennzeichnet durch eine Leistungselektronik (5.2), einer Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) und einer Anzeige (5.4), wobei die Leistungselektronik (5.2) die Heizleistung des Heizelementes (3.3) derart regelt, dass eine Änderung des ohmschen Widerstands des Heizelements (3.3) und die Spannungsänderung der Energiequelle (5.1) auf die gewünschte Heizleistung, die von einem Benutzer über die Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) eingestellt wird, im Wesentlichen keinen Einfluss haben, wobei über die Anzeige die Heizleistung bzw. die Verdampfungsintensität angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Zigarette mit einer Leistungselektronik zur Regelung der Heizleistung eines Heizelementes.
Derartige elektronische Zigaretten umfassen unter anderem ein Mundstück, eine Energiequelle (z. B. ein Akkumulator oder eine Batterie), einen Verdampfer und einen Liquidspeicher, in dem sich zu verdampfendes Liquid befindet. Der Verdampfer weist in der Regel einen Verdampferraum und ein Heizelement auf. Das Heizelement ist meistens eine Heizwicklung, deren Werkstoff und Länge der Benutzer nach seinen Bedürfnissen wählt.
Elektronische Zigaretten werden als Alternative zu konventionellen Tabakzigaretten eingesetzt. Die Konsumenten elektronischer Zigaretten wünschen in der Regel ein Geschmackserlebnis wie beim Rauchen von Tabakzigaretten. Bei vielen Konsumenten kommt es auf die Befriedigung des Nikotinbedarfs an. Entscheidend dabei ist die Heizleistung des Heizelementes im Verdampfer der elektronischen Zigarette: Das Heizelement verdampft nämlich das Liquid, sodass dieses von einem Benutzer über das Mundstück zusammen mit Luft inhaliert werden kann.
Eine derartige elektronische Zigarette ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird beispielsweise in der Patentschrift mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2012 111 476.5 offenbart.
Die Heizleistung kann der Benutzer vorgeben. Die Wahl der Heizleistung richtet sich zum Beispiel nach der Zusammensetzung des Liquids (z. B. Nikotingehalt) und der gewünschten Dampfmenge.
Bei bekannten elektronischen Zigaretten kann eine voreingestellte Heizleistung nicht oder nicht durchgehend erzielt werden. Die Heizleistung wird durch Störgrößen in unerwünschter Weise beeinflusst.
Als Störgröße auf die Heizleistung wirkt sich insbesondere die Änderung des ohmschen Widerstandes des Heizelementes aus. Diese kommt etwa zustande, wenn der Benutzer das Heizelement auswechselt: Das neue Heizelement könnte zum Beispiel aus einem anderen Werkstoff bestehen oder eine andere Länge aufweisen. Bei üblichen elektronischen Zigaretten muss der Benutzer daher bei der Erstellung der Heizwicklung den ohmschen Widerstand der Heizwicklung messen. Stimmt der gemessene Widerstandswert nicht mit dem Widerstandswert überein, der für die gewünschte Heizleistung erforderlich ist, muss der Benutzer die Heizwicklung anpassen oder neu wickeln. Dabei kann es sich um eine aufwendige Prozedur handeln.
Des Weiteren wirkt sich als Störgröße die Spannungsänderung der Energiequelle aus. Als Energiequelle für elektronische Zigaretten werden meistens Akkumulatoren oder Batterien verwendet. Durch den Verbrauch nimmt ihre Spannung ab. Infolgedessen nimmt bei üblichen elektronischen Zigaretten auch die Heizleistung ab. Die tatsächliche Heizleistung stimmt dann nicht mehr mit der gewünschten Heizleistung überein. Die Folge wäre beispielsweise, dass die verdampfte Nikotinmenge abnimmt und dadurch der Geschmack für den Benutzer unbefriedigend wird.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Zigarette bereitzustellen, die in der Lage ist, eine voreingestellte Heizleistung des Heizelementes trotz der Einwirkung von Störgrößen wie der Änderung des ohmschen Widerstandes des Heizelementes oder der Änderung der Energiequellenspannung zu erzielen.
Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass der Benutzer der elektronischen Zigarette unabhängig von der Änderung des ohmschen Widerstandes des Heizelementes oder der Änderung der Energiequellenspannung die Heizleistung erhält, die er für sein gewünschtes Dampfergebnis benötigt. Er muss lediglich die Heizleistung über die Einrichtung zur Dateneigabe einstellen. Da der ohmsche Widerstand des Heizelementes keinen festen Wert aufweisen muss, vereinfacht sich die Erstellung der Heizwicklung erheblich. Grundsätzlich kann der ohmsche Widerstand des Heizelementes beliebige Werte annehmen. Ein optimales Dampfergebnis wird in einem Bereich von 1 bis 3 Ohm erreicht.
Da auch der Spannungsabfall der Energiequelle, welcher durch die Verbrauchszeit bewirkt wird, durch die Leistungselektronik ausgeregelt wird, dampft der Benutzer über eine längere Zeit mit der gewünschten Heizleistung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die elektronische Zigarette mit einer Wechselspannung bzw. einem Wechselstrom betrieben. Eine hohe Wechselstromfrequenz ermöglicht den Einsatz einer kompakten Leistungselektronik. Die elektronische Zigarette hat dadurch kleinere Maße und ähnelt mehr einer Tabakzigarette als übliche elektronische Zigaretten, die größer gebaut sind.
Sinnvollerweise begrenzt die Leistungselektronik in Abhängigkeit von dem eingegebenen Wert der Heizleistung die Leistungsbeaufschlagung der Heizelemente derart zeitlich, dass bei einer höheren Heizleistung eine kürzere maximale Heizdauer erzielt wird. Ein unbeabsichtigtes Aktivieren der elektronischen Zigarette führt dadurch zu einem nur begrenzten Energie- und Liquidverbrauch.
Zweckmäßigerweise erkennt und unterbricht die Leistungselektronik einen unerwünschten Kurzschluss, insbesondere zwischen Heizelement und Gehäuse. Somit können Schäden aufgrund von Kurzschlüssen vermieden werden. Ein unerwünschter Kurzschluss kann dem Benutzer über die Anzeige durch eine Fehlermeldung angezeigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Leistungselektronik einen Verpolungsschutz auf. Ein verkehrtes Einsetzen des Akkumulators kann somit nicht zu Beschädigungen der Leistungselektronik oder zur permanenten Bestromung des Heizelementes führen. Der Verpolungsschutz ist unter anderem deshalb wichtig, weil verschiedene Akkumulator-Hersteller Akkumulatoren anbieten, deren Polarität nicht deutlich gekennzeichnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Unterschreitung einer Spannungsgrenze der Energiequelle, die einen bestimmten Spannungswert oberhalb einer über die Einrichtung zur Dateneingabe eingestellte Spannungsschwelle liegt, die Leistungsabgabe an das Heizelement derart reduziert, dass die Heizleistung umso mehr abnimmt, je niedriger die Spannung der Energiequelle ist, wobei die Abnahme langsam und stetig erfolgt und bei Erreichen der eingestellten Spannungsschwelle die Leistungsabgabe an das Heizelement unterbrochen wird. Dadurch soll vermieden werden, dass insbesondere ein Akkumulator, der als Energiequelle eingesetzt wird, tiefentladen wird. Denn unterhalb einer Entladeschlussspannung sollen Akkumulatoren nicht weiter entladen werden, da diese durch chemische Prozesse beschädigt und zerstört werden können. Im Gegensatz zu elektronischen Zigaretten aus dem Stand der Technik schaltet die Leistungselektronik nicht nach Erreichen der eingestellten Spannungsquelle ab, sondern beginnt ab einem bestimmten Spannungswert oberhalb dieser mit einer langsamen und steten Abnahme der Heizleistung. Ein plötzliches Abschalten der elektronischen Zigarette kann dadurch vermieden werden. Vielmehr wird der Benutzer durch die abnehmende Heizleistung darauf aufmerksam gemacht, den Akkumulator bei der nächstmöglichen Gelegenheit aufzuladen. Ein plötzliches Abschalten der elektronischen Zigarette wäre besonders dann ärgerlich, wenn der Benutzer beispielsweise gerade unterwegs ist und keinen Ersatzakkumulator zur Hand hat.
In einer sinnvollen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektronischen Zigarette misst die Leistungselektronik die eigene Temperatur und reduziert oder unterbindet ab einer bestimmten Temperatur die Leistungsentnahme von der Energiequelle. Die Leistungselektronik wird dadurch vor Überhitzung geschützt.
Sinnvollerweise schaltet sich die elektronische Zigarette nach einer bestimmten Zeit, in der keine Betätigung der Eingabevorrichtung oder keine Leistungsentnahme stattgefunden hat, aus, um einen unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden.
Vorzugsweise misst die Leistungselektronik den ohmschen Widerstand des Heizelements und zeigt diesen über die Anzeige an. Der Benutzer, der den Widerstandswert des Heizelementes beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 3 Ohm wünscht, hat die Möglichkeit, den Widerstandswert seiner Wicklung festzustellen. Die Leistungselektronik ist ebenfalls in der Lage, eine Fehlermeldung über die Anzeige anzuzeigen, wenn der Widerstand des Heizelementes sich außerhalb eines bestimmten Wertebereichs befindet.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass die Leistungselektronik die Spannung der Energiequelle sowohl im Leerlauf als auch unter Last misst und über die Anzeige anzeigt. Der Benutzer weiß damit, wann er ungefähr den Akkumulator wieder aufladen oder die Batterie austauschen muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrichtung zur Dateneingabe mindestens einen Taster. Insbesondere reicht zur Einstellung und Bedienung der erfindungsgemäßen elektronischen Zigarette lediglich ein Taster. Eingaben können in mehreren Betriebsprogrammen vorgenommen werden. Beispiele für Betriebsprogramm sind: Heizleistung erhöhen, Heizleistung senken, Widerstandsmessung, Spannungsmessung der Energiequelle, Entlastungsschutz einstellen, Ein-Aus-Schalten, Fehlercodes anzeigen und löschen. Folgende Fehlercodes können über die Anzeige beispielsweise angezeigt werden: Widerstand unterbrochen, Widerstand zu hoch, Widerstand zu klein, Kurzschluss oder Wackelkontakt, Batteriespannung zu niedrig, Überhitzung, Max. Leistungszeit überschritten und Sonstige Fehler.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Taster ein Ein-Aus-Schalter. Ein Ein- bzw. Ausschalten kann dabei intuitiv über das Gedrückthalten des Tasters oder über eine aus mehreren, kurzen, nacheinander ausgeführten Tasterbetätigungen erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 1 erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung der elektronischen Zigarette 1. Die elektronische Zigarette 1 besteht aus einem Mundstück 2, einem Verdampfer 3, einem Liquidspeicher 4 und einer Elektronikeinheit 5.
Der Verdampfer 3 umfasst einen Verdampferraum 3.1 und einen Docht 3.2, der unterseitig in einem gefüllten Liquidspeicher 4 eingetunkt ist und oberseitig von dem Heizelement 3.3 umwickelt ist. Außerdem weist der Verdampferraum 3.1 eine Luftzuführöffnung 3.4 auf.
Die Elektronikeinheit 5 besteht aus einer Energiequelle 5.1, einer Leistungselektronik 5.2 und einem Taster 5.3 sowie einer Anzeige 5.4.
Die Leistungselektronik 5.2 ist elektrisch mit der Energiequelle 5.1, dem Taster 5.3, der Anzeige 5.4 und dem Heizelement 3.3 verbunden.
Über den Taster 5.3 wird eine gewünschte Heizleistung eingegeben. Daraufhin beaufschlagt die Leistungselektronik 5.2 das Heizelement 3.3 mit der gewünschten Heizleistung. Die dafür erforderliche Energie bezieht die Leistungselektronik 5.2 aus der Energiequelle 5.1. Die Leistungselektronik 5.2 regelt dabei auftretende Widerstandsänderungen beim Heizelement 3.3 und Spannungsänderungen bei der Energiequelle 5.1 aus, sodass diese keine Änderung der gewünschten Heizleistung bewirken.
Durch die Heizleistung erhitzt sich das Heizelement 3.3. Der Docht 3.2 befördert aufgrund der Kapillarwirkung das Liquid 4.1 aus dem Liquidspeicher 4 in den Verdampferraum 3.1, wo es durch das erhitzte Heizelement 3.3 verdampft. Zieht nun ein Benutzer am Mundstück 2, so inhaliert er diesen Dampf zusammen mit der Umgebungsluft, die beim Zug durch die Luftzuführöffnung 3.4 in den Verdampferraum 3.1 einströmt.

Claims

Elektronische Zigarette (1) mit – einem Liquidspeicher (4), – einem Verdampfer (3), umfassend – einen Verdampferraum (3.1), in dem ein Liquid (4.1) verdampft wird, wobei der Verdampferraum (3.1) mit der Umgebung über eine Luftzuführöffnung (3.4) verbunden ist, sodass Umgebungsluft dem Verdampferraum (3.1) zugeführt werden kann, – einer dochtartigen Fördereinrichtung (3.2) zur Beförderung des Liquids (4.1) in den Verdampferraum (3.1), wobei die dochtartige Fördereinrichtung (3.2) von einem Heizelement (3.3) umwickelt ist, – einem Mundstück (2) zur Aufnahme des verdampften Liquids (4.1) und – einer Energiequelle (5.1) zur Beaufschlagung des Heizelementes (3.3) mit elektrischer Energie, gekennzeichnet durch eine Leistungselektronik (5.2), einer Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) und einer Anzeige (5.4), wobei die Leistungselektronik (5.2) die Heizleistung des Heizelementes (3.3) derart regelt, dass eine Änderung des ohmschen Widerstands des Heizelements (3.3) und die Spannungsänderung der Energiequelle (5.1) auf die gewünschte Heizleistung, die von einem Benutzer über die Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) eingestellt wird, im Wesentlichen keinen Einfluss haben, wobei über die Anzeige die Heizleistung bzw. die Verdampfungsintensität angezeigt.
Elektronische Zigarette (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) über Wechselspannung bzw. Wechselstrom betrieben wird.
Elektronische Zigarette (1) nach einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) in Abhängigkeit von dem eingegebenen Wert der Heizleistung die Leistungsbeaufschlagung der Heizelemente (3.3) derart zeitlich begrenzt, dass bei einer höheren Heizleistung eine kürzere maximale Heizdauer erzielt wird.
Elektronische Zigarette (1) nach einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) einen unerwünschten Kurzschluss erkennt und unterbricht.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) einen Verpolungsschutz aufweist.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung einer Spannungsgrenze der Energiequelle (5.1), die einen bestimmten Spannungswert oberhalb einer über die Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) eingestellte Spannungsschwelle liegt, die Leistungsabgabe an das Heizelement (3.3) derart reduziert wird, dass die Heizleistung umso mehr abnimmt, je niedriger die Spannung der Energiequelle (5.1) ist, wobei die Abnahme langsam und stetig erfolgt und bei Erreichen der eingestellten Spannungsschwelle die Leistungsabgabe an das Heizelement (3.3) unterbrochen wird.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) die eigene Temperatur misst und ab einer bestimmten Temperatur die Leistungsentnahme von der Energiequelle (5.3) reduziert oder unterbindet.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektronische Zigarette (1) nach einer bestimmten Zeit, in der keine Betätigung der Eingabevorrichtung oder keine Leistungsentnahme stattgefunden hat, ausschaltet.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) den ohmschen Widerstand des Heizelements (3.3) misst und über die Anzeige (5.4) anzeigt.
Elektronische Zigarette nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5.2) die Spannung der Energiequelle (5.1) sowohl im Leerlauf als auch unter Last misst und über die Anzeige anzeigt.
Elektronische Zigarette (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Dateneingabe (5.3) mindestens einen Taster (5.3) umfasst.
Elektronische Zigarette (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (5.3) ein Ein-Aus-Schalter ist.