-
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zum außenseitigen Beheizen eines rohrförmigen Bauteiles, umfassend ein innerhalb eines axial geschlitzten Mantelrohres angeordnetes elektrisches Heizelement, welches gemeinsam mit dem Mantelrohr auf das rohrförmige Bauteil aufschiebbar ist, wobei das Mantelrohr an seinen axialen Enden mit ringförmig nach Innen vorstehenden Vorsprüngen ausgebildet ist, zwischen denen das Heizelement angeordnet ist.
-
Derartige Heizeinrichtungen sind vielfältig bekannt und werden beispielsweise in Form von Wendelrohrpatronen auf die Spritzdüsen von Spritzgieß- oder Druckgusswerkzeugen oder dergleichen beheizbare zylindrische Bauteile aufgebracht, um die gewünschte Beheizung dieses Bauteils im Betrieb sicher zu stellen. Das Mantelrohr stellt hierbei ein Anpresselement dar, um das üblicherweise verdichtete Heizelement an die Oberfläche des zu beheizenden Bauteiles anzupressen und einen guten Wärmeübergang sicher zu stellen.
-
Aus der
DE 103 56 059 A1 ist eine Heizeinrichtung mit einem verdichteten Heizelement sowie einer außenseitig auf das Heizelement aufbringbaren Spannhülse bekannt. Das Heizelement ist in Bezug auf das Bauteil mit einem gewissen Untermaß gefertigt und wird unter radialer Aufweitung auf das Bauteil aufgeschoben. Sodann wird mittels eines Aufweitwerkzeuges die Spannhülse aufgeweitet und über das Bauteil und das Heizelement gestülpt und federt anschließend infolge der innewohnenden Federkräfte elastisch zurück, so dass eine Festklemmung des Heizelementes unter gleichzeitiger Sicherstellung eines guten Wärmeüberganges bewirkt wird.
-
Aus der
US-A-6163016 ist eine Heizeinrichtung bekannt, bei der das Mantelrohr mittels endseitig vorgesehener Ringe auf dem Bauteil gesichert wird. Die Ringe werden mittels auf dem Bauteil und dem Ring aufgebrachter Gewindeprofilierungen befestigt, was nicht nur bei der Herstellung aufwendig ist, sondern auch die Montage erschwert und insoweit verbesserungswürdig erscheint. Außerdem wird durch die Ringe nur eine endseitige Anpressung des Heizelements auf dem Bauteil bewirkt.
-
Aus der
EP 1 995 994 A1 ist eine gattungsgemäße Heizeinrichtung bekannt, bei der das Mantelrohr an seinen axialen Enden mit nach innen vorstehenden Vorsprüngen in Form von Ringen ausgebildet ist, die mit dem Mantelrohr in einem separaten Fügevorgang verbunden werden. Sowohl die Ringe als auch das Mantelrohr sind axial geschlitzt ausgeführt, so dass sie unter radialer Aufweitung auf das zu beheizende Bauteil aufgeschoben werden können. Zwar lässt sich die bekannte Heizeinrichtung ohne Einsatz von Werkzeug auf entsprechenden Bauteilen montieren, jedoch stellen die Ringe einen zusätzlichen Montageaufwand dar und verschlechtern überdies die gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Länge der Heizeinrichtung, da es zu Wärmeübergangsverlusten zwischen Mantelrohr und Ringen kommen kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfach herzustellende Heizeinrichtung vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Ausgestaltung einer Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
-
Ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Heizeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Der erfindungsgemäße Vorschlag sieht vor, dass die an den axialen Enden nach innen vorstehenden Vorsprünge integral einstückig mit dem Mantelrohr als nach innen umgebogener Bördelrand desselben ausgebildet sind. Insofern kann bei der Erfindung gänzlich auf die Vorhaltung von Ringen verzichtet werden, die mit dem Mantelrohr verbunden werden müssen, da die zur Begrenzung der Lage des Heizelementes gewünschten nach innen vorstehenden Vorsprünge vom Mantelrohr selbst durch entsprechende Umbördelung seiner axial gegenüberliegenden Randbereiche gebildet werden.
-
Nach einem Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, innerhalb des erfindungsgemäß vorgesehenen Bördelrandes des Mantelrohres einen Streifen aus einem hoch wärmeleitenden Metall vorzusehen, um den Wärmeübergang in diesem Bereich zu verbessern und mit dem übrigen Bereichen des Mantelrohres zu homogenisieren.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann innerhalb des Bördelrandes der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung auch der zur Steuerung derselben üblicherweise vorgesehene Temperatursensor angeordnet werden, der auf diese Weise geschützt und unverlierbar mit dem Mantelrohr verbunden angeordnet wird.
-
Selbstverständlich kann der Temperatursensor auch an anderen geeigneten Positionen, z. B. mittels am Mantelrohr angeschweißter Laschen, am Mantelrohr vorgesehenen Ausklinkungen oder auf dem Mantelrohr aufgebrachten Pressteilen befestigt werden.
-
Nach einem Vorschlag der Erfindung stehen die Vorsprünge um ein der Dicke des Heizelementes entsprechendes Maß nach innen vor, so dass sowohl das Heizelement als auch die radial nach innen vorstehenden Vorsprünge gleichermaßen auf dem zu beheizenden Bauteil aufliegen.
-
Das Heizelement und das Mantelrohr können nach einem Vorschlag der Erfindung als vorverbundene Baueinheit ausgebildet sein, um die Handhabung zu erleichtern.
-
Je nach Anwendungsfall kann der Innendurchmesser innerhalb der Vorsprünge im Verhältnis zum Heizelement unterschiedlich gewählt werden.
-
In jedem Fall beschreibt der Verlauf des im Rahmen der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung eingesetzten Heizelementes in unmontierten Zustand die Hülle eines zylinderförmigen Raumes, der im montierten Zustand vom zu beheizenden rohrförmigen und üblicherweise zylindrischen Bauteil eingenommen wird. Der Verlauf des Heizelementes kann z. B. wendelförmig oder mäanderförmig gewählt sein. Der Durchmesser der Heizeinrichtung in unmontierten Zustand, d. h. der vom Heizelement definierten zylindrischen Hülle sollte etwa 0,5 bis 5% kleiner als Durchmesser des zu beheizenden Bauteiles ausgeführt sein, so dass das Heizelement beim Aufschieben auf das Bauteil eine radiale Aufweitung erfährt und ein guter Wärmeübergang sichergestellt wird. Gleiches gilt für die radial nach innen vorstehenden Vorsprünge.
-
Das Mantelrohr der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung weist bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm bei 500° Celsius von mindesten 650 N/mm2 auf, so dass es auch bei hoher Wechseltemperaturbelastung, bedingt durch Aufheiz- und Abkühlvorgänge seine federelastischen Eigenschaften nicht verliert und insbesondere bei zu erwartenden Temperaturen um 500°C diese Eigenschaften während der vorgesehenen Betriebsdauer von mindestens 10.000 Stunden behält.
-
Weiter bevorzugt weist das Material des Mantelrohres eine Zugfestigkeit Rm bei 20°C von mehr als 900 N/mm2 und eine Dehngrenze Rp0,2 von mehr als 850 N/mm2 auf.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann das Material des Mantelrohres eine Bruchdehnung kleiner 20% sowie eine Wärmeausdehnung bei 400°C von weniger als 17 × 10–6 K–1 aufweisen, was zum Beispiel durch Verwendung des unter der Handelsbezeichnung INOCELL Alloy 718 bekannten Werkstoffes gewährleistet ist.
-
Das Material des Mantelrohres sollte darüber hinaus zunderbeständig sein und Federeigenschaften aufweisen, eine Zugfestigkeit Rm und eine Dehngrenze Rp0,2 bei 20°C aufweisen, die annährend gleich groß sind, bzw. eine Zugfestigkeit Rm aufweisen, welche maximal 30% größer als die Dehngrenze Rp0,2 bei 20°C ist.
-
Derartige Materialen können beispielsweise von ausscheidungshärtbaren Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen gebildet werden, umfassend Anteile an Ni in einem Bereich von etwa 50,0% bis 55,0%, an Cr in einem Bereich von etwa 17,0% bis 21,0%, an C in einem Bereich von etwa 0,02% bis 0,08%, an Mn in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, an Si in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, an Cu in einem Bereich von etwa 0% bis 0,20%, an Mo in einem Bereich von etwa 2,80% bis 3,30% an Co in einem Bereich von etwa 0% bis 1,0%, an Mb in einem Bereich von etwa 4,75% bis 5,5%, an Al in einem Bereich von etwa 0,20% bis 0,80%, an Ti in einem Bereich von etwa 0,65% bis 1,15%, an B in einem Bereich von etwa 0,002% bis 0,006%, an P in einem Bereich von etwa 0% bis 0,0015% und an S in einem Bereich von 0% bis 0,010%, wobei der Rest durch Fe gebildet ist, bezogen auf die gesamte Legierung.
-
Ein besonders geeigneter Werkstoff für das Mantelrohr ist beispielsweise INOCELL Alloy 718 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4668). Außerdem sind geeignet INOCELL Alloy X-750 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4669), Titan (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 3.7164), Titan (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 3.7184), INOCELL Alloy 751 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.2494), INOCELL Alloy A-286 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 1.4980), INOCELL Alloy 80A (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4631 und 2.4952), INOCELL Alloy 90 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4632 und 2.4969), INOCELL Alloy 1.01, INOCELL Alloy 1.05 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4634), INOCELL Alloy 115 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4636), INOCELL Alloy 263 (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4650), INOCELL Alloy PE16 und INOCELL Alloy D979.
-
Ferner sind geeignet hochwarmfeste Nickel-Basis-Legierungen, wie INOCELL Alloy 601H (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 2.4851) und INOCELL Alloy 800H (Deutsche Werkstoffnorm Nr. 14876).
-
Ein Verfahren zur Herstellung einer Herzeinrichtung zum außenseitigen Beheizen eines rohrförmigen Bauteiles mit einem Innerhalb eines axialgeschlitzten Mantelrohres angeordneten elektrischen Heizelement umfasst die folgenden Schritte:
- a) Zuschneiden eines Blechabschnittes für das Mantelrohr
- b) Umbördeln der axial gegenüberliegenden Ränder des Mantelrohres
- c) Auflegen des elektrischen Heizelementes auf den Zuschnitt im Bereich zwischen den umgebördelten Rändern
- d) Rundpressen des Heizelementes und des Mantelrohres entsprechend dem Durchmesser des zu beheizenden rohrförmigen Bauteiles, wobei das Heizelement innerhalb des Mantelrohres angeordnet wird.
-
Es versteht sich, dass das eingesetzte Heizelement in an sich bekannter Weise als elektrisches verdichtetes Heizelement ausgeführt sein kann.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann vor dem Umbördeln der Ränder des Mantelrohres ein Streifen aus hochwärmeleitenden Material oder ein Temperatursensor auf das Mantelrohr aufgelegt und beim Umbördeln im Randbereich des Mantelrohres eingeschlossen werden.
-
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1a die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Heizelement
-
1b die Vorderansicht des Heizelementes nach 1a
-
2 das Heizelement gem. 1a in der Abwicklung
-
3 den Schnitt durch das Heizelement gemäß 2 entlang der Linie X-X
-
Aus den 1a und 1b ist eine Heizeinrichtung zum außenseitigen Beheizen eines hier nicht dargestellten rohrförmigen Bauteiles, beispielsweise einer Spritzdüse eines Spritzgießwerkzeuges ersichtlich, die einen zylindrischen, von einem Mantelrohr 10 umgrenzten Außenumfang aufweist und axialer Richtung einen durchgehenden Schlitz 100 aufweist.
-
Wie insbesondere aus der Abwickiungsdarstellung gemäß 2 ersichtlich, umfasst die Heizeinrichtung 1 außerdem ein elektrisches Heizelement 11, beispielsweise ein verdichtetes elektrisches Heizelement, welches auf der späteren Innenseite des Mantelrohres aufgelegt und dort zu einer Baueinheit mit dem Mantelrohr 10 vorverbunden ist.
-
Die späteren axialen Enden des Mantelrohres 10 sind jeweils, wie aus der 3 am besten ersichtlich, nach innen umgebördelt, so dass die gebildeten Bördelränder 101, 102 im fertigen Zustand gemäß 1 radial bzw. ringförmig nach innen vorstehende Vorsprünge ausbilden, zwischen denen das Heizelement 11 angeordnet ist.
-
Aufgrund der integral einstückigen Ausbildung der Vorsprünge mit dem Mantelrohr 10 als nach innen umgebogene Bördelränder 101, 102 desselben wird eine besonders leichte Herstellung mit wenigen Arbeitsschritten gewährleistet, darüber hinaus wird ein besserer Wärmeübergang im Randbereich, d. h. im Bereich der Bördelränder 101, 102 zur Ausbildung der Vorsprünge im Vergleich zum übrigen Mantelrohr 10 erreicht.
-
Da im Gegensatz zum Stand der Technik keine Ringe oder dergleichen mittels Schweißnähte zur Ausbildung der nach innen vorstehenden Vorsprünge benötigt werden, kommen auch keine unterschiedlichen Materialien im Bereich des Mantelrohres und der nach innen vorstehenden Vorsprünge zum Einsatz, so dass die Herstellung vereinfacht, eine höhere Spannkraft der Heizeinrichtung auf dem zu beheizenden Bauteil und ein einheitlicher Wärmeausdehungskoeffizient erreicht wird.
-
Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß 3 ersichtlich, stehen die die Vorsprünge bildenden Bördelränder 101, 102 um ein der Dicke d des Heizelementes entsprechendes Maß d1 nach innen vor, so dass das Herzelement und die Vorsprünge gleichermaßen an der Oberfläche des hier nicht dargestellten zylindrischen Bauteiles anliegen.
-
Ferner ist es möglich, innerhalb der Bördelränder 101, 102 des Mantelrohrs 10 jeweils einen Streifen 103 aus einem besonders hochwärmeleitenden Material, beispielsweise einem geeigneten Metall anzuordnen, um dem Wärmeübergang in diesem Bereich zu verbessern, oder aber es wird in diesem Bereich ein Temperatursensor 104 vom Bördelrand 101, 102 eingeschlossen, der auf diese Weise unverlierbar und vor mechanischer Einwirkung geschützt mit dem Mantelrohr verbunden wird.
-
Zur Herstellung der solchermaßen ausgeführten Heizeinrichtung wird zunächst ein Blechabschnitt für das Mantelrohr 10 zugeschnitten, beispielsweise aus einem geeigneten Werkstoff herausgelasert und sodann werden die axial gegenüberliegenden Ränder des Mantelrohres 10 wie aus 3 ersichtlich umgebördelt, wobei wahlweise Streifen 103 aus hochwärmeleitendem Material und/oder Temperatursensoren 104 in diesem Bereich mit eingeschlossen werden können.
-
Sodann wird das elektrische Heizelement 11 auf den Zuschnitt auf der Seite des Mantelrohres 10 aufgelegt, auf dem auch die Bördelränder 101, 102 vorstehen und anschließend wird die in dieser Weise vorverbundene Baueinheit aus Heizelement und Mantelrohr entsprechend dem Durchmesser des zu beheizenden rohrförmigen Bauteiles rundgepresst, wobei das Heizelement 11 innerhalb des Mantelrohres 10 angeordnet wird und zwischen den Bördelrändern 101, 102 zum Liegen kommt. im unmontierten Zustand sollte die solchermaßen hergestellte Heizeinrichtung einen im Wesentlichen zylindrischen Raum einhüllen, dessen Durchmesser D 0,5 bis 5% kleiner als der Durchmesser des zu beheizenden Bauteiles ausgeführt ist, so dass die Heizeinrichtung unter radialer Aufweitung mittels des axialen Schlitzes 100 auf das Bauteil aufschiebbar und infolge der innewohnenden elastischen Federkräfte auf diesem festklemmbar ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10356059 A1 [0003]
- US 6163016 A [0004]
- EP 1995994 A1 [0005]
