DE19936584B4

DE19936584B4 - Elektrisch betriebenes Heizelement

Info

Publication number: DE19936584B4
Application number: DE1999136584
Authority: DE
Inventors: Gerhard Cronau
Original assignee: Ewikon Heisskanalsysteme GmbH and Co KG
Current assignee: CORNAU, GERHARD, 35108 ALLENDORF, DE
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: DE19936584A1

Abstract

Elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug (1), in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest (6) einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter (12) besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel (14, 16) umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter (12) die Außenfläche des Mantels (14, 16) mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter (12) jedoch dessen Rohrinnenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse, zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug, in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter die Außenfläche des Mantels mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter jedoch dessen Rohrinnenfläche.

Derartige Heizleiter bilden einen Stromkreis, in dem eines der beiden das Heizelement bildenden Bauteile geteilt ist und an den freien geteilten Enden Stromeinspeisungskontakte ausgebildet sind.

Die beiden das Heizelement bildenden Bauteile müssen an ihren benachbarten Enden zur Bildung des besagten Stromkreises elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Dieses geschieht in der Regel durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Schweißverbindung. Diese Verbindung ist geeignet, die hohen mechanischen Kräfte, die u.a. durch die Längenausdehnung des oft mehr als 300°C erhitzten Heizelementes gegenüber den kühlen, benachbarten Bauelementen aufzunehmen und die hohen Ströme von teilweise über 100 A zu leiten.

Dadurch, dass mindestens eines der das Heizelement bildenden Bauteile wegen des benötigten hohen spezifischen Widerstandes aus Chrom-Nickelstahl besteht, entsteht jedoch die Schwierigkeit, dass sich durch die bisher verwendeten stoffschlüssigen Verbindungen, z.B. Schweißverbindungen im Bereich der Schweißstelle Grobkorn bildet.

Somit wird dieser Bereich thermisch geschädigt und kann den mechanischen Anforderungen im Dauerbetrieb nicht gerecht werden.

Aus der DE 33 35 279 A1 ist ein elektrisch betriebenes Heizelement mit einem Strömungskanal für eine Kunststoffschmelze bekannt, bei dem das Heizelement einen Heizleiter aus einem Metallrohr aufweist, das aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand gefertigt ist. Dieses Metallrohr bildet einen Strömungskanal für die Kunststoffschmelze, die durch eine Einströmöffnung in den Strömungskanal eingeführt wird.

Am gegenüberliegenden Ende verjüngt sich dieses Metallrohr zu einer Spitze, in deren Bereich Durchströmöffnungen vorgesehen sind, von denen aus die Kunststoffschmelze durch Ausströmöffnungen des Heizelementes in eine Vorkammer gelangt und von dort durch eine Düsenöffnung ausströmt.

Das Metallrohr ist im Bereich der Spitze mit einem Außenmantel verschweißt. Zwischen dem Metallrohr und dem Außenmantel ist noch eine Isolierschicht vorgesehen. Das Heizelement ist auch noch im Bereich der Einströmöffnung mit einem weiteren Mantelteil versehen, welches im Bereich der Einströmöffnung mit dem Metallrohr verschweißt ist. Durch dieses Mantelteil erfolgt über eine Anschlussscheibe und einen Steckkontakt die Stromzuführung zu dem Metallrohr. Die Anschlussscheibe und der Steckkontakt stehen dabei quer zum Metallrohr. Die Anschlussscheibe ist zwischen zwei Isolierscheiben in einem Gehäuseoberteil gelagert.

Auch bei diesem vorbekannten Heizelement bildet sich im Bereich der Schweißverbindung Grobkorn, so dass auch dieser Bereich thermisch geschädigt ist und den mechanischen Anforderungen im Dauerbetrieb nicht gerecht wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beseitigen.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die das Heizelement bildenden Bauteile im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Heißkanaldüse beschrieben, ohne dass sich der Anwendungsbereich hierauf beschränkt.
1 zeigt eine Teilansicht eines Heißkanalspritzwerkzeuges 1 im Schnitt. Dieses weist eine Angussbuchse 2 für die Maschinendüse auf. Über die Maschinendüse und Angussbuchse 2 wird ein Verteilerkanal 3 gefüllt. In diesem Verteilerkanal 3 ist ein Heizleiter 4 angeordnet, an dem die Schmelze entlangfließt und temperiert wird. Über den Verteilerkanal gelangt die Schmelze in die ebenfalls beheizbare Heißkanaldüse 5, die den Formhohlraum 6 mit dem Verteilerkanal 3 verbindet.
In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es wird eine Heißkanaldüse 10 gezeigt, die einen mittig angeordneten Heizleiter 12 aufweist. Dieser ist von einem Außenmantel 14 umgeben, jedoch durch eine dünne Isolierschicht 20 elektrisch isoliert. Ein Längenabschnitt 18 des Heizleiters 12 ist von einem Außenmantel 16 umgeben, der ebenfalls gegenüber dem Heizleiter 12 isoliert ist.
Der Außenmantel 16 besitzt in dem Ausführungsbeispiel einen Bund 22, der von einem Gewindering 24 in einer Ausnehmung 26 fixiert ist. Der Bund 22 ist mittels der Isolierungen 36, 38 gegenüber dem Bund 32 elektrisch isoliert. Mit dem Bund 22 ist eine elektrische Anschlussverbindung 34 vorgesehen, die mit einem nicht dargestellten Anschlusskabel verbunden werden kann. Der Bund 22 ist in eingebautem Zustand gegen Masse gelegt, so dass sich ein Stromkreis wie folgt ergibt:
Über die Anschlussverbindung 34 fließt der Strom über den Bund 22 und den Außenmantel 16 und eine metallische Buchse 42, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, durch die Heizleiter 12, 18 und eine metallische Buchse 40 durch den Außenmantel 14 und den Bund 32 gegen Masse.
An den Enden der Heißkanaldüse sind Endkappen montiert, auf die ebenfalls noch eingegangen wird.
Aus der 2 wird deutlich, dass in den Enden des Heizleiters 12 der Stromkreis über metallische, elektrisch leitfähige Buchsen 40, 42 geschlossen wird. Diese Buchsen 40, 42 werden unter hohem Pressdruck und unter Verformung in die entsprechenden Ausnehmungen 48, 50 gepresst. Hierdurch wird ein inniger Kontakt zwischen dem Heizleiter und den Wandungen der Ausnehmungen 48, 50 hergestellt.
Als Material für die Buchsen 40, 42 hat sich Nickel als besonders vorteilhaft erwiesen. Nickel hat gegenüber Stahl einen geringeren Elastizitätsmodul sowie eine größere Bruchdehnung. Diese Eigenschaften ergeben eine günstige Bedingung für diesen Anwendungsfall.
Des weiteren ist Nickel weitgehend korrosionsbeständig. Dadurch, dass sich die Nickelbuchsen 40, 42 beim Pressvorgang vorwiegend plastisch verformen und Druck auf die jeweiligen benachbarten Bauteile, Heizleiter 12 und die Wandungen der Ausnehmungen 48, 50 ausüben, die sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften in diesem Druckbereich jedoch eher elastisch verformen, entsteht ein besonders inniger Kontakt, da die elastisch verformten Wandungen wie eine federnde Umklammerung der plastisch verformten Nickelbuchse 40, 42 wirken. Auch der Heizleiter verformt sich elastisch und es kommt zu einer ähnlichen Situation wie bei den äußeren Wandungen.
Im Rahmen der Erfindung muss der Außenmantel der Buchsen nicht zylindrisch ausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeigt in Schnittdarstellung eine Buchse und die entsprechend gestaltete Ausnehmung, die durch die konische Gestaltung die Verpressung begünstigen. Jedoch muss in diesem Fall darauf geachtet werden, dass sich der durch die Erhitzung in der Länge ausdehnende Heizleiter die Buchse nicht herausdrückt. Dies könnte durch die in 4 gezeigten Hinterschneidungen verhindert werden. Es ist auch denkbar, den Heizleiter mit Ausnehmungen wie z.B. umlaufende Vertiefungen auszustatten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vertiefungen so gestaltet sind, dass keine Kerbwirkung auftritt.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Stirnseiten der Außenmäntel 14, 16 die entsprechenden Stirnseiten 52, 54 der Buchsen 40, 42 sowie die Stirnseiten 56, 58 des Heizleiters 12 bei der Montage eine Ebene bilden und an den Endkappen anliegen. Durch Verschweißung der Endkappen mit den Außenmänteln 14, 16 bilden die einzelnen Bauteile eine kräftemäßig geschlossene Einheit, so dass es zu keiner Relativbewegung der Bauteile im Bereich der Buchsen 40, 42 kommt, die die Kontaktierung negativ beeinflussen könnte.
In 2 ist durch Strich-Punktlinien 60 dargestellt, dass der zentrale Heizleiter 12 auch rohrförmig gestaltet sein kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In diesem Fall tritt die Schmelze im Bereich der Endkappe 44 in den als Rohr ausgebildeten Heizleiter ein und im Bereich der z.B. als Spitze ausgebildeten Endkappe 46 aus, wobei sich zum Erhalt der Spitze der rohrförmige Kanal verzweigen kann. Diese Führung der Schmelze ist jedoch Stand der Technik und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Wichtig ist, dass unabhängig von der Gestaltung des inneren Heizleiters als Rohr oder Stab, die Verbindung mit den übrigen, den Stromkreis bildenden Bauteilen 14, 16 durch Presssitz erfolgt.

Claims

Elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug (1), in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest (6) einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter (12) besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel (14, 16) umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter (12) die Außenfläche des Mantels (14, 16) mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter (12) jedoch dessen Rohrinnenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressverbindung durch eine ringförmige Buchse (40, 42) erfolgt.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (40, 42) in einem zwischen den Bauteilen (12, 14, 16) vorgesehenen Spalt einliegt.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt durch eine stufenartige Ausnehmung (48, 50) in einem der beiden das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) ausgebildet ist.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenartige Ausnehmung sich in Richtung zum gegenüberliegenden Ende des Bauteils kegelstumpfartig verjüngt.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (40, 42) aus einem plastisch verformbaren Material, insbesondere Nickel besteht.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten des Heizelementes Endkappen (44, 46) aufweisen, die fest mit dem Heizelement (14, 16) verbunden sind.
Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappen (44, 46) mit dem Heizelement (14, 16) verschweißt sind.