DE3223977A1

DE3223977A1 - Heizpatrone und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3223977A1
Application number: DE19823223977
Authority: DE
Inventors: Heinz 7203 Fridingen Stegmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-21
Filing date: 1982-06-26
Publication date: 1983-07-28
Also published as: EP0084842A1

Description

Heizpatrone und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Heizpatrone gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung dieser Heizpatrone gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 2 und 4.

Heizpatronen werden u. a. beim Spritzguß von thermoplastischen Kunststoffen in der Einspritzdüse der Spritzgußform verwendet, um den Kunststoff schmelzflüssig zu halten. Ein in die Heizpatrone eingesetztes Thermolelement dient zur Temperaturmessung, um die Heizleistung so zu regeln, daß in der Einspritzdüse die optimale Temperatur des schmelzflüssigen Kunststoffs aufrechterhalten wird.

Postscheckkonto: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Villingen (BLZ 69470039) 146332

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Aus diesem Anwendungszweck ergeben sich folgende an die Heizpatrone zu stellende Forderungen. Die Heizpatrone soll eine möglichst gute Heizleistung aufweisen. Der Durchmesser der Heizpatrone soll möglichst klein sein, damit die Heizpatrone die Abmessungen der Einspritzdüse wenig beeinträchtigt. Die den Temperaturmeßpunkt bildende Lötstelle des Thermoelements soll möglichst nahe am Anspritzpunkt in der Spitze der Einspritzdüse liegen, um die interessierende tatsächliche Temperatur am Anspritzpunkt möglichst genau zu messen.

Es sind Heizpatronen der eingangs genannten Gattung bekannt, bei denen durch die radiale Verdichtung einerseits eine gute Wärmeleitung von der Heizwendel über das verdichtete keramische Pulver und den metallischen Mantel nach außen vorhanden ist, so daß eine gute Heizleistung erreicht wird. Die radiale Verdichtung führt außerdem zu einem geringen Außendurchmesser der Heizpatrone, so daß diese platzsparend

in die Einspritzdüse eingesetzt werden kann. Das vordere Ende ;

i der Heizpatrone ist durch einen scheibenförmigen Boden ver- j

schlossen. Die den Meßpunkt bildende Lötstelle des Thermo- j

elements befindet sich innerhalb des Mantels möglichst nahe i

an diesem Boden. Der Genauigkeit der Temperaturmessung sind ,

i dadurch Grenzen gesetzt. Die Heizwendel muß nämlich möglichst j nahe an das vordere Ende der Heizpatrone geführt werden, um j die Einspritzdüse bis möglichst nahe an den Anspritzpunkt ' : zu beheizen. Da zwischen der Heizwendel und dem beheizten Kunststoff ein Temperaturgefälle besteht, nimmt der Meßpunkt des Thermoelements eine Temperatur an, die näher bei der Temperatur der Heizwendel als bei der eigentlich interessierenden Temperatur des Kunststoffs liegt. '

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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei dem herkönunlichen Herstellungsverfahren dieser bekannten Heizpatronen. Herkömmlicherweise wird das vordere Ende des Mantels durch Anschweißen des scheibenförmigen Bodens verschieben, die Heizwendel und das Thermoelement werden in den Mantel eingebracht und das pulverige keramische Material wird eingefüllt. Anschließend wird die Heizpatrone durch Hämmern radial verdichtet. Häufig führt dieses radiale Verdichten zu einem Reißen oder einer Beschädigung der Lötstelle des Thermoelements, Eine solche Beschädigung des Thermoelements kann erst am Ende des Herstellungsvorganges an der fertigen Heizpatrone festgestellt werden, wenn solche Defekte nicht mehr zu beheben sind, so daß die Heizpatrone vollständig unbrauchbar ist. Dies führt zu einem nicht unbeträchtlichen Ausschuß bei der Herstellung der Heizpatronen.

Weiter sind Heizpatrone·mit einem keramischen Mantel bekannt, die an ihrem vorderen Ende eine Spitze aufweisen, in welche das Thermoelement geführt ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß der temperaturempfindliche Meßpunkt des Thermoelements in der feinen Spitze liegt, die dicht an den Anspritzpunkt der Einspritzdüse gebracht werden kann und axial außerhalb der Heizwendel liegt. Der Meßpunkt des Thermoelements nimmt daher eine Temperatur an, die im wesentlichen durch die Temperatur des Kunststoffs und weniger durch die Temperatur der Heizwendel bestimmt ist, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht wird. Diese bekannten keramischen Heizpatronen lassen jedoch keine Verdichtung zu, so daß der Wärmeübergang von der Heizwendel zu dem zu beheizenden Material schlechter und der Durchmesser relativ groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizpatrone zu schaffen, die einerseits eine gute Heizleistung und einen geringen Durchmesser aufweist und andererseits eine genaue Temperaturmessung nahe am Anspritzpunkt einer Einspritzdüse ermöglicht. Weiter ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizpatrone zu schaffen, das aufgrund eines geringen Ausschusses wirtschaftlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Heizpatrone der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß g^Löst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind durch die Merkmale der Anspruch 2 und 4 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Heizpatrone vereinigt die Vorteile der herkömmlichen verdichteten Heizpatrone mit den Vorteilen der herkömmlichen keramischen Heizpatrone mit Spitze. Sie weist den geringen Durchmesser und die gute Heizleistung der herkömmlichen verdichteten Heizpatrone auf und ermöglicht außerdem eine genaue Temperaturmessung aufgrund des in die Spitze herausgeführten Thermoelements.

Bei den erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind nur wenige zusätzliche Verfahrensschritte notwendig, die das Verfahren aufwendiger machen als das Herstellungsverfahren für herkömmliche verdichtete Heizpatronen. Diese wenigen zusätzlichen Verfahrensschritte führen jedoch zu einer so starken Reduzierung des Ausschusses bei der Herstellung, daß die Herstellung insgesamt wirtschaftlicher wird.

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Bei einem Herstellungsverfahren wird das Thermoelement mit unverlöteten losen Enden in den Mantel eingebracht. Es besteht beim Verdichten noch keine Lötstelle des Thermoelements, die beschädigt werden könnte. Nach dem Verdichten wird der Boden abgetrennt, so daJr^it überschüssiger Länge eingelegten losen Enden des Thermoelements freigelegt werden. Erst dann wird als zweiter Boden der Boden mit der axialen Durchbohrung angesetzt, durch welche die losen Enden des Thermoelements hindurchgefädelt werden. Erst nach dem Anschweißen dieses Bodens werden die losen Enden des Thermoelements an der Spitze verlötet. Dadurch ist eine einwandfreie Lötstelle des Thermoelements sichergestellt.

In einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird zunächst das vordere Ende des Mantels auf den Durchmesser der fertigen Heizpatrone gebördelt. Der die Spitze mit der axialen Durchbohrung aufweisende Boden wird in dieses gebördelte Ende eingesetzt und mit diesem verschweißt. Anschliessend wird das Thermoelement in diese Spitze eingeführt und vorne an der Spitze verlötet. Anschließend ■ wird ^äer Wickelkörper mit der Heizwendel in den Mantel eingebracht und der Mantel mit dem pulverigen keramischen Material gefüllt. Abschließend wird die Heizpatrone durch radiales Hämmern des Mantels verdichtet. Da der Mantel im Bereich des Bodens durch das Bördeln bereits den reduzierten Durchmesser der fertigen Heizpatrone aufweist, muß der Bereich des Bodens in das Verdichten nicht mit einbezogen werden, so keine Gefahr der Beschädigung der Lötstelle des Thermoelements besteht.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

die Fig. 1 bis 4: im Axialschnitt eine Heizpatrone in vier aufeinanderfolgenden Schritten des Herstellungsverfahrens und

die Fig. 5 bis 8: im Axialschnitt eine Heizpatrone in vier

aufeinanderfolgenden Schritten eines zweiten Herstellungsverfahrens.

Bei dem anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterten Herstellungsverfahren wird zunächst in das offene vordere Ende eines rohrförmige metallischen Mantels 10 ein scheibenförmiger Boden eingesetzt und mit dem Mantel 10 verschweißt. Anschließend wird ein rohrförmiger elektrisch isolierender Wickelkörper 30, der eine elektrische Heizwendel 14 auf seinem Außenumfang trägt, koaxial in den Mantel 10 eingesetzt. Die beiden Drähte eines Thermoelementes 16 sind in den Wickelkörper 30 eingeführt und werden zusammen mit diesem in den Mantel 10 eingesetzt. Die beiden Enden 20 des Thermoelementes 16 sind dabei noch nicht miteinander verlötet und werden am vorderen Ende des Mantels 10 in überschüssiger Länge in einer Schleife angeordnet. Der Mantel 10 wird dann mit einem pulverigen keramischen Material 18, ζ. Β. Magnesiumoxyd, gefüllt, so daß die Heizwendel 14 vollständig in diesem keramische Material 18 eingebettet ist. Diesen Zustand zeigt Fig. 1.

Anschließend wird die Heizpatrone verdichtet, indem der Mantel 10 durch radiales Hämmern im Durchmesser reduziert wird. Dabei wird das keramische Material 18 komprimiert, wobei

seine Wärmeleitfähigkeit verbessert wird. Nach dem Verdichten wird der scheibenförmige Boden 12 wieder abgedreht oder abgestochen. Es ergibt sich somit der in Fig. 2 dargestellte Zustand. Die losen Enden 20 des Thermoelements 16 ragen an dem vorderen Ende der Heizpatrone frei aus dem verdichteten keramischen Material 18.

Nun wird ein zweiter Boden 22 angebracht, der eine zentrische stiftförmige Spitze 24 aufweist, die von einer Durchbohrung 26 axial durchsetzt ist. Die losen Enden 20 des Thermoelements 16 werden durch diese Durchbohrung 26 hindurchgefädelt, wie Fig. 3 zeigt.

Anschließend wird der Boden 2 2 an das vordere Ende des Mantels 10 angeschweißt, so daß die Heizpatrone an ihrem vorderen Ende wieder verschlossen ist. Schließlich werden die losen Enden 20 des Thermoelements 16 am vorderen Ende der Spitze miteinander verlötet, wodurch sich eine den Meßpunkt des Thermoelements bildende Lötstelle 28 unmittelbar vorne an der Spitze 24 bildet. Die in Fig. 4 dargestellte fertige Heizpatrone kann in die Einspritzdüse einer Spritzgußform eingesetzt werden, wobei sich die Lötstelle 28 des Thermolements 16 unmittelbar am Anspritzpunkt in der Düsenspitze befindet.

In einem zweiten in den Fig. 5 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens wird von dem rohrförmigen metallischen Mantel 10 und dem Boden 22 mit der Spitze 24 und der Axialdurchbohrung 26 ausgegangen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Der Boden 22 hat den Druchmesser der fertigen Heizpatrone, während der Mantel 10 einen größeren Durchmesser aufweist.

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Das vordere Ende des Mantels 10 wird nun soweit nach innen gebördelt, bis sein Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Bodens 22 entspricht. Der Boden 22 wird dann in das gebördelte Ende des Mantels 10 eingedrückt und mit diesem verschweißt. Anschließend werden die Drähte des Thermoelements 16 eingeführt, durch die Durchbohrung 26 der Spitze 24 gefädelt und an deren vorderem Ende verlötet. Es ergibt sich somit der in Fig. 6 dargestellte Zustand.

Der Wickelkörper 30 mit der Heizwendel 14 wird dann auf das Thermoelement 16 aufgefädelt und in den Mantel 10 eingeführt. Anschließend wird der Mantel 10 mit dem pulverigen keramischen Material 18 gefüllt. Damit ist der in Fig. 7 dargestellte Zustand erreicht.

Nun erfolgt das radiale Verdichten der Heizpatrone durch Hämmern des Mantels 10, bis der gesamte Mantel 10 den Durchmesser des gebördelten vorderen Endes aufweist und die in Fig. 8 gezeigte Heizpatrone fertiggestellt ist.

Claims

Patentansprüche

1.)Heizpatrone mit einem metallischen rohrförmigen Mantel, mit einem mit dem Mantel verschweißten, dessen vorderes Ende verschließenden metallischen Boden, mit einer auf einem Wickelkörper in dem Mantel angeordneten elektrischen Heizwendel und mit einem in dem Mantel angeordneten Thermoelement, wobei der Mantel mit einem pulverigen keramischenMaterial gefüllt und die Heizpatrone unter Druck radial verdichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (22) eine Spitze (24) mit einer axialen Durchbohrung (26) aufweist und daß das Thermoelement (16) durch diese Spitze (24) an deren vorderes Ende herausgeführt ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Heizpatrone gemäß Anspruch 1, bei welchem das vordere Ende des Mantels durch Anschweissen eines Bodens verschlossen wird, der Wickelkörper mit der elektrischen Heizwendel und das Thermoelement in den Mantel eingebracht und in das pulverige keramische Material eingebettet

werden und die Heizpatrone unter radial auf den Mantel ausgeübtem Druck verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement mit unverlöteten losen Enden und mit im Bereich dieses ersten Bodens überschüssiger Länge eingebracht wird, daß nach der Verdichtung dieser erste Boden entfernt wird, daß anschließend als zweiter Boden der die Spitze mit axialer Durchbohrung aufweisende Boden angesetzt wird, daß die losen Enden des Thermoelementes durch die Durchbohrung durchgezogen werden, daß anschliessend der zweite Boden an den Mantel angeschweißt wird und daß schließlich die losen Enden des Thermoelements am vorderen Ende der Spitze verlötet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Boden abgedreht oder abgestochen wird.

4. Verfahren zur Herstellung einer Heizpatrone gemäß Anspruch 1, bei welchem das vordere Ende des Mantels durch Anschweißen eines Bodens verschlossen wird, der Wickelkörper mit der elektrischen Heizwendel und das Thermoelement in den Mantel eingebracht und in das pulverige keramische Material eingebettet werden und die Heizpatrone unter radial auf den Mantel ausgeübtem Druck verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel zuerst an seinem vorderen Ende auf den Durchmesser der fertigen Heizpatrone gebördelt wird, daß anschließend der die Spitze mit axialer Durchbohrung aufweisende Boden mit dem vorderen Ende des Mantels verschweißt wird, daß anschließend das Thermoelement eingebracht, durch die Spitze herausgeführt und an dieser verlötet wird und daß schließlich nach dem Einbringen der Heizwendel und des keramischen Materials die Heizpatrone verdichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden in das vordere Ende des Mantels eingedrückt und dann mit diesem verschweißt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Heizwendel tragende Wickelkörper auf das eingelötete Thermoelement aufgefädelt wird.