DE3335279A1 - Elektrisch betriebenes heizelement mit einem stroemungskanal fuer eine kunststoffschmelze - Google Patents

Elektrisch betriebenes heizelement mit einem stroemungskanal fuer eine kunststoffschmelze

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Description

Patentanwätte Dr. Loesenbeck (198O) DipWng. Stracke
4/12
EWIKON Entwicklung und Konstruktion GmbH & Co. KG, Schöne Aussicht 13, 4900 Herford
Elektrisch betriebenes Heizelement mit einem Strömungskanal für eine Kunststoffschmelze
Die Erifndung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Heizelement mit einem Strömungskanal für eine Kunststoffschmelze und einem mittj.gen Heizstab, der am vorderen mit Ausströmöffnungen versehenen Ende des Heizelementes mit einem Außenmantel verbunden ist.
Es ist ein elektrisch betriebenes Heizelement dieser Art bekannt (DE-PS 28 24 971), bei dem der Heizstab im Bereich seiner Spitze über Stege, die eine oder mehrere Austrittsöffnungen für die aus dem ringförmigen Strömungskanal austretende Kunststoffmasse begrenzen, mit dem Außenmantel verbunden ist, wobei zwischen der Spitze und dem Schaft des Heizstabes ein Bauteil mit großer, von der im Bereich der Austrittsöffnungen austretenden Kunststoffmasse benetzter Oberfläche angeordnet ist und der maximale Querschnitt des Bauteils mit großer Oberfläche gleich oder größer ist als der Querschnitt des Schaftes des Heizstabes.
Der Strömungskanal für die Kunststoffmasse wird bei diesem Heizelement durch den mittigen Heizstab und durch den Außenmantel des Heizelementes begrenzt. Der Querschnitt des Heizelementes setzt sich aus den Querschnitten des Heizstabes, des ringförmigen Strömungskanals und des Außenmantels zusammen.
Es ist ferner ein elektrisch betriebens Heizelement bekannt (US-PS 3 520 026), das in einen Kanal eines Heißkanalwerkzeuges eingetaucht wird, durch den die Materialschmelze geführt wird. Dieses Heizelement weist einen mittigen Metallkern auf, der an dem dem elektrischen Anschluß abgewandten Ende mit einem Außenmantel aus Metall verbunden ist, wobei außerhalb der Verbindungsstelle zwischen dem Metallkern und dem Außenmantel eine Isolierschicht angeordnet ist.
Der Metallkern wird aus Kupfer o.dgl. gefertigt und weist einen geringen effektiven elektrischen Widerstand auf, während der Außenmantel aus einem Metall mit einem hohen effektiven elektrischen Widerstand hergestellt wird. An dem Außenmantel liegt somit eine hohe Teilspannung an. Der Metallkern besitzt einen großen Querschnitt, so daR der Gesamtquerschnitt des Heizelementes entsprechend groß ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betriebenes Heizelement der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es kleine Querschnittsabmessungen aufweist und im Strömungskanal geringe Strömungswiderstände und eine weitgehend laminare Strömung der Kunststoffschmelze vorhanden sind.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß als Heizstab ein den Strömungskanal bildendes Rohr vorgesehen ist, das am vorderen Ende im Bereich einer Spitze die Ausströmöffnungen aufweist, daß der Außenmantel aus einem Werkstoff mit einem geringen spezifischen und effektiven elektrischen Widerstand gefertigt und
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zwischen dem Außenmantel und dem Rohr eine Isolierschicht angeordnet ist.
Die zwischen dem Außenmantel und dem Rohr angeordnete Isolier- * 5 schicht weist bei einer vorteilhaften Ausführungsform eine Dicke auf, die im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt. Die Isolierschicht kann aus einer.Keramikmasse bestehen.
Das Rohr, das den Strömungskanal bildet und aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand besteht, weist über die gesamte Länge einen gleichbleibenden Querschnitt.auf, der sich ausschließlich im Bereich des vorderen Endes, in dem Ausströmöffnungen vorgesehen sind, zu einer Spitze verjüngt.
Das als Heizleiter ausgebildete Metallrohr verliert infolge seiner Einbettung in einen Isolierstoffmantel und in einen Außenmantel aus Metall kaum Wärme nach außen. Infolgedessen kann der rohrförmige Heizleiter mit sehr kleinen elektrischen Leistungen betrieben werden. Dadurchkommt es in der Spitze, in der das Metallrohr mit dem Aussenmantel aus Metall verschweißt ist, zu keiner thermischen Überlastung der Kunststoffschmelze. Der rohrförmige Heizleiter wird in dem Umfang mit elektrischer Energie versorgt, wie es die durch die jeweilige Kunststoffschmelze gegebenen Bedingungen im Bereich der Spitze und damit der Ausströmöffnungen erfordern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein elektrisch betriebenes Heizelementim Vertikalschnitt und
Fig. 2 bis 4 Verfahrensschritte zum Herstellen einer Schweißverbindung zwischen dem als Heizleiter ausgebildeten Metallrohr und dem Außenmantel des Heizelementes.
Das elektrisch betriebene Heizelement weist als Heizleiter ein Metallrohr 1 auf, das aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, z.B. aus einem Chrom-Nickel-Stahl, gefertigt ist. Dieses Metallrohr bildet einen Strömungskanal 2 für eine Kunststoffschmelze, die durch eine Einströmöffnung 3 in den Strömungskanal 2 eingerührt wird.
Der Strömungskanal weist über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Querschnitt auf und verjüngt sich am vorderen Ende zu einer Spitze, in deren Bereich Durchströmöffnungen 4 vorgesehen sind, von denen aus die Kunststoffschmelze durch Ausströmöffnungen 5 des Heizelementes in eine Vorkammer 6 gelangt und von dort durch eine Düsenöffnung 7 strömt.
Zwischen dem Metallrohr 1 und dem im Bereich der Spitze mit dem Metallrohr verschweißten Außenmantel 8 ist eine Isolierschicht 9 vorgesehen. Diese Isolierschicht erstreckt sich über den Außenmantel hinaus und bildet auch eine Zwischenschicht zwischen dem Metallrohr 1 und deinem hinteren Mantelteil 10 aus Metall, das am äußeren Ende 11 mit dem Metallrohr 1 verschweißt ist. Durch dieses Mantelteil erfolgt über eine Anschlußscheibe 12 und einen Steckkontakt 13 die Stromzuführung zu dem Metallrohr 1. Die Anschlußscheibe 12 ist zwischen Isolierscheiben 14 und 15 in einem Gehäuseoberteil 16 gelagert, das über eine Sehraubverbindung mit einem Gehäuseunterteil 17 verbunden ist, in dem die Düsenöffnung 7 vorgesehen ist.
Die Isolierscheibe 15 ruht auf einem Flansch 18 des Außenmantels Der Außenmantel besteht aus einem Werkstoff mit einem geringen spezifischen und effektiven elektrischen Widerstand und kann z.B. aus einem Baustahl oder einem anderen Stahl gefertigt sein. Die Isolierschicht 9 weist eine Dicke auf, die im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt. Die Isolierschicht kann aus einer Keramikmasse bestehen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Metallrohr am vorderen Ende zu einer Spitze geformt und weist Durchströraöffnungen
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auf. Der Außenmantel 8 ist mit zwei zu einer Spitze abgewinkelten Stegen 19 ausgerüstet, die seitliche Ausströmöffnungen 5 begrenzen. Aus den Fig. 2 bis 4 ergibt sich, daß das Metallrohr 1 in der Weise in den Außenmantel eingeschoben wird, daß die Stege 19 um 90° zu den Durchströmöffnungen 4 versetzt liegen. Nach dem vollständigen Einführen des Metallrohres 1 in den Außenmantel 8 werden die Stege 19 mit der Spitze des Metallrohres durch Schweißnähte 20 verbunden.
Der Außenmantel 8 des Heizelementes liegt an der Wandung einer Bohrung des Gehäuseunterteils 17 an, die sich am freien Ende des Gehäuseunterteils zu einer Vorkammer 6 verjüngt, die mit einer Düsenöffnung 7 versehen.
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Bezugszeichen
1 Metallrohr
2 Strömungskanal
3 Einströmöffnung
4 Durchströmöffnungen
5 Ausströmöffnungen
6 Vorkammer
7 Düsenöffnung
8 Außenmantel
9 Isolierschicht
10 Mantelteil
11 Ende
12 Anschlußscheibe
13 Steckkontakt
14 Isolierscheibe
15 Isolierscheibe
16 G ehäu s eob ert ei1
17 Gehäuseunterteil
18 Flansch
19 Steg
20 Schweißnaht
- a-
- Leerseite -

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    rl J Elektrisch betriebenes Heizelement mit einem Strömungskanal für eine Kunststoffschmelze und einem mittigen Heizstab, der am vorderen, mit Ausströmöffnungen versehenen Ende des Heizelementes mit einem Außenmantel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß als Heizstab ein einen Strömungskanal (2) bildendes Metallrohr (1) vorgesehen ist, das am vorderen Ende im Bereich einer Spitze die Ausströmöffnungen aufweist, daß der Aussenmantel (8) aus einem Werkstoff mit einem geringen spezifischen und effektiven elektrischen Widerstand gefertigt und zwischen dem Außenmantel (8) und dem Metallrohr (1) eine Isolierschicht (9) angeordnet ist.
  2. 2. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) am vorderen Ende zu einer spitze geformt ist und Durchströmöffnungen (4) aufweist und daß vom Außenmantel (8) abgewinkelte Stege, die um 90° zu den Durchströmöffnungen (4) versetzt sind, mit der Spitze des Metallrohres verschweißt sind.
  3. 3. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Außenmantel (8) und dem Metallrohr (1) angeordnete Isolierschicht (9) eine Dicke aufweist, die im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm liegt.
  4. 4. Elektrisch betriebenes Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) aus einem Chrom-Nickel-Stahl und der Außenmantel (8) aus einem Baustahl oder einem anderen Stahl gefertigt sind.
  5. 5. Elektrisch betriebenes Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (9) sich über den Außenmantel (8) hinaus erstreckt und eine Zwischenschicht zwischen dem Metallrohr (1) und einem mit dem Metallrohr an einem Ende verbundenen Mantelteil (10) bildet.
  6. 6. Elektrisch betriebenes Heizelement nach einem der Ansprüche 1
    bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (8) an der Wandung einer Bohrung eines Gehäuseunterteils (17) anliegt, die sich am freien Ende zu einer mit einer Düsenöffnung (7) versehenen Vorkammer (6) verjüngt.
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