DE10124960A1 - Heizelement - Google Patents

Abstract

Ein Heizelement umfaßt ein äußeres Reflektorrohr, in dem eine zumindest einen Widerstandsdraht aufweisende Heizwendel im wesentlichen koaxial angeordnet ist. Die Heizwendel kann über endseitige Anschlüsse an eine Stromquelle angeschlossen werden. Dabei ist vorgesehen, daß die Heizwendel mit radialem Spiel in dem Reflektorrohr sitzt und in einem Abschnitt an der Innenwandung des Reflektorrohres befestigt ist, wobei ein den Widerstandsdraht umgebendes Mantelrohr aus einem federnden Material, insbesondere einem Federstahl, bestehen kann und/oder in die Heizwendel eine Schraubenfeder aus einem Federstahl integriert sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement mit einem Reflektor­ rohr, in dem eine zumindest einen Widerstandsdraht aufwei­ sende Heizwendel im wesentlichen koaxial angeordnet ist, wobei die Heizelemente über endseitige Anschlüsse an eine Stromquelle anschließbar ist.

In vielen Anwendungsbereichen der industriellen Fertigung ist es notwendig, eine Rohrleitung oder eine Düse auf einer erhöhten Temperatur zu erhalten, wobei im folgenden bei­ spielhaft von einer Spritzdüse in der Kunststoffverarbei­ tung ausgegangen werden soll. Außenseitig auf die Düse wird zu diesem Zweck ein hülsenförmiges Heizelement mit einer inneren Heizwendel aufgeschoben. Wenn die Heizwendel an ei­ ne Stromquelle angeschlossen und von elektrischem Strom durchflossen ist, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgesetzt, die auf die Düse übertragen wird. Die Heizwendel besteht aus einem gewendelten Mantelrohr, das in der Regel aus Edelstahl besteht und in dem ein oder mehrere Widerstandsdrähte über die gesamte Länge angeordnet sind. Die Widerstandsdrähte können dabei in sich gewendet oder auch gerade ausgebildet sein. An beiden Enden des Wider­ standsdrahtes sind Anschlußlitzen angeordnet.

Wenn eine Heizwendel mit beidseitigem Anschlußabgang vorge­ sehen ist, bei dem die Anschlüsse des Widerstandsdrahtes an entgegengesetzten Enden der Heizwendel liegen, wird der Wi­ derstandsdraht einlagig durch das Mantelrohr geführt. Bei einem Heizelement mit einseitigem Anschlußabgang, bei dem die beiden Anschlüsse an demselben Ende der Heizwendel lie­ gen, wird der Widerstandsdraht doppellagig bzw. bifilar durch das Mantelrohr geführt oder das Mantelrohr selbst wird doppellagig gewendelt, wobei es an seinem den An­ schlüssen abgewandten Ende eine Umbiegung um 180° erfährt. In allen Fällen sind die Widerstandsdrähte innerhalb des Mantelrohrs in einen Füllstoff eingebettet, um eine genaue Positionierung zu erreichen und einen gegenseitigen Kontakt zu vermeiden.

Um eine gute Wärmeübertragung von der Heizwendel auf die Spritzdüse zu erzielen, sollte die Heizwendel an der Ober­ fläche der Spitzdüse dicht anliegen. Aus diesem Grunde ist es bekannt, das Reflektorrohr in Längsrichtung zu schlitzen und außenseitig mit einer eine Spannschraube aufweisenden Spannvorrichtung zu versehen, die das Reflektorrohr und da­ mit die Heizwendel radial von außen gegen die Düse spannt. Mit dieser Ausgestaltung ist der Nachteil verbunden, daß die außenseitige Spannvorrichtung einen relativ großen Bau­ raum benötigt und einen hohen Montageaufwand erfordert, insbesondere wenn in einem Vielfach-Düsen-Heizkanal 24 oder 36 oder mehr Düsen jeweils mit einem Heizelement versehen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der genannten Art zu schaffen, das einen nur geringen Platzbedarf hat und in einfacher Weise auf einer Düse zu montierten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Heizelement der genannten Art gelöst, bei dem die Heizwendel mit radia­ lem Spiel in dem Reflektorrohr sitzt und in einem Abschnitt an der Innenwandung des Reflektorrohrs befestigt ist. Das radiale Spiel zwischen der Heizwendel und der Innenwandung des Reflektorrohrs ermöglicht es, die Heizwendel radial aufzuweiten, um sie auf eine Düse aufzuschieben, ohne daß das Reflektorrohr geschlitzt sein muß. Die Aufweitung der Heizwendel erfolgt durch manuelle Aufbringung eines Torsi­ onsmomentes, wobei die Befestigung der Heizwendel an der Innenwandung des Reflektorrohres sicherstellt, daß das auf­ gebrachte Torsionsmoment nicht zu einer Drehung der Heiz­ wendel, sondern zu deren Aufweitung führt.

Nachdem die Heizwendel aufgeweitet und auf die Düse axial aufgeschoben ist, wird die Aufbringung des Torsionsmomentes beendet, wodurch die Heizwendel in ihre Ausgangslage zu­ rückkehrt und sich radial von außen auf die Düse spannt. Die sich dabei einstellende resultierende, radial nach in­ nen gerichtete Federkraft der Heizwendel ist so bemessen, daß sie auch bei Erwärmung der Heizwendel und der damit verbundenen thermischen Dehnungen eine Anlage der Heizwen­ del an der Düse sicherstellt.

Erfindungsgemäß wird die Anlage der Heizwendel auf der Au­ ßenoberfläche der Düse durch die federnde Rückstellkraft der Heizwendel erreicht, so daß auf eine außenseitige Spannvorrichtung verzichtet werden kann und das Heizelement einen nur geringen Bauraum benötigt. Darüber hinaus kann auf eine Schlitzung des Reflektorrohres verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Heizelementes vereinfacht ist.

Die Federwirkung der Heizwendel kann einerseits dadurch er­ reicht werden, daß das den Widerstandsdraht umgebende Man­ telrohr aus einem federnden Material und insbesondere aus einem Federstahl besteht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, daß in die Heizwendel eine Schrauben­ feder integriert ist, die vorzugsweise ebenfalls aus einem Federstahl besteht.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schraubenfeder im wesentlichen parallel zu dem Man­ telrohr verläuft und mit diesem in gleichartiger Weise ge­ wendelt ist. Dabei ist die Schraubenfeder vorzugsweise zu­ sammen mit dem Mantelrohr im gleichen Abschnitt an der In­ nenwandung des Reflektorrohres befestigt, wobei die Befe­ stigung durch eine Kleb- oder Schweißverbindung erreicht werden kann.

Um die Federwirkung der Schraubenfeder in vorteilhafter Weise auf die Heizwendel zu übertragen, sollte die Schrau­ benfeder zumindest abschnittsweise an dem Mantelrohr befe­ stigt und insbesondere angeschweißt sein. Diese Befestigung stellt sicher, daß die Heizwendel und die Schraubenfeder nur gemeinsam aufgeweitet werden können und entsprechend eine gemeinsame Rückstellkraft erfahren.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Heizwendel zur Bildung eines einseitigen Ab­ gangs der Anschlüsse bifilar gewendet ist, d. h. von dem die Anschlüsse aufweisenden Ende wendelförmig zu dem entgegen­ gesetzten Ende verläuft, dort eine 180°-Umbiegung erfährt und wendelförmig zum Ausgangspunkt zurückverläuft, wobei die beiden Lagen der Heizwendel parallel nebeneinander ver­ laufen. Eine gute und zuverlässige Befestigung der Schrau­ benfeder an der Heizwendel kann erreicht werden, wenn die Schraubenfeder zwischen den beiden Lagen der Heizwendel bzw. des Mantelrohres angeordnet und an beiden Lagen befe­ stigt ist.

Um die Heizwendel über ihre gesamte Länge zuverlässig auf­ weiten zu können, ist in Weiterbildung der Erfindung vorge­ sehen, daß die Heizwendel an ihrem dem abgangsseitigen Ende der Anschlüsse entgegengesetzten Ende an der Innenwandung des Reflektorrohres befestigt ist. Eine Aufbringung eines Torsionsmomentes an dem abgangsseitigen Ende der Anschlüsse führt somit zu einer radialen Aufweitung der Heizwendel bis zu dem Befestigungsabschnitt, d. h. über annähernd ihre ge­ samte Länge.

Das zur Aufweitung der Heizwendel notwendige Torsionsmoment läßt sich von einem Benutzer besonders einfach aufbringen, wenn die Anschlüsse das Reflektorrohr an einer in Umfangs­ richtung des Reflektorrohres verlaufenden Aussparung durch­ greifen. Der Benutzer muß somit lediglich die Anschlüsse erfassen und in Umfangsrichtung entlang der Aussparung be­ wegen, was zu der Aufbringung eines Torsionsmomentes auf die Heizwendel führt. Die Aussparung beschränkt dabei ei­ nerseits die Bewegung der Anschlüsse und verhindert eine übermäßige Verformung der Heizwendel, andererseits dient die Aussparung auch gleichzeitig als Führung sowohl bei der Aufweitung der Heizwendel als auch bei ihrer federnden Rückstellung.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Heizelement in der Ausgangsstellung,

Fig. 2 das Heizelement gemäß Fig. 1 in einer auf eine Düse aufgesetzten Stellung und

Fig. 3 eine Außenansicht des Heizelementes gemäß Fig. 1.

Ein in den Fig. 1 bis 3 dargestelltes Heizelement 10 weist ein Reflektorrohr 11 auf, in dessen Innerem eine Heizwendel 12 im wesentlichen koaxial angeordnet ist. Die Mittellängs­ achse der Heizwendel 12 fällt im wesentlichen mit der Mit­ tellängsachse des Reflektorrohres 11 zusammen.

Die Heizwendel 12 besteht aus einem Mantelrohr 13, in des­ sem Inneren ein Widerstandsdraht 19 verläuft. Das Mantel­ rohr 13 ist doppellagig bzw. bifilar gewendelt, d. h. ausge­ hend von einem ersten endseitigen Anschluß 15 verläuft das Mantelrohr 13 in einem Wendelabschnitt 13a bis zum entge­ gengesetzten Ende der Heizwendel 12, erfährt dort eine 180°-Umbiegung und wird in einem zweiten Wendelabschnitt 13b in gleichartig gewendelter Form parallel zum ersten Wendelabschnitt 13a zum Ausgangsbereich zurückgeführt und bildet dort einen zweiten Anschluß 16. Zwischen die beiden Lagen des gewendelten Mantelrohres 13 ist eine in gleichar­ tiger Weise gewendelte Schraubenfeder 14 eingelegt, die am abgangsseitigen Ende der Anschlüsse 15 und 16 über eine Schweißverbindung 17 an beiden Lagen des Mantelrohres 13, d. h. an beiden Wendelabschnitten 13a und 13b befestigt ist. An dem dem abgangsseitigen Ende der Anschlüsse 15 und 16 entgegengesetzten Ende, d. h. im Bereich der 180°-Umbiegung des Mantelrohres 13, ist das Mantelrohr 13 zusammen mit der Schraubenfeder 14 über eine Schweißverbindung 18 an der In­ nenwandung 11a des Reflektorrohres 11 befestigt.

Die Anschlüsse 15 und 16 durchgreifen das Reflektorrohr 11 an einer in Umfangsrichtung des Reflektorrohres 11 verlau­ fenden Aussparung 11b, so daß die Anschlüsse 15 und 16 au­ ßenseitig hervorstehen und von einem Benutzer relativ zum Reflektorrohr 11 in dessen Umfangsrichtung bewegt werden können, was zu einem Torsionsmoment in dem Mantelrohr 13 und der Schraubenfeder 14 führt. Da das Mantelrohr 13 zu­ sammen mit der Schraubenfeder 14 am entgegengesetzten Ende über die Schweißverbindung 18 an der Innenwandung 11a des Reflektorrohres 11 befestigt ist, führt das Torsionsmoment zu einer radialen Aufweitung der Heizwendel 12, die zu die­ sem Zweck unter radialem Spiel in dem Reflektorrohr 11 auf­ genommen ist. Nachdem der Benutzer die Heizwendel 12 radial aufgeweitet hat, kann diese auf eine Düse D axial aufge­ schoben werden. Wenn der Benutzer dann die Anschlüsse 15 und 16 losläßt, kehrt die Heizwendel aufgrund der Federwir­ kung des Mantelrohres 13 und der Schraubenfeder 14 aus ih­ rer radial aufgeweiteten Lage zurück und spannt sich dabei radial von außen auf die Düse D, so daß ein enger Kontakt zwischen dem Mantelrohr 13 und der Außenseite der Düse D und somit ein guter Wärmeübergang sichergestellt ist. Die­ ser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt.

Obwohl das Mantelrohr im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kreisquerschnitt hat, können auch andere Quer­ schnittsformen, insbesondere ein Rechteckquerschnitt Ver­ wendung finden, um eine möglichst große Kontaktfläche zwi­ schen der Innenseite des Mantelrohres und der Außenoberflä­ che der Düse D zu erreichen.

Claims (10)

1. Heizelement mit einem Reflektorrohr (11), in dem eine zumindest einen Widerstandsdraht (19) aufweisende Heizwendel (12) im wesentlichen koaxial angeordnet ist, wobei die Heizwendel (12) über endseitige An­ schlüsse (15, 16) an eine Stromquelle anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (12) mit radialem Spiel in dem Reflektorrohr (11) sitzt und in einem Abschnitt an der Innenwandung (11a) des Reflek­ torrohrs (11) befestigt ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (12) ein den Widerstandsdraht (19) umgebendes Mantelrohr (13) aus einem federnden Mate­ rial und insbesondere aus einem Federstahl besitzt.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in die Heizwendel (12) eine Schraubenfe­ der (14) integriert ist.

4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) im wesentlichen parallel zu dem Mantelrohr (13) verläuft.

5. Heizelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schraubenfeder (14) zusammen mit dem Mantelrohr (13) an der Innenwandung (11a) des Reflek­ torrohrs (11) befestigt ist.

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) zumindest abschnittsweise an dem Mantelrohr (13) befestigt ist.

7. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (12) zur Bildung eines einseitigen Abgangs der Anschlüsse (15, 16) bifi­ lar gewendelt ist.

8. Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) zwischen den beiden Lagen der Heizwendel (12) angeordnet ist.

9. Heizelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizwendel (12) an ihrem dem ab­ gangsseitigen Ende der Anschlüsse (15, 16) entgegenge­ setzten Ende an der Innenwandung (11a) des Reflektor­ rohrs (11) befestigt ist.

10. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (15, 16) das Reflek­ torrohr (11) an einer in Umfangsrichtung des Reflek­ torrohrs (11) verlaufenden Aussparung (11b) durchgrei­ fen.