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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement, insbesondere zur Beheizung von Spritzdüsen für Spritzgieß- oder Druckgießmaschinen, insbesondere für Kunststoff verarbeitende Maschinen, bestehend aus einem rohrartigen Hohlkörper aus Metall, der auf das zu beheizende Bauteil aufzuschieben ist und der einen eingelegten oder eingepressten elektrischen Heizkörper aufweist, sowie ein Thermoelement als Temperaturfühler, dessen Fühlerspitze an einem Endbereich des Hohlkörpers derart angeordnet ist, dass sie mit der Mantelwand des zu beheizenden Bauteils in wärmeleitendem Kontakt steht.
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Derartige Heizelemente sind im Stand der Technik bekannt.
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Aus der
DE 20 2006 018 576 U1 ist ein entsprechendes elektrisches Heizelement bekannt. Bei der bekannten Ausbildung ist in dem rohrartigen Hohlkörper aus Metall nahe einem Endbereich eine sich radial durch die Wandung des Hohlkörpers erstreckende Durchgangsöffnung vorgesehen, in bzw. durch die ein freies Ende des Temperaturfühlers oder ein Temperaturfühlerabschnitt, der nahe dem freien Ende des Temperaturfühlers angeordnet ist, geführt ist. Das zu beheizende Bauteil ist hierbei durch ein Materialrohr aus Stahl gebildet, während der rohrartige Hohlkörper aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein kann.
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Da bei dieser Ausgestaltung ein Abstand zwischen der Fühlerspitze und dem Mantel des zu beheizenden Bauteiles besteht, wird dort auch angegeben, dass das freie Ende des Temperaturfühlers, also die Fühlerspitze, durch ein Halteelement fixiert werden kann, welches im eingebauten Zustand einen Kontakt zwischen dem freien Ende des Temperaturfühlers und dem zu beheizenden Bauteil gewährleistet. Dabei soll das Halteelement eine Klammer aus temperaturbeständigem Federstahl sein.
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Eine solche Ausgestaltung ist in sofern nachteilig, als eine unmittelbar wärmeleitende Verbindung zwischen der Fühlerspitze des Thermoelementes und dem elektrischen Heizkörper besteht. Dieser unmittelbare Kontakt ist teilweise durch den Mantel des rohrartigen Hohlkörpers aus Metall gebildet oder auch durch die zusätzlich vorgesehene metallische Feder. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Temperatur, die die Fühlerspitze des Thermoelementes misst, nicht exakt die Temperatur des zu beheizenden Bauteiles im Bereich der Fühlerspitze ist, sondern dieser Messwert wird durch die Wärmeleitung zwischen dem rohrartigen Hohlkörper aus Metall und der Fühlerspitze bzw. zwischen dem rohrartigen Hohlkörper aus Metall, dem metallischen Federelement und der Fühlerspitze verfälscht.
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Aus der
DE 20 2008 013 626 U1 ist eine Ausbildung bekannt, bei der die Fühlerspitze des Thermoelementes in einer nutartigen Ausnehmung eines Rohrwandabschnittes wärmeübertragend fixiert ist, der durch stirnseitige Einschnitte seitlich von der Rohrwand, also von dem Hohlkörper aus Metall getrennt ist.
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Hier besteht weiterhin ein unmittelbarer wärmeleitender Kontakt zwischen dem Rohrwandabschnitt und dem rohrartigen Hohlkörper, so dass hieraus wiederum eine Verfälschung des Messwertes erfolgt, der vom Temperaturfühler mit der Fühlerspitze am Mantel des zu beheizenden Bauteiles erfasst wird.
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Auch hierbei ist eine Anordnung vorgesehen, bei der zusätzlich ein Federblech vorgesehen werden soll, um den freigelegten Rohrwandabschnitt gegen das zu beheizende Bauteil zu drücken und ebenso die Spitze des Thermoelementes gegen den Rohrwandabschnitt zu drücken. Auch hier besteht wieder eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem rohrartigen Hohlkörper aus Metall und der Fühlerspitze des Thermoelementes, so dass hieraus wiederum Verfälschungen der Messwerte resultieren.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizelement gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem mit höchster Genauigkeit die tatsächliche Temperatur des zu beheizenden Bauteiles mit dem Thermoelement, insbesondere mit der Fühlerspitze des Thermoelementes erfasst werden kann, ohne dass dieser Messwert durch die Temperatur des rohrartigen Hohlkörpers aus Metall oder sonstiger Elemente beeinflusst wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Fühlerspitze des Thermoelementes in einem Ausschnitt des Hohlkörpers angeordnet ist, dass ein Formteil oder eine Lamelle oder ein Federelement aus gering wärmeleitendem Werkstoff oder aus nicht wärmeleitendem Werkstoff vorgesehen ist und dass das Formteil, die Lamelle oder das Federelement die Fühlerspitze in Montagesolllage an den Mantel des zu beheizenden Bauteils angedrückt hält.
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Gemäß dieser Ausbildung ist die Fühlerspitze des Thermoelementes völlig frei in einem Ausschnitt des Hohlkörpers angeordnet, so dass also kein Kontakt dieser Fühlerspitze mit dem Material des Hohlkörpers besteht. In diesem Ausschnittsbereich ist ein Formteil, eine Lamelle oder ein Federelement aus gering wärmeleitendem Werkstoff oder vorzugsweise aus nicht wärmeleitendem Werkstoff vorgesehen. Dieses Formteil, dieses Lamelle oder dieses Federelement ist derart angeordnet und vorgesehen, dass es die Fühlerspitze in Montagesolllage an dem Mantel des zu beheizenden Bauteils angedrückt hält. Das Formteil, die Lamelle oder das Federelement kann aus Warmarbeitsstahl, Edelstahl, Keramik oder anderen geeignetem Material bestehen.
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Hierdurch wird ein inniger Kontakt zwischen der Fühlerspitze des Thermoelementes und dem Mantel des zu beheizenden Bauteiles erreicht, wobei zudem trotz dieser gegebenenfalls federnd vorgespannten Anordnung eine Wärmeleitung von dem rohrartigen Hohlkörper auf die Fühlerspitze des Thermoelementes vermieden wird, da das Formteil, die Lamelle oder das Federelement aus gering wärmeleitendem oder vorzugsweise nicht wärmeleitendem Werkstoff besteht. Beispielsweise kann das Formteil, die Lamelle oder das Federelement auch aus wärmebeständigem Kunststoff bestehen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass das Thermoelement in einer Nut und/oder in einem Schlitz des Hohlkörpers gehalten ist, die oder der zum Ende des Hohlkörpers in einen Ausschnitt übergeht, wobei das Formteil, die Lamelle oder das Federelement und die Fühlerspitze in dem Ausschnitt angeordnet sind.
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Hierbei ist in herkömmlicher Art das Thermoelement in einer Nut des Hohlkörpers gehalten. Diese Nut geht zum Ende des Hohlkörpers in einen Ausschnitt über, in welchem das Formteil, die Lamelle oder das Federelement und die Fühlerspitze des Thermoelementes angeordnet sind. Der Ausschnitt stellt sicher, dass kein wärmeleitender Kontakt zwischen der Fühlerspitze und dem Hohlkörper bestehen kann. Andererseits ist der Ausschnitt dazu geeignet und bestimmt, das Formteil, die Lamelle oder das Federelement aufzunehmen, zu halten und in Solllage durch das Federelement die Fühlerspitze des Thermoelementes gegen das zu beheizende Bauteil anzupressen.
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Um eine problemlose und störungsfreie Anordnung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die dem Ausschnitt benachbarten oder diesen begrenzenden Mantelteile des Hohlkörpers innenseitig in ihrer dem zu beheizenden Bauteil zugewandten Fläche Ausnehmungen aufweisen, die das Formteil oder Schenkel des Federelementes oder der Lamelle flächenbündig aufnehmen und dass das Formteil, die Lamelle oder das Federelement zwischen diesen Schenkeln eine zum zu beheizenden Bauteil offene Rinne bildet, in der die Fühlerspitze angeordnet ist.
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Vorzugsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Fühlerspitze in der offenen Rinne oder offenen Bohrung des Formteils oder in der offenen Rinne der Lamelle oder des Federelementes fixiert ist und zwar durch Klemmung oder Stoffschluss nach Art einer Verlötung oder Verschweißung.
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Das Federelement oder die Lamelle kann beispielsweise ein aus einem rechteckigen Materialabschnitt geformtes Element sein, welches zwei Schenkel aufweist und mittig zwischen diesen Schenkeln eine offene Rinne bildet. Die Schenkel können in den Ausnehmungen des Hohlkörpers angeordnet sein, so dass sie flächenbündig in der Innen-Mantelfläche des Hohlkörpers angeordnet sind und nicht vorstehen, so dass kein Überstand erzeugt ist, der einen Abstand des Hohlkörpers zum zu beheizenden Bauteil bewirken könnte. Zwischen diesen Schenkeln ist die entsprechende offene Rinne ausgebildet, in der die Fühlerspitze angeordnet ist.
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Das Formteil kann beispielsweise ein etwa halbrundes Teil sein, welches in eine dazu formmäßig passende Ausnehmung des Mantelteils verliersicher eingesetzt ist und eine dem zu beheizenden Bauteil angepasste Stirnfläche zur satten Anlage an dem Bauteil aufweist, in der eine rinnenförmige Ausnehmung oder offene Bohrung zur Aufnahme der Fühlerspitze ausgeformt ist.
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Die Fühlerspitze kann dabei einfach in die jeweilige Rinne eingelegt sein oder aber, sie kann auch in der Rinne eingeklemmt sein, sofern die Rinne entsprechend geformt ist und aufgrund ihrer Federkraft die Fühlerspitze halten kann oder sie kann auch stoffschlüssig mit dem Formteilmaterial verbunden sein, zum Beispiel durch Schweißung oder Lötung.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Fühlerspitze und/oder das Formteil und/oder die Lamelle und/oder das Federelement eine der Form und Wölbung des zu beheizenden Bauteils im Anlagebereich der Fühlerspitze, des Formteils, der Lamelle und/oder das Federelement angepasste Fläche aufweist, die in Montagesolllage flächig an dem zu beheizenden Bauteil anliegt.
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Durch diese Anordnung und Ausbildung wird erreicht, dass das Formteil, die Lamelle, das Federelement und/oder die Fühlerspitze nicht nur linear an dem Anlagebereich des zu beheizenden Bauteiles anliegt, sondern flächig an diesem Bereich anliegt, so dass eine bessere Temperaturübertragung auf die Fühlerspitze und damit eine eindeutigere und bessere Messung des Temperaturwertes erfolgen kann, sowie eine ausgezeichnete Positionierung der Teile auf dem Mantel des zu beheizenden Bauteiles.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass das Formteil, die Lamelle oder das Federelement aus keramischem Werkstoff besteht.
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Dadurch wird erreicht, dass einerseits eine ausreichende Kraft oder Federkraft zur Verfügung steht, um die Fühlerspitze in der Einbausolllage an das zu beheizende Bauteil anzudrücken, wobei andererseits durch die Auswahl des Werkstoffes die Temperaturübertragung von dem Mantel des Hohlkörpers auf die Fühlerspitze unterbunden wird.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Formteil, die Lamelle oder das Federelement aus einem der folgenden Materialien allein oder aus einer Kombination solcher Materialien besteht:
- – Yttriumoxid-stabilisiertes Zirconiumoxid (Y-TZP),
- – Ceroxid-stabilisiertes Zirconiumoxid (Ce-TZP),
- – Magnesiumoxid-stabilisiertes Zirconiumoxid (Mg-PSZ), Zirconiumoxid verstärkte Werkstoffe wie
- – Zirconiumoxid verstärktes Aluminiumoxid (ZTA),
- – Zirconiumoxid verstärkter Mullit (ZTM), oder auch
- – Siliciumnitrid.
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Es kann auch vorgesehen sein, stirnseitig in den Hohlkörper beidseits neben dem Ausschnitt Schlitze vorzusehen, in die die Enden des Federelementes oder einer Lamelle aus nicht wärmeleitendem Material eingesetzt werden, um die Fühlerspitze an das zu beheizende Bauteil anzupressen.
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Unter Umständen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Lamelle oder das Formteil starre Bauteile sind. Aufgrund der entsprechenden Konfiguration ist es nicht erforderlich, dass diese Bauteile federnd ausgebildet sind, sondern sie können auch als starre Elemente vorgesehen sein.
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Gegebenenfalls kann aber auch vorgesehen sein, dass die Lamelle oder das Formteil federnd ausgebildet sind.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass die Nut oder der Schlitz des Hohlkörpers die oder der das Thermoelement aufnimmt in einem Bereich der Abstand von dem Ausschnitt aufweist und sich zwischen den beiden Enden des Hohlkörpers befindet einen zweiten Ausschnitt aufweist, der so dimensioniert ist, dass die Fühlerspitze des Thermoelementes samt daran befestigtem Formteil oder Federelement oder Lamelle durch diesen zweiten Ausschnitt durchsteckbar ist.
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Gemäß dieser Ausgestaltung kann zunächst die Fühlerspitze des Thermoelementes mit dem Formteil, Federelement oder der Lamelle verbunden werden, so dass eine Montageeinheit gebildet ist. Anschließend kann das Thermoelement mit der Fühlerspitze und dem darauf befindlichen Formteil, Federelement oder Lamelle durch den zweiten Ausschnitt zugeführt werden in das Innere des Hohlkörpers und zu dessen Ende geführt werden, an welchem dann die Positionierung des Formteiles, Federelementes oder der Lamelle samt Fühlerspitze in dem entsprechenden Ausschnitt am Ende des Hohlkörpers eingepasst werden. Das Thermoelement selbst wird über die Länge des Hohlkörpers in dem entsprechenden Längsschlitz geführt wobei der Längsschlitz über den überwiegenden Teil seiner Länge offen ist und nur in einem Bereich, der in der Nähe des Ausschnittes liegt, nach außen hin geschlossen ist, so dass das Thermoelement in der Innenwandung des Hohlkörpers in einer entsprechenden rinnenförmigen Ausnehmung liegt.
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Durch diese Ausbildung wird eine besonders einfache Montage und eine sichere Positionierung erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt:
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1 ein elektrisches Heizelement gemäß der Erfindung in Ansicht;
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2 eine Stirnansicht des elektrischen Heizelementes in vergrößertem Maßstab;
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3 den Ausschnitt III der 2 nochmals in vergrößertem Maßstab;
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4 das entsprechende Detail in Schrägansicht;
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5 bis 7 eine Variante in unterschiedlichen Ansichten;
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8 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Hohlkörpers in Ansicht;
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9 desgleichen in einer Schrägansicht;
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10 eine Einzelheit der 8 in Ansicht;
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11 eine vergrößerte Ansicht des Details XI der 10;
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12 ein Formteil, in vergrößertem Maßstab, welches in den entsprechenden Ausschnitt des Heizelementes gemäß 8 und 9 bzw. 10 einsetzbar ist.
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Gemäß der Erfindung ist ein elektrisches Heizelement vorgesehen, welches insbesondere zur Beheizung von Spritzdüsen für Kunststoff verarbeitende Maschinen dient. Es besteht aus einem rohrartigen Hohlkörper 1 aus Metall, der auf das zu beheizende Bauteil 2 aufzuschieben ist und der einen eingelegten oder eingepressten elektrischen Heizkörper aufweist. Der Heizkörper ist beispielsweise in äußere Nuten 3 des Hohlkörpers 1 eingelegt oder eingepresst. Des Weiteren ist ein Thermoelement 4 als Temperaturfühler vorgesehen, dessen Fühlerspitze 5 an einem in der Zeichnungsfigur 1 unteren Endbereich des Hohlkörpers 1 derart angeordnet ist, dass sie mit der Mantelwand des zu beheizenden Bauteiles 2 in wärmeleitendem Kontakt steht.
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Die Fühlerspitze 5 des Thermoelementes 4 ist in einem Ausschnitt 6 des Hohlkörpers angeordnet. Ferner ist ein Federelement 7 aus gering wärmeleitendem oder vorzugsweise aus nicht wärmeleitendem Werkstoff vorgesehen. Dieses Federelement 7 hält die Fühlerspitze 5 in der Montagesolllage an den Mantel des zu beheizenden Bauteiles 2 angedrückt.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Thermoelement 4 in einer Längsnut und/oder einem Längsschlitz des Hohlkörpers 1 gehalten. Diese geht zum in der Zeichnungsfigur 1 unteren Ende des Hohlkörpers 1 in einen Ausschnitt 6 über, wobei das Federelement 7 und die Fühlerspitze 5 in dem Ausschnitt 6 angeordnet sind.
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Die dem Ausschnitt 6 benachbarten oder diesen begrenzenden Mantelteile des Hohlkörpers 1 sind innenseitig in ihrer dem zu beheizenden Bauteil 2 zugewandten Fläche mit Ausnehmungen 8 versehen, die die Schenkel 9 des Federelementes 7 flächenbündig aufnehmen. Das Federelement 7 weist zwischen diesen Schenkeln 9 eine zum zu beheizenden Bauteil 2 hin offene Rinne 10 auf, in der die Fühlerspitze 5 in der Sollposition angeordnet und vorzugsweise fixiert ist. Beispielsweise kann die Fühlerspitze 5 diesem Bereich der Rinne 10 geklemmt sein.
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Das Federelement 7 besteht vorzugsweise aus keramischem Werkstoff, insbesondere derart, wie dies in den Ansprüchen angegeben ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung wird sichergestellt, dass die Fühlerspitze 5 des Thermoelementes 4 in eindeutiger Position an dem Mantel des zu beheizenden Bauteiles 2 positioniert und angelegt ist, wobei eine Andruckkraft durch das keramische Federelement 7 erzeugt wird und ein Wärmeübergang von dem Mantel des Hohlkörpers 1 aus Metall auf die Fühlerspitze 5 unterbunden wird, so dass fehlerfreie Temperaturmesswerte erhalten werden.
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Bei der Ausführungsform, die in 5 bis 7 gezeigt ist, ist anstelle des Federelementes 7 eine plattenförmige starre oder ebenfalls federnde Lamelle 11 als Haltevorrichtung vorgesehen. Eine solche Lamelle 11 kann ebenfalls aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen oder auch aus nicht wärmeleitendem Material, beispielsweise Keramik. Auch der Einsatz von wärmebeständigen Kunststoffen ist als Material für die Lamelle 11 möglich. Diese Lamelle 11 weist vorzugsweise mittig, also im Bereich der Anordnung der Fühlerspitze 5 des Thermoelementes 4 eine Kerbe oder eine Rundung auf, um hierdurch eine Fixierung für die Fühlerspitze 5 zu erreichen. zur Befestigung ist die Lamelle 11 in beidseits in den die Ausnehmung 6 umgrenzenden Schenkeln ausgebildete Schlitze oder Nuten 12 von der Stirnseite her eingeschoben. Die Lamelle 11 kann formschlüssig oder lediglich kraftschlüssig in diesen Nuten 12 sitzen. Im Ausführungsbeispiel wird die Lamelle 11 unter Vorspannung durch die sich am Mantel des zu beheizenden Bauteiles 2 abstützende Fühlerspitze angedrückt gehalten. Eine solche Ausbildung ist hinsichtlich der Herstellung besonders kostengünstig und auch universell einsetzbar.
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In den Ausführungsformen gemäß 8 bis 12 ist eine Ausbildung gezeigt, die im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 1 bis 7 gleicht. Für gleiche Teile sind gleiche Bezugszeichen angegeben. In der als durchgehender Schlitz ausgebildeten Nut 3' kann das in der Zeichnung nicht dargestellte Thermoelement angeordnet werden, so dass dessen Fühlerspitze in dem Ausschnitt 6 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Anordnung so vorgenommen, dass auf die Fühlerspitze 5 des Thermoelementes 4 ein Formteil 13 aufgebracht wird, welches in 12 als Einzelheit gezeigt ist. Dieses Formteil 13 wird fest mit der Fühlerspitze verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt. Zur Montage wird dann die Fühlerspitze 5 samt Formteil 13 durch den relativ großen zweiten Ausschnitt 14 des Schlitzes 3' zugeführt. Der zweite Ausschnitt 14 ist so groß bemessen, dass die Fühlerspitze 5 samt Formteil 13 von außen zuführbar ist und dann durch das Innere des Hohlkörpers 1 nach vorn bis zum Ausschnitt 6 geführt wird. Der Längsschlitz 3' ist bis kurz vor den Ausschnitt 6 geführt und endet dort, wobei dann lediglich innerhalb des Hohlkörpers 1 noch eine Rinne ausgebildet ist, die das Thermoelement 4 aufnehmen kann. In der Sollposition wird das Formteil 13 von radial innen in den Ausschnitt 6 eingelegt, dessen Kontur der Außenkontur des Formteiles 13 angepasst ist, so dass dieses satt in der entsprechenden Form des Ausschnittes sitzt. Der radial innen liegende Bereich des Formteiles 13, der mit dem Pfeil 15 gekennzeichnet ist, kann der Form des zu beheizenden Bauteiles angepasst werden, so dass in der Montagesolllage eine satte und bündige Auflage der Teile aufeinander erreicht ist. In der Solllage, wenn also der Hohlkörper 1 auf dem entsprechenden zu beheizenden Bauteil 2 montiert ist, ist das Formteil 13 samt darin befindlicher Fühlerspitze 5 lagesicher und unverlierbar positioniert. Die Fühlerspitze 5 ragt gegebenenfalls geringfügig über die Kontur 15, die in 12 gezeigt ist vor. Dieser Bereich ist in der Figur mit 16 gekennzeichnet. Es wird damit verdeutlicht, dass die Fühlerspitze im Bereich 16 satt an der Mantelfläche des zu beheizenden Bauteiles 2 anliegt, so dass eindeutige Messergebnisse zu erreichen sind.
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Die Ausgestaltung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006018576 U1 [0003]
- DE 202008013626 U1 [0006]
