DE102013204009A1

DE102013204009A1 - Heizelement

Info

Publication number: DE102013204009A1
Application number: DE201310204009
Authority: DE
Inventors: Hansjörg Wenzel; Tobias Beiß; Franz Hepp
Original assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Current assignee: Bielomatik Leuze GmbH and Co KG
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-09-12
Also published as: WO2013132069A1

Abstract

Heizvorrichtung (1), aufweisend eine Trägerschicht (2) und eine Heizschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Heizschicht (3) auf der formgebenden und formstabilen Trägerschicht (2) sitzt und die Trägerschicht (2) wärmeisolierend und wärmestabil für die Einsatztemperaturen des Anwendungsfalles ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Herkömmliche Heizvorrichtungen mit Heizelementen, insbesondere für das Kunststoffschweißen, werden in der Regel aus der Mitte durch eine flächige dicke Heizplatte mit entsprechender Leistung beheizt. Die Bauteilkontur wird über ein konturgebendes Element, eine so genannte Aufsatzplatte, realisiert. Als Material kommt aufgrund seines günstigen Verhältnisses von Wärmeleitfähigkeit zu Gewicht meist Aluminium zum Einsatz. Aufgrund der massiven Ausführung, insbesondere deren Volumen bzw. Dicke, von Heizplatten und Aufsatzplatten haben die Werkzeuge dennoch ein hohes Gesamtgewicht und eine hohe Trägheit beim Aufheizen und Abkühlen. Die nachteilige Folge ist ein hoher Energiebedarf für den Betrieb und das Aufheizen, lange Wartezeiten für das Durchheizen, bis eine Maschine betriebsbereit ist sowie bis die Heizelemente nach dem Abkühlen entnommen werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die dünne Heizschicht auf der formgebenden und formstabilen Trägerschicht sitzt und die Trägerschicht wärmeisolierend und wärmestabil für die Einsatztemperaturen des Anwendungsfalles ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung reduziert durch Verringerung der beheizten Massen den Energiebedarf. Dabei ist ein mehrlagiger flächiger dünner Aufbau des Heizelementes erforderlich.
Merkmale der Heizvorrichtung:
Eine Heizschicht (dünn, insbesondere kleiner 25 Millimeter, und vorzugsweise flächig oder konturiert) sitzt konturangepasst auf einer Trägerschicht, insbesondere zwischen einer Schutzschicht und einer Trägerschicht.
Die formgebende und formstabile Trägerschicht ist auf jeden Fall wärmeisolierend und wärmestabil für die Einsatztemperaturen des Anwendungsfalles.
Eine elektrische Isolationseigenschaft ist von Vorteil aber nicht notwendig. Sie kann auch über isolierende Zwischenmaterialien hergestellt werden.
Die Heizschicht kann aufgebaut sein als konventionelle Heizplatte mit Heizpatronen, oder als Widerstandslegierung, oder als Dickschichtmaterial (aufgedruckter Widerstandsleiter, wie aus der SMD-Technik) oder auch als Schicht aus elektrisch leitfähigem Füllstoff, z. B. Carbon Nanotubes (CNT), Graphit, etc.
Die beiden Beschichtungstechniken (Dickschicht und CNT-basierende Beschichtungen) sind besonders vorteilhaft bei 3-D Oberflächen für eine konturnahe Heizung.
Sofern die Heizschicht robust genug ist und elektrisch nicht gefährdend, so kann sie direkt mit dem Schweißgut in Kontakt kommen und die Erwärmung sicherstellen (Weglassung der Schutzschicht).
In den meisten Fällen wird eine Schutzschicht über der Heizung erforderlich sein, die folgende Randbedingungen sicherstellt: eine mechanische Resistenz gegen Schweißmaterialien. Weiterhin kann die Heizschicht Füllstoffe enthalten (damit die Heizschicht nicht beschädigt wird). Die Füllstoffe sind idealerweise z. B. keramische Materialien wie Aluminiumnitrid, Emaillacke, glasartige Beschichtungen oder dünne Hochtemperatur-Kunststofffolien wie z. B. Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) oder Polyetherimid (PEI), Epoxid, Phenolharz, Silikon, etc.
Gute Wärmeleitung der Wärme aus der Heizschicht an die Oberfläche.
Eine elektrische Isolationseigenschaft ist von Vorteil, aber nicht notwendig. Sie kann auch über isolierende Zwischenmaterialien hergestellt werden. Oder die Heizung wird bei max. 50 V betrieben, so dass bei Berührung keine Gefährdung ausgeht.
Eine Antihafteigenschaft ist von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich. Sie kann ggf. auch durch Beschichtung oder Bekleben mit Antihaftmaterialien hergestellt werden.
Mögliche Einsatzbereiche:
Industrielle Wärmetechnik
Die Erfindung läßt sich insbesondere in der Papierverarbeitung, Transpondertechnik (beheizte Walzen und Rollen, bzw. Druckelemente) und in der Kunststoffschweißtechnik (Heizelemente) einsetzen. Vorzugsweise kann sie auch auf die Papierverarbeitung, Transpondertechnik und Kunststoffschweißtechnik angewandt werden.
Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Heizvorrichtung 1, aufweisend eine Trägerschicht 2 und eine Heizschicht 3, wobei die dünne Heizschicht 3 auf der formgebenden und formstabilen Trägerschicht 2 sitzt und die Trägerschicht 2 wärmeisolierend und wärmestabil für die Einsatztemperaturen des Anwendungsfalles ausgebildet ist. Zwischen der Trägerschicht 2 und der Heizschicht 3 und/oder der Heizschicht 3 und der Schutzschicht 4 kann jeweils eine Zwischenschicht 5, 6 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Heizvorrichtung
2: Trägerschicht
3: Heizschicht
4: Schutzschicht
5: Zwischenschicht
6: Zwischenschicht

Claims

Heizvorrichtung (1), aufweisend eine Trägerschicht (2) und eine Heizschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Heizschicht (3) auf der formgebenden und formstabilen Trägerschicht (2) sitzt und die Trägerschicht (2) wärmeisolierend und wärmestabil für die Einsatztemperaturen des Anwendungsfalles ausgebildet ist.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (3) flächig und dünner als 25 Millimeter ausgebildet und konturangepasst direkt oder unter Zwischenanordnung einer Zwischenschicht (5) auf der Trägerschicht (2) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) formgebend und formstabil ausgebildet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizschicht (3) und der Schutzschicht (4) eine Zwischenschicht (6) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (3) aufgebaut ist als konventionelle Heizplatte mit Heizpatronen, oder als Widerstandslegierung, oder als Dickschichtmaterial.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (3) Füllstoffe enthält.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (1) in der Papierverarbeitung oder der Transpondertechnik angewendet wird.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (1) in der Kunststoffschweißtechnik angewendet wird.