DE102016121571A1

DE102016121571A1 - Wärmeleitkörper für eine Düsenheizung und Düsenheizung

Info

Publication number: DE102016121571A1
Application number: DE102016121571.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-05-11
Also published as: CN106926424A; US10798785B2; US20170135158A1; DE202015106069U1; CN106926424B

Abstract

Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) für eine Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800), wobei der Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) eine Nut mit einem Boden (913, 943) oder mehrere Nuten mit einem Boden (913, 943) aufweist, wobei die eine Nut oder die mehreren Nuten einen ersten Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) aufweisen und einen zweiten Abschnitt (512, 712, 912) aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) von der Tiefe des zweiten Abschnitts (512, 712, 912) unterscheidet.

Description

Düsenheizungen sind elektrische Heizvorrichtungen, bei denen ein Wärmeleitkörper mit einer zentralen Öffnung vorgesehen ist, in die ein zu beheizendes Bauteil, in der Regel eine zu beheizende Düse, eingebracht werden kann, wobei in den meisten Fällen durch zusätzliche Maßnahmen wie z.B. Spannmittel sichergestellt werden kann, dass ein inniger thermischer Kontakt zwischen dem zu beheizenden Bauteil und der Düsenheizung bzw. deren Wärmeleitkörper besteht.
Die Wärmeleitkörper, die in der Regel aus einem Metall hergestellt sind, werden ihrerseits durch eine elektrische Heizvorrichtung beheizt. Die elektrische Heizvorrichtung kann insbesondere als Rohrwendelpatrone, also als ein biegsamer Metallmantel, in dessen Innenraum ein Heizdraht in ein elektrisch isolierendes aber Wärme gut leitendes Material wie z.B. Magnesiumoxidpulver eingebettet und durch dieses vom biegsamen Metallmantel elektrisch isoliert ist, angeordnet ist, ausgeführt sein. In Abhängigkeit von dem Verlauf der elektrischen Heizvorrichtung kann dann, beispielsweise durch ein Aufwendeln mit variabler Steigung, auf dem Wärmeleitkörper auch ein gewünschtes Temperaturprofil bereitgestellt werden.
Um ein solches Profil reproduzierbar und dauerhaft bereitstellen zu können, bedarf es naturgemäß einerseits einer exakten Positionierung des elektrischen Heizelements und andererseits Maßnahmen, die dieses gegen eine Positionsänderung, z.B. das Verrutschen einer Wendel auf dem Wärmeleitkörper zu schützen. Um dies zu gewährleisten ist es bekannt, die Raumkurve, welche durch das elektrische Heizelement bei einer gegebenen Düsenheizung auf dem Wärmeleitkörper beschreiben soll, durch eine in den Wärmeleitkörper eingebrachte Nut zu definieren, in die dann das elektrische Heizelement eingebracht wird.
Düsenheizungen gemäß diesem Stand der Technik und Wärmeleitkörper für solche Düsenheizungen sind beispielsweise aus der EP 1 051 059 B1 , der DE 20 2009 011 904 U1 , der EP 2 177 388 B1 oder der DE 10 2013 013 127 A1 bekannt.
In der Praxis zeigt sich jedoch, dass bei den bekannten Düsenheizungen nicht nur nach wie vor Wünsche hinsichtlich der realisierbaren Temperaturprofile auf dem Wärmeleitkörper offen bleiben, sondern dass zudem auch die erreichbaren Temperaturprofile in vielen Fällen mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden sind. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen insbesondere hinsichtlich dieser Aspekte verbesserten Wärmeleitkörper für eine Düsenheizung und eine insbesondere hinsichtlich dieser Aspekte verbesserte Düsenheizung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeleitkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Düsenheizung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 oder 10. Vorteilhafte Weiterbildungen des Wärmeleitkörpers bzw. der Düsenheizung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Der erfindungsgemäße Wärmeleitkörper für eine Düsenheizung weist eine Nut mit einem Boden oder mehrere Nuten mit einem Boden auf. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die eine Nut oder die mehreren Nuten einen ersten Abschnitt aufweisen und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts von der Tiefe des zweiten Abschnitts unterscheidet.
Diese spezielle Ausgestaltung der Nut, ermöglicht insbesondere eine lokale Anordnung eines in die Nut aufgenommenen elektrischen Heizelements in zwei Ebenen. Einerseits bringt diese Maßnahme eine signifikante Flexibilisierung erreichbarer Temperaturprofile mit sich, weil beispielsweise eine kreuzweise Anordnung von Abschnitten des elektrischen Heizelements möglich wird. Andererseits kann durch diese Maßnahme aber auch eine lokale Verankerung eines Abschnitts, insbesondere eines Mittelabschnitts des elektrischen Heizelements ermöglicht werden, wodurch dann das Aufbringen des elektrischen Heizelements auf den Wärmeleitkörper effizienter durchgeführt werden kann. Beispielsweise können dann durch ein gleichzeitiges Aufwickeln beider an den verankerten Abschnitten des elektrischen Heizelements angrenzenden Abschnitte 2N Windungen des elektrischen Heizelements mit nur N Umdrehungen des Wärmeleitkörpers aufgebracht werden, was den Fertigungstakt im Vergleich zu bisherigen Lösungen signifikant steigert.
Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass dadurch, dass die beanspruchte Nut zumindest abschnittsweise einen Boden aufweisen muss, den Wärmeleitkörper vollständig durchsetzende Schlitze, wie sie beispielsweise die DE 10 2013 013 127 A1 zeigt, nicht auf die beanspruchte Nut gelesen werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Wärmeleitkörpers ist an Stellen, an denen sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen oder überschneiden, der Boden des an dieser Stelle weniger tiefen Abschnitts durchbrochen. Dies führt zu einer fertigungstechnischen Vereinfachung, da eine “Untertunnelung” vermieden werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, mindestens ein Abschnitt einer Nut oder mindestens eine Nut im Vergleich zu einem anderen Abschnitt der Nut oder zu einer anderen Nut eine andere Breite aufweist.
Ist dies eine größere Breite, so dass in den Abschnitt der Nut, der die größere Breite aufweist, mehrere Abschnitte eines elektrischen Heizelements oder mehrere elektrische Heizelemente nebeneinander eingelegt werden können, wird es möglich, lokal eine besonders hohe Konzentration von Heizleistung zu erreichen, indem z.B. Windungen eines elektrischen Heizelements unmittelbar benachbart zueinander angeordnet werden. Alternativ kann, wenn mehrere elektrische Heizelemente nebeneinander eingelegt sind, durch Anpassung der elektrischen Heizelemente, insbesondere ihrer Heizleistung, auf einfachste Weise beispielsweise eine Düsenheizung mit unterschiedlichen Heizstufen realisiert werden.
Ist dies eine kleinere Breite, so dass in dem Abschnitt der Nut, der die kleiner Breite aufweist, ein Abschnitt elektrischen Heizelements festgeklemmt, insbesondere unter Zugspannung festgeklemmt, werden kann, erhält man eine einfache Möglichkeit zur weiteren Fixierung des elektrischen Heizelements.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn zumindest ein Abschnitt der Nut einen Hinterschnitt aufweist, so dass die Breite der Nut in Bodennähe größer ist als am oberen Rand der Nut, was ebenfalls die Fixierungsmöglichkeiten für das elektrische Heizelement verbessert.
Die erfindungsgemäße Düsenheizung weist einen Wärmeleitkörper, der eine Nut mit einem Boden oder mehrere Nuten mit einem Boden hat, auf. Ferner weist sie mindestens ein zumindestens abschnittsweise in der Nut oder einer der Nuten verlaufendes elektrisches Heizelement auf.
Erfindungswesentlich ist, dass die eine Nut oder die mehreren Nuten einen ersten Abschnitt aufweisen und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts von der Tiefe des zweiten Abschnitts unterscheidet. Die Vorteile dieser Ausgestaltung wurden bereits oben im Zusammenhang mit einem so gestalteten Wärmeleitkörper diskutiert.
Auch für die Düsenheizung besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass an Stellen, an denen sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen oder überschneiden, der Boden des an dieser Stelle weniger tiefen Abschnitts durchbrochen ist, um die Notwendigkeit einer lokalen „Untertunnelung“ zu vermeiden.
Bevorzugt ist es, wenn in dem ersten Abschnitt der Nut und in dem zweiten Abschnitt der Nut jeweils ein Abschnitt eines elektrischen Heizelements angeordnet ist, so dass sich diese Abschnitte des elektrischen Heizelements kreuzen oder überschneiden. D.h. mit anderen Worten gesagt weist die so ausgestaltete Düsenheizung zumindest lokal eine mehrlagige Anordnung des elektrischen Heizelements oder mehrerer elektrischer Heizelemente auf. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, lokal eine sehr hohe Heizleistung zu erzielen.
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass mehrere Nuten vorhanden sind, dass in dem an einer ersten Nut befindlichen ersten Abschnitt der Nut ein Abschnitt des elektrischen Heizelements angeordnet ist und dass in dem an einer zweiten Nut befindlichen zweiten Abschnitt der Nut ein Abschnitt eines Thermoelements angeordnet ist, so dass sich diese Abschnitte des elektrischen Heizelements und des Thermoelements kreuzen oder überschneiden. Auf diese Weise kann die Temperatur der Wärmeleithülse sehr präzise überwacht werden.
Eine andere Weiterbildung einer solchen Düsenheizung, die aber auch für sich genommen eine unabhängige Möglichkeit zur Lösung der oben genannten Problemstellung darstellt, besteht darin, dass das elektrische Heizelement einen Abschnitt aufweist, der in die Nut des Wärmeleitkörpers eingelegt ist und durch einen anderen Abschnitt desselben oder eines anderen elektrischen Heizelements überwickelt ist.
Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn der in die Nut des Wärmeleitkörpers eingelegte Abschnitt des elektrischen Heizelements im Wesentlichen parallel zur Einführrichtung der zu beheizenden Düse verläuft, die sich aus dem Verlauf der Öffnung im Wärmeleitkörper, in die diese eingeführt wird, ergibt und daher unmittelbar aus der Düsenheizung ersichtlich ist.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das elektrische Heizelement einen in einer ersten Wickelrichtung auf den Wärmeleitkörper gewickelten Abschnitt aufweist und einen entgegen der ersten Richtung auf den Wärmeleitkörper gewickelten Abschnitt aufweist und wenn der in die Nut des Wärmeleitkörpers eingelegte Abschnitt des elektrischen Heizelements zwischen dem in der ersten Wickelrichtung gewickelten und dem entgegen der ersten Wickelrichtung gewickelten Abschnitt des elektrischen Heizelements liegt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das elektrische in einer abgewickelten Darstellung im Wesentlichen U-förmig ist, wobei insbesondere auch eine Form, bei der die Seitenabschnitte dieses „U“ nicht parallel zueinander, sondern vom Verbindungsabschnitt ausgehend aufeinander zu laufen, als U-förmig im Sinne dieser Beschreibung anzusehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die konkrete Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
1a: einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
1b: eine erste Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 1a gewickeltes elektrisches Heizelement beschreibt;
1c: eine zweite Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 1a gewickeltes elektrisches Heizelement beschreibt;
1d: eine Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 1a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
1e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 1d;
2a: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
2b: eine erste Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 2a gewickeltes elektrisches Heizelement beschreibt;
2c: eine zweite Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 2a gewickeltes elektrisches Heizelement beschreibt;
2d: eine Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 2a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
2e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 2d;
3a: einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
3b: eine erste Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 3a gewickeltes elektrisches Heizelement und ein daran angeordnetes Thermoelement beschreiben;
3c: eine zweite Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 3a gewickeltes elektrisches Heizelement und ein daran angeordnetes Thermoelement beschreiben;
3d: eine Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 3a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
3e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 3d;
4a: einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
4b: eine erste Ansicht der Raumkurve, die eine auf den Wärmeleitkörper gemäß 4a gewickelte elektrisches Heizelement beschreibt;
4c: eine zweite Ansicht der Raumkurve, die eine auf den Wärmeleitkörper gemäß 4a gewickelte elektrisches Heizelement beschreibt;
4d: eine Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 4a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
4e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 4d;
5a: einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
5b: eine Ansicht der Raumkurve, die ein auf den Wärmeleitkörper gemäß 5a gewickeltes elektrisches Heizelement beschreibt;
5c: eine erste Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 5a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
5d: eine zweite Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 5a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement, betrachtet aus der der Ansicht gemäß 5a entgegengesetzten Richtung;
5e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 5c und 5d;
6a: einen Querschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in einem mit zwei elektrischen Heizelementen bewickelten Zustand;
6b: eine Ansicht der Raumkurve, die die auf den Wärmeleitkörper gemäß 6a gewickelten elektrischen Heizelemente beschreiben;
6c: eine erste Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 6a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
6d: eine zweite Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 6a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement, betrachtet aus der der Ansicht gemäß 5a entgegengesetzten Richtung;
6e: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 6c und 6d;
7a: einen Querschnitt durch eine siebte Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
7b: eine erste Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 7a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
7c: eine zweite Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 7a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
7d: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 7b und 7c;
7e: den bewickelten Wärmeleitkörper der Düsenheizung gemäß 7b und 7c in abgerolltem Zustand,
7f: einen Querschnitt durch den abgerollten bewickelten Wärmeleitkörper gemäß 7e;
8a: einen Querschnitt durch eine achte Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers in bewickeltem Zustand;
8b: eine erste Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 8a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
8c: eine zweite Ansicht einer Düsenheizung mit einem in 8a dargestellten Wärmeleitkörper mit darauf gewickeltem elektrischen Heizelement;
8d: einen Querschnitt durch die Düsenheizung gemäß 8b und 8c;
8e: den bewickelten Wärmeleitkörper der Düsenheizung gemäß 8b und 8c in abgerolltem Zustand,
8f: einen Querschnitt durch den abgerollten bewickelten Wärmeleitkörper gemäß 8e;
9a: eine Detaildarstellung einer ersten möglichen Ausgestaltung eines Bereichs eines bewickelten Wärmeleitkörpers, in dem sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen;
9b: eine Detaildarstellung einer zweiten möglichen Ausgestaltung eines Bereichs eines bewickelten Wärmeleitkörpers, in dem sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen; und
9c: eine Detaildarstellung einer möglichen Ausgestaltung des Nutquerschnitts mit in der Nut angeordnetem elektrischen Heizelement.
In den Figuren sind um die Übersichtlichkeit nicht zu gefährden teilweise nicht alle Bezugszeichen einer Ausführungsform in alle diese Ausführungsform betreffenden Figuren eingezeichnet. Sie ergeben sich für den Betrachter aber zwanglos aus der Zusammenschau der Figuren.
1a zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmeleitkörpers 110 mit im Wesentlichen zylindersymmetrischer Grundform, wobei der Querschnitt entlang einer Ebene, in der die Zylinderachse A und ein zu dieser parallel verlaufender erster Abschnitt 111 einer in den Wärmeleitkörper 110 eingebrachten Nut liegen, verläuft. In den ersten Abschnitt 111 der Nut eingebracht ist ein erster Abschnitt 121 eines elektrischen Heizelements 120, das insbesondere als Rohrwendelpatrone ausgeführt sein kann. Der Wärmeleitkörper 110 weist ferner ein koaxial zur Zylinderachse A ausgerichtete, ebenfalls zylindrische Öffnung 119 zur Aufnahme des zu beheizenden Gegenstands, insbesondere einer zu beheizenden Düse, die beispielsweise zu einer Spritzgießmaschine gehören kann, auf.
Wie man besonders gut an den Darstellungen der Raumkurve, die das in die Nut des Wärmeleitkörpers 110 eingelegte elektrischen Heizelement 120 beschreibt (die mit einer Darstellung des elektrischen Heizelements 120 ohne den Wärmeleitkörper übereinstimmt), gemäß den 1b und 1c erkennt, ist das elektrische Heizelement 120 an beiden Enden seines ersten Abschnitts 121 um etwa 90 Grad gebogen und geht in Abschnitte 122, 123 des elektrischen Heizelements 120 über, die jeweils mit vier Wendeln 122a–d bzw. 123a–d spiralförmig nach innen, also in Richtung auf das andere Ende des ersten Abschnitts 121 hin, gewendelt sind und dann jeweils im mittleren Bereich des Wärmeleitkörpers 110 in einen sich in tangentialer Richtung zu diesem erstreckenden Anschlussabschnitt 124, 125 über gehen, der über Verbindungselemente 131, 132 mit Stromversorgungsleitungen 133, 134 verbunden sind. Betrachtet man die vom elektrischen Heizelement 120 beschriebene Raumkurve im abgewickelten Zustand, erhält man somit einen im Wesentlichen U-förmigen Verlauf, bei dem allerdings die seitlichen Schenkel des U aufeinander zu laufen.
Dementsprechend weist das elektrische Heizelement 120 mit dem Abschnitt 121 einen Abschnitt auf, der in die Nut des Wärmeleitkörpers 110, nämlich deren ersten Abschnitt 111 eingelegt ist und durch mindestens einen anderen Abschnitt desselben elektrischen Heizelements 120 überwickelt ist, nämlich durch jede der Wendeln 122a–d und 123a–d, was besonders klar in 1a zu erkennen ist. Dabei verläuft, wie man z.B. der 1e entnimmt, der in die Nut des Wärmeleitkörpers 110 eingelegte Abschnitt 121 des elektrischen Heizelements 120 im Wesentlichen parallel zur Einführrichtung der zu beheizenden Düse, die der Ausrichtung der Achse A entspricht.
Verfolgt man den Verlauf des elektrischen Heizelements 120 ausgehend von seinem Anschlussabschnitt 124, so sind die Wendeln 122a–d in einer ersten Wickelrichtung – nämlich in der Darstellung der 1d linkshändig, d.h. in der Richtung, in die die abgewinkelten Finger der linken Hand zeigen, wenn der Daumen in der Zeichnung nach oben in Richtung auf den Buchstaben A zeigt, auf den Wärmeleitkörper 110 gewickelt und die Wendeln 123a–d rechtshändig, d.h. in der Richtung, in die die abgewinkelten Finger der rechten Hand zeigen, wenn der Daumen in der Zeichnung nach oben in Richtung auf den Buchstaben A zeigt, und somit entgegen der ersten Wickelrichtung auf den Wärmeleitkörper 110 gewickelt und der in den Abschnitt 111 der Nut des Wärmeleitkörpers 110 eingelegte Abschnitt 121 des elektrischen Heizelements liegt zwischen dem in der ersten Wickelrichtung gewickelten und dem entgegen der ersten Wickelrichtung gewickelten Abschnitt des elektrischen Heizelements 120. Da, wie erwähnt, das elektrische Heizelement 120 in die Nut im Wärmeleitkörper 110 eingelegt ist, erkennt man an dieser Darstellung auch, dass die Nut beiden Enden ihres ersten Abschnitts 111 um etwa 90 Grad gebogen ist und sich dann jeweils in vier Wendeln 112a–d bzw. 113a–d spiralförmig nach innen, also in Richtung auf das andere Ende des ersten Abschnitts 111 hin, fortsetzt. Wie man insbesondere in der Schnittdarstellung der 1e erkennt, ist die Tiefe der Nut im Bereich der Wendeln 112a–112d bzw. 113a–113d geringer als in ihrem ersten Abschnitt 111, den sie kreuzen, so dass die Nut des Wärmeleitkörpers 110 einen ersten Abschnitt 111 aufweisen und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt 111 und der zweite Abschnitt an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts von der Tiefe des zweiten Abschnitts unterscheidet.
In dieser Ausführungsform ermöglicht die größere Tiefe des ersten Abschnitts 111 der Nut eine Verankerung des Abschnitts 121 des elektrischen Heizelements, das dann nach Einlegen in diesen Abschnitt der Nut mit beiden sich daran anschließenden Abschnitten gleichzeitig in den weiteren Verlauf der Nut eingewendelt werden kann.
Die in den 2a bis 2e dargestellte Ausführungsform einer Düsenheizung 200 mit Wärmeleitkörper 210 unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus von der Düsenheizung 100 lediglich im Hinblick auf die Geometrie des Wärmeleitkörpers 210, weshalb nachfolgend nicht gesondert beschriebene Komponenten der Düsenheizung 200 mit Bezugszeichen, die sich durch Addition von hundert zu den Bezugszeichen der entsprechenden Komponenten der Düsenheizung 100 mit Wärmeleitkörper 110 ergeben, in den 1a bis 1e gekennzeichnet sind, deren Beschreibung mit entsprechenden Anpassungen auf die 2a bis 2e übertragbar ist, sofern sich nachstehend nichts anderes ergibt.
Wie man besonders gut in den Figuren, die Querschnitte durch den Wärmeleitkörper 210 zeigen, also insbesondere den 2a und 2e, erkennt, zeichnet sich der Wärmeleitkörper 210 dadurch aus, dass er eine zylindrische Öffnung 219 zur Aufnahme des zu beheizenden Gegenstands aufweist, die im Gegensatz zur Öffnung 119 der ersten Ausführungsform nicht koaxial zur Achse A ausgerichtet ist, sondern eine parallel zu dieser Achse A verlaufende, aber relativ zu dieser verschobene Zylinderachse A‘ aufweist. Daraus ergibt sich dann, dass der Wärmeleitkörper 210 unterschiedliche Wandstärken aufweist, was insbesondere genutzt werden kann, um die größere Gesamttiefe der Nut relativ zum Außenradius des Wärmeleitkörpers 210 in den Bereichen, in denen sich Abschnitte der Nut kreuzen, zu ermöglichen, ohne den Wärmeleitkörper 210 überall mit einer größeren Wandstärke zu versehen.
Die in den 3a bis 3e dargestellte Ausführungsform einer Düsenheizung 300 mit Wärmeleitkörper 310 unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus von der Düsenheizung 100 lediglich dadurch, dass zusätzlich ein Thermoelement 340 vorhanden ist, welches in eine separate Nut 318 eingelegt ist, die ebenfalls von den gewendelten Abschnitten 312a–312d gekreuzt wird und eine größere Tiefe aufweist. Auch die Nut 318 könnte also einen ersten Abschnitt im Sinne der Ansprüche darstellen.
Ansonsten sind die Komponenten der Düsenheizung 300 mit Bezugszeichen, die sich durch Addition von zweihundert zu den Bezugszeichen, mit denen die entsprechenden Komponenten der Düsenheizung 100 mit Wärmeleitkörper 110 in den 1a bis 1e gekennzeichnet sind ergeben, versehen, deren Beschreibung mit entsprechenden Anpassungen auf die 3a bis 3e übertragbar ist.
Die in den 4a bis 4e dargestellte Ausführungsform einer Düsenheizung 400 mit Wärmeleitkörper 410 unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus von der Düsenheizung 100 lediglich dadurch, dass die erste Nut, welche den ersten Abschnitt 411 aufweist, in eine zweite Nut 440 übergeht, welche sich ringförmig fast über die gesamte axiale Ausdehnung des Wärmeleitkörpers ausdehnt. Diese Nut 440, die weniger tief und breiter ist als der erste Abschnitt 411 und diesen kreuzt, ist so breit, dass mehre mehrere Abschnitte des elektrischen Heizelements 420 nebeneinander eingelegt werden können.
Ansonsten sind die Komponenten der Düsenheizung 400 mit Bezugszeichen, die sich durch Addition von dreihundert zu den Bezugszeichen, mit denen die entsprechenden Komponenten der Düsenheizung 100 mit Wärmeleitkörper 110 in den 1a bis 1e gekennzeichnet sind ergeben, versehen, deren Beschreibung mit entsprechenden Anpassungen auf die 4a bis 4e übertragbar ist.
Die in den 5a bis 5e dargestellte Ausführungsform einer Düsenheizung 500 mit Wärmeleitkörper 510 unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus von der Düsenheizung 100 mit Wärmeleitkörper 110 dadurch, durch die Formgebung der in ihn eingearbeiteten Nutstruktur und die resultierende Wicklung des elektrischen Heizelements 520. Im ersten Abschnitt der Nut umgreift ein Abschnitt 521 des elektrischen Heizelements 520 einen zentralen Vorsprung 518 des Wärmeleitkörpers 510, der einen ersten Abschnitt 511 der Nut, der im Wesentlichen ringförmig mit fast halber axialer Ausdehnung des Wärmeleitkörpers 510 verläuft, von einem dritten Abschnitt 513 der Nut, der dem ersten Abschnitt 511 in axialer Richtung des Wärmeleitkörpers 510 im gegenüberliegend ebenfalls im Wesentlichen ringförmig mit fast halber axialer Ausdehnung des Wärmeleitkörpers 510 verläuft. Ein zweiter Abschnitt 512 der Nut erstreckt sich mit geringerer Tiefe ringförmig im Wesentlichen über die gesamte axiale Ausdehnung des Wärmeleitkörpers 510 hinweg.
Diese Anordnung erlaubt die Verankerung des elektrischen Heizelements 520 mit dem Abschnitt 521 am zentralen Vorsprung 519 und eine anschließende mehrlagige Wicklung des elektrischen Heizelements, was die einfache Herstellung einer Düsenheizung 500 mit extrem hoher Heizleistung ermöglicht.
Die in den 6a bis 6e dargestellte Ausführungsform einer Düsenheizung 600 mit Wärmeleitkörper 610 unterscheidet sich hinsichtlich ihres Aufbaus von der Düsenheizung 400 mit Wärmeleitkörper 410 lediglich dadurch, auch der Abschnitt 611 der ersten Nut so breit ist, dass Abschnitte 621, 661 mehrerer elektrischer Heizelemente 620, 660 nebeneinander eingelegt werden können. Dadurch können in diesem ersten Abschnitt 611 Mittelabschnitte der elektrischen Heizelemente 620, 660 verankert und ausgehend von dieser Verankerung gemeinsam gewickelt werden, um eine Düsenheizung 600 mit mehreren Heizstufen auf einfachste Weise bereitzustellen.
Ansonsten sind die Komponenten der Düsenheizung 600 mit Bezugszeichen, die sich durch Addition von fünfhundert zu den Bezugszeichen, mit denen die entsprechenden Komponenten der Düsenheizung 100 mit Wärmeleitkörper 110 in den 1a bis 1e gekennzeichnet sind ergeben, versehen, deren Beschreibung mit entsprechenden Anpassungen auf die 6a bis 6e übertragbar ist.
Bei der Düsenheizung 700 gemäß der siebten Ausführungsform, die in den 7a bis 7f dargestellt ist, ist ein elektrisches Heizelement 720 in eine Nut eingelegt, deren Verlauf sich am einfachsten anhand der abgerollten Darstellung gemäß 7e nachvollziehen lässt. Ein erster Abschnitt 711 einer Nut verläuft in axialer Richtung mäandrierend, während ein zweiter Abschnitt 712 der Nut, der weniger tief als der erste Abschnitt 711 ist und diese mehrfach kreuzt, in Umfangsrichtung des Wärmeleitkörpers 710 mäandrierend verläuft. Ferner sind ein Übergangsabschnitt 713, der den ersten Abschnitt 711 und den zweiten Abschnitt 712 der Nut verbindet und den Niveauunterschied zwischen deren Böden ausgleicht und Zufuhrabschnitte 714, 715, in denen das elektrische Heizelement 720 zum ersten Abschnitt 711 bzw. zum zweiten Abschnitt 712 der Nut geführt werden, vorhanden.
Die Düsenheizung 800, die in den 8a bis 8f dargestellt ist, unterscheidet sich von der Düsenheizung 700 nur insofern, als eine zusätzliche Nut 830 vorhanden ist, in der ein Thermoelement 840 geführt ist und die den zweiten Abschnitt 812 der Nut ebenfalls kreuzt.
Ansonsten sind die Komponenten der Düsenheizung 800 mit Bezugszeichen, mit Bezugszeichen, die sich durch Addition von einhundert zu den Bezugszeichen, mit denen die entsprechenden Komponenten der Düsenheizung 700 mit Wärmeleitkörper 710 in den 7a bis 7f gekennzeichnet sind ergeben, versehen, deren Beschreibung mit entsprechenden Anpassungen auf die 8a bis 8f übertragbar ist.
9a zeigt eine Detaildarstellung einer ersten möglichen Ausgestaltung eines Bereichs eines bewickelten Wärmeleitkörpers 900, in dem sich der erste Abschnitt 911 und der zweite Abschnitt 912 einer Nut, jeweils mit eingelegtem elektrischen Heizelement 920, das hier als Rohrwendelpatrone mit Heizdrahtwendel 921, Rohrmantel 922 und in der Zeichnung nicht dargestellter Isolierstofffüllung, kreuzen. Im Kreuzungsbereich weist der zweite Abschnitt 912 der Nut eine Durchbrechung in ihrem Boden auf, so dass die Rohrmäntel 922 der entsprechenden Abschnitte der Rohrwendelpatrone in direktem Kontakt zueinander stehen.
Im Gegensatz dazu ist bei der Ausgestaltung gemäß 9b bei ansonsten gleichem und insoweit mit gleichen Bezugszeichen versehenem Aufbau auch im Kreuzungsbereich der Boden 913 des zweiten Abschnitts vorhanden, so dass ein direkter Kontakt von Rohrmänteln 922 vermieden wird.
Wie 9c zeigt, kann es vorteilhaft sein, wenn das elektrische Heizelement 930 in eine Nut 940, deren Seitenwände 941, 942 nicht senkrecht zum Boden 943 der Nut, sondern leicht nach innen geneigt, so dass die Breite B der Nut 940 an der Oberseite etwas geringer ist als die Breite B‘ der Nut 940 im Bereich ihres Bodens 943, oder mit anderen Worten gesagt, dass die Nut 940 einen Hinterschnitt aufweist.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800: Düsenheizung
110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810: Wärmeleitkörper
111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911: erster Abschnitt
112a–d, 113a–d, 212a–d, 213a–3, 312a–d, 313a–d: Wendeln
119, 219, 319, 419, 519, 619, 719, 819: zylindrische Öffnung
120, 220, 320, 420, 520, 620, 660, 720, 820, 920: elektrisches Heizelement
121, 221, 321, 421: erster Abschnitt
122, 123, 222, 223, 322, 323, 422, 423, 521: Abschnitt
122a–d, 123a–d, 222a–d, 223a–d, 322a–d, 323a–d, 422a–d, 423a–d: Wendeln
124, 125, 224, 225, 324, 325, 424, 425, 524, 525,624, 625, 724, 725, 824, 825: Anschlussabschnitt
131, 132, 231, 232, 331, 332, 431, 432, 531, 532, 631, 632, 731, 732, 831, 832: Verbindungselemente
133, 134, 233, 234, 333, 334, 433, 434, 533, 534, 633, 634, 733, 734, 833, 834: Stromversorgungsleitung
318: Nut
340, 840: Thermoelement
440: Nut
512, 712, 912: zweiter Abschnitt
513: dritter Abschnitt
518: zentraler Vorsprung
713: Übergangsabschnitt
714, 715: Zufuhrabschnitt
830: Nut
921: Heizdrahtwendel
922: Rohrmantel
913, 943: Boden
940: Nut
941, 942: Seitenwände
A, A‘: Zylinderachse
B, B‘: Breite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1051059 B1 [0004]
DE 202009011904 U1 [0004]
EP 2177388 B1 [0004]
DE 102013013127 A1 [0004, 0009]

Claims

Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) für eine Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800), wobei der Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) eine Nut mit einem Boden (913, 943) oder mehrere Nuten mit einem Boden (913, 943) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Nut oder die mehreren Nuten einen ersten Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) aufweisen und einen zweiten Abschnitt (512, 712, 912) aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) von der Tiefe des zweiten Abschnitts (512, 712, 912) unterscheidet.
Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Stellen, an denen sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) kreuzen oder überschneiden, der Boden (913, 943) des an dieser Stelle weniger tiefen Abschnitts durchbrochen ist.
Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt einer Nut oder mindestens eine Nut im Vergleich zu einem anderen Abschnitt der Nut oder zu einer anderen Nut eine andere Breite aufweist.
Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Nut, der eine andere Breite aufweist eine größere Breite aufweist, so dass in den Abschnitt der Nut, der die größere Breite aufweist, mehrere Abschnitte eines elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) oder mehrere elektrische Heizelemente (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) nebeneinander eingelegt werden können.
Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt der Nut, der eine andere Breite aufweist, eine kleinere Breite aufweist, so dass in dem Abschnitt der Nut, der die kleiner Breite aufweist, ein Abschnitte eines elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) festgeklemmt, insbesondere unter Zugspannung festgeklemmt, werden kann.
Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt der Nut einen Hinterschnitt aufweist.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) mit einem Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810), der eine Nut mit einem Boden (913, 943) oder mehrere Nuten mit einem Boden (913, 943) aufweist und mit mindestens einem zumindestens abschnittsweise in der Nut oder einer der Nuten verlaufenden elektrischen Heizelement (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920), dadurch gekennzeichnet, dass die eine Nut oder die mehreren Nuten einen ersten Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) aufweisen und einen zweiten Abschnitt (512, 712, 912) aufweisen, wobei sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) an mindestens einer Stelle kreuzen oder überschneiden und wobei zumindest an den Stellen, an denen sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) kreuzen, sich die Tiefe des ersten Abschnitts (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) von der Tiefe des zweiten Abschnitts (512, 712, 912) unterscheidet.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an Stellen, an denen sich der erste Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) und der zweite Abschnitt (512, 712, 912) kreuzen oder überschneiden, der Boden (913, 943) des an dieser Stelle weniger tiefen Abschnitts durchbrochen ist.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) der Nut und in dem zweiten Abschnitt (512, 712, 912) der Nut jeweils ein Abschnitt eines elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) angeordnet ist, so dass sich diese Abschnitte des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) kreuzen oder überschneiden.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nuten vorhanden sind, dass in dem an einer ersten Nut befindlichen ersten Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711, 811, 911) der Nut ein Abschnitt des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) angeordnet ist und dass in dem an einer zweiten Nut befindlichen zweiten Abschnitt (512, 712, 912) der Nut ein Abschnitt eines Thermoelements (340, 840) angeordnet ist, so dass sich diese Abschnitte des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) und des Thermoelements (340, 840) kreuzen oder überschneiden.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 7 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) einen Abschnitt (121, 221, 321, 421, 521, 621) aufweist, der in einen Abschnitt der Nut des Wärmeleitkörpers (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) eingelegt ist und durch mindestens einen anderen Abschnitt desselben oder eines anderen elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) überwickelt ist.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Abschnitt (111, 211, 311, 411, 611) der Nut des Wärmeleitkörpers (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) eingelegte Abschnitt (121, 221, 321, 421, 521, 621) des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) im Wesentlichen parallel zur Einführrichtung der zu beheizenden Düse verläuft.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) einen in einer ersten Wickelrichtung auf den Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) gewickelten Abschnitt (122a–d, 222a–d, 322a–d, 422a–d) aufweist und einen entgegen der ersten Wickelrichtung auf den Wärmeleitkörper (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) gewickelten Abschnitt (123a–d, 223a–d, 343a–d, 423a–d) aufweist und dass der in den Abschnitt (111, 211, 311, 411, 511, 611) der Nut des Wärmeleitkörpers (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810) eingelegte Abschnitt (121, 221, 321, 421, 521, 621) des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) zwischen dem in der ersten Wickelrichtung gewickelten und dem entgegen der ersten Wickelrichtung gewickelten Abschnitt des elektrischen Heizelements (120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) liegt.
Düsenheizung (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) in einer abgewickelten Darstellung im Wesentlichen U-förmig ist.