DE19743774A1 - Elektrische Heizpatrone zur Beheizung eines Siegelkopfes zum Heißsiegeln - Google Patents

Elektrische Heizpatrone zur Beheizung eines Siegelkopfes zum Heißsiegeln

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizpatrone zur Beheizung eines Siegelkopfes zum Heißsiegeln oder verschweißen von heißsiegelfähigen oder schweißbaren Materialien, insbesondere Kunststoffen, mit einem Mantelteil, das insbesondere säure- und korrosionsfest ist, einem im Mantelteil elektrisch diesem gegenüber isoliert angeordneten Heizelement mit Heizleitern sowie einem im Mantel angeordneten Thermoelement, wobei das Thermoelement mit seinen isolierten Leiterdrähten zwischen dem Innenmantel des Mantelteils und dem Heizelement angeordnet ist, die Leiterdrähte an der Mündung der Heizpatrone austreten und mit Anschlußmitteln verbindbar sind und das Mantelteil eine Lochung aufweist, in die die abisolierten, miteinander leitend verbundenen Enden der Leiterdrähte des Thermoelementes hineinragen, vorzugsweise bis zur Umfangsflucht des Außenmantels, oder auch darüber hinaus ragen und mit dem Außenmantel verschweißt oder verlötet sind, wobei die Lochung und der in diesem Bereich befindliche Meßpunkt des Thermoelementes auf der Seite des Mantels liegen, die mit dem zu beheizenden Siegelkopf in direktem Berührungskontakt steht.
Derartige Heizpatronen sind im Stand der Technik bekannt. Eine bekannte Ausführungsform ist beispiels­ weise nach Art einer Ringöse geformt, wobei der eine Schenkel der Heizpatrone dann axial von diesem Ring abgeht. Dieser Bereich ist als Anschluß ausgebildet, so daß in diesem Bereich die Anschlußkontakte für die elektrische Zuleitung, den Schutzleiter und das Thermoelement angebracht werden können. Der eigentliche Ring des Patronenelementes ist in einen Siegelkopf eingesetzt, der eine der Ringform entsprechende Aufnahmekontur für die Heizpatrone aufweist. Der Siegelkopf kann beispielsweise zum Verschweißen eines Kunststoffdeckels mit einem Kunststoffbecher benutzt werden. Derartige elektrische Heizpatronen weisen gemäß Stand der Technik einen Mantel aus Edelstahl auf. In dem Mantel ist ein Thermoelement bis in den Bereich der beheizten Zone der Heizpatrone geführt und außenseitig am Mantel der Patrone ist die Meßstelle des Thermoelementes angelötet. Auf diese Weise ist eine Temperaturmessung möglich. Die Temperaturmessung wird dazu benötigt, die Heizleistung zu regeln, mit der die Heizpatrone beaufschlagt wird. Sofern also die Temperaturmessung nicht ausreichend schnell und genau erfolgt, ist das Ergebnis eine unzureichende Temperatur­ führung, was wiederum im Ergebnis zu einem unbefriedigenden Schweißergebnis führt. Bei zu hohen Temperaturen kommt es zu einer Durchschweißung, so daß das erzeugte Produkt, beispielsweise ein verschlossener Becher oder dergleichen mit darin befindlichem Lebensmittel unbrauchbar ist, oder aber bei zu geringer Aufheizung wird nur eine unzureichende Schweißbefestigung erreicht, so daß das Endprodukt wiederum unbrauchbar ist.
Im Stand der Technik erfolgt die Anordnung des Meßpunktes des Thermoelementes am Mantel beziehungsweise in der Lochung des Mantels in der Weise, daß eine Lötung vorgenommen wird. Hierbei tritt der Effekt ein, daß Flußmittel oder auch Lotwerkstoff in die Isolierung des Heizelementes eindringt. Die Isolierung besteht üblicherweise aus verpreßtem Magnesium-Oxid-Pulver. Durch dieses Eindringen von Lot- beziehungsweise Flußmittel in das Isoliermaterial wird die Lebensdauer der Heizpatrone nachteilig beeinflußt, weil es an dieser Stelle häufig zu Spannungsdurchschlägen und damit zu Kurzschlüssen kommt, so daß die Heizpatrone unbrauchbar ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe eine elektrische Heizpatrone gattungsgemäßer Art zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Mantel mehrschichtig ist, wobei ein innerer Mantel durch ein Metallelement aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, der auf die beheizte Zone des Heizelementes aufgebracht ist und an den sich in der unbeheizten Restzone des Heizelementes ein Mantel aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit anschließt, und wobei ein äußerer Mantel durch ein Rohr aus gut wärmeleitfähigem Werkstoff auf den inneren Mantel aufgebracht ist, und daß das Thermoelement zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel angeordnet ist und mit seinem Meßpunkt in eine Lochung des Außenmantels geführt und mit diesem verlötet oder verschweißt ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung besteht bei einem zweischichtigen inneren Mantel der Patrone der innere Mantel aus zwei Teilstücken, die in Längsrichtung der Patrone hintereinander angeordnet sind, wobei das eine Teilstück aus gut wärmeleitendem Werkstoff besteht und die beheizte Zone des Heizelementes umgibt, während die daran anschließende unbeheizte Zone des Heizelementes, vom Werkstoff aus schlecht wärmeleitendem Material umgeben ist. Das Material kann beispielsweise Kupferpulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit beziehungsweise Magnesium-Oxid-Pulver mit schlechter Wärmeleitfähigkeit sein, wobei diese Materialien beim Aufbau der Heizpatrone verpreßt werden, so daß quasi rohrförmige Elemente aus diesen Bestandteilen gebildet sind. Anstelle dessen ist es auch möglich, den gut wärmeleitendem Bereich durch ein Kupferrohrstück zu bilden, während der schlecht wärmeleitende Bereich durch ein Edelstahlrohrstück gebildet ist. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß kein Flußmittel oder Lot beim Verlöten oder Verschweißen des Meßpunktes des Thermoelementes mit dem Außenmantel in die Isolierung des Heizelementes eindringen kann. Außen ist als korrosionsfester und säurefester Mantel ein Mantel aus gut wärmeleitfähigem Material angeordnet, der beispielsweise durch ein Nickelrohr gebildet sein kann. Durch diesen Aufbau wird zudem eine feinfühlige und schnelle Temperaturübertragung und -erfassung erreicht.
Um die Anordnung und Lageorientierung der elektrischen Leiter des Thermoelementes bei dem Zusammenbau der Heizpatrone einfach vornehmen zu können, ist vorgesehen, daß der innere Mantel eine an der Mündung der Heizpatrone beginnende, sich über den Mantel des schlecht wärmeleitenden Elementes bis in den Mantel des gut wärmeleitenden Metallelementes erstreckende Ausnehmung (Nut) aufweist, in die die isolierten Leiterdrähte des Thermoelementes eingebracht sind, wobei die Lochung des äußeren Mantelteils am innenliegenden Ende der Ausnehmung (Nut) im Bereich des gut wärmeleitenden Elementes angeordnet ist.
Die isolierten Leiterdrähte können damit einfach in den entsprechenden Nuten eingeschoben werden und an der Lochung des Außenmantels herausgeführt und verlötet werden.
Besonders bevorzugt ist zudem vorgesehen, daß zwischen das innere Mantelteil und das Heizelement ein weiteres Mantelteil aus gut wärmeleitendem Werkstoff, insbesondere Nickel oder auch Kupfer, eingefügt ist, wobei vorzugsweise die Ausnehmung des inneren Mantelteils als das Mantelteil durchsetzender Schlitz ausgebildet ist, so daß der Schlitz radial innen durch das weitere Mantelteil und radial außen durch das äußere Mantelteil abgedeckt ist.
Sofern das innere Mantelteil als Ausnehmung einen das Mantelteil durchsetzenden Schlitz aufweist, ist vorzugsweise noch das weitere innenliegende Mantelteil vorgesehen, um zu verhindern, daß Flußmittel oder Lot durch den Schlitz in die Isolierung des Heizelementes gelangen und eindringen kann.
In an sich bekannter Weise ist vorgesehen, daß die Heizpatrone zu einer offenen Ringform geformt ist, von der das Anschlußende axial abragt.
Gemäß der Erfindung besteht der Innenmantel der Patrone aus einem Nickelrohr, auf das in der beheizten Zone ein Kupferrohr aufgebracht ist. In der unbeheizten Restzone ist ein Edelstahlrohr angeordnet. Außen ist ein weiteres Nickelrohr aufgeschoben. Der Temperaturfühler ist in den durchgehenden Schlitz des Edelstahlrohres und den nur über eine teilweise Länge des Kupferrohres reichenden Schlitz eingeführt und dann im Bereich der beheizten Zone nach radial außen geführt, und zwar in dem Bereich, in dem die Heizpatrone an dem zu beheizenden Siegelkopf anliegt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine gute Reduzierung und Verpressung der Heizpatrone bei deren Fertigung ermöglicht ist. Üblicherweise werden solche Heizpatronen vorgefertigt und dann anschließend im Durchmesser reduziert, um eine gute Wärmeleitung von den Heizleitern über den umgebenden Isolierstoff und dem Mantel zu erreichen. Der äußere Nickelmantel verhindert eine Korrosion des äußerst gut wärmeleitenden Kupferzwischenmantels, wobei dennoch eine gute Wärmeleitung gewährleistet ist. Der Temperaturmeßpunkt des Thermoelementes liegt in der Fläche des Siegelkopfes, der üblicherweise aus Edelstahl besteht und der auf das zu schweißende Material aufgesetzt wird. Der Temperaturfühler ist damit möglichst nahe an die Mantelaußenfläche geführt, so daß eine äußerst genaue Temperaturerfassung und damit eine Regelung der Temperatur der Heizpatrone ermöglicht ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 + 2 eine elektrische Heizpatrone nach der Erfindung in Seitenansicht und Draufsicht;
Fig. 3 + 4 die Heizpatrone in noch unverformtem Zustand in Ansicht, teilweise geschnitten.
In den Zeichnungen ist eine Heizpatrone 1 zur Beheizung eines Siegelkopfes zum Heißsiegeln oder verschweißen von Materialien gezeigt. Sie besteht aus einem Mantelteil, einem im Mantelteil isoliert angeordneten Heizelement 2 sowie einem im Mantel geführten Thermoelement 3.
Der Mantel ist dreischichtig aufgebaut. Der innere Mantel ist durch den Mantel des Heizelementes 2 gebildet und besteht aus Nickel. In diesem Mantel ist das Isoliermaterial, beispielsweise MgO, sowie die elektrischen Heizleiter angeordnet, wobei die Leiter über die Anschlüsse 3 nach außen geführt sind. Auf den inneren Mantel ist ein Kupferrohr 4 im Bereich der beheizten Zone 5 aufgebracht. Im Bereich der unbeheizten Zone 6 ist axial an dieses Kupferrohr 4 ein Edelstahlrohr 7 angeschlossen. Außen ist ein weiteres Nickelrohr 8 aufgebracht, welches gleichzeitig einen Boden 9 umfaßt. Das Edelstahlrohr 7 weist einen Längsschlitz 10 auf. Ebenso weist das Kupferrohr 4 an diesen Längsschlitz 10 anschließend über einen geringen Teil seiner Länge einen Schlitz 11 auf. In diesen Schlitz sind die isolierten Leiterdrahtes des Thermoelementes 3 eingebracht, wobei diese Leiterdrähte vorzugsweise aus einem innenliegenden elektrischen Leiter bestehen, der mit Keramik ummantelt und wiederum mit einem dünnen Edelstahlmantel umgeben ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch diese Leiter beim Reduzieren und Biegen mitzuformen, wobei die Leiter beim Formungs­ vorgang quasi flachgedrückt werden.
Der Außenmantel 8 weist an der Stelle, an der der Kontaktpunkt 12 des Thermoelementes liegt, eine Lochung auf, so daß die abisolierten Enden (der Meßpunkt 12) des Thermoelementes radial in die Lochung des Mantels 8 hineinragen und gegebenenfalls sogar über die Lochung vorstehen. Das Thermoelement kann auch mit dem äußeren Nickelmantel zum Beispiel verlötet oder verschweißt werden. In der Montagesollage liegt die Lochung, mit dem darin befindlichen Meßpunkt des Thermoelementes auf der Seite der Heizpatrone 1, die in direktem Berührungskontakt mit dem zu beheizenden Siegelkopf steht.
Die Heizpatrone ist ausgehend von der Grundform gemäß Fig. 3 und 4 anschließend zum Beispiel zu einer Ringform geformt, von der das Anschlußende axial abragt, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine äußerst sensible und schnell reagierende Temperaturfühlung erreicht, so daß die Regelung der Heizpatrone und damit eine gleichmäßige Temperaturführung in einfacher Weise realisierbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (7)

1. Elektrische Heizpatrone zur Beheizung eines Siegelkopfes zum Heißsiegeln oder Verschweißen von heißsiegelfähigen oder schweißbaren Materialien, insbesondere Kunststoffen, mit einem Mantelteil, das insbesondere säure- und korrosionsfest ist, einem im Mantelteil elektrisch diesem gegenüber isoliert angeordneten Heizelement mit Heizleitern sowie einem im Mantel angeordneten Thermoelement, wobei das Thermoelement mit seinen isolierten Leiterdrähten zwischen dem Innenmantel des Mantelteils und dem Heizelement angeordnet ist, die Leiterdrähte an der Mündung der Heizpatrone austreten und mit Anschlußmitteln verbindbar sind und das Mantelteil eine Lochung aufweist, in die die abisolierten, miteinander leitend verbundenen Enden der Leiterdrähte des Thermoelementes hineinragen, vorzugsweise bis zur Umfangsflucht des Außenmantels, oder auch darüber hinausragen und mit dem Außenmantel verschweißt oder verlötet sind, wobei die Lochung und der in diesem Bereich befindliche Meßpunkt des Thermoelementes auf der Seite des Mantels liegen, die mit dem zu beheizenden Siegelkopf in direktem Berührungskontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mehrschichtig ist, wobei ein innerer Mantel durch ein Metallelement (z. B. 4) aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist, der auf die beheizte Zone des Heizelementes aufgebracht ist und an den sich in der unbeheizten Restzone des Heizelementes ein Mantel (z. B. 7) aus einem Werkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit anschließt, und wobei ein äußerer Mantel (8) durch ein Rohr aus gut wärmeleitfähigem Werkstoff auf den inneren Mantel aufgebracht ist, und daß das Thermoelement (3) zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel angeordnet ist und mit seinem Meßpunkt (12) in eine Lochung des Außenmantels geführt und mit diesem verlötet oder verschweißt ist.
2. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gut wärmeleitende Metallelement des inneren Mantels (4) durch ein Kupferrohr oder durch verpreßtes Kupferpulver gebildet ist.
3. Elektrische Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schlecht wärmeleitende Element des inneren Mantels (7) aus Magnesium-Oxid-Pulver oder aus einem Edelstahlrohr besteht.
4. Elektrische Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (8) durch ein Nickelrohr mit einem das Patronenende bildenden Boden (9) gebildet ist.
5. Elektrische Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Mantel eine an der Mündung der Heizpatrone (1) beginnende, sich bis in den Mantel (4) des gut wärmeleitenden Metallelementes erstreckende Ausnehmung (Nut) (10, 11) aufweist, in die die isolierten Leiterdrähte des Thermoelementes (3) eingebracht sind, wobei die Lochung des äußeren Mantelteils am innenliegenden Ende der Ausnehmung (Nut) (10, 11) angeordnet ist.
6. Elektrische Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das innere Mantelteil (4, 7) und das Heizelement ein weiteres Mantelteil (2) aus gut wärmeleitendem Werkstoff, insbesondere Nickel oder auch Kupfer, eingefügt ist, wobei vorzugsweise die Ausnehmung (10, 11) des inneren Mantelteils (4, 7) als das Mantelteil durchsetzender Schlitz ausgebildet ist.
7. Elektrische Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizpatrone (1) zu einer offenen Ringform geformt ist, von der das Anschlußende axial abragt.
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