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Die Erfindung betrifft eine Rohrwendelpatrone. Rohrwendelpatronen sind elektrische Heizvorrichtungen, bei denen mindestens ein Heizleiter im Inneren eines umformbaren Metallmantels angeordnet und durch eine Isolierschicht, die z.B. aus Magnesiumoxid bestehen kann, von diesem Metallmantel getrennt ist.
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Ein Anwendungsfeld, auf dem Rohrwendelpatronen verbreitet verwendet werden, sind Düsenheizungen, wie sie z.B. bei Spritzgussmaschinen zum Einsatz kommen. Dabei wird durch die Formgebung der Rohrwendelpatrone die lokale Heizleistung an die jeweiligen Erfordernisse an einer gegebenen Stelle der Spritzgussdüse angepasst, beispielsweise dadurch, dass sie in eine Nut mit vorgegebener Form eingepasst oder eingewendelt wird, die entweder direkt auf der Spritzgussdüse oder auf einem auf diese aufschiebbaren Wärmeleitkörper angeordnet ist. Um auch ausgefeilte Temperaturprofile realisieren zu können, muss man Rohrwendelpatronen bereitstellen, die sich gut verformen lassen. Allerdings erweist sich diese gute Verformbarkeit, die die Herstellung der Düsenheizung vereinfacht, unter Betriebsbedingungen oft als nachteilig, weil sich zeigt, dass diese Eigenschaft insbesondere in Bereichen, in denen nur wenige Wendeln nebeneinander liegen zu Problemen bei der Wärmeabnahme führt, weil kein hinreichend inniger Kontakt zwischen Rohrwendelpatrone und Spritzgussdüse oder Wärmeleitkörper erreicht wird oder dieser innige Kontakt auf lange Sicht im Betrieb verloren gehen kann, so dass das ursprünglich gewünschte Temperaturprofil nicht mehr realisiert werden kann oder die Rohrwendelpatrone durch unzureichende Wärmeabfuhr in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht daher darin, eine Rohrwendelpatrone bereitzustellen, die gut verformbar ist, bei der aber zugleich auch der innige Kontakt zwischen Rohrwendelpatrone und Spritzgussdüse oder Wärmeleitkörper von Anfang an mit maximalem Anpressdruck hergestellt werden kann und langfristig gewährleistet bleibt.
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Dieses Problem wird gelöst durch eine Rohrwendelpatrone mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Rohrwendelpatrone weist mindestens einen Heizleiter auf, der im Innenvolumen eines rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist und von diesem elektrisch isoliert ist, was beispielsweise durch eine Einbettung in einen elektrisch nicht leitenden, aber vorzugsweise gut wärmeleitendes Material, z.B. MgO, erfolgt. Dabei weist die die Rohrwendelpatrone ferner mindestens einen beheizten Bereich auf, in dem der Heizleiter gewendelt ist.
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Erfindungswesentlich ist, dass innerhalb des beheizten Bereiches der Rohrwendelpatrone die Rohrwendelpatrone mindestens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, die eine voneinander unterschiedliche Elastizität und/oder eine voneinander unterschiedliche Biegesteifigkeit und/oder eine voneinander unterschiedliche Torsionssteifigkeit haben, so dass unterschiedliche Biegekräfte beim Verformen der Rohrwendelpatrone erforderlich sind. Damit kann dann lokal die nötige Verformbarkeit gewährleistet werden, während zugleich ein guter und inniger thermischer Kontakt der Rohrwendelpatrone gewährleistet wird.
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Eine bevorzugte Möglichkeit dies zu realisieren besteht darin, dass im ersten Abschnitt und im zweiten Abschnitt der Rohrwendelpatrone der Metallmantel eine unterschiedliche Dicke und/ oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung hat. Alternativ oder zusätzlich ist es aber natürlich auch möglich, eine Variation dieser Eigenschaften durch Anpassung des inneren Aufbaus der Rohrwendelpatrone zu erreichen, z.B. durch Anpassung von Geometrie und/oder Material des Heizleiters, durch Anpassung von Eigenschaften des verwendeten Isoliermaterials, mit dem der Innenraum des rohrförmigen Metallmantels zur Isolierung zwischen rohrförmigem Metallmantel und Heizleiter gefüllt wird oder durch Vorsehen geeigneter Verstärkungselemente im Inneren des rohrförmigen Metallmantels.
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Eine in ihrer Umsetzung besonders einfache Möglichkeit zur Realisierung derartiger Eigenschaftsvariationen des rohrförmigen Metallmantels der Rohrwendelpatrone besteht darin, dass der Metallmantel in mindestens einem Abschnitt der Rohrwendelpatrone durch ein zusätzliches Rohr verstärkt ist, um eine unterschiedliche Dicke des Metallmantels zu realisieren. Durch Verwendung eines zusätzlichen Rohrs, das aus einem anderen Material als der Metallmantel gefertigt ist, können dabei auch die Materialzusammensetzung und damit die Materialeigenschaften angepasst werden.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Abschnitt der Rohrwendelpatrone, welcher die höchste Verformbarkeit oder Elastizität und/oder die geringste Biegesteifigkeit und/oder die geringste Torsionssteifigkeit aufweist, vorzugsweise im bodenseitigen Endbereich des Metallmantels der Rohrwendelpatrone liegt, also in dem Endbereich, der am weitesten von den Anschlüssen des Heizleiters entfernt ist und in dem typischerweise ein Umlenkpunkt des Heizleiters liegt.
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Umgekehrt hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abschnitt der Rohrwendelpatrone, welcher die geringste Verformbarkeit oder Elastizität und/oder die höchste Biegesteifigkeit und/oder die höchste Torsionssteifigkeit aufweist im anschlussseitigen Endbereich des Metallmantels der Rohrwendelpatrone liegt.
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Je nach Konstruktion kann der Abschnitt der Rohrwendelpatrone, welcher die höchste Verformbarkeit oder Elastizität und/oder die geringste Biegesteifigkeit und/oder die geringste Torsionssteifigkeit aufweist aber auch vorteilhaft an anderen Stellen der Rohrwendelpatrone positioniert sein. Beispielsweise kommt es auch vor, dass eine Rohrwendelpatrone mit beidseitigen Anschlüssen verwendet wird, die dann so um 180° umgeformt wird, dass sie in ihrer Mitte einen Umkehrpunkt bildet, von dem ausgehend dann die beiden von diesem Umkehrpunkt ausgehenden Abschnitte der Rohrwendelpatrone parallel zueinander eingewendelt werden. In diesem Fall ist der Abschnitt der Rohrwendelpatrone, welcher die höchste Verformbarkeit oder Elastizität und/oder die geringste Biegesteifigkeit aufweist, vorzugsweise im Mittelabschnitt des Metallmantels der Rohrwendelpatrone angeordnet.
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Um höheren Aufwand bei der Einbringung der Nuten in die Spritzdüse oder den Wärmeleitkörper zu vermeiden ist es bevorzugt, dass der erste Abschnitt der Rohrwendelpatrone und der zweite Abschnitt der Rohrwendelpatrone im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweisen, da dadurch lediglich eine Nut mit einheitlichem Querschnitt in den Wärmeleitkörper eingeschnitten werden muss. Allerdings ist darauf hinzuweisen, dass es zweckmäßig sein kann, einen um einige zehntel mm abweichende Querschnitt vorzusehen, da dann der Abschnitt mit dem größeren Querschnitt immer noch in eine Nut mit einheitlichem Querschnitt eingewendelt werden kann, dort aber dann stärker fixiert bzw. stabilisiert ist, was wiederum dem innigen Kontakt zwischen Rohrwendelpatrone und Spritzgussdüse oder Wärmeleitkörper zuträglich sein kann.
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Versuche haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Abschnitt der Rohrwendelpatrone, welcher die höhere Elastizität und/oder die geringere Biegesteifigkeit aufweist, stärker verdichtet ist. Dabei ist insbesondere bevorzugt,
- • wenn im stärker verdichteten Abschnitt der Rohrwendelpatrone der Querschnitt des Heizleiters größer ist als in mindestens einem anderen Abschnitt,
- • wenn im stärker verdichteten Abschnitt der Rohrwendelpatrone eine Wendelsteigung der Wendeln des gewendelten Heizleiters größer ist als in mindestens einem anderen Abschnitt der Rohrwendelpatrone,
- • wenn im stärker verdichteten Abschnitt der Rohrwendelpatrone eine Wendelsteigung der Wendeln des gewendelten Heizleiters größer ist als in mindestens einem anderen Abschnitt der Rohrwendelpatrone,
- • wenn im stärker verdichteten Abschnitt der Rohrwendelpatrone der ohmsche Widerstand des Heizleiters geringer ist als in mindestens einem anderen Abschnitt der Rohrwendelpatrone, und/oder
- • wenn im stärker verdichteten Abschnitt der Rohrwendelpatrone der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser der Heizwendeln kleiner ist als in mindestens einem anderen Abschnitt der Rohrwendelpatrone.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren, die bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
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1a: Eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Rohrwendelpatrone, die eine erste Auswirkung des erfindungsgemäßen Aufbaus veranschaulicht,
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1b: eine Darstellung der Reaktion einer Rohrwendelpatrone auf eine radial wirkende Kraft, die eine zweite Auswirkung des erfindungsgemäßen Aufbaus veranschaulicht,
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2: eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rohrwendelpatrone mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt,
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3: eine Ausschnittsvergrößerung einer Seitenansicht der Rohrwendelpatrone aus 2 als Querschnittsdarstellung, aus der Unterschiede des Aufbaus des ersten und des zweiten Abschnitts besonders gut hervorgehen, und
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4: das Ausführungsbeispiel der Rohrwendelpatrone aus 2 in der Anwendungssituation.
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1a zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Rohrwendelpatrone 1, deren bodenseitiger Abschnitt einen ersten Abschnitt 2 bildet, der eine geringere Biegesteifigkeit und höhere Elastizität aufweist als der vom anschlussseitige Abschnitt gebildete zweite Abschnitt 3. Die Auswirkung dieser besonderen Eigenschaft ist anhand der strichliert dargestellten Verformung der Rohrwendelpatrone bei Wirkung einer jeweils durch einen Pfeil repräsentierten Biegekraft F, die z.B. jeweils 100N betragen kann, jeweils auf das bodenseitige bzw. anschlussseitige Ende der Rohrwendelpatrone 1. Wegen der geringeren Biegesteifigkeit und höheren Elastizität wird der bodenseitige Abschnitt 2 stärker verformt als der anschlussseitige Abschnitt 3, was sich darin niederschlägt, dass die in der Figur dargestellte Auslenkstrecke a1 größer ist als die in der Figur dargestellte Auslenkstrecke a2. Bei gleicher wirkender Kraft wird also der bodenseitige erste Abschnitt 2 stärker verformt als der anschlussseitige zweite Abschnitt 3.
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1b veranschaulicht, wie die an einer Spritzgussdüse 1000 angeordnete, wie im Zusammenhang mit 1a beschrieben aufgebaute Rohrwendelpatrone 1 im Vergleich zu einer Rohrwendelpatrone 1001 nach dem Stand der Technik, die über ihre gesamte Länge hinweg dem Aufbau des Abschnitts 2 der Rohrwendelpatrone 1a entspricht, auf eine radial wirkende Kraft F reagiert, wobei die Situation bei wirkender Kraft jeweils strichliert dargestellt ist. Die Rohrwendelpatrone 1 federt erkennbar weniger stark auf als die Rohrwendelpatrone 1001, was sich vorteilhaft auf die langfristige Qualität der Wärmeabnahme von der Rohrwendelpatrone 1 auswirkt.
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Ein detaillierter beschriebenes Ausführungsbeispiel einer Rohwendelpatrone 10 zeigen die 2, die die Rohrwendelpatrone 10 partiell geöffnet zeigt, und 3, die eine Ausschnittsvergrößerung der 2, aber in Querschnittsdarstellung zeigt. Die Rohrwendelpatrone 10 weist einen rohrförmigen Metallmantel 11 und einen gewendelten Heizleiter 12 auf, der einen bodenseitigen Umkehrpunkt 13 hat und anschlussseitig über Anschlussdrähte 14 mit einer Stromversorgung verbunden werden kann. Der Bereich der Rohrwendelpatrone 10, in dem der Heizleiter 12 gewendelt verläuft, definiert den beheizten Bereich 18 der Rohrwendelpatrone 10.
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Auf den rohrförmigen Metallmantel 11 ist abschnittsweise, genauer auf den Abschnitt, der die elektrische Verbindung zu den Anschlussdrähten 14 aufweist, der Metallmantel um ein zweites, zusätzliches Rohr 15 ergänzt, das auf den rohrförmigen Metallmantels 11 aufgeschoben ist. Das zusätzliche Rohr 15 kann aus einem anderen Material bestehen kann als der rohrförmige Metallmantel 11.
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Dementsprechend weist die Rohrwendelpatrone 10 einen ersten Abschnitt 16 auf, in dem die Elastizität größer und/oder die Biegesteifigkeit kleiner ist als in einem durch den Abschnitt, über den sich das zweite Rohr 15 erstreckt gebildeten zweiten Abschnitt 17. Natürlich kann dieser Effekt auch erreicht werden, indem der rohrförmige Metallmantel 11 durch Zusammenfügen von zwei Rohren aus unterschiedlichem Material und/oder mit unterschiedlicher Stärke der Rohrwand zusammengesetzt wird.
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Wie man besonders deutlich in der Ausschnittsvergrößerung gemäß 3 erkennt, ist der Außendurchmesser A1 des ersten Abschnitts 16 im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser A2 des zweiten Abschnitts 17, während der Grad der Verdichtung des Füllmaterials im anschlussseitigen zweiten Abschnitt 17, der die kleinere Elastizität und/oder die größere Biegesteifigkeit aufweist, höher ist, was seinerseits zu einer größeren Biegesteifigkeit beiträgt.
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Weitere wesentliche Unterschiede zwischen dem ersten Abschnitt 16 und dem zweiten Abschnitt 17 erkennt man, wenn man in 3 die geometrischen Eigenschaften des Anteils 12a des gewendelten Heizleiters 12, der im ersten Abschnitt 16 mit der höheren Elastizität und/oder geringeren Biegesteifigkeit liegt, mit den geometrischen Eigenschaften des Anteils 12b des gewendelten Heizleiters 12, der im zweiten Abschnitt 17 mit der geringeren Elastizität und/oder geringeren Biegesteifigkeit liegt vergleicht. Man erkennt insbesondere,
- • dass der Anteil 12a des Heizleiters 12 einen geringeren Durchmesser bzw. Querschnitt d1 aufweist als den Durchmesser bzw. Querschnitt d2 des Anteils 12b,
- • dass der Anteil 12a des Heizleiters 12 eine geringere Wendelsteigung h1 aufweist als die Wendelsteigung h2 des Anteils 12b, und
- • dass der Anteil 12a des Heizleiters 12 einen größeren Wendeldurchmesser D1 aufweist als den Wendeldurchmesser D2 des Anteils 12b.
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Zusätzlich ist der ohmsche Widerstand im Abschnitt 12b des Heizleiters 12, also im anschlussseitigen zweiten Abschnitt 17 der Rohrwendelpatrone 10, geringer als im Abschnitt 12a des Heizleiters 12.
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4 zeigt die Rohrwendelpatrone 10 in auf einen Wärmeleitkörper 100 einer Spritzgussdüse 1000 eingewendeltem Zustand. Wie man erkennt, ist in der Nähe der Düsenspitze, wo die Rohrwendelpatrone 10 relativ eng gewendelt ist, der erste, leichter verformbare Abschnitt 16 angeordnet und in dem Bereich, in dem die Wendeln weiter voneinander beabstandet sind der Abschnitt 17, der wegen seiner gegenüber dem Abschnitt 16 modifizierten Elastizität, Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit schwerer verformbar ist und deshalb trotz allem einen innigen Kontakt zwischen Wärmeleitkörper 100 und Rohrwendelpatrone 10 garantiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 10
- Rohrwendelpatrone
- 2, 16
- erster Abschnitt
- 3, 17
- zweiter Abschnitt
- 11
- Metallmantel
- 12
- Heizleiter
- 12a, 12b
- Anteil (des Heizleiters)
- 13
- Umkehrpunkt
- 14
- Anschlussdraht
- 15
- zusätzliches Rohr
- 18
- beheizter Bereich
- 100
- Wärmeleitkörper
- 1000
- Spritzgussdüse
- 1001
- Rohrwendelpatrone (Stand der Technik)
- a1, a2
- Auslenkstrecke
- A1, A2
- Außendurchmesser
- d1, d2
- Durchmesser
- D1, D2
- Wendeldurchmesser
- h1, h2
- Wendelsteigung
