DE2347090C3

DE2347090C3 - Anordnung eines Widerstands-Heizelements in einer Bohrung eines zu beheizenden Werkstücks

Info

Publication number: DE2347090C3
Application number: DE2347090A
Authority: DE
Inventors: Heinz Emmerichs; Otto Heuel
Original assignee: Hasco Normalien Hasenclever GmbH and Co
Current assignee: Hasco Hasenclever GmbH and Co KG
Priority date: 1973-09-19
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1979-01-04
Also published as: AT333909B; DE2347090A1; US3927301A; FR2244323B1; DE2347090B2; CH573697A5; ATA696274A; BE820019A; JPS5077944A; SE7411413L; FR2244323A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines Widerstands-Heizelements, insbesondere einer Heizpatrone, in einer Bohrung eines /u beheizenden vollwandigen Werkstücks, vornehmlich einer Form zur Verarbeitung von Kunststoffen, wobei das Heizelement mit einem, einen Widerstands-Heizdraht aufnehmenden Mantel, mit Stromzuführungsmitieln und einem, lose drehbar auf einem äußeren Bund des Heizelements angeordneten Mutterteil mit Außengewinde versehen ist, welcher mit einem Innengewindeabschnitt in einem äußeren Bereich der Bohrung des Werkstücks zusam menwirkt.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (US-PS 35-!5P). Sie bedient sich der guten Eigenschaften einer Metall-I.cgierung. die den Zwischenraum zwi sehen Heizelement und Bohrung ausfüllt und — in erhitztem Zustand verflüssigt — die geforderten Wärmeübertragungseigenschaften sichersiellen soll Das Heizelement selbst sowie auch die Bohrung des Werkstücks sind zylindrisch. Zum Amplalzehallen des Heizelements dient als Mutlerteil eine Stopfbuchse, die das Metallpulver über einen Dichtring einschließt. Gegenüber dem Heizelement läßt sich das Mutterteil in radialer und axialer Richtung bewegen.

Bei der bekannten Anordnung wird es als nachteilig empfunden, daß zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs zwischen Heizelement und Werkstück ein besonderes wärmeleitendes Medium, z. B. eine Metalllegierung, benötigt wird Hierdurch werden Einbau und Austausch der Heizpatrone erheblich erschwert.

Es ist ferner bekannt (US-PS 34 12 231), zur Beheizung eines vollwandigen Werkstücks ein stabförmiges Heizelement zu verwenden, welches mittels eines Adapters in die Bohrung des Werkstücks eingesetzt ist.

Dieser Adapter weist innen zur Verbindung mtt dem Heizelement eine zylindrische Bohrung auf, während sein Außenmantel konisch gestaltet ist, um mit einer gleichfalls konischen Bohrung des Werkstücks zusammenzuwirken. Damit diese bekannte Anordnung funktionsfähig ist, muß der verwendete Adapter entlang seines Mantels geschlitzt sein. Dies führt im Betrieb in der Regel zu einem Luftspalt und dadurch bedingt zu zum Teil erheblichen Wärmeverlusten. Auch sind Montage und Demontage der bekannten Anordnung umständlich und mühsam.

Schließlich ist eine Heizelementanordnung bekannt. (DE-AS 2! 26 984), die zwar ohne Adapter und ohne besondere wärmeleitende Medien funktionsfähig ist, bei der jedoch nicht ein stabiörmiges Heizelement in der Bohrung eines vollwandigen Werkstücks einsteckt. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein Rohrheizkörper vorgesehen, dessen Isolierstoffschichten durch Eintreiben eines konusförrwigen Doms verfestigt werden. Dieser Dorn kann in einer möglicher Ausführung auch eine Lötkolbenspitze mit konischem Schaft sein. Der Schaft der Lötkolbenspitze dient zum Verdichten des Keramik-Formkörpers des Heizelements zur Steigerung der Wärmcübertragungsleistung innerhalb des Heizelements selbst. Die Erfindung bezieht sich jedoch

^s'< auf ein Heizelement, bei dem üblicherweise das Keramikmaterial unbeeinflußbar von einem Mantel abgekapselt ist.

Ausgehend vom Stande der Technik der eingangs geschilderten Gattung liegt der Erfindung die Aufgabe

•Ό zugrunde, die Anordnung eines Fleiielements in der Bohrung eines zu beheizenden vullwandigen Werkstücks dahingehend zu verbessern, uaß mit einfachen Mitteln, insbesondere ohne Verwendung besonderer wärmeleitender Medien, ein optimaler Wärmeübergang zwischen Heizelement und Werkstück gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der

Mantel des Heizelements wenigstens an seinem Aiißenumfang und die Wandung der Bohrung konisch ausgebildet sind und daß der Mutterleil als gegenüber dem Mantel axial fixierte Überwurfmutter ausgeführt ist.

Dadurch, daß der Mantel des Heizelements und der zugehörigen Bohrung konisch gestaltet sind, ist es möglich, durch sattes Anliegen der I lcizclemcntmantcl

^w fläche an der Bohrungsmantelfläche iedes toleranzbe dingte Finbaiispicl auszusihallen, ohne daß exaktere Ferligiingssorgfalt erforderlich ist. Der kegelige Mantel des Heizelements kann beim Einbau so dicht an der Innenmantelflächc der konisihen Bohrung anliegen.daß zwischen den Flachen lediglich die Oberflächen Rauh tiefe vorhanden ist. wobei jedoch beim ["mbaiiVorgang Materialspitzen zum Teil abgerieben bzw. abgequetscht werden, Durch den möglichen sehr engen Kontakt zwischen Heizelement und Bohrung ist der Wärmeüber-

^fiS gärig vom Fleizclefnerit zum Werkstück hervorragend, obgleich besondere wärmeleitende Medien, Adapter od. dgl. nicht benötigt werden. Zufolge des optimierten Wärmeübergangs wird jedoch nicht nur der Wirkungs-

grad des Heizelements nachhaltig verbessert, sondern es wird auch eine wesentlich höhere Lebensdauer des Heizelements erzielt. Ferner werden Einbau und Ausbau des Heizelements erleichtert, weil beim Einbau der im Durchmesser kleineren Heizelementspitze ein relativ größerer Einschubquerschnitt der konischen Bohrung zur Verfügung steht. Gleichzeitig wirkt die konische Bohrung als selbsttätige Führung beim Einschieben des Heizelements. Gleichermaßen günstig gestaltet sich eir etwaiger Ausbau, da eine nur geringe Axialbewegung ausreicht, um den Mantel des Heizelements von den Wänden der Bohrung zu lösen.

Die axiale Fixierung d^: Mjtterteils gegenüber dem Mantel des Heizelements bewirkt die Aufrechterhaltung des gewünschten engen Kontakts der Benihrungsflächen von Heizelement und Werkstückbohrung, während die Ausbildung des Mutterteils als Überwurfmutter während ihres Verdrehens eine lediglieh axial gerichtete — und somit schonende — Bewegung des Heizelements ermöglicht.

Es ist wesentlich, daß der Außenumfang des Mantels des !ici/clerricnts konisch verläuft, jedoch bleibt es dem Einzelfall überlassen, ob dabei die Wandstinke des Mantels konstanten Querschnitt aufweist, so daß auch der innere Hohlraum des Heizelements kegelig bzw. konisch ist, oder ob der innere Hohlraum zylindrisch ausgebildet ist, so daß der Mantelquerschnitt /ur Spitze hin geringfügig abnimmt. Je nach Anwendung und Leistungserfordernis des Heizelements kann die eine oder die andere Möglichkeit ausschlaggebend für die anzuwendende Gestaltung sein.

Vorteilhafte Möglichkeiten der Anordnung und Zuordnung von Überwurfmutter und Heizelement sind in den Unteransprüehen gekennzeichnet und bei den nachfolgenden Erläuterungen verschiedener Ausführungen nach der Erfindung näher beschrieben. Mögliche Ausführungen sind im übrigen in den Zeichnungen dargestellt; in ihnen zeigt

Fig. 1 eine im wesentlichen schematische Darstellung der Anordnung eines Heizelements in der Bohrung eines vollwanuigen Werkstücks,

F i g. 2 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene Darstellung eines als Heizpatrone ausgebildeten Heizelements.

Fig. i eine Schnittdarstellung des Endbereichs eines Heizelements mit aufgesetzter Überwurfmutter in vergrößertem Maßstab gemäß einem ersten Ausführungsbc'spiel und

F i g. 4 eine Darstellung gemäß F i g. 5 eines /weiten Ausfuhrungsbeispiels.

Das Widerstands! Ici/eiement 10. üblicherweise als Heizpatrone bezeichnet, weist einen mit kapselndem Mantel 11 versehenen Schaft auf, der wenigstens an seinem Außenumfang 12 konisch verläuft, indem der Durchmesser des Mantels U von der Befestigungsseite zur Spitze hin stetig zunimmt. Die Heizpatrone ist in einer Bohrung 13 eines Werkstücks 29 aufgenommen, wobei diese Bohrung Π gleichfalls und in gleichem Maße kegelig bzw. konisch ausgebildet ist wie der Hci/patronenmantel 11.

Versuche haben gezeigt, daß eine Konizität von Heizpatronenmantel 11 und Werkstückbohrung 13 mit einem Normkegel von 1 :50 ausreicht, um die gewünschten Vorteile zu erzielen. Dieser Normkegel 1 :50 ist beispielsweise auch für Paßstifte üblich, so daß zur Bearbeitung der Heizpatrone 10 und der Bohrung 13 gängige Werkzeuge verwendet werden können. In der kegeligen Bohrung 13 wiiüdie Heizpatrone 10 mittels

einer Überwurfmutter 14 gehalten. Dies ist schematisch in F i g. 1 dargestellt.

In Fig.2 sind zusätzlich die Zuleitungen 15 zur Stromversorgung der Heizpatrone 10 dargestellt. Ferner zeigt Fig.2 den konischen Mantel 11, der sich bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch auszeichnet, daß seine Wandstärke zur Spitze der Heizpatrone 10 hin geringfügig abnimmt. Dadurch erhält der im Inneren der Heizpatrone freibleibende Raum zylindrischen Querschnitt. Es ist jedoch genauso gut möglich, dem Mantel 11 eine überall gleiche Wandstärke zu geben, so daß auch die Innenbohrung konisch wird. Diese beiden Möglichkeiten werden sich je nach den vorliegenden speziellen Anforderungen mit Vorteil anwenden lassen.

Die zur Erzeugung der Heizenergie vorgesehene Heizdraht-Wendel 16 ist ebenfalls in F i g. 2 schematisch dargestellt. Auffallend ist die Anordnung der Wendel, deren Dichte im Mittelbereich der Heizpatrone 10 am geringsten ist und zu den Enden der Heizpatrone hin zunimmt. Hierdurch wird eine die Steigerung der Leistungsdichte und der Lebensdauer rdernde Gleieh-VCrtcilung der riciZcncfgic libci die L^'ijiSaChSc dct Heizpatrone bewirkt.

Weiterhin ist aus F i g. 2 die Überwurfmutter 14 ersichtlich, die einen Bund 17 zur Handhabung aufweist und über ?inen mit Außengewinde 18 versehenen Schaft 19 verfügt. Die Überwurfmutter 14 umgibt mit ihrer gldttflächigen Innenseite 20 den in diesem Bereich ebenfalls glattflächigen und zylindrischen Bund 21 der Heizpatrone 10. Zwischen der Überwui'mutter 14 und dem Bund 21 der Heizpatrone ist ein Spiel belassen, wodurch Fluchtfehler zwischen der Gewindebohrung und der konischen Bohrung des Werkstücks ausgeglichen werden können und die Mutter gegenüber der Heizpatrone frei verdreht werden kann.

F i g. 3 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab eine erste Möglichkeit der Verbindung /wischen der Überwurfmutter 14 und der Heizpatrone 10. Zunächst ist im Endbereich der Heizpatrone 10 und -ugle: Ή im Endbereich des Schaftes 19 der Überwurfmutter 14 ein Sprengring 22 vorgesehen. Dieser Sprengring 22 liegt in eine Eindrehung 23 des Heizpatronenschaftes 19. Der Sprengring 22 bildet so eine nach außen überstehende Wulst, an welcher sich die Überwurfmutter 14 mittels eines eingearbeiteten Ringbundes 24 abstützt. Beim Einsetzen der Heizpatrone 10 in eine Bonrung Ii wird der von der Hinschraubbewegung erzeugte Axialdruck über den Sprengring 22 übertragen Ks ergibt sich hierdurch eine exakte Führung und eine besondere Reibungsarmut

Um die Überwurfmutter 14 unverlierbar am Bund 21 der Heizpatrone 10 /u halten, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ein weiterer Spreng ring 25 vorgesehen. Dieser Sprengring 25 sitzt ebenfalls in einer Findrehung 26. die sich im äußeren Bereich des Bundes 21 b/w Sdoftes 19 befindet. Wdh-end der Sprengring 25 etwa /ur Hälfte in die Eindrehung 26 einschnappt, bilde' seine andere Hälfte ein Widerlager für einen äußeren Ringbund 27 der Überwurfmutter 14. Da der Sprengring 25 lösbar ist. ist es möglich, die Üherwurfmutler 14 ohne weiteres gegen eine andere auszutauschen, wenn dies erforderlich ist.

In Fig.4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer unverlierbaren Halterung der Überwurfmutter 14 dargestellt. Hier ist der äußere Endbereich des Heizpatronenmantels 11 zu einem Wulstrand 28 yerforml, der in den äußeren Ringbund 27 der Überwurfmutter 14 eingreift und so die Überwurfmut-

ter 14 am Platze hall. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus, es ist hierbei in der Regel jedoch nicht ohne weiteres möglich, die Verbindung zwischen Überwurfmutter 14 und Heizpatrone 10 zu lösen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung eines Widerstands-Heizelements, insbesondere einer Heizpatrone, in einer Bohrung eines zu beheizenden vollwandigen Werkstücks, vornehmlich einer Form zur Verarbeitung von Kunststoffen, wobei das Heizelement mit einem, einen Widerstands-Heizdraht aufnehmenden Mantel, mit Stromzuführungsmitteln und einem, lose drehDar auf einem äußeren Bund des Heizelements angeordneten Mutterteil mit Außengewinde versehen ist, welcher mit einem Innengewindeabschnitt in einem äußeren Bereich der Bohrung des Werkstücks zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (11) wenigstens an seinem Außenumfang und die Wandung der Bohrung (13) konisch ausgebildet sind und daß der Mutterteil (14) als gegenüber dem Mantel (11) axial fixierte Überwurfmutter ausgeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwurfmutter (14) im Bereich, ihres der Bohrung (13) zugewandten Endes auf einem Sprengring (22) abgestützt ist, welcher zwischen einer Ausdrehung (23) im Bund (21) des Heizelements (10) und einer Ausdrehung (24) der Überwurfmutter (14) gelagert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren Endbereich des Mantels (11) ein Sprengring (2j) vorgesehen ist, der einerseits in einer Ausdrehung (26) im Bund (21) des Heizelements (10) gelagert ist und sich andererseits an einem Ringbund (27) der Überwurfmutter (14) abstützt.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel _tll) des Heizelements (10) im äußeren Endbereich einen umgebördelten Wulstrand (28) aufweist, der sich an einem Ringbund (27) der Überwurfmutter (14) abstüt/t.