DE3017559C2

DE3017559C2 - Beheizungs- und Kühlelement

Info

Publication number: DE3017559C2
Application number: DE3017559A
Authority: DE
Inventors: Peter 4955 Hille Walther
Original assignee: Gottfried Joos Maschinenfabrik & Co 7293 Pfalzgrafenweiler De GmbH
Current assignee: Gottfried Joos Maschinenfabrik & Co 7293 Pfalzgrafenweiler De GmbH
Priority date: 1980-05-08
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1984-07-05
Also published as: AT375036B; ZA813097B; DE3017559A1; ATA193481A

Description

Die Erfindung betrifft ein Beheizungs- und Kühlelement für Formungs-, Härtungs-, Vulkanisierungs- und dgl. Arbeitsprozesse mit einer einseitig wahlweise beheiz- und kühlbaren Arbeitsfläche und zwei senkrecht zur Richtung der Arbeitsfläche liegenden, der Kühlung bzw. der Beheizung dienenden Bereichen, von denen einer durch eine den anHeren Bereich durchdringenden Wärmebrücke thermisch mit der Arbeitsfläche gekoppelt ist, wobei der Heizbereich durch elektrische Widerstandselemente direkt beheizbar und der Kühlbcreich durch ein strömungsfähiges Kühlmedium bcaufschlagbar ist.

Es sind bereits Beheizungs- und Kühlclcniente bekannt (FR 8 94 040). die eine Arbeitsflache und ein der Arbeitsfläche benachbartes Kühlsystem aulweisen, das abwechselnd von einem heißen oder einem kalten strömungsfähigen Medium beaufschlagbat ist, je nachdem, ob die Arbeitsfläche beheizt oder gekühlt werden soll. Ein solches wahlweise von einem heißen oder einem kalten strömungsfähigen Medium beaufschlagbares Kühlsystem arbeitet zwangsläufig verhältnismäßig träge und vor allem mit hohen Wärmeverlusten.

Aus der FR-PS 8 94 040 sind Preßplatten für Vulkanisierprcssen od. dgl. bekannt, die durch elektrische Widerstandselemente beheizbar und durch ein strömungsfähige'i Kühlmedium kühlbar sind. Diese Platten sind ίο jeweils so aufgebaut, daß unter einer die Arbeitsfläche aufweisenden Platte der Heizbereich und darunter der Kühlbcreich angeordnet ist, wobei der Heizbereich jeweils aus einer massiven Platte besteht, die mit Nuten versehen ist, in denen Heizdrähte verlaufen und der Kühlbcreich aus einer ebenfalls massiven Platte, die mit miteinander kommunizierenden Bohrungen versehen ist, die Durchflußkanäle für ein strömungsfähiges Kühlmedium bilden. Diese Preßplatten weisen jedoch jeweils aufbaubedingte Nachteile auf: Zum einen sind sie wegen der Bohrungen für das Kühlmedium sehr aufwendig und teuer in ihrer Herstellung. Zum anderen treten bei diesen Preßplatten wegen der massiven Ausbildung der Platten, insbesondere der die Wärmebrücken bildenden Platte, bei Aufheizung und Abkühlung Thermospannungen auf, die eine Verwerfung der darüber angeordneten, die Arbeitsfläche aufweisenden Platte zur Folge haben. Bei Aufheizung und Abkühlung können hier also Verbiegupgcn der Arbeitsplatte auftreten, die sich vor allem während des Betriebes dauernd ändern, so daß sie in der Formgebung nicht vorher berücksichtigt werden können. Schließlich arbeiten die aus der FR-PS 8 94 040 bekannten Prcßplatten zwangsläufig — weil bei ihnen der Kühlbercich unter dem Heizbereich angeordnet ist — bei Abkühlung sehr träge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beheizungs- und Kühlelement zu schaffen, das einfach in seinem Aufbau und problemlos in seiner Hersteilung ist, rasch von Heizung auf Kühlung bzw. von Kühlung auf Heizung umschaltbar ist und zudem energiesparend arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Beheizung!;- und Kühlelement der eingangs beschriebenen Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kühlbercich aus nebeneinander angeordneten, aus ein- V-, /einen Rohren gebildeten Kühlkanälen und dazwischen angeordneten gesonderten Metallstegen besteht und an die Arbeitsfläche anschließt, und daß der Heizbereich an die gesonderten Metallstege, die die den Kühlbereich durchdringenden Wärmebrücken bilden, anschließt. Ein so ausgebildetes Beheizungs- und Kühlelement ist sehr einfach und kostengünstig in seinem Aufbau. Bei ihm treten auch keine Thermospannungen auf, die zu einer Verformung der die Arbeitsfläche aufweisenden Platte führen könnten, da die unter dieser Platte angeordneten Elemente (die vorzugsweise aus Vierkant-Rohren gefertigten Kühlkanäle und die als Wärmebrükken dienenden Metallstege) sich ohne Behinderung in ihrer Funktion geringfügig gegeneinander und gegenüber der Arbeits- und Heizplatte verschieben, d. h. sich bo unabhängig voneinander ausdehnen oder zusammenziehen können, ohne daß hierdurch Undichtigkeiten auftreten könnten. Bei dem erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlclement bildet der Kühlbereich, der die Wiirmebrücken enthält, also keine zusammenhängende, h^r> sich bei Temperalurdiffcren/cn verbiegende Platte. Er ist vielmehr in Einzelelemente aufgeteilt, die keine Verwerfungstendenz erzeugen. Das erfindungsgemäße Behcizungs- und Kühlelcmenl behält also beim Aufheizen

und Abkühlen die gewünschte Form, bleibt also beispielsweise eben. Mit dem erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelement läßt sich zudem sehr rasch und Uiiter Vermeidung unnötiger Energieverluste von Heizung auf Kühlung umschalten, da die Kühlung hier direkt einwirkt, was bei vielen Arbeitsvorgängen sehr wichtig ist

Im Heizbereich des erfindungsgemäßen Behei/ungsuiid Kühlelementes kann eine metallene Heizplatte vorgesehen sein, die wenigstens einen Kanal aufweist, in dem ein isolierter Heizdraht angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelementes sind statt einer solchen Heizplatte mehrere Einzelplatten und eine Heizplatten-Abdeckplatte vorgesehen, wobei die Einzelplatten mit der Lagerung des Heizdrahtes dienenden Nuten versehen sind.

Die Arbeitsfläche des erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelementes sind vorzugsweise an einer gut leitenden, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Arbeitsplatte vorgesehen. Beiderseits des Heizbereiches kann eine dünne Messing-Folie vorgesehen sein, worauf in der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelementes noch gesondert hingewiesen werden wird. Die Dicke dieser Messing-Folie beträgt vorzugsweise 0,2 mm.

Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelementes, die schematisch einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Beheizungs- und Kühlelement zeigt, anhand der Zeichnung erörtert.

Das in der Zeichnung dargestellte Beheizungs- und Kühlelement ist sandwichartig aus mehreren Schichten zusammengesetzt.

Die oberste Schicht wird von einer Arbeitsplatte 1 gebildet, die, wie in der Zeichnung dargestellt, eine beiderseits ebene Platte sein kann. In Abhängigkeit vom Verwendungszweck kann die Oberseite dieser Arbeitsplatte jedoch auch profiliert, z. B. gewellt ausgebildet sein. An die Unterseite der Arbeitsplatte 1 schließt sich ein mehrschichtiger Kühlbereich 2 und an diesen wiederum ein ebenfalls mehrschichtiger Heizbereich 3 an.

Der Kühlbereich 2 besteht aus mehreren, miteinander kommunizierenden Stahlrohren 4, die einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Zwischen diesen Stahlrohren 4 sind massive Metallstege 5 angeordnet, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen. Die aus den Stahlrohren 4 und den Metallstegen 5 bestehende Einheil ist beidseitig mit einer dünnen Messing-Folie 6 belegt, deren Dicke vorzugsweise 0,2 mm beträgt.

Der Heizbereich 3 besteht bei der dargestellten Ausführungsform des Beheizungs- und Kühlelementes aus zwei Heizplatten 7, einer Heizplatten-Abdeckplatte 8 und einer Isolierschicht 9. Die Heizplatten 7 weisen in der dargestellten Ausführungsform abdeckplatlenseitig offene Nuten 10 auf, die jeweils der Lagerung eines Heizdrahtes 11 dienen, der von einem Glasfaser-Isoliermantel 12 umgeben ist.

Soll die Arbeitsplatte 1 beheizt werden, so ist der eine und/oder der andere der beiden Heizdrähte unter Strom zu setzen. Dies führt zu einer raschen Erwärmung der beiden Heizplatten 7, der unteren Messingfolie 6, der Metallstege 5, der oberen Messingfolie 6 und schließlich zur gewünschten Erwärmung der Arbcits-SoIl die Arbeitsplatte 1 gekühlt werden, so ist zunächst die Stromzufuhr zu dem einen und/oder dem anderen der beiden Heizdrähte 11 zu unterbrechen. Wird jetzt durch die Stahlrohre 4 ein strömungsfähiges Kühlmedium, beispielsweise Leitungswasser geleitet, so führt dies >.u einer raschen Abkühlung der Rohrwandungen, der zwischen den Rohren 4 befindlichen Metallstege 5, der über den Rohren 4 und den Metallstegen 5 vorgesehenen Messing-Folie 6 und schließlich der darüber befindlichen Arbeitsplatte 1. Sind Zwischentemperaturen oder ein gleitender langsamer Übergang zwischen Heizung und Kühlung erwünscht, so ist dies ohne weiteres möglich, da die Zufuhr von Kühlmedium zum Kühlbereich 2 unabhängig von der Stromzuführung zum Heizbereich 3 geregelt werden kann.

Daß der Heizbereich 2 beidseitig von einer dünnen Messing-Folie 6 begrenzt ist, hat den Vorteil, daß die Arbeitsplatte 1, der Kühlbereich 2 und der Heizbereich 3 unabhängig von temperaturabhängigen Formänderungen des Nachbarbereiches sind, so daß eine Ausdehnung des Heizbereiches 3 nicht zwangsläufig eine entsprechende Ausdehnung des Kühlbereiches 2 oder der Arbeitsplatte 1 zur Folge hat. Das Beheizungs- und Kühlelement ist also keinen temperaturabhängigen Formänderungen ausgesetzt, was seine Funktionsfähigkeit und Lebensdauer erhöht.

1st ein rascher Übergang von Kühlung auf Beheizung erwünscht, so ist dies beim erfindungsgemäßen Beheizungs- und Kühlelement durch rasches Entleeren der Kühlrohre 4 — beispielsweise durch Ausblasen — möglich.

Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit der Heizplatten 7, der Stege 5 und der Arbeitsplatte 1 brauchen beim Beheizungs- und Kühlelement die Heizdrähte 11 nie

J5 höheren Belastungen ausgesetzt zu werden. Die vorzugsweise aus NlCR bestehenden, und damit bis zu 1100⁰C belastbaren Heizdrähte 11 verbleiben vielmehr stets in einem relativ niedrigen Temperaturbereich von maximal etwa 500⁰C, was ihre Lebensdauer erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Beheizungs- und Kühlelement für Formungs-, Härtungs-, Vulkanisierungs- u. dgl. Arbeitsprozesse mit einer einseitig wahlweise beheiz- und kühlbaren Arbeitsfläche und zwei senkrecht zur Richtung der Arbeitsfläche liegenden, der Kühlung bzw. der Beheizung dienenden Bereichen, von denen einer durch eine den anderen Bereich durchdringenden Wärmebrücke thermisch mit der Arbeitsfläche gekoppelt ist, wobei der Heizbereich durch elektrische Widerstandselemente direkt beheizbar und der Kühlbereich durch ein strömungsfähiges Kühlmedium beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbereich (2) pus nebeneinander angeordneten, aus einze'nen Rohren gebildeten Kühlkanälen (4) und dazwischen angeordneten gesonderten Metallstegen (5) besteht und an die Arbeitsfläche anschließt, und daß der Heizbereich (3) an die gesonderten Metallstege, die die den Kühlbereich (2) durchdringenden Wärmebrücken bilden, anschließt.

2. Beheizungs- und Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizbereich (3) eine metallene, vorzugsweise aus Aluminium bestehende Heizplatte vorgesehen ist, die wenigstens einen Kanal aufweist, in dem ein isolierter Heizdraht angeordnet ist.

3. Beheizungs- und Kühlelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte aus mehreren Einzelplatten (7) und einer Heizplattenabdeckplatte (8) besteht, wobei die Einzelplatten (7) mit der Lagerung des Heizdrahtes (11) dienenden Nuten (10) versehen sind.

4. Beheizungs- und Kühlelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche an einer gut leitenden, vorzugsweise aus Aluminium bestehenden Arbeitsplatte (1) vorgesehen ist.

5. Beheizungs- und Kühlelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbereich (2) beidseitig mit einer dünnen Messingfolie (6) belegt ist.

6. Beheizungs- und Kühlelemcni nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre Vierkantrohre sind.