DE3243780A1

DE3243780A1 - Heating body and process for its production

Info

Publication number: DE3243780A1
Application number: DE19823243780
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: WOLFF HANS MARTIN
Current assignee: WOLFF HANS MARTIN
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1984-05-30

Abstract

A heating body for heating hot channel nozzle tips or the like consists of an electrical heating element (1) and a metallic carrier body (2) of sintered metal, in which the heating element (1) is embedded. A metal with good thermal conductivity, for example copper or molybdenum, is used as the sintered metal, and a further metal with high mechanical strength, for example corrosion-resistant steel, can be added to it. <IMAGE>

Description

Heizkörper und Verfahren zu seiner HerstellungRadiator and process for its manufacture

Die Erfindung betrifft einen Heizkörper mit einem elektrischen Heizelement, das in einem metallischen Trägerkörper eingebettet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizkörpers.The invention relates to a radiator with an electrical heating element, which is embedded in a metallic support body, as well as a method for Manufacture of such a radiator.

Heizkörper der hier angesprochenen Art dienen beispielsweise zur Beheizung von Werkzeugen und anderen Bauteilen bei der Verarbeitung termoplastischer Kunststoffe. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Beheizung von Heißkanal-Düsenspitzen.Radiators of the type discussed here are used, for example, for heating of tools and other components in the processing of thermoplastic plastics. An important area of application is the heating of hot runner nozzle tips.

Die für die Beheizung notwendigen Energie wird durch elektrische Heizelemente aufgebracht. Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß die Heizenergie durch die elektrischen Heizelemente in einem begrenzten Bereich konzentriert zugeführt wird, daß jedoch im allgemeinen eine gleichmäßige Beheizung des zubeheizenden Körpers erforderlich ist.The energy required for heating is provided by electrical heating elements upset. A particular difficulty arises from the fact that the heating energy concentrated by the electrical heating elements in a limited area is that, however, in general, a uniform heating of the body to be heated is required.

Um eine möglichst verlustarme Übertragung der Heizenergie zu erreichen, werden die Heizelemente im allgemeinen so gut und fest wie möglich mit dem zu beheizenden Körper verbunden, beispielsweise durch Schrauben, Pressen, Wickeln oder in sonstiger Art.In order to achieve the lowest possible loss of heat energy transfer, the heating elements are generally as good and solid as possible with the one to be heated Body connected, for example by screwing, pressing, winding or in other ways Art.

Um eine möglichst gute Übertragung der Heizenergie zu erreichen, ist es bekannt, den metallischen Trägerkörper durch Gießen herzustellen, wobei der aus gut wärmeleitendem Metall bestehende Trägerkörper das Heizelement dicht umschließt. Wenn der Trägerkörper unmittelbar in den hierzu vorgesehenen Hohlraum des zubeheizenden Werkzeugs eingegossen wird, ist auch eine gute, gleichmäßige und verlustarme Übertragung auf das zu beheizende Objekt gewährleistet. Durch die Einbettung des Heizelements in den wärmeleitenden Trägerkörper wird die ungleichmäßige Wärmeentwicklung der im allgemeinen im Mittelbereich stärker heizenden Heizelemente ausgeglichen.In order to achieve the best possible transfer of heating energy, is it is known to produce the metallic support body by casting, the from Good heat-conducting metal, the existing carrier body tightly encloses the heating element. If the carrier body is placed directly in the cavity of the to be heated Mold is poured in, is also a good, even and low-loss transfer guaranteed on the object to be heated. By embedding the heating element the uneven heat development of the generally balanced in the central area with more powerful heating elements.

Nur auf diese Weise konnte bisher die für die Erwärmung termisch empfindlicher Stoffe erforderliche gleichmäßige Beheizung erreicht werden.Only in this way could the thermally sensitive to the warming up to now Substances required uniform heating can be achieved.

Durch das Eingießen der Heizelemente wurde außerdem die Lebensdauer der Heizelemente wesentlich erhöht, da die Wärme nicht mehr frei abgestrahlt wird, sondern unmittelbar an das umgebende Material übertragen und von diesem abgeleitet wird. Dadurch wird ein Ausbrennen oder Überheizen der Heizelemente verhindert.Pouring in the heating elements also increased the service life the heating elements are significantly increased, as the heat is no longer freely radiated, but transferred directly to the surrounding material and derived from it will. This prevents the heating elements from burning out or overheating.

Das geschilderte Gießverfahren ist jedoch in der Praxis mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden, insbesondere wenn in vielen Pllen ein Vakuumgießverfahren angewandt werden mußte. In jedem Fall muß die Gießtemperatur des verwendeten Metalls erreicht werden.However, the casting process described is in practice with a considerable amount of work involved, especially if a vacuum casting process is used in many cases had to be applied. In any case, the casting temperature of the metal used can be achieved.

Es ist deshalb auch schon versucht worden, die Heizelemente in ummantelte Kupferstaubpakete einzubetten, die verdichtet wurden, um die Wärmeleiteigenschaften zu verbessern. Dieses Herstellungsverfahren ist aber ebenfalls aufwendig, da eine vollständig dichte Ummantelung des Kupferstaubpakets gewährleistet sein muß.Attempts have therefore already been made to encase the heating elements Embed copper dust packets that have been compacted to improve thermal conductivity to improve. This manufacturing process is also expensive because a completely tight sheathing of the copper dust package must be guaranteed.

An das für die Herstellung des Trägerkörpers verwendete Material werden in der Praxis sehr unterschiedliche, einander oftmals ausschließende Forderungen gestellt.The material used for the production of the carrier body will be in practice very different, often mutually exclusive requirements posed.

Insbesondere soll das Metall des Trägerkörpers eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Metalle mit diesen Eigenschaften sind aber oftmals gegen mechanische und/oder chemische Beanspruchungen sehr empfindlich, die oftmals im Einsatzbereich derartiger Heizkörper auftreten.In particular, the metal of the carrier body should have a high thermal conductivity exhibit. Metals with these properties are often against mechanical ones and / or chemical stresses very sensitive, which are often in the field of application such radiators occur.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Heizkörper der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der einfach hergestellt werden kann und dabei eine Kombination der Eigenschaften hinsichtlich guter Wärmeleitfähigkeit und mechanischer bzw. chemischer Widerstandfähigkeit ermöglicht. Dabei soll eine innige Verbindung mit dem Heizelement und gegebenenfalls auch mit dem zu beheizenden Körper sichergestellt sein.The object of the invention is therefore to provide a radiator of the initially to create named genus that can be easily produced and thereby a Combination of properties in terms of good thermal conductivity and mechanical or chemical resistance. There should be an intimate connection ensured with the heating element and possibly also with the body to be heated be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der metallische Trägerkörper aus Sintermetall besteht.This object is achieved according to the invention in that the metallic Carrier body consists of sintered metal.

Mit einer Herstellungstemperatur, die wesentlich unterhalb der Gießtemperatur des verwendeten Metalls liegt, kann der das Heizelement aufnehmende Trägerkörper in allen gewünschten Formen und somit auch in.Anpassung an alle Formen der Heizelemente bzw. der zu beheizenden Körper hergestellt werden. Ohne daß ein Gießvorgang erforderlich ist, ist eine gleichmäßige und verlustarme Wärme übertragung in allen Bereichen sichergestellt.With a production temperature that is significantly below the casting temperature of the metal used, the support body accommodating the heating element can In all desired shapes and thus also in. Adaptation to everyone to shape the heating elements or the body to be heated are produced. Without that one Casting process is required, is a uniform and low-loss heat transfer ensured in all areas.

Im Sintermetall des Trägerkörpers können ohne die beim Giesvorgang gegebenen Schwierigkeiten Metalle unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften miteinander verbunden werden. So kann beispielsweise ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, beispielsweise Kupfer, dessen mechanische Festigkeit und Härte jedoch gering sind. Auch gegenüber chemischen Angriffen ist Kupfer in vielen Fällen empfindlich. Zur Erzielung der gewünschten mechanischen Eigenschaften kann als weiteres Metall für die Herstellung des Trägerkörpers korrosionsfester Stahl verwendet werden, der jedoch für sich allein genommen sehr schlechte Wärmeleiteigenschaften hat. In Verbindung mit dem Kupfer wird jedoch ein Sintermetall-Trägerkörper erzielt, der die beiden gewünschten Eigenschaften in optimaler Weise vereinigt.In the sintered metal of the carrier body can be used without the during the casting process given difficulties metals of different physical and chemical Properties are linked together. For example, a metal with high thermal conductivity are used, for example copper, its mechanical However, strength and hardness are low. Also against chemical attack is In many cases copper is sensitive. To achieve the desired mechanical Properties can be used as a further metal for the production of the carrier body more corrosion-resistant Steel can be used, but taken on its own it has very poor thermal conductivity properties Has. In connection with the copper, however, a sintered metal carrier body is achieved, which combines the two desired properties in an optimal way.

An Stelle von Kupfer kann als wärmeleitendes Element auch Molybdän verwendet werden, das selbst sehr spröde ist und keine guten Festigkeitseigenschaften hat. Die Wärmeleitfähigkeit von Molybdän ist jedoch sehr gut und es ist absolut chemisch beständig. Ein Heizkörper mit einem aus korrosionsfestem Stahl und Molybdän als Sintermetall bestehenden Trägerkörper ist deshalb besonders geeignet zum Einsatz in Verschleißzonen, die sehr gleichmäßig beheizt werden müssen, beispielsweise Heißkanal-Düsenspitzen, bei denen wesentlich erhöhte Standzeiten erreicht werden.Instead of copper, molybdenum can also be used as a heat-conducting element can be used, which is itself very brittle and does not have good strength properties Has. However, the thermal conductivity of molybdenum is very good and it is absolute chemically resistant. A radiator with one made of corrosion-resistant steel and molybdenum As a sintered metal support body is therefore particularly suitable for use in wear zones that have to be heated very evenly, e.g. hot runner nozzle tips, with which significantly longer service lives can be achieved.

Beim Sintern des Trägerkörpers ist es ohne Schwierigkeiten möglich, einen Temperaturfühler einzusintern, so daß eine genaue Temperaturregelung und -kontrolle ermöglicht wird.When sintering the carrier body, it is possible without difficulty to sinter a temperature sensor, so that an exact temperature regulation and control is made possible.

Gesinterte Trägerkörper für die Heizelemente in Heizkörpern können auch noch in solchen Anwendungsfällen hergestellt werden, in denen die Erzielung einer zum Eingießen erforderlichen Temperatur nicht mehr möglich ist. Dadurch kann auch in diesen Fällen ein völlig gleichmäßiger Beheizungsvorgang sichergestellt werden.Sintered supports for the heating elements in radiators can can also be produced in those applications in which the achievement a temperature required for pouring is no longer possible. This can Even in these cases a completely uniform heating process is ensured will.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments, which are shown in the drawing.

Es zeigt: Fig. 1 einen Mantelheizkörper im Längstschnitt, Fig. 2 ein Werkzeug zur Herstellung eines Heizkörpers nach Fig. 1 im Sinterverfahren, dargegestellt im Längstschnitt, Fig. 3 in einem Längstschnitt einen auf ein Rohr aufgesinterten Mantelheizkörper, Fig. 4 ebenfalls in einem Längstschnitt einen Mantelheizkörper ähnlich der Fig. 3, der in ein Mantelrohr eingesintert ist, Fig. 5 in einem Schnitt eine Heizpatrone und einen Rohrheizkörper in einem vereinfacht dargestellten, zu beheizenden Körper, Fig. 6 in perspektivischer Darstellungsweise und teilweise geschnitten ein plattenförmigen Heizkörper und-Fig. 7 mit einer Darstellung ähnlich der Fig. 6 einen plattenförmigen Heizkörper mit beidseitigen Metallplatten.It shows: FIG. 1 a jacket heating element in longitudinal section, FIG. 2 a Tool for producing a heater according to FIG. 1 in the sintering process, shown in longitudinal section, Fig. 3 in a longitudinal section a sintered onto a tube Jacket heater, Fig. 4, also in a longitudinal section, a jacket heater similar to FIG. 3, which is sintered into a jacket tube, FIG. 5 in a section a heating cartridge and a tubular heater in a simplified representation, too heating body, Fig. 6 in a perspective representation and partially in section a plate-shaped radiator and-Fig. 7 with a representation similar to FIG. 6 a plate-shaped radiator with metal plates on both sides.

Der in Fig. 1 gezeigte Heizkörper hat die om eines zylindrischen Rohres und weist ein gewendeltes elektrisches Heizelement 1 auf, das in einem metallischen Trägerkörper 2 angeordnet ist, der aus Sintermetall besteht. Am oberen Ende des Trägerkörpers 2 ist ein Temperaturfühler 3 eingesintert.The heater shown in Fig. 1 has the om of a cylindrical tube and has a coiled electrical heating element 1, which is in a metallic Carrier body 2 is arranged, which consists of sintered metal. At the top of the A temperature sensor 3 is sintered into the carrier body 2.

Der Mantelheizkörper nach Fig. 1 dient zum Beheizen von Rohren, Stäben, Maschinendüsen und Heißkanaldüsen.The jacket heater according to Fig. 1 is used to heat pipes, rods, Machine nozzles and hot runner nozzles.

Fig. 2 dient der Erläuterung der Herstellung eines Heizkörpers nach Fig. 1. Das Heizelement 1 wird zunächst in eine Sinterform 4, die einen Kern 5 enthält, eingelegt. Dann wird das Material für den Trägerkörper 2 eingefüllt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel Kupferpulver, das zur besseren Verdichtung eingerüttelt wird.Fig. 2 serves to explain the manufacture of a radiator according to Fig. 1. The heating element 1 is first in a sintering mold 4, which contains a core 5, inserted. Then the material for the support body 2 is filled in, in the case of the illustrated Embodiment copper powder that is shaken in for better compression.

Das Kupferpulver wird durch einen zylindrischen Stempel 6 verdichtet, wobei die Windungen des Heizelements 1 auf ihren endgültigen Abstand zusammengedrückt werden. Gleichzeitig wird das Werkzeug auf eine für den Sintervorgang ausreichende Temperatur erhitzt, beispielsweise beim Sintern von Kupferpulver auf 10400 C.The copper powder is compacted by a cylindrical punch 6, whereby the turns of the heating element 1 are compressed to their final spacing will. At the same time, the tool is set to a level sufficient for the sintering process Temperature heated, for example when sintering copper powder to 10400 C.

Die Ausführnqsform eines Heizkörpers nach Fig. 3 unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 1 dadurch, daß der das Heizelement 1 enthaltende Trägerkörper 2 auf ein Metallrohr 7 aufgesintert ist, dessen Außenfläche zur Verbesserung der Haftung zweckmäßigerweise aufgeraut ist.The embodiment of a radiator according to FIG. 3 differs from the example of FIG. 1 in that the carrier body containing the heating element 1 2 is sintered onto a metal tube 7, the outer surface of which to improve the Adhesion is expediently roughened.

Statt dessen kann der Trägerkörper 2 auch nach seiner Herstellt auf das Metallrohr 7 aufkalibriert sein.Instead of this, the carrier body 2 can also be opened after it has been produced the metal pipe 7 must be calibrated.

Auf diese Weise wird ein besonders guter Kontakt zu dem zubeheizenden Rohr 7 geschaffen. Auch hierbei kann ein Temperaturfühler 3 in den Trägerkörper 2 eingesintert werden. Dadurch wird eine genaue Temperierung mit engsten Temperaturtoleranzen ermöglicht.In this way, there is particularly good contact with the one to be heated Pipe 7 created. Here, too, a temperature sensor 3 can be installed in the carrier body 2 are sintered in. This ensures precise temperature control with the tightest temperature tolerances enables.

Über das Beispiel nach Fig. 3 hinausgehend ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ein äußeres metallisches Mantelrohr 8 vorgesehen, in das der Trägerkörper 2 eingesintert ist. Das Mantelrohr 8 besteht aus korrosionsfestem Chrom-Mittel-Stahl. Dadurch erhält der Heizkörper eine noch größere Stabilität und wird zusätzlich durch das korrosionsfeste Mantelrohr gegen korrosive Einflüsse geschützt.Going beyond the example according to FIG. 3, in the exemplary embodiment According to Fig. 4, an outer metallic jacket tube 8 is provided, in which the carrier body 2 is sintered in. The jacket pipe 8 consists of corrosion-resistant chrome-medium steel. This gives the radiator an even greater stability and is additionally through the corrosion-resistant jacket pipe is protected against corrosive influences.

Am Beispiel nach Fig. 4 ist dargestellt, daß der aus dem Sintermetall Kupfer bestehende Trägerkörper 2, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, auch über und unter dem Heizelement 1 liegende Bereiche gleichmäßig mitbeheizt, auch wenn dort keine Windungen des Heizelements 1 mehr vorhanden sind.The example of FIG. 4 shows that the sintered metal Copper existing carrier body 2, which has a high thermal conductivity, too Areas lying above and below the heating element 1 are also heated evenly when there are no more turns of the heating element 1.

Fig. 5 zeigt die Anwendung von gesinterten Trägerkörpern 2 zur Einbettung von Heizpatronen 1 und Rohrheizkörpern 1 Insbesondere dimensonierte Hochleistungs-Heizpatronen 1 sind sehr störanfällig und brennen leicht aus. Es ist praktisch kaum möglich, diese Heizpratronen 1 in der vorgeschriebenen Weise luftspaltfrei einzubauen. An denjenigen Stellen, an denen ein mangelnder metallischer Kontakt besteht, kann die von der Heizpatrone 1 erzeugte Wärme nicht abfließen. Die Heizpatrone wird an dieser Stelle überlastet und brennt aus, was zu einer kostspieligen Reparatur und zu einem Produktionsausfall führt.Fig. 5 shows the use of sintered carrier bodies 2 for embedding of heating cartridges 1 and tubular heating elements 1 In particular, dimensioned high-performance heating cartridges 1 are very prone to failure and burn out easily. It is practically hardly possible to install these heating cartridges 1 in the prescribed manner free of air gaps. At those places where there is insufficient metallic contact, the heat generated by the heating cartridge 1 does not flow away. The heating cartridge is on this Spot overloaded and burn out, resulting in an expensive repair and a Production loss leads.

Durch das Einsintern der Heizpratrone 1 wird diese luftspaltfrei in das Wärmeleitmaterial des Trägerkörpers 2 eingebettet, so daß die erzeugte Wärme leicht und vollständig abgeführt und gleichmäßig verteilt wird.By sintering the heating cartridge 1, it becomes air-gap-free in embedded the heat conducting material of the carrier body 2, so that the heat generated is easily and completely discharged and evenly distributed.

Man erhält dadurch eine erhöhte Lebensdauer der Heizpatrone 1 und einen Wärmeausgleich an der Außenfläche des Trägerkörpers 2. Als weitere vorteilhafte Wirkung kommt hinzu, daß das Wärmeleitmaterial des Trägerkörpers 2, beispielsweise Kupfer, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und deshalb bei enger Toleranz der Bohrung im zu beheizenden Körper 9 zu einer verbesserten Anpassung des Trägerkörpers 2 an der Bohrungswandung führt.This results in an increased service life of the heating cartridge 1 and a heat balance on the outer surface of the support body 2. As a further advantageous Another effect is that the heat-conducting material of the carrier body 2, for example Copper, has a high coefficient of thermal expansion and therefore at tighter Tolerance of the bore in the body 9 to be heated for an improved adaptation of the carrier body 2 leads to the bore wall.

In ähnlicher Weise kann auch ein Rohrheizkörper 1 in einen Trägerkörper 2 aus Sintermetall eingebettet und in eine Bohrung des zu beheizenden Körpers 9 eingesetzt werden. In beiden Fällen wird wie schon beschrieben ein Temperaturfühler 3 miteingebettet.In a similar way, a tubular heating element 1 can also be placed in a carrier body 2 made of sintered metal and embedded in a bore in the body 9 to be heated can be used. As already described, a temperature sensor is used in both cases 3 embedded.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein als Heizschlange ausgebildetes elektrisches Heizelement 1, das in einer Ebene liegt, in einem plattenförmigen Trägerkörper 2 eingesintert ist. Zusätzlich können auf beiden Seiten des plattenförmigen Trägerkörpers 2, der ebenfalls einen eingesinterten Temperaturfühler enthällt, zwei massive Metallplatten 10 angeordnet werden, die nach Art einer Sandwich-Konstruktion einen mechanischen Schutz des Trägerkörpers 2 darstellen. Zweckmäßigerweise sollten die Platten 10 einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie der Trägerkörper 2 haben.Fig. 6 shows an embodiment in which a heating coil formed electrical heating element 1, which lies in a plane, in a plate-shaped Carrier body 2 is sintered. In addition, on both sides of the plate-shaped Carrier body 2, which also contains a sintered-in temperature sensor, two massive metal plates 10 are arranged, which in the manner of a sandwich construction a mechanical one Represent protection of the carrier body 2. Appropriately the plates 10 should have a coefficient of expansion similar to that of the carrier body 2 have.

Flächenheizkörper, wie sie in den Fig. 6 + 7 dargestellt sind, finden in vielen Bereichen Anwendung, wie Chemie, Laboratorien, Kunststoffindustrie usw. Sie können in allen gewünschter( Formen auch abweichend von der dargestellten ebenen Form hergestellt werden.Surface heating elements as shown in FIGS. 6 + 7 can be found in many areas, such as chemistry, laboratories, plastics industry, etc. They can be in any desired shape (also different from the levels shown Form can be made.

Abweichend von der als Ausführungsbeispiel beschriebenen Verwendung von Kupferpulver als Sintermaterial für die Trägerkörper 2 können auch mehrere Materialien als Sinterwerkstoffe gemischt werden, beispielsweise Molybdän und korrosionsfester Stahl.Deviating from the use described as an exemplary embodiment of copper powder as the sintered material for the carrier body 2, several materials can also be used be mixed as sintered materials, for example molybdenum and more corrosion-resistant Stole.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Radiator and process for its manufacture P a t e n t a n s p back: 1. Radiator with a heating element that has a metallic support body is embedded, characterized in that the metallic carrier body (2) consists of Sintered metal.

2. Radiator according to claim 1, characterized in that the sintered Carrier body (2) consists of copper.

3. Radiator according to claim 1, characterized in that the sintered Carrier body (2) consists of at least two metals, of which at least one has good thermal conductivity.

4. Radiator according to claim 3, characterized in that the sintered Carrier body (2) made of a metal with good thermal conductivity properties and a metal with high mechanical strength and / or good corrosion resistance.

5. Radiator according to claim 4, characterized in that the sintered Carrier body (2) consists of copper and corrosion-resistant steel.

6. Radiator according to claim 4, characterized in that the sintered Carrier body (2) consists of molybdenum and corrosion-resistant steel.

7. A radiator according to claim 1, characterized in that in the metallic support body (2) a temperature sensor (3) is sintered.

8. Radiator according to claim 1, characterized in that a tubular Carrier body (2) sintered onto a metal tube (7).

9. Radiator according to claim 1 or 8, characterized in that the tubular support body (2) sintered into a metallic jacket tube (8) is.

10. Heater according to claim 1, characterized in that the carrier body (2) is sintered into a bore in a metal body (9).

11. Radiator according to claim 1, characterized in that the sintered Carrier body (2) is plate-shaped.

12. Radiator according to claim 1, characterized in that the plate-shaped Carrier body (2) is attached between two solid metal plates (10).

13. A method for producing a radiator according to one of the claims 1-12, characterized in that the electrical heating element and metal powder in a sintering mold can be inserted and the metal powder under pressure and heating is sintered.