DE3642271A1 - Heizeinrichtung mit einer heizspitze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Derartige Heizeinrichtungen werden insbesondere zum präzisen Formen, Profilieren oder Molden von Kunstharz, thermoplastischen Kunststoff oder dergleichen verwendet. Eine solche Heizeinrichtung ist bereits aus der japanischen Patentschrift 59-1 80 308 bekannt.

Bei den bekannten Heizeinrichtungen besteht das Problem, eine gleichmäßige Hitzeverteilung im Bereich deren Heizspitzen zu erhalten und außerdem zu ermöglichen, daß insbesondere im vorderen Bereich der Heizspitze eine schnelle Änderung der Temperatur möglich ist. Bei bekannten Heizspitzen, die im Innern der kegelig verlaufenden Spitze Heizelemente verwenden, die aus einem Heizdraht mit gleichmäßiger Windungsverteilung bestehen, können diese Forderungen nicht erfüllt werden.

Eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß dadurch eine Heizeinrichtung mit einer Heizspitze geschaffen wird, die eine genaue und besonders effektive Wärmeerzeugung besitzt und außerdem einen im Durchmesser größeren Draht verwendet, welcher mit sich änderndem Windungsdurchmesser angeordnet sein kann, so daß die thermische Distanz zwischen dem Heizdraht und der kegeligen Oberfläche des vorderen Teils der Heizspitze über den gesamten Bereich des Heizdrahtes klein gehalten ist. Dadurch ist es möglich, daß die Heizspitze auf gewünschte Temperaturänderungen schnell reagieren kann in Abhängigkeit von der in das Heizelement eingespeisten Energie. Bei Entkopplung des Heizelements kann auch eine schnelle Temperaturabsenkung erreicht werden. Die Verbesserung der Reaktionszeiten bzw. der Reaktionsgeschwindigkeit ist gleichzeitig mit einer Verminderung des Energieverbrauchs verbunden, wodurch es möglich ist, auch den zugehörigen Regler bzw. das zugehörige Steuergerät kleiner auszubilden.

Entsprechende Vorteile ergeben sich bei Verwendung eines Heizdrahtes, dessen Windungsabstand sich zur Spitze hin vergrößert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Heizeinrichtung mit herkömmlichem Heizelement,

Fig. 2 eine Vergrößerung der in Fig. 1 dargestellten Heizspitze,

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements mit in Richtung Spitze abnehmendem Widungsdurchmesser,

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Heizelement mit in Richtung Spitze zunehmenden Windungsabstand,

Fig. 5 den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des vorderen, kegelförmig verlaufenden Bereichs einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizeinrichtung 1 bildet eine geschossartig geformte Heizspitze deren Grundkörper eine zylindrische äußere Röhre 2 und einen hitzeerzeugenden spitzen, konisch verlaufenden vorderen Teil 3 besitzt. Der vordere Teil 3 besitzt eine Aushöhlung 4 in seiner Mittelachse, ein Heizelement 5, beispielsweise aus Ni-Chrom-Draht, der mit einem Ende bis zur Spitze des vorderen Teils 3 durchgeführt und dort mit dieser verschweißt ist, und einen aus einer Legierung bestehenden Bereich X aus Geleitmaterial (Anti- Reibungsmaterial), welches wenigstens in etwa dem übrigen, äußeren Material des vorderen Teils 3 der Heizspitze entspricht. Dieses Material ist im Bereich der Schweißstelle entsprechend spitz geformt.

Das Heizelement 5 hat einen gewundenen hitzeerzeugenden Bereich 5 c und abstehende Drähte 5 a, 5 b an seinen beiden Enden und besteht und aus einem Ni-Chrom-Draht von 0,1-0,6 mm Durchmesser. Das Heizelement 6 besitzt mehrere Windungen mit einem einheitlichen Durchmesser, der im Bereich zwischen 1,3 und 2,0 mm liegt. Ein Keramikelement 6, welches im Bereich des hitzeerzeugenden Bereichs 5 c angeordnet ist, isoliert das Heizelement 5 gegenüber den anderen benachbarten Teilen. Das Heizelement 5 ist bis zur Spitze der Durchführung 4 verlängert und dort befestigt. Eine Leitung 7 bildet eine Verlängerung des Heizelements 5, die durch die Aushöhlung 4 in Längsrichtung hindurchgeführt ist. Die andere Verlängerungsleitung 5 b des Heizelements 5 ist thermisch verschweißt mit dem Ende der konischen Spitze des Teils 3 und bildet dadurch einen Teil des Legierungsbereichs X aus Anti- Reibungsmaterial, dessen Oberfläche im gleichen Maße gleitfähig ist wie der angrenzende Grundkörper. Auf diese Weise wird gleichzeitig eine Masseverbindung bzw. Erdung hergestellt.

Vom Heizelement 5 geht eine Hitze aus, welche durch den zwischen der Leitung 7 durch das Heiz- element 5 zum Grundkörper fließenden Strom erzeugt wird. Die Hitze gelangt zu dem konischen, hitzeerzeugenden vorderen Abschnitt 3, so daß durch Hitzeausstrahlung ein thermisches Schmelzen von thermoplastischem Kunstharz im Bereich eines zu einer Kavität führenden Einlauftrichters möglich ist. Außerdem kann ein Abkühlen und Verfestigen des thermoplastischen Materials im Bereich des Einlauftrichters durch Unterbrechung des elektrischen Heizstroms erreicht werden, wobei möglichst augenblicklich die Hitzeerzeugung durch den hitzeerzeugenden Abschnitt 5 c unterbrochen wird und dadurch auch von dem vorderen Teil 3 keine Hitze mehr zum thermoplastischen Material ausgestrahlt wird.

Auf diese Weise ist es auch möglich, den Einspritzvorgang durch intermittierenden elektrischen Strom zu manipulieren, daß das Heizelement 5 das Heizen und Schmelzen sowie das Abkühlen und Verfestigen des thermoplastischen Materials in der Nähe des Einlauftrichters vornimmt.

Während bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Heizkörper 8 verwendet wird, der im Innern des Grundkörpers 1 angeordnet und doppelt durch Isolationsröhren 9 und 10 isoliert angeordnet ist, gibt es auch andere Ausführungen von Injektions-Molding-Elementen ohne einen solchen Heizkörper und mit einer hier nicht dargestellten besseren Heizeinrichtung, die ebenfalls in Form mehrerer Windungen ausgeführt ist.

Bei der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Heizeinrichtung ist im Bereich der Heizspitze ein im Durchmesser besonders dünner Draht für das Heizelement 5 verwendet, wobei der vordere Abschnitt 5 c den gleichen Windungsdurchmesser und die gleiche Steigung wie der übrige Bereich des Heizelements 5 hat. Dadurch wird der Abstand zwischen der kegelförmigen Oberfläche Y und dem Heizelement 5 in Richtung Spitze kleiner und in rückwärtiger Richtung größer.

Daraus ergibt sich, daß die vom hitzeerzeugenden Teil 5 c des Heizelements 5 ausgehende Wärme an der Oberfläche Y je nach Abstand von der Spitze unterschiedliche Werte aufweist. Außerdem wird die notwendige Temperatur über die gesamte Heizspitze im vorderen Teil 3 nur nach einer gewissen Wartezeit erreicht.

In Fig. 3 und Fig. 4 sind zwei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele von Heizelementen 12, 13 dargestellt, die für den vorderen Teil einer Heizspitze bzw. für eine spitz zulaufende Heizeinrichtung geeignet sind.

Das in Fig. 3 dargestellte Heizelement 12 wird durch einen mehrere Windungen aufweisenden Teil 12 a gebildet, der beispielsweise im Bereich A einen abnehmenden Windungsdurchmesser hat. Die Windungen werden von einem Ni- Chrom-Draht mit einem Durchmesser von 0,2-0,3 mm über die gesamte Länge 1 gebildet, wobei der Windungsdurchmesser im gleichen Intervall variabel sein kann von 1,0-2,0 mm bis 1,8-4,0 mm. An beiden Enden des Heizelements 12 befinden sich die beiden als Verlängerungen ausgebildeten Drahtenden 12 b und 12 c.

In entsprechender Weise, wie dies bei den unter Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungen beschrieben ist, ist das Drahtende 12 c herausgeführt und mit einer Leitung 7 verbunden. Das andere abstehende Drahtende 12 b ist elektrisch mit irgendeinem Teil des Grundkörpers der Heizeinrichtung verbunden. Dies kann wie bei Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben dadurch erfolgen, daß der abstehende Draht 12 b mit dem vorderen Ende der konisch zulaufenden Heizspitze durch Schweißen verbunden ist, wobei ein Legierungsabschnitt X aus einem besonders gleitfähigen Anti-Reibungsmaterial gebildet wird.

Die andere Möglichkeit, den abstehenden Draht 12 b zu erden besteht darin, daß dieser Draht entlang der unterbrochenen Linie 12 b rückwärtig herausgeführt wird, wobei eine im Innern des Heizelements 12 verlaufende elektrische Leitung mit dem Drahtende 12 b verbunden sein kann. Hierzu kann eine der Leitung 7 entsprechende zusätzliche Leitung vorgesehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Erdung des Drahtendes 12 b kann auch dadurch erfolgen, daß das abstehende Ende an irgendeiner Stelle mit dem vorderen Teil 3 durch Hartlöten verbunden wird.

Das in Fig. 4 dargestellte Heizelement 13 besteht aus einem mehrere Windungen aufweisenden Heizbereich 13 a, dessen Windungsdurchmesser über die gesamte Länge 1 kostant ist. Dessen Windungsdichte nimmt jedoch allmählich von der Spitze zum rückwärtigen Bereich hin zu. Im Bereich B liegen die Windungen dichter als im Bereich der Spitze, wo der Drahtabschnitt 13 b absteht.

Die Ausführungen von Fig. 3 und Fig. 4 sind nicht die einzigen möglichen Ausführungsformen, sondern es kann auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 eine unterschiedliche Windungsdichte und bei der Ausführung nach Fig. 4 ein abnehmender Windungsdurchmesser jeweils zusätzlich vorgesehen sein.

In Fig. 5 ist die Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Heizelements 12 dargestellt, wobei Fig. 6 den vorderen Teil der in Fig. 5 dargestellten Heizeinrichtung vergrößert zeigt.

Ein kegelförmiges Keramikelement 14 mit einer konischen Heizkavität 15, worin das Heizelement 12 mit mehreren Windungen angeordnet und im Innern des konisch verlaufenden vorderen Teils 3 des Grundkörpers 1 mittels eines Klebers sicher befestigt ist. Als Kleber kann hier beispielsweise ein Keramikkleber mit dem Produktnamen Aron Keramik Verwendung finden.

Da das Heizelement 12 in einer konischen Form entsprechend dem Keramikelement 14 verläuft und die umschließende Innenwandung 16 entsprechend der Form des Keramikelements 14 verläuft, ist die Dicke des Teils zwischen dem hitzeerzeugenden vorderen Teil 3 und der konischen Oberfläche Y konstant über den gesamten Bereich, so daß der thermische Abstand entsprechend konstant ist.

Soweit die weiteren Bezugszahlen mit den zuvor beschriebenen Bezugszahlen übereinstimmen, handelt es sich um entsprechende Teile, weshalb hier eine nochmalige Beschreibung weggelassen wird.

In Fig. 5 ist ein Sensor 17 dargestellt, dessen Anschlußdrähte 18 durch ein Fixiermaterial 19 nach außen geführt sind. Eine Masseleitung 11 (Fig. 1) ist mit dem Grundkörper 1 verbunden.

Wie bereits erwähnt, wird die elektrische Energie zum Heizelement 12 von einem geeigneten Regler oder Steuergerät geliefert. Die Hitze tritt dann an den gewundenen konischen Heizbereich 12 a auf und gelangt unverzüglich zu dem konischen vorderen Teil 3, so daß der äußere Bereich der Heizspitze erhitzt wird. Das Heizelement 12 ist insbesondere so ausgebildet, daß über den gesamten Windungsbereich eine möglichst kleine Distanz zur äußeren konischen Fläche Y besteht, wobei die Distanz über den ganzen Bereich des Heizelements möglichst konstant gehalten ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Hitzeverteilung und somit ein gleichmäßiges Erhitzen und Schmelzen des thermoplastischen Materials erzielt, welches in einem Einlauftrichter zu einer Kavität geführt werden kann.

Wird die elektrische Versorgung zum Heizelement 12 unterbrochen, so wird dadurch auch die Hitzeerzeugung durch das Heizelement 12 unterbrochen und der Wärmetransport zum konischen, hitzeerzeugenden vorderen Teil 3 gestoppt. Demzufolge wird auch die vom Teil 3 zum thermoplastischen Material abgestrahlte Hitze gestoppt bzw. abgesenkt, so daß ein Abkühlen und Verfestigen des Kunststoffmaterials erfolgt.

Demzufolge kann für das Spritzgußverfahren ein intermittierender oder diskontinuierlicher Heizstrom eingesetzt werden, der über das Heizelement 12 ein definiertes Erhitzen und Schmelzen des thermoplastischen Kunststoffmaterials und in entsprechender Weise auch ein Abkühlen und Verfestigen in der jeweils gewünschten Weise ermöglicht.

Außerdem ist es möglich, die Temperatur des Heizelements 13 (Fig. 4) mit hoher Genauigkeit zu steuern, wobei ein säulenartiger Isolator aus Keramik im vorderen Teil 3 entsprechend Fig. 5 und Fig. 6 eingesetzt wird, um den vorderen Teil des hitzeerzeugenden Elements zu formen und den thermischen Abstand zwischen den hitzeerzeugenden Mitteln und der Oberfläche Y klein und konstant zu halten.

Die vorliegende Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß es möglich ist, den Bereich der Temperaturänderung an der konischen Oberfläche feinfühlig in Abhängigkeit von einem intermittierenden elektrischen Strom zu machen, wobei eine genaue lokale Erhitzung des vorderen Bereichs der Heizspitze bei besonders gleichmäßiger Hitzeverteilung erfolgt.

Außerdem besteht der Vorteil, den für den Heizstrom erforderlichen Regler bzw. das hierfür erforderliche Steuergerät kleiner auszubilden, da ein geringerer Stromverbrauch gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen erzielt wird. Beispielsweise kann bei einer Spannung von zwei Volt und einem Strom von zwei Ampere, also bei einer Leistung von vier Watt, eine ausreichende Hitze erzeugt werden, wobei der Heizdraht aus Ni-Chrom zwischen 0,2 mm und 0,3 mm dick sein kann. Mittels gegenüber besonders feinen Drähten geringfügig dicker ausgebildeten Heizdrähten kann die Haltbarkeit des Heizelements erhöht werden, wobei dennoch ein schnelleres Reagieren auf eine intermittierende elektrische Steuerung erhalten bleibt.

Claims (4)

1. Heizeinrichtung mit einer Heizspitze mit einem dünnen und kleinen Heizelement, welches mehrere Windungen hat, die in ihrem Windungsdurchmesser oder in ihrer Windungsdichte sich gleichmäßig verändern, wobei das Heizelement in axialer Richtung der Heizspitze verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Abstand zwischen dem Heizelement (12, 13) und der kegeligen Oberfläche (Y) des vorderen, das Heizelement umschließenden Teils (3) der Heizspitze, klein und über den gesamten Bereich des Heizelements (12, 13) konstant ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (12) Windungen mit einem sich allmählich verringerten Durchmesser hat, so daß über dessen gesamten Bereich der thermische Abstand zwischen dem Heizelement (12) und der Oberfläche des vorderen Teils der Heizspitze (3) konstant und möglichst gering ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (13) Windungen besitzt, die bezüglich ihres Windungsabstandes allmählich abnehmen, so daß der thermische Abstand zwischen dem Heizelement (13) und der Oberfläche des vorderen Teils (3) der sich kegelig verjüngenden Heizspitze konstant und möglichst gering ist.

4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (12, 13) aus einem Heizdraht besteht, dessen Durchmesser wenigstens über einen Teilbereich seiner Länge stetig zunimmt.