DE3642271C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Heizeinrichtungen werden insbesondere zum prä­ zisen Formen und Profilieren von Kunstharz, thermoplastischem Kunststoff oder dergleichen verwendet. Eine solche Heizeinrichtung ist bereits aus der japani­ schen Patentschrift JP-59-1 80 308 bekannt.

Bei den bekannten Heizeinrichtungen besteht das Problem, eine gleichmäßige Hitzeverteilung im Bereich der Heiz­ spitzen 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizein­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gleichmäßige Hitzeverteilung im Bereich der Heizspitze erreicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Hauptan­ spruchs hat den Vorteil, daß dadurch eine Heizeinrich­ tung mit einer Heizspitze geschaffen wird, die eine ge­ naue und besonders effektive Wärmeerzeugung gestattet und außerdem einen im Durchmesser größeren Draht verwendet, welcher mit sich änderndem Windungsdurchmesser angeord­ net 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 in Abhängigkeit von der in das Heizelement eingespeisten Energie auf gewünschte Temperaturänderungen schnell reagieren kann. 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 (JP-59-1 80 308),

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

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

Fig. 4 ein Heizelement mit in Richtung Spitze zunehmendem Windungsabstand,

Fig. 5 den Querschnitt einer Heizeinrichtung und

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

Die in Fig. 1 dargestellte bekannte Heizeinrichtung 1 bildet eine geschoßartig geformte Heizspitze, deren Grundkörper eine zylindrische äußere Röhre 2 und einen wärmeerzeugenden 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, das 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 Gleitmaterial (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 wärmeerzeugenden Bereich 5 c und abstehende Drähte 5 a, 5 b an seinen beiden Enden und besteht aus einem Ni-Chrom-Draht von 0,1-0,6 mm Durchmesser. Es 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 zum Ende der Durchführung 4 verlängert und dort befestigt. Eine Leitung 7 bildet eine Verlängerung des Heizelements 5, die durch die Heizspitze in Längsrichtung hindurchgeführt ist. Die andere Verlängerungsleitung 5 b des Heizelements 5 ist mit dem Ende der konischen Spitze des Teils 3 thermisch verschweißt 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 Wärme aus, welche durch den von der Leitung 7 durch das Heizelement 5 zum Grundkörper fließenden Strom erzeugt wird. Die Wärme gelangt zu der Oberfläche des Teiles 3, so daß durch Wärmeabgabe ein Schmelzen von thermoplastischem Kunstharz im Bereich eines zu einer Kavität führenden Angusses möglich ist. Außerdem kann ein Abkühlen und Verfestigen des thermoplastischen Materials im Bereich des Angusses durch Unterbrechung des elektrischen Heizstroms erreicht werden, wobei möglichst augenblicklich die Wärmeerzeugung durch den Abschnitt 5 c unterbrochen wird und dadurch auch von dem vorderen Teil 3 keine Wärme mehr an das thermoplastische Material abgegeben wird.

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

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 entgegengesetzter Richtung größer.

Daraus ergibt sich, daß die vom Heizelement 5 ausgehende Wärme an der Oberfläche Y je nach Abstand von der Spitze unterschiedliche Temperaturen erzeugt. Außerdem wird die notwendige Temperatur im Teil 3 nur nach einer gewissen Wartezeit erreicht.

In Fig. 3 und Fig. 4 sind zwei 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 sich der Windungsdurchmesser im gleichen Intervall von 1,0-2,0 mm bis 1,8-4,0 mm ändern kann. 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 jedoch allmählich von der Spitze zum rückwärtigen Bereich hin zunimmt. 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.

Auf einem kegelförmigen Keramikelement 14 ist das Heizelement 12 mit mehreren Windungen angeordnet und im Innern des konisch verlaufenden vorderen Teils 3 des Grundkörpers 1 mittels eines Klebers sicher befestigt. Als Kleber kann hier beispielsweise ein Keramikkleber mit dem Produktnamen Aron Keramik Verwendung finden.

Da die Oberflächen des Keramikelementes 14, des darauf ange­ brachten Heizelementes 12, der sie umschließenden Innenwandung 16 und die Oberfläche Y zueinander parallel sind, ist der thermische Abstand entsprechend konstant.

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 Wärme tritt dann an den gewundenen konischen Heizbereich 12 a auf und gelangt unverzüglich an die Oberfläche des Teils 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 Wärmeverteilung und somit ein gleichmäßiges Erhitzen und Schmelzen des thermoplastischen Materials erzielt, welches in einem Anguß zu einer Kavität geführt werden kann.

Wird die elektrische Versorgung zum Heizelement 12 unterbrochen, so wird dadurch auch die Wärmeerzeugung durch das Heizelement 12 unterbrochen und der Wärmetransport zum konischen Teil 3 wird gestoppt. Demzufolge wird auch vom Teil 3 keine Wärme zum thermoplastischen Material mehr abgegeben, so daß ein Abkühlen und Verfestigen des Kunststoffmaterials erfolgt.

Demzufolge kann für das Spritzgießverfahren 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 wärmeerzeugenden Elements zu formen und den thermischen Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Mitteln und der Oberfläche Y klein und konstant zu halten.

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, die Temperaturänderung an der konischen Oberfläche Y feinfühlig in Abhängigkeit von einem intermittierenden elektrischen Strom zu steuern, wobei eine genaue lokale Erhitzung des vorderen Bereichs der Heizspitze bei besonders gleichmäßiger Wärmeverteilung 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 Wärme erzeugt werden, wobei der Heizdraht aus Ni-Chrom zwischen 0,2 mm und 0,3 mm dick sein kann. Durch geringfügig dicker ausgebildete Heizdrähte kann die Haltbarkeit des Heizelements erhöht werden, wobei dennoch ein schnelles Reagieren auf eine intermittierende elektrische Steuerung erhalten bleibt.

Claims (4)

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

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Heizelement (12) Windungen mit einem sich allmählich verringernden Durchmesser hat.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Heizelement (13) Windungen besitzt, die bezüglich ihres Windungsabstandes allmählich abnehmen.

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.