DE3729974A1 - Heizeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine spitz zulaufende, hochempfindliche Heizeinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 2 81 082/1985 ist eine Heizeinrichtung für die Anwendung bei Spritzgußma­ schinen bekannt, deren Heizspitze sich stufenförmig verengt. Innerhalb der Heizspitze ist ein Heizelement angeordnet. Zwei Ausführungsbeispiele derartiger Heizeinrichtungen sind unten anhand von Fig. 7 und Fig. 8 näher beschrieben.

Derartige Heizeinrichtungen sollten möglichst mit niedriger Spannung und niedrigem Strom arbeiten, um ei­ ne möglichst geringe Leistungsaufnahme zu haben und da­ mit eine weitgehende Miniaturisierung zu ermöglichen. Jedoch muß die Heizspitze aufgrund technischer Vorgaben im wesentlichen eine konische Form haben, da die Heizintervalle der Heizspitze in Abhängigkeit vom Heizelement vereinheitlicht sein müssen, so daß eine effektive Erhitzung im Bereich der Spritzgußöffnung ei­ ner Spritzgußmaschine erreicht wird.

Es leuchtet somit nicht ein, daß Heizspitzen mit der herkömmlichen Struktur für den Heizvorgang bei Kunst­ harz mit besserer thermischer Empfindlichkeit und ge­ ringeren thermischen Antwortzeiten unter Verwendung von kleineren Steuerungseinrichtungen mit geringerer Span­ nung und geringerem Strom ausgebildet werden könnten, wobei sicher auch wesentliche konstruktive Probleme bestünden. Mit anderen Worten, müßte bei einer derarti­ gen Konstruktion zur Steigerung der Empfindlichkeit und zur Verringerung thermischer Reaktionszeiten sowohl die Spannung als auch der Strom erhöht werden, wodurch sich auch größere Bauformen für den Stromregler ergeben würden, die einer generell gewünschten Miniaturisierung und einer gewünschten Aufwandsverringerung entgegen stünden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizein­ richtung zu schaffen, bei der obige Nachteile vermieden werden und eine hohe Empfindlichkeit bzw. eine geringe thermische Reaktionszeit erhalten wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Heizeinrich­ tung der eingangs genannten Gattung durch im kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale erhalten. Durch die Verringerung der Wandstärke der Heizspitze im Bereich des eingebauten Heizelements wird eine Maximierung der thermischen Übertragung vom Heiz­ element zur Oberfläche der Heizspitze erreicht. Die Heizspitze wird zu diesem Zweck in ihrer Wandstärke so verengt bzw. zugespitzt, daß der gewünschte Effekt eintritt, jedoch eine Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität noch sicher vermieden wird.

Die im Heizelement erzeugte Hitze wird augenblicklich zu der kurzen und dickwandigen Heizspitze übertragen, wodurch die Heizspitze sich erwärmt und deren Tempera­ tur aufgrund einer geringen thermischen Reaktionszeit schnell ansteigt. Außerdem wird eine hohe Außentempera­ tur erreicht, die annähernd der vom Heizelement erzeug­ ten Heiztemperatur entspricht. Das Kunststoffmaterial im Bereich der Spritzöffnung kann somit schnell er­ weicht oder geschmolzen werden. Da die Heizspitze au­ ßerdem eine geringe Wärme-Speicherkapazität hat, kann die ausgestrahlte Hitze schnell verringert und Somit eine Abkühlung erzielt werden, die den geschmolzenen Kunststoff wieder hart werden läßt. Die Möglichkeit des schnellen Erhitzens und des schnellen Erkaltens kann als gute thermische Reaktionsfähigkeit mit geringer thermischer Reaktionszeit bezeichnet werden.

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

Fig. 1 und Fig. 2 vergrößerte Darstellungen erfin­ dungsgemäßer Heizeinrichtungen im Schnitt,

Fig. 3 und Fig. 4 zwei Diagramme, die eine Tempera­ turveränderung der Heizspitze bezüglich zweier Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung und zweier herkömmlicher Einrichtungen zeigen,

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Temperaturänderung über der Zeit,

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen Heizeinrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 und 2 als Längsschnitte vergrößerter Heizeinrichtungen dargestellt. Es handelt sich dabei um hochempfindliche, spitz zulaufende Heizeinrichtungen.

Die Heizeinrichtung besitzt einen hitzeerzeugenden Grundkörper 1 a, der hülsenartig geformt ist und die gleiche Heizelement-Struktur besitzt, wie eine herkömm­ liche Ausführung gemäß Fig. 8. Die Form der herkömmli­ chen Heizspitze ist mit strichpunktierter Linie angedeutet, während hier die spitz zulaufende Heizspit­ ze 2 a einen äußeren, dickwandigen Abschnitt 7 hat, der in diesem Bereich so dünn ausgebildet ist, daß die me­ chanische Stabilität nicht beeinträchtigt wird und die Empfindlichkeit bzw. die thermische Reaktionsfähigkeit in bezug auf den Punkt P beträchtlich erhöht wird.

Die Heizspitze ist stufenförmig in Art und Form im we­ sentlichen entsprechend dem Heizelement 3 ausgebildet und ein verengter Stufenbereich 8 ist an einer erfor­ derlichen Stelle vorgesehen.

Weiterhin zeigt Fig. 1 einen Leitungsdraht 4, der durch den Grundkörper 1 a in der Mitte verläuft, während das vordere Ende des Leitungsdrahtes 4 am Punkt P ver­ schweißt oder durch mechanische Verformung oder in an­ derer Weise elektrisch mit dem Punkt P verbunden ist, um eine lokale Erhitzung im Öffnungsbereich 10 zu erhalten. Das Heizelement 3 kann als Widerstands- Heizdraht ausgebildet sein, beispielsweise als Ni- Chrom-Draht oder dergleichen, der sich stufenförmig bis zur Spitze P erstreckt. In entsprechender Weise ändert sich der Widerstandswert in Stufen. Damit ein möglichst gleichmäßiger Temperaturverlauf im Bereich der Heiz­ spitze 2 a erreicht wird, ist diese mit einer spitz zu­ laufenden Form ausgebildet.

Der Leitungsdraht 4 liegt in einem keramischen Isolier­ material 6.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Heizelement im Bereich der Heizspitze mit einem Grundkörper 1 b der hülsenförmig ausgebildet ist, und dessen Heizelement 3 eine Struktur hat, wie sie bei ei­ ner herkömmlichen Heizeinrichtung gemäß Fig. 7 Verwen­ dung findet. Zum Vergleich mit der Form der herkömmli­ chen Heizeinrichtung ist diese durch strichpunktierte Linien dargestellt, wobei die Heizspitze 2 a den dick­ wandigen Abschnitt 7 so dünn wie möglich ausgebildet hat, und zwar so, daß die mechanische Stabilität nicht vermindert wird und die thermische Empfindlichkeit be­ züglich des Punktes P erhöht wird.

Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ist ein verengter Stufenbereich 8 an einer erforderlichen Stel­ le vorgesehen, entsprechend der Art und der Form weite­ rer Merkmale des eingebauten Heizelements 3, so daß sich insgesamt eine stufenförmige Form ergibt.

Im Bereich der Öffnung 10 ist ein stationäres Teil 9 in Fig. 1 dargestellt. Bei beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sind die Heizspitzen 2 a, 2 b, die in die Grundkörper 1 a, 1 b eingesetzt sind, als unabhängige, auf die Grundkörper 1 a, 1 b aufsetzbare Teile ausgebildet, jedoch ist deren Konstruktion nicht darauf eingeschränkt.

Unterdessen zeigen Fig. 3 und Fig. 4 einen Vergleich der Temperaturunterschiede beider erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2 in bezug auf die herkömmlichen Heizeinrichtungen gemäß Fig. 7 und Fig. 8. Jede der Fig. 3, 4 gibt die Temperatur­ änderung bzw. Temperaturschwankung an, wobei die Grundkörper-Heizeinrichtung H im hülsenförmigen Grund­ körper auf 250°C eingestellt ist. Bei Fig. 3 ist der Fall dargestellt, wo das Heizelement 3 einen Effektiv­ wert von 3A und 9W hat, wobei die Einschaltzeit 5 sec und die Ausschaltzeit 15 sec beträgt. Die Temperatur am Punkt X der Heizspitze 2 a ändert sich bei diesem Aus­ führungsbeispiel zwischen 355°C und 220°C. Dies zeigt, daß der Temperaturbereich bei der hohen Tempera­ tur gegenüber dem Stand der Technik am Punkt X erwei­ tert ist. Beim Stand der Technik liegt der Temperatur­ bereich an der Heizspitze 2 (Fig. 7, Fig. 8) zwischen 335°C und 220°C.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist eine deutliche Diffe­ renz beim Temperaturwechsel zwischen dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung zu beobachten. Der Temperaturbereich ist beim Stand der Technik 115°C, während er bei der erfindungsgemäßen Ausführung 135°C beträgt.

Fig. 4 zeigt nun den Fall, wo das Heizelement 3 einen Effektivwert von 13, 8A und 14W hat. Die Einschaltdauer ist 5 sec, während die Ausschaltdauer 10 sec beträgt. Die Temperatur am Punkt X der Heizspitze 2 b ändert sich jeweils bei 475°C und 235°C, während beim Stand der Technik die Temperaturwechsel an der Heizspitze am Punkt X bei 350°C und 215°C stattfinden.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist hier die Temperaturdif­ ferenz zwischen der erfindungsgemäßen Ausführung und dem Stand der Technik noch deutlicher als bei Fig. 3 und Fig. 5 beschrieben. In Fig. 6 beträgt der Unter­ schied 100°C im Übergangsbereich zwischen den Temperaturwechseln. Der Temperaturbereich beim Stand der Technik beträgt 140°C, während er bei der erfin­ dungsgemäßen Ausführung 240°C beträgt.

Folglich kann eine Temperaturschwankungsbreite am Punkt X der Heizspitze 2 aufgrund des Ein-Ausschaltens des Heizelements 3 bei niedriger Spannung und niedrigem Strom einen sehr hohen Wert erreichen, so daß ein im engen Durchlaßbereich 10 befindliches Kunstharz schnell geschmolzen und auch wieder hart werden kann. Die gute thermische Kopplung, die eine entsprechend schnelle thermische Reaktion zwischen Kunstharz und Heizeinrich­ tung zur Folge hat, ist hier von besonderer Bedeutung. Ein begrenzter Durchflußbereich bei der Öffnung 10 kann in seiner äußeren Form entsprechend stufenweise erwei­ tert sein, so daß ein geringerer Spritzdruck, die Hälf­ te oder weniger im Vergleich zum Stand der Technik für den Betrieb mit kleineren Geräten und mit geringeren allgemeinen Anforderungen geeignet sein kann.

Gemäß der Erfindung wird der Abstand des hitzeerzeugen­ den Heizelements in der Heizspitze zum verengten Öff­ nungsbereich 10 verringert, um die Hitzeübertragung des Heizelements zu steigern, wobei der mechanische Schutz und damit die mechanische Stabilität des eingebauten Heizelements nicht vermindert wird. Dadurch wird eine Feinfühligkeit bzw. eine geringe Reaktionszeit gewähr­ leistet und eine Temperatur-Schwankungsbreite bezüglich des Einschalt- und Ausschaltbetriebs erhalten, die für einen besonders feinfühligen Betrieb verstärkt sein kann.

Bei einer Anwendung für Spritzguß-Kunstharz mit hohem Schmelzpunkt, kann der Spritzdruck verringert werden, da der Zwischenraum mit der Heizspitze vom Öffnungsbe­ reich bis zum Runner erweitert sein kann. Die Spritz­ gußmaschine kann durch Verwendung einer kleinen und kompakten Steuerung miniaturisiert sein, wobei auch die Heizeinrichtung mit einer niedrigen Spannung und einem niedrigen Strom arbeiten kann und für die Spritzvor­ richtung ein niedrigerer Spritzdruck ausreicht. Somit kann die gesamte Spritzvorrichtung kleiner gebaut werden.

In Fig. 7 und Fig. 8 sind zur Veranschaulichung des Anwendungsbereichs zwei bekannte Heizeinrichtungen dargestellt. An einem hülsenförmigen Grundkörper 1 ist jeweils eine spitz zulaufende Heizspitze 2 eingesetzt, die das Heizelement 3 enthält. Der Leitungsdraht 4 ist durch den Grundkörper 1 hindurchgeführt und elektrisch mit dem Punkt P verschweißt oder in anderer Weise verbunden. Das Heizelement 3 kann aus einem Heizdraht, beispielsweise aus Ni-Chrom-Draht mit hohen Wider­ standswert bestehen. Die Querschnittsfläche des Heizele­ ments 3 kann abschnittsweise bzw. in Stufen zur Spit­ ze hin abnehmen, so daß der Widerstandswert in bezug auf die Länge des Heizelements 3 entsprechend verändert wird. Auf diese Weise kann eine gleichbleibende Tempe­ ratur an der Heizspitze 2 erreicht werden, die zur Spitze hin stufenförmig verläuft.

In der Zeichnung ist noch ein Anschlußdraht 5 für den Anschluß eines Sensors angegeben. Mit der Bezugszahl 7 ist ein keramisches Isoliermaterial bezeichnet, während 7 einen dickwandigen Abschnitt der Heizspitze 2 markiert. Eine Grundkörperheizeinrichtung H, ein Grund­ körper K und der Einlaufbereich L für das Kunstharz sind ebenfalls dargestellt.

Claims (3)

1. Spitz zulaufende, hochempfindliche Heizeinrichtung zum lokalen erhitzen von Kunstharz, Kunststoff oder dergleichen, im Bereich einer mit einer Kavität in Ver­ bindung stehenden Einlauföffnung, mit einem in einer Heizspitze angeordneten Heizelement, die auf einen hül­ senförmigen Heizkörper aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Heizspitze (2 a) so geformt ist, daß eine geringe Di­ stanz zum Heizelement (3) besteht und die Heizspitze (2 a) sich so verjüngt, daß die Hitzeübertragung vom Heizelement (3) gesteigert wird.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspitze (2 a) einen verengten Stufenbereich (8) mit stufiger Mantel­ fläche hat, entsprechend der Konstruktion des eingebau­ ten Heizelements (3).

3. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ra­ diale Abstand zwischen der äußeren Form des Heizele­ ments (3) und der Mantelfläche der Heizspitze über an­ nähernd die gesamte Länge des Heizelements bis zur Spitze (P) im wesentlichen konstant ist.