WO2005053927A2 - Vorrichtung zur befestigung eines elektrischen heizköpers auf einem zylindrischen bauteil - Google Patents

Vorrichtung zur befestigung eines elektrischen heizköpers auf einem zylindrischen bauteil Download PDF

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WO2005053927A2
WO2005053927A2 PCT/EP2004/013633 EP2004013633W WO2005053927A2 WO 2005053927 A2 WO2005053927 A2 WO 2005053927A2 EP 2004013633 W EP2004013633 W EP 2004013633W WO 2005053927 A2 WO2005053927 A2 WO 2005053927A2
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sleeve
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Hubert Schwan
Giacinto Castiglia
Francesco Castiglia
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Gc-Heat Gebhard & Castiglia Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a device for fastening an electric heater in the form of a compressed heating element with a metallic jacket that heats cylindrical components from the outside, preferably a spiral tube cartridge, on the spray nozzle of injection molding or die casting tools or the like, heated cylindrical components, consisting of a the helical tube cartridge surrounding the circumferential side tubular clamping sleeve, by means of which the helical tube cartridge can be clamped on the component to be heated.
  • Such a device designed as a clamping element is described for example in DE 37 36 612 C2.
  • the known device has the problem that it protrudes beyond the circumference of the spiral tube cartridge with a circular cross section, so that there is an additional space requirement for this projecting fastening device.
  • the installation space is so narrow that projecting parts cannot be accommodated or can only be accommodated with difficulty. There is therefore a need to create a device that takes up less space.
  • DE 102 43 207 discloses a device designed as a tensioning element, which consists of bimetallic strips whose peripheral edges ending in the circumferential direction are hooked to one another, so that an annular sleeve is formed and that the inner jacket part of the sleeve has a lower coefficient of thermal expansion than that has outer jacket part.
  • a tensioning element which consists of bimetallic strips whose peripheral edges ending in the circumferential direction are hooked to one another, so that an annular sleeve is formed and that the inner jacket part of the sleeve has a lower coefficient of thermal expansion than that has outer jacket part.
  • the invention has for its object to provide a clamping element for spiral tube cartridges, which consists of only one part and which can be releasably fixed and tightened in a simple and functional manner on a cylindrical heatable object and in particular at temperatures around 500 ° C its strength and clamping action permanently, ie retains at least 10,000 hours.
  • a device for fastening an electric heating element in the form of a compressed heating element with a metallic jacket which heats cylindrical components from the outside, preferably a helical tube cartridge on the spray nozzle of injection molding or die casting tools or similar cylindrical components which can be heated from a tubular clamping sleeve which surrounds the helical tube cartridge on the circumference and by means of which the helical tube cartridge can be clamped on the component to be heated, the clamping sleeve having a cylindrical outer and inner lateral surface and a continuous slot running along its length.
  • the inner diameter of the clamping sleeve in the unassembled state is approximately between 1 to 5% smaller than the outer diameter of the spiral tube cartridge.
  • the wall thickness of the clamping sleeve is ⁇ 3 mm.
  • the slot provided in the clamping sleeve has a bevel on at least one of its sides.
  • the clamping sleeve has at least one oblique through hole on its side opposite the slot.
  • the through hole is arranged at an angle ⁇ of 10 ° to 80 ° to a symmetry crisis of the development of the clamping sleeve, the axis of symmetry running parallel to the slot.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides that the through hole is arranged at an angle ⁇ of 10 ° to 80 ° to an edge of the development of the clamping sleeve.
  • the through holes are assigned to one another in mirror image with respect to the axis of symmetry.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm at 20 ° C. of> 900 N / mm 2 .
  • the material of the clamping sleeve has an elastic limit R o , 2 of > 850 N / mm 2 .
  • the material of the clamping sleeve has an elongation at break of ⁇ 20%.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm at 500 ° C. of> 650 N / mm 2 .
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm at 500 ° C. after 10,000 hours of> 400 N / mm 2 .
  • the material of the clamping sleeve has a thermal expansion at 400 ° C of ⁇ 17 x 10 ⁇ 6 K _1 .
  • the material of the adapter sleeve is scale-resistant up to 700 ° C. and has spring properties. It is essential for the invention that the material of the clamping sleeve still has spring properties even at high temperatures of approximately 500 ° C.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm and an elastic limit R p0 , 2 at 20 ° C. which is approximately the same size.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm and a proof stress R p0.2 at 500 ° C., which is approximately the same size.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm which is at most 30% greater than the yield strength R p0f2 at 20 ° C.
  • the material of the adapter sleeve has a tensile strength Rm that is at most 30% greater than the yield strength R p0f2 at 500 ° C.
  • the material of the clamping sleeve has a ratio the yield strength R p02 . to the tensile strength Rm of> 0.8. It is advantageous if this ratio is not only at 20 ° C but also in the range of 500 ° C, so that the material still has spring properties, especially at high temperatures.
  • the material of the adapter sleeve is a precipitation hardenable nickel-chromium-iron alloy.
  • the material of the adapter sleeve is a precipitation-hardenable nickel-chromium-iron alloy, comprising proportions of Ni in a range from approximately 50.0% to 55.0%, and Cr in a range from approximately 17 , 0% to 21.0%, of C in a range of approximately 0.02% to 0.08%, Mn in a range of approximately 0% to 0.35%, Si in a range of approximately 0% to 0 , 35%, Cu in a range from approximately 0% to 0.20%, Mo in a range from approximately 2.80% to 3.30%, Co in a range from approximately 0% to 1.0%, Nb in a range from about 4.75% to 5.50%, Al in a range from about 0.20% to 0.80%, Ti in a range from about 0.65% to 1.15%, B in a range from approximately 0.002% to 0.006%, P in a range from approximately 0% to 0.0015%, S in a range from approximately 0% to 0.
  • Ni in a range from approximately 50.0% to
  • the device according to the invention enables permanent pressing of the electric radiator in the form of the spiral tube cartridge onto the spray nozzle of the injection molding tool for temperatures up to over 500 ° C.
  • This permanent pressing which does not require the known complex constructive clamping mechanisms, is due, among other things, to the only insignificant decrease in spring stiffness Collet at high temperatures around 500 ° C and a long period of 10,000 to 100,000 hours.
  • the known problems with regard to the small space available for attaching a tensioning element are not only caused by the lack of a Manoeuvrable large clamping mechanism avoided but also in that the clamping sleeve according to the invention only has to have a small wall thickness of, for example, 0.5 to 1 mm.
  • a further advantage is given by the fact that the clamping sleeve is firmly seated on the cylindrical component to be heated in the cold and warm state, because due to the approximately 1% to 5% smaller inner diameter of the clamping sleeve in the unmounted state compared to the outside - Diameter of the spiral tube cartridge, the adapter sleeve is already tight when it is cold.
  • the heating of the spiral tube cartridge is improved, since it is pressed onto the component to be heated by the clamping sleeve.
  • the adapter sleeve can be easily assembled and disassembled using specially designed pliers that reach under the bevels and expand the adapter sleeve. In addition to the easy disassembly of the adapter sleeve, it can be reused if the radiator fails by disassembling it, removing the radiator from the spray nozzle and pushing on a new radiator in the form of a spiral tube cartridge and tensioning it using the adapter sleeve.
  • the tensioning sleeve according to the invention has a vibration and shock-proof contact, since there are no screws which could loosen due to vibrations existing in the machine.
  • the adapter sleeve according to the invention is that the electric heating elements in the form of spiral tube cartridges do not always have the same outside diameter, but that these outside diameter tolerances sen. These diameter tolerances can be compensated for by the clamping range of the clamping sleeve according to the invention, which is approximately 0.5 mm. Further advantages of the material used are that it has high corrosion resistance and is scale-resistant.
  • the electric radiators in the form of spiral tube cartridges are preferably made from ductile stainless steel or from nickel, these materials having only low heat strengths, in particular when these are permanently exposed to higher temperatures of about 400 ° C.
  • the electric heating element is also pushed open beyond the expansion limit, so that there is a permanent deformation of the helical tube cartridge, ie. H. an increase in their inner diameter.
  • the helical tube cartridge no longer lies completely against the spray nozzle, so that good heat transfer from the helical tube cartridge to the injection molding nozzle is no longer guaranteed.
  • the efficiency of the spiral tube cartridge also drops, so that a constant, reproducible temperature control is not guaranteed.
  • the thermal coupling of the spiral tube cartridge with the spray nozzle is disturbed.
  • the absorbed power of the nozzle drops and the radiation losses of the spiral tube cartridge increase.
  • the adapter sleeve Because there are no copper embeddings in the adapter sleeve, it has a low mass, so that very rapid thermal reactions for the precise temperature control are provided. Furthermore, the adapter sleeve according to the invention enables a reduced power loss by reflecting the heat radiation in the direction of the spray nozzle. A targeted power and temperature distribution on the spray nozzle is possible because there is no heat compensation in the nozzle heating. The slit running through the length of the clamping sleeve enables a jacket thermocouple to be accommodated without the outer diameter of the entire part being exceeded.
  • FIG. 1 is a side view of a clamping sleeve attached to a spiral tube cartridge in section
  • FIG. 2 shows a section through a spiral tube cartridge and adapter sleeve according to line B-B in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a side view of an adapter sleeve
  • FIG. 4 shows a section through the adapter sleeve according to line A-A in FIG. 3,
  • Fig. 5 is a development of the adapter sleeve with elongated holes
  • Fig. 6 is a perspective view of the adapter sleeve with elongated holes.
  • FIG. 1 and 2 show a device for fastening an electric heating element in the form of a helical tube cartridge 1 on the spray nozzle, not shown, of an injection molding tool or a similar, heatable cylindrical component.
  • the helical tube cartridge 1 is surrounded on the circumference by a tubular clamping sleeve 2, which is provided in order to firmly clamp the helical tube cartridge 1 on the component to be heated.
  • the clamping sleeve 2 has a cylindrical outer and inner lateral surface 3, 4 and a continuous slot 5 running over its length, the inner diameter ser d SI of the clamping sleeve 2 in the unassembled state is approximately between 1 to 5% smaller than the outer diameter d wa of the helical tube cartridge 1.
  • the clamping sleeve 2 is made of a material that springs, so that due to the smaller inside diameter of the clamping sleeve 2, this due to the resilient properties without further clamping means is firmly clamped on the helical tube cartridge 1 and presses it over a large area against the spray nozzle.
  • the spring action of the clamping sleeve 2 is sufficient to prevent the same from loosening automatically even with vibrations.
  • the slot 5 has a width which is sufficient to carry out the connection of the heating element. The width is, for example, between 1 mm and 5 mm.
  • the small amount of space required for the clamping sleeve is not only due to the unnecessary screwing or other known clamping elements, but also due to the small wall thickness t s of the clamping sleeve 2, which is ⁇ 3 mm, preferably in a range of approximately 0.5 is up to 1 mm. It is advantageous if the slot 5 has a bevel 6 on at least one of its sides, ie the marginal edges, which is suitable for mounting the clamping sleeve by means of a special assembly and disassembly tool.
  • the bevel can have an angle of 45 °.
  • a spreading pliers can be used as an assembly and disassembly tool, for example, which engages in the slot 5 and spreads it apart. With short sleeves, it is sufficient to use the spreading pliers on one side instead of in the middle for spreading. If the adapter sleeve is installed on short nozzles, for example up to a length of 40 mm, the nozzle of a tool to be heated can remain in the tool even during tight installation conditions.
  • the clamping sleeve 2 has on its side 7 opposite the slot 5 at least one oblique through hole 8.1, 8.2.
  • the through hole 8.1, 8.2 is arranged at an angle ⁇ of 10 ° to 80 ° to an axis of symmetry 9 of the development 11 of the clamping sleeve 2, the axis of symmetry 9 running parallel to the slot 5.
  • the through hole 8.1, 8.2 is arranged at an angle ⁇ of 10 ° to 80 ° to an edge 10 of the development 11 of the clamping sleeve 2.
  • the through holes 8.1, 8.2 are assigned to each other in mirror image with respect to the axis of symmetry 9.
  • a particularly suitable material for the adapter sleeve is characterized in that the tensile strength Rm at 20 ° C. is> 900 N / mm 2 .
  • the proof stress R p0.2 should be> 850 N / mm 2 .
  • the elongation at break should be ⁇ 20%.
  • the tensile strength Rm at 20 ° C. is> 900 N / mm 2 .
  • the proof stress R p0.2 should be> 850 N / mm 2 .
  • the elongation at break should be ⁇ 20%.
  • 500 ° C should be> 650 N / mm 2 .
  • the tensile strength Rm at 500 ° C after 10,000 hours should still be> 400 N / mm 2 .
  • the thermal expansion at 400 ° C should be ⁇ 17 x 10 ⁇ 6 K _1 .
  • the material should also be scale-resistant and corrosion-resistant.
  • the material of the adapter sleeve should have a tensile strength Rm and the proof stress R p02 at 20 ° C, which are approximately the same size.
  • the material of the clamping sleeve have a tensile strength Rm that is a maximum of 30% greater than the yield strength R p0f2 . at 20 ° C.
  • a particularly suitable material is, for example, a precipitation-hardenable nickel-chromium-iron alloy.
  • a precipitation hardenable nickel-chromium-iron alloy comprises proportions of Ni in a range from approximately 50.0% to 55.0%, of Cr in a range from approximately 17.0% to 21.0% and the rest is formed by Fe, based on the entire alloy.
  • the nickel-chromium-iron alloy can additionally comprise proportions of C in a range from approximately 0.02% to 0.08%, Mn in a range from approximately 0% to 0.35%, Si in a range from approximately 0% to 0.35%, Cu in a range of approximately 0% to 0.20%, Mo in a range of approximately 2.80% to 3.30%, Co in a range of approximately 0% to 1.0%, Nb in a range from approximately 4.80% to 5.50%, Al in a range from approximately 0.30% to 0.70%, Ti in a range from approximately 0.70% to 1.15%, B in one Range from about 0.002% to 0.006%, P in a range from about 0% to 0.0015%, S in a range from about 0% to 0.010% based on the total alloy.
  • a particularly suitable material is, for example, INCONELL alloy 718 (German material standard number: 2.4668). Also suitable are INCONELL alloy X-750 (German material standard number: 2.4669), Titan (German material standard number:

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers in Form eines verdichteten Heizele­ mentes mit einem metallischen Mantel, der zylindrische Bau­teile von Aussen beheizt, vorzugsweise einer Wendelrohrpatrone (1), auf der Spritzdüse von Spritzgiess- oder Druckgusswerkzeu­gen oder dergleichen beheizbaren zylindrischen Bauteilen, be­stehend aus einer die Wendelrohrpatrone (1) umfangsseitig um­ gebenen rohrförmige Spannhülse (2), mittels derer die Wendel­rohrpatrone (1) auf dem zu beheizenden Bauteil festspannbar ist.

Description

Bezeichnung: Vorrichtung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers auf einem zylindrischen Bauteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers in Form eines verdichteten Heizelementes mit einem metallischen Mantel, der zylindrische Bauteile von Außen beheizt, vorzugsweise einer Wendelrohrpatro- ne, auf der Spritzdüse von Spritzgieß- oder Druckgußwerkzeugen oder dergleichen beheizbaren zylindrischen Bauteilen, bestehend aus einer die Wendelrohrpatrone umfangsseitig umgebenen rohrförmige Spannhülse, mittels derer die Wendelrohrpatrone auf dem zu beheizenden Bauteil festspannbar ist.
Eine derartige als Spannelement ausgebildete Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 37 36 612 C2 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung weist das Problem auf, daß diese über den Umfang der im Querschnitt kreisförmigen Wendelrohrpatrone vorragt, so daß ein zusätzlicher Platzbedarf für diese vorspringende Befestigungsvorrichtung besteht. In bestimmten Einsatzzwecken ist der Einbauraum so eng, daß vorspringende Teile nicht oder nur schwer unterbringbar sind. Es besteht daher die Notwendigkeit, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen geringeren Platzbedarf benötigt.
Ferner ist aus der DE 102 43 207 eine als Spannelement ausgebildete Vorrichtung bekannt, die aus Bimetallstreifen besteht, deren in Umfangsrichtung endenden Randkanten aneinan- der verhakt sind, so daß eine ringförmige Manschette gebildet wird und daß der innenliegende Mantelteil der Manschette einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der außenliegende Mantelteil aufweist. Eine derartige Lösung weist zwar einen geringeren Bauraum auf, wobei die Zeitstandsfes- tigkeit dieser Konstruktion nicht völlig zufriedenstellend ist.
BESTATIGUNGSKOPIE Die vorstehend beschriebenen Lösungen sind technisch aufwendig und in ihrer Handhabung sowie ihrer Wirkungsweise nicht vollständig befriedigend.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Spannelement für Wendelrohrpatronen zu schaffen, welches aus nur einem Teil besteht und welches sich in einfacher Weise und funktionell auf einen zylindrischen beheizbaren Gegenstand lösbar fixieren und anspannen läßt und insbesondere bei Temperaturen um 500° C seine Festigkeit und Spannwirkung dauerhaft, d.h. mindestens 10.000 Stunden behält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrich- tung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers in Form eines verdichteten Heizelementes mit einem metallischen Mantel, der zylindrische Bauteile von Außen beheizt, vorzugsweise einer Wendelrohrpatrone auf der Spritzdüse von Spritzgießoder Druckgußwerkzeugen oder dergleichen beheizbaren zylind- rischen Bauteilen, bestehend aus einer die Wendelrohrpatrone Umfangsseitig umgegebenen rohrförmigen Spannhülse, mittels derer die Wendelrohrpatrone auf dem zu beheizenden Bauteil festspannbar ist, wobei die Spannhülse eine zylindrische Außen- und Innenmantelfläche und einen über ihre Länge verlau- fenden durchgehenden Schlitz aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Innendurchmesser der Spannhülse in nichtmontiertem Zustand in etwa zwischen 1 bis 5% kleiner ist als der Außen- durchmesser der Wendelrohrpatrone.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wandstärke der Spannhülse < 3 mm ist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der in der Spannhülse vorgesehene Schlitz auf wenigstens einer seiner Seiten eine Abschrägung aufweist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spannhülse auf ihrer zu dem Schlitz gegenüberliegenden Seite wenigstens ein schräg verlaufendes Durchgangsloch aufweist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Durchgangsloch in einem Winkel α von 10° bis 80° zu einer Symmetrieacrise der Abwicklung der Spannhülse angeordnet ist, wobei die Synπmetrieachse parallel zu dem Schlitz verläuft.
In ebenfalls vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Durchgangsloch in einem Winkel ß von 10° bis 80° zu einer Randkante der Abwicklung der Spannhülse angeordnet ist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchgangslöcher spiegelbildlich in Bezug auf die Symmetrieachse einander zugeordnet sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm bei 20° C von > 900 N/mm2 aufweist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Dehngrenze R o,2 von > 850 N/mm2 aufweist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Bruchdehnung von < 20% aufweist.
In ebenfalls vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm bei 500° C von > 650 N/mm2 aufweist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm bei 500° C nach 10.000 Stunden von > 400 N/mm2 aufweist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Wärmeausdehnung bei 400° C von < 17 x 10~6 K_1 aufweist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse zunderbeständig bis 700° C ist und Federeigensσhaften aufweist. Von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung ist, dass das Material der Spannhülse auch bei hohen Temeperaturen von ungefähr 500° C noch Federeigenschaften aufweist .
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm und eine Dehngrenze Rp0,2 bei 20°C aufweist, die annähernd gleich groß ist.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm und eine Dehngrenze Rp0,2 bei 500° C aufweist, die annähernd gleich groß ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm aufweist, die maximal 30% größer ist als die Dehngrenze Rp0f2 bei 20°C.
In ebenfalls vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm aufweist, die maximal 30% größer ist als die Dehngrenze Rp0f2 bei 500° C.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse ein Verhältnis der Dehngrenze Rp02. zu der Zugfestigkeit Rm von > 0,8 aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn dieses Verhältnis nicht nur bei 20°C sondern auch im Bereich von 500° C vorliegt, so dass das Material insbesondere bei hohen Temperaturen noch Feder- eigenschaften aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material der Spannhülse eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung ist, umfassend Anteile an Ni in einem Bereich von etwa 50,0% bis 55,0%, an Cr in einem Bereich von etwa 17,0% bis 21,0%, an C in einem Bereich von etwa 0,02% bis 0,08%, Mn in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Si in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Cu in einem Bereich von etwa 0% bis 0,20%, Mo in einem Bereich von etwa 2,80% bis 3,30%, Co in einem Bereich von etwa 0% bis 1,0%, Nb in einem Bereich von etwa 4,75% bis 5,50%, AI in einem Bereich von etwa 0,20% bis 0,80%, Ti in einem Bereich von etwa 0,65% bis 1,15%, B in einem Bereich von etwa 0,002% bis 0,006%, P in einem Bereich von etwa 0% bis 0,0015%, S in einem Bereich von etwa 0% bis 0,010% und der Rest durch Fe ge- bildet ist, bezogen auf die gesamte Legierung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine dauerhafte Anpressung des elektrischen Heizkörpers in Form der Wendelrohrpatrone auf die Spritzdüse des Spritzgießwerkzeuges für Temperaturen bis über 500° C. Diese dauerhafte Anpressung, die ohne die bekannten aufwendigen konstruktiven Spannmechanismen auskommt, wird unter anderem aufgrund der nur unwesentlich absinkenden Federsteifigkeit der Spannhülse bei hohen Temperaturen um 500° C und einer langen Zeitdauer von 10.000 bis 100.000 Stunden ermöglicht. Die bekannten Probleme hinsichtlich des geringen vorhandenen Bauraums zur Anbringung eines Spannelementes werden nicht nur durch das Fehlen eines auf- wendigen großen Spannmechanismusses vermieden sondern auch dadurch, daß die erfindungsgemäße Spannhülse nur eine geringe Wandstärke von beispielsweise 0,5 bis 1 mm aufweisen muß.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß ein fester Sitz der Spannhülse auf dem zu beheizenden zylindrischen Bauteil im kalten und warmen Zustand gegeben ist, da aufgrund des um ungefähr 1% bis 5% geringeren Innendurchmessers der Spannhülse im nicht montierten Zustand im Vergleich zu dem Außen- durchmesser der Wendelrohrpatrone, die Spannhülse bereits im kalten Zustand fest anliegt. Zusätzlich wird das Anheizen der Wendelrohrpatrone verbessert, da diese durch die Spannhülse auf das zu beheizende Bauteil gepreßt wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spannhülse besteht in der leichten Demontage derselben, da keine aus dem Stand der Technik bekannten Spannschrauben gelöst oder formschlüssige Verbindungen demontiert werden müssen. Die Spannhülse läßt sich mit einer speziell gestalteten Zange, die unter die Abschrägungen greift und die Spannhülse aufweitet, einfach montieren und demontieren. Zusätzlich zu der leichten Demontage der Spannhülse kann diese bei einem Ausfallen des Heizkörpers wiederverwendet werden, indem diese demontiert wird, der Heizkörper von der Spritzdüse entfernt wird und ein neuer Heizkörper in Form einer Wendelrohrpatrone aufgeschoben wird und mittels der Spannhülse gespannt wird.
Im Gegensatz zu den bekannten Spannelementen, die mittels Schrauben gespannt werden, weist die erfindungsgemäße Spann- hülse eine rüttel- und schocksichere Anpressung auf, da keine Schrauben vorhanden sind, die sich aufgrund von in der Maschine bestehenden Vibrationen lösen könnten.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spannhülse besteht darin, daß die elektrischen Heizkörper in Form von Wendelrohrpatronen nicht immer den gleichen Außendurchmesser aufweisen, sondern das diese Außendurchmesser Toleranzen aufwei- sen. Durch den Spannbereich der erfindungsgemäßen Spannhülse, der etwa 0,5 mm beträgt, können diese Durchmessertoleranzen ausgeglichen werden. Weitere Vorteile des eingesetzten Materials sind, daß dieses eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf- weist und zunderfest ist.
Die elektrischen Heizkörper in Form von Wendelrohrpatronen werden vorzugsweise aus duktilem Edelstahl oder aus Nickel gefertigt, wobei diese Werkstoffe nur geringe Warmfestigkei- ten aufweisen, insbesondere wenn diese höheren Temperaturen von etwa 400°C dauerhaft ausgesetzt werden. Durch das Aufheizen und dadurch verbundene Ausdehnen der Spritzdüsen von Spritzgießwerkzeugen wird auch der elektrische Heizkörper bis über die Dehngrenze aufgedrückt, so daß es zu einer bleiben- den Verformung der Wendelrohrpatrone kommt, d. h. einer Vergrößerung deren Innendurchmessers. Hierdurch liegt die Wendelrohrpatrone nicht mehr vollständig an der Spritzdüse an, so daß ein guter Wärmeübergang von der Wendelrohrpatrone auf die Spritzgußdüse nicht mehr gewährleistet ist. Dementspre- chend sinkt auch der Wirkungsgrad der Wendelrohrpatrone, so daß keine gleichbleibende reproduzierbare Temperaturführung gewährleistet ist. Die thermische Kopplung der Wendelrohrpatrone mit der Spritzdüse ist gestört. Die aufgenommene Leistung der Düse sinkt und die Abstrahlverluste der Wendelrohr- patrone steigen.
Dadurch, daß keine Kupfereinbettungen in der Spannhülse vorgesehen sind, weist diese eine geringe Masse auf, so daß sehr schnelle thermische Reaktionen für die genaue Temperaturfüh- rung gegeben sind. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Spannhülse eine reduzierte Verlustleistung dadurch, daß sie die Wärmestrahlung in Richtung der Spritzdüse reflektiert. Eine gezielte Leistungs- und Temperaturverteilung auf der Spritzdüse ist möglich, da kein Wärmeausgleich in der Düsen- beheizung stattfindet. Der über die Länge der Spannhülse durchlaufende Schlitz ermöglicht die Unterbringung eines Mantelthermoelementes, ohne daß der Außentdurchmesser des gesamten Teils überschritten wird.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine Seitenansicht einer auf einer Wendelrohrpatrone befestigten Spannhülse im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Wendelrohrpatrone und Spannhülse gemäß Linie B-B in Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Spannhülse,
Fig. 4 einen Schnitt durch die Spannhülse gemäß Linie A-A in Fig. 3,
Fig. 5 eine Abwicklung der Spannhülse mit Langlöchern und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Spannhülse mit Langlöchern.
Fig. 1. und Fig. 2 zeigen eine Vorrichtung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers in Form einer Wendelrohrpatro- ne 1 auf der nicht dargestellten Spritzdüse eines Spritzgießwerkzeugs oder eines ähnlichen beheizbaren zylindrischen Bauteils. Die Wendelrohrpatrone 1 wird umfangsseitig umgegeben von einer rohrförmigen Spannhülse 2, die vorgesehen ist, um die Wendelrohrpatrone 1 auf dem zu beheizenden Bauteil fest zu spannen. Die Spannhülse 2 weißt eine zylindrische Außen- und Innenmantelfläche 3, 4 und einen über ihre Länge verlaufenden durchgehenden Schlitz 5 auf, wobei der Innendurchmes- ser dSI der Spannhülse 2 in nichtmontiertem Zustand in etwa zwischen 1 bis 5% kleiner ist als der Außendurchmesser dwa der Wendelrohrpatrone 1. Die Spannhülse 2 ist aus einem Werkstoff, der federt, so daß durch den geringeren Innendurchmes- ser der Spannhülse 2 diese aufgrund der federnden Eigenschaften ohne weitere Spannmittel fest auf der Wendelrohrpatrone 1 gespannt ist und diese großflächig gegen die Spritzdüse drückt. Die Federwirkung der Spannhülse 2 reicht aus, um einen selbsttätiges Lösen derselben auch bei Vibrationen zu verhindern. Der Schlitz 5 weißt eine Breite auf, die ausreichend ist, um den Anschluß des Heizelementes durchzuführen. Die Breite beträgt beispielweise zwischen 1 mm bis 5 mm. Der geringe notwendige Bauraum der Spannhülse ergibt sich nicht nur aufgrund der nicht benötigten Verschraubung oder sonsti- ger bekannter Spannelemente, sondern auch aufgrund der nur geringen Wandstärke ts der Spannhülse 2, die < 3 mm ist, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1 mm liegt. Vorteilhaft ist, wenn der Schlitz 5 auf wenigstens einer seiner Seiten, d.h. den Randkanten, eine Abschrägung 6 aufweist, die geeignet ist, um mittels eines speziellen Montage- und Demontagewerkzeugs die Spannhülse zu montieren. Die Abschrägung kann beispielweise einen Winkel von 45° aufweisen.
Als Montage- und Demontagewerkzeug kann beispielsweise eine Spreizzange eingesetzt werden, die in den Schlitz 5 eingreift und diesen auseinander spreizt. Bei kurzen Hülsen ist es ausreichend die Spreizzange einseitig, statt mittig, zum Spreizen anzusetzen. Bei einer Montage der Spannhülse auf kurze Düsen, beispielsweise bis zu einer Länge von 40 mm kann die zu beheizende Düse eines Werkzeugs auch bei engen Platzverhältnissen während der Montage im Werkzeug bleiben.
Problematisch erweist sich beim Aufschieben der Spannhülse beim einseitigen Aufweiten auf die Düse, dass die Spannhülse sich auf der gegenüberliegenden Seite nicht so weit aufweitet, ohne dass die Spannhülse „überstreckt" wird. Dieses Problem wird mit kleinerem Durchmessern und größerer Länge verstärkt. Gelöst wird dieses Problem durch eine gezielte, geringe Schwächung der zum Zangenansatz gegenüberliegenden Seite durch Durchgangslöcher. Bei optimaler Auslegung der Durchgangslöcher kann bei einer Aufweitung des Schlitzes 5 auf der Seite des Zangenansatzes um beispielsweise 1 mm auf der gegenüberliegenden Seite der Durchgangslöcher noch eine Aufweitung des Schlitzes 5 um ungefähr den 0,4-fachen Wert erreicht werden, d.h. 0,4 mm. Eine noch höhere Schwächung führt zu einem nicht zulässigen Spannkraftverlust. Der Spann- kraftverlust durch die Schlitze/Langlöcher liegt bei ca. 30% im gegenüberliegenden Bereich. Bei der Auslegung der Wandstärke sind aber hierzu ausreichend Reserven vorhanden oder berücksichtigt .
Fig. 5 zeigt eine Abwicklung der Spannhülse 2. Die Spannhülse 2 weist auf ihrer zu dem Schlitz 5 gegenüberliegenden Seite 7 wenigstens ein schräg verlaufendes Durchgangsloch 8.1, 8.2 auf. Das Durchgangsloch 8.1, 8.2 ist in einem Winkel α von 10° bis 80° zu einer Symmetrieachse 9 der Abwicklung 11 der Spannhülse 2 angeordnet, wobei die Symmetrieachse 9 parallel zu dem Schlitz 5 verläuft. Das Durchgangsloch 8.1, 8.2 ist in einem Winkel ß von 10° bis 80° zu einer Randkante 10 der Abwicklung 11 der Spannhülse 2 angeordnet. Die Durchgangslöcher 8.1, 8.2 sind spiegelbildlich in Bezug auf die Symmetrieachse 9 einander zugeordnet.
Ein besonders geeigneter Werkstoff für die Spannhülse zeichnet sich dadurch aus, daß die Zugfestigkeit Rm bei 20°C > 900 N/mm2 ist. Die Dehngrenze Rp0,2 sollte > 850 N/mm2 sein. Die Bruchdehnung sollte < 20% sein. Die Zugfestigkeit Rm bei
500° C sollte > 650 N/mm2 sein. Die Zugfestigkeit Rm bei 500° C nach 10.000 Stunden sollte noch > 400 N/mm2 sein. Die Wärmeausdehnung bei 400° C sollte < 17 x 10~6 K_1 sein. Ferner sollte der Werkstoff zunderbeständig sein und korrosionsbeständig sein. Das Material der Spannhülse sollte eine Zugfestigkeit Rm und die Dehngrenze Rp02 bei 20° C aufweisen, die annähernd gleich groß sind. Vorzugsweise sollte das Material der Spann- hülse eine Zugfestigkeit Rm aufweisen, die maximal 30% größer ist als die Dehngrenze Rp0f2. bei 20°C.
Ein besonders geeigneter Werkstoff ist beispielsweise durch eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung gegeben. Eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung umfassent Anteile an Ni in einem Bereich von etwa 50,0% bis 55,0%, an Cr in einem Bereich von etwa 17,0% bis 21,0% und der Rest wird durch Fe gebildet, bezogen auf die gesamte Le- gierung. Die Nickel—Chrom-Eisenlegierung kann zusätzlich umfassen Anteile an C in einem Bereich von etwa 0,02% bis 0,08%, Mn in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Si in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Cu in einem Bereich von etwa 0% bis 0,20%, Mo in einem Bereich von etwa 2,80% bis 3,30%, Co in einem Bereich von etwa 0% bis 1,0%, Nb in einem Bereich von etwa 4,80% bis 5,50%, AI in einem Bereich von etwa 0,30% bis 0,70%, Ti in einem Bereich von etwa 0,70% bis 1,15%, B in einem Bereich von etwa 0,002% bis 0,006%, P in einem Bereich von etwa 0% bis 0,0015%, S in einem Bereich von etwa 0% bis 0,010% bezogen auf die gesamte Legierung.
Ein besonders geeigneter Werkstoff ist beispielsweise INCONELL alloy 718 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4668). Außerdem sind geeignet INCONELL alloy X-750 (deutsche Werkstoff- normnummer: 2.4669) , Titan (deutsche Werkstoffnormnummer:
3.7164), Titan (deutsche Werkstoffnormnummer: 3.7184), INCONELL alloy 751 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.2494), INCONELL alloy A-286 (deutsche Werkstoffnormnummer: 1.4980), INCONELL alloy 80A (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4631 und 2.4952), INCONELL alloy 90 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4632 und 2.4969), INCONELL alloy 101, INCONELL alloy 105 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4634), INCONELL alloy 115 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4636), INCONELL alloy 263 (deutsche Werkstoffnormnummer: 2.4650), INCONELL alloy PE 16, und INCONELL alloy D 979. Ferner sind geeignet hochwarmfeste Nickel-Basis Legierungen wie INCONELL alloy 601H (deutsche Werkstoff normnummer: 2.4851) und INCONELL alloy 800H (deutsche Werkstoff normnummer: 1.4876).

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Befestigung eines elektrischen Heizkörpers in Form eines verdichteten Heizelementes mit einem metalli- sehen Mantel, der zylindrische Bauteile von Außen beheizt, vorzugsweise einer Wendelrohrpatrone (1) auf der Spritzdüse von Spritzgieß- oder Druckgußwerkzeugen oder dergleichen beheizbaren zylindrischen Bauteilen, bestehend aus einer die Wendelrohrpatrone (1) umfangsseitig umgegebenen rohrförmigen Spannhülse (2), mittels derer die Wendelrohrpatrone (1) auf dem zu beheizenden Bauteil dauerhaft festspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (2) eine zylindrische Außen- und Innenmantelfläche (3, 4) und einen über ihre Länge verlaufenden durchgehenden Schlitz (5) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser dSI der Spannhülse (2) in nichtmontier- tem Zustand in etwa zwischen 1 bis 5% kleiner ist als der Außendurchmesser dWA der Wendelrohrpatrone (1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke ts der Spannhülse (2) < 3 mm ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß der in der Spannhülse (2) vorgesehene
Schlitz (5) auf wenigstens einer seiner Seiten eine Abschrägung (6) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Spannhülse (2) auf ihrer zu dem
Schlitz ( 5 ) gegenüberliegenden Seite ( 7 ) wenigstens ein schräg verlaufendes Durchgangsloch (8.1, 8.2) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Durchgangsloch (8.1, 8.2) in einem
Winkel von 10° bis 80° zu einer Symmetrieachse (9) der Ab- icklung (11) der Spannhülse (2) angeordnet ist, wobei die Symmetrieachse (9) parallel zu dem Schlitz (5) verläuft.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Durchgangsloch (8.1, 8.2) in einem
Winkel ß von 10° bis 80° zu einer Randkante (10) der Abwicklung (11) der Spannhülse (2) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (8.1, 8.2) spiegelbildlich in Bezug auf die Symmetrieachse ( 9 ) einander zugeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch ge- kennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Zugfestigkeit Rm bei 20°C von > 900 N/mm2 aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Dehngrenze Rp0,2 von > 850 N/mm2 aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Bruchdehnung von < 20% aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Zugfestigkeit Rm bei 500° C von > 650 N/mm2 aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Zugfestigkeit Rm bei 500° C nach 10.000 Stunden von > 400 N/mm2 aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine Wärmeausdehnung bei 400° C von < 17 x 10~6 K_1 aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) zunderbeständig ist und Federeigenschaften aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm und eine Dehngrenze Rp0f2 bei 20° C aufweist, die annähernd gleich groß ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm und eine Dehngrenze Rp0,2 bei 500° C aufweist, die annähernd gleich groß ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm aufweist, die maximal 30% größer ist als die Dehngrenze Rp0/2. bei 20°C.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse eine Zugfestigkeit Rm aufweist, die maximal 30% größer ist als die Dehngrenze Rp0,2' bei 500°C.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse ein Verhältnis der Dehngrenze Rp0,2 zu der Zugfestigkeit Rm von > 0,8 aufweist
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Spannhülse (2) eine ausscheidungshärtbare Nickel-Chrom-Eisenlegierung ist, umfas- send Anteile an Ni in einem Bereich von etwa 50,0% bis 55,0%, an Cr in einem Bereich von etwa 17,0% bis 21,0%, an C in einem Bereich von etwa 0,02% bis 0,08%, Mn in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Si in einem Bereich von etwa 0% bis 0,35%, Cu in einem Bereich von etwa 0% bis 0,20%, Mo in einem Bereich von etwa 2,80% bis 3,30%, Co in einem Bereich von etwa 0% bis 1,0%, Nb in einem Bereich von etwa 4,80% bis 5,50%, AI in einem Bereich von etwa 0,30% bis 0,70%, Ti in einem Bereich von etwa 0,70% bis 1,15%, B in einem Bereich von etwa 0,002% bis 0,006%, P in einem Bereich von etwa 0% bis
0,0015%, S in einem Bereich von etwa 0% bis 0,010% und der Rest durch Fe gebildet ist, bezogen auf die gesamte Legierung.
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