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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Derartige Heizvorrichtungen werden beispielsweise zum Beheizen von Werkzeugen, Maschinenteilen und Geräten, insbesondere von Kunststoffspritzdüsen verwendet. Ihre Anwendung ist aber nicht auf diesen Zweck beschränkt.
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Besonders populäre Ausführungsformen derartiger Heizvorrichtungen sind solche mit zylindrischer Geometrie. Aus dem Stand der Technik sind bislang Heizvorrichtungen bekannt, die von der Stirnseite her auf das zu beheizende Objekt aufgeschoben werden. Derartige Heizvorrichtungen offenbaren beispielsweise die
DE 20 2008 013 626 U1 , die
DE 20 2008 015 329 U1 , die
EP 1 051 059 B1 und die
US 6 683 283 B2 .
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Wenn im Rahmen dieser Anmeldung von der „inneren Mantelfläche“ die Rede ist, so wird darunter stets diejenige verstanden, die mit dem zu beheizenden Objekt in Kontakt steht; dementsprechend ist eine „äußere Mantelfläche“ vom zu beheizenden Objekt abgewandt.
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Nachteilig bei den bekannten Heizvorrichtungen ist, dass diese nicht für Formen zu beheizender Objekte geeignet sind, deren Umfang von der Stirnseite her betrachtet zumindest abschnittweise abnimmt oder die sonstige Abmaße aufweisen, die verhindern, dass die Heizvorrichtung über die Erstreckung des zu beheizenden Objekts hinweg so auf das zu beheizende Objekt aufgeschoben werden kann, dass eine innere Mantelfläche der Heizvorrichtung trotzdem vollständig oder nahezu vollständig in innigem Kontakt zur Oberfläche des zu beheizenden Objekts steht. Genau dies ist aber für einen guten Wärmeübertrag zwingend erforderlich.
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Weitere elektrische Heizvorrichtungen sind aus der
DE 31 00 092 A1 und der
CH 208911 A bekannt. Darüber hinaus offenbart die
US 6,147,331 A eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patenanspruchs 1.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine elektrische Heizvorrichtung bereitzustellen, die unter Vermeidung schlecht beheizter Gebiete für eine größere Formenvielfalt zu beheizender Objekte verwendbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung weist eine innere Mantelfläche aus Metall, insbesondere aus Messing, und mindestens eine Rohrwendelpatrone oder mindestens einen Rohrheizkörper auf. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die innere Mantelfläche aus Metall aus mindestens zwei Segmenten aufgebaut ist, wobei jedes der Segmente mit mindestens einem benachbarten Segment über mindestens ein Verbindungselement starr oder beweglich, insbesondere klappbar, verbunden oder verbindbar ist.
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Durch die Aufteilung zumindest der inneren Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung, also der Fläche, die, wenn die elektrische Heizvorrichtung mit dem zu beheizenden Objekt in Kontakt steht, in mindestens zwei Segmente wird es ermöglicht, dass die innere Mantelfläche nicht nur durch Aufschieben, sondern auch durch eine Bewegung in einer Richtung, die nicht parallel zur Erstreckungsrichtung des Bauteils erfolgt auf dem zu beheizenden Objekt anzuordnen. Konkret können beispielsweise zwei getrennte Segmente in Form von Halbschalen an die Seiten des zu beheizenden Objekts angelegt und dann mit einem Verbindungselement starr miteinander verbunden werden oder zwei mittels eines Scharniers als Verbindungselement beweglich miteinander verbundene Segmente in Form von Halbschalen aus seitlicher Richtung um das zu beheizende Objekt herumgeklappt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass im Falle einer Fehlfunktion, in vielen Fällen nicht mehr die gesamte elektrische Heizvorrichtung, sondern nur noch das betroffene Segment ausgetauscht werden muss, was zu Kostenersparnis führt.
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Eine besonders kompakte Bauform wird dabei erzielt, wenn die Segmente wenigstens eine Nut aufweisen, in die die mindestens eine Rohrwendelpatrone oder der mindestens ein Rohrheizkörper eingelegt ist.
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Eine gegen Umwelteinflüsse besonders gut geschützte Ausführungsform der elektrischen Heizvorrichtung wird dadurch erreicht, dass die Segmente einen geschlossenen Hohlraum aufweisen, in dem die mindestens eine Rohrwendelpatrone oder der mindestens eine Rohrheizkörper angeordnet sind. Ein derartiges Segment weist also neben der Fläche, die einen Teil der inneren Mantelfläche bildet, auch Wandflächen und einen äußeren Flächenabschnitt aus. Besonders gute Wärmeleitungseigenschaften derartig ausgestalteter Segmente erhält man dann, wenn der Hohlraum ganz oder teilweise mit einem Material, insbesondere mit einem Pulver oder Granulat befüllt ist.
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Alternativ können die Segmente auch mindestens einen Abschnitt eines Wickelkörpers oder Trägers aufweisen, auf den oder in den die mindestens eine Rohrwendelpatrone oder der mindestens eine Rohrheizkörper angeordnet sind. Dies führt zu einer fertigungstechnisch besonders gut herzustellenden Ausführungsform der elektrischen Heizvorrichtung.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, einzelne gemäß der drei verschiedenen zuletzt beschriebenen Ausführungsformen ausgeführte Segmente miteinander zu einer elektrischen Heizvorrichtung zu kombinieren.
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Wenn die Segmente neben der inneren Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung auch eine äußere Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung definieren, die, wenn die Segmente auf einem zu beheizenden Bauteil angeordnet sind, bis auf Nahtstellen zwischen den Segmenten zusammenhängend ist, führt dies zu einer sehr robusten Ausführungsform der Erfindung.
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Für eine gute Wärmeleitung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die einzelnen Segmente ganz oder teilweise verdichtet sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedem der Segmente mindestens eine Rohrwendelpatrone oder mindestens ein Rohrheizkörper zugeordnet ist, so dass jedes der Segmente unabhängig von den anderen Segmenten beheizbar ist.
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Neben einer größeren Flexibilität und individuellen Steuerbarkeit hinsichtlich der erzielbaren Temperaturverteilungen ist dann jedes Segment unabhängig von den anderen Segmenten und damit besonders einfach austauschbar, wenn es von einem Defekt betroffen wird.
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Eine starre Verbindung zwischen zwei Segmenten wird besonders einfach hergestellt, wenn mindestens eines der Verbindungselemente eine Schraube ist. Diese kann einfach durch eine Bohrung eines ersten Segments gesteckt und mit einem in das zweite Segment eingebrachten Gegengewinde verschraubt werden.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung eines beweglichen Verbindungselements ist ein Scharnier.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Spannvorrichtung vorhanden ist, mittels derer die Segmente insbesondere dann, wenn die elektrische Heizvorrichtung auf einem zu beheizenden Bauteil angeordnet ist, spannbar sind. Einerseits wird dadurch ein sicherer Sitz der elektrischen Heizvorrichtung gewährleistet, andererseits trägt dies zu einem innigen Kontakt zum zu beheizenden Bauteil bei, der dem Wärmeübertrag förderlich ist.
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Eine besonders gut reproduzierbare Temperaturverteilung kann sichergestellt werden, wenn die elektrische Heizvorrichtung mindestens ein Thermoelement oder Mantelthermometer aufweist.
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Dieses wird vorteilhafterweise in eine Bohrung oder Führung mindestens eines Segments aufgenommen ist, um es vor äußeren Störeinflüssen zu schützen. Besonders gut lässt sich die Temperaturverteilung überwachen und gegebenenfalls regeln, wenn jedes Segment ein Thermoelement oder Mantelthermometer aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a: Eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung
- 1b: Eine dreidimensionale Darstellung des Ausführungsbeispiels aus 1a im auf ein zu beheizenden Objekt aufgebrachten Zustand,
- 1c: Eine zweidimensionale Seitenansicht der Anordnung aus 1b,
- 1d: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 1c, geschnitten an der Linie A-A,
- 1e: Eine Querschnittsdarstellung durch die Darstellung aus 1c, geschnitten an der Linie B-B,
- 2a: Eine dreidimensionale Detaildarstellung eines aus Segmenten aufgebauten Innenmantels einer elektrischen Heizvorrichtung im auf ein zu beheizendes Objekt aufgebrachten Zustand.
- 2b: Eine Seitenansicht der Anordnung aus 2a,
- 2c: Die Anordnung aus 2a, gesehen von unten,
- 2d: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 2c entlang der Linie A-A,
- 2e: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 2c entlang der Linie B-B, wobei die Anordnung sich in aufgeklapptem Zustand befindet.
- 2f: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 2c entlang der Linie C-C,
- 3a: Eine Darstellung einer anderen elektrischen Heizvorrichtung
- 3b: Eine dreidimensionale Darstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 3a im auf ein zu beheizenden Objekt aufgebrachten Zustand,
- 3c: Eine zweidimensionale Seitenansicht der Anordnung aus 3b,
- 3d: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 3c, geschnitten an der Linie A-A,
- 3e: Eine Querschnittsdarstellung durch die Darstellung aus 3c, geschnitten an der Linie B-B,
- 4a: Eine Darstellung einer dritten elektrischen Heizvorrichtung
- 4b: Eine dreidimensionale Darstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 4a im auf ein zu beheizenden Objekt aufgebrachten Zustand,
- 4c: Eine zweidimensionale Seitenansicht der Anordnung aus 4b,
- 4d: Eine Querschnittsdarstellung durch die Anordnung aus 4c, geschnitten an der Linie A-A,und
- 4e: Eine Querschnittsdarstellung durch die Darstellung aus 4c, geschnitten an der Linie B-B,
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In allen Figuren werden identische Bezugszeichen für gleiche Bauelemente gleicher Ausführungsbeispiele verwendet.
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1a zeigt eine elektrische Heizvorrichtung 100 mit einem ersten Segment 101 und einem zweiten Segment 102, die gemeinsam die innere Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung bilden. Der genaue Aufbau des ersten Segments 101 und des zweiten Segments 102 ist den 2a bis 2f zu entnehmen. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehr als zwei Segmente zu verwenden.
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2a und 2b zeigen das erste Segment 101 und das zweite Segment 102 der elektrischen Heizvorrichtung 100 im auf ein zu beheizendes Objekt 150 angeordneten Zustand. Das zu beheizende Objekt 150 ist zylindersymmetrisch und weist einen nur in 2a sichtbaren Kanal 151 auf. An beiden Enden des zu beheizenden Objekts 150 sind Abschnitte 152,153 angeordnet, die einen größeren Radius als ein Mittelabschnitt 154 des Objekts aufweisen und ein Aufschieben einer elektrischen Heizvorrichtung unmöglich machen.
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Das erste Segment 101 und das zweite Segment 102 sind mit einem Verbindungselement miteinander verbunden, das hier beweglich, insbesondere klappbar, als Scharnier 103 ausgebildet ist. Ferner ist in das erste Segment 101 und in das zweite Segment 102 jeweils eine Nut 104,105 eingebracht, die hier jeweils mäanderförmig ausgestaltet sind.
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2c zeigt die Anordnung aus 2a, gesehen von unten. Demzufolge ist von der elektrischen Heizvorrichtung 100 nur das zweite Segment 102 mit der Nut 105 sichtbar, das an dem zu beheizenden Objekt 150 mit den Abschnitten 152, 153 mit größerem Radius im Bereich des Mittelabschnitts 154 anliegt und somit einen Teil der inneren Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung bildet. In 2c erkennt man weiter, dass zusätzlich zwei starre Verbindungselemente zwischen dem zweiten Segment 102 und dem in 2c nicht sichtbaren ersten Segment 101 in Form einer ersten Schraube 110 und einer zweiten Schraube 120 vorgesehen sind.
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In der Querschnittsdarstellung der 2d erkennt man neben dem Mittelabschnitt 154 des zu beheizenden Objekts 150 mit Kana 151 wieder das erste Segment 101 mit Nut 104 und das zweite Segment 102 mit Nut 105. Erstes Segment 101 und zweites Segment 102 sind mit einem Scharnier 103, von dem in 2d nur ein Stift 131 zu erkennen ist, beweglich miteinander verbunden. Auf der dem Scharnier 103 bzw. dessen Stift 131 gegenüberliegenden Seite des Kanals 151 ist die Schraube 110 als zweites, starres Verbindungselement angeordnet. Die Schraube 110 greift mit ihrem nicht dargestellten Gewinde in ein in das ersten Segment 101 eingeschnittene oder eingesetzte Gegengewinde 111 ein. Das zweite Segment 102 wird von einem Loch 112 zur Aufnahme der Schraube 110 durchsetzt, das einen konzentrisch verlaufenden erweiterten Abschnitt 113 zur Aufnahme des Schraubenkopfes aufweist.
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Die Querschnittsdarstellung der 2e unterscheidet sich von der Querschnittsdarstellung der 2d nicht nur durch die andere Stelle, an der der Schnitt durchgeführt wurde, sondern auch darin, dass sie das erste Segment 101 mit Nut 104 und das damit mittels des Stifts 132 des Scharniers 103 verbundenen Segment 102 mit Nut 105 im aufgeklappten Zustand zeigt. Es wird deutlich, dass es vermöge der erfindungsgemäßen Aufteilung insbesondere der inneren Mantelfläche der elektrischen Heizvorrichtung 100 in Segmente 101,102 möglich ist, die Segmente 101, 102 aus unterschiedlichen Richtungen auf dem mittleren Abschnitt 153 des zu beheizenden Objekts 150 zusammenzuführen und dann zu fixieren. Zur Fixierung sind in 2e ein Gegengewinde 121 im ersten Segment 101 und ein Loch 122 mit einem konzentrisch verlaufenden erweiterten Abschnitt 123 vorgesehen, so dass nach dem Zuklappen der Segmente 101,102 deren die innere Mantelfläche bildende Innenflächen 106,107 mittels einer in 2e nicht dargestellten zweiten Schraube 120 in innigem Kontakt zum zu beheizenden Objekt 150, insbesondere dessen Mittelabschnitt 154, fixiert werden können.
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2f zeigt einen Querschnitt der Anordnung aus 2a entlang der Erstreckungsrichtung des zu beheizenden Objekts 150. Man erkennt den Kanal 151, die Abschnitte mit größerem Radius 152,153 und den Mittelabschnitt 154 sowie das erste Segment 101 mit Nut 105 und das aufgeschnittene Scharnier 103, das das bewegliche Verbindungselement zum in dieser Darstellung nicht erkennbaren zweiten Segment 102 darstellt.
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Zusätzlich zu den aus den 2a bis 2f entnehmbaren Einzelheiten zeigt die 1a noch eine Rohrwendelpatrone oder einen Rohrheizkörper 140, der, insbesondere vorzugsweise durch Einrollen, in die Nuten 104, 105 eingelegt ist.
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Anhand der 1b erkennt man als weitere Einzelheit, dass hier im Gegensatz zur Ausgestaltung nach 2a bis 2f als Verbindungselemente zwei jeweils am ersten Segment 101 und am zweiten Segment 102 befestigte, biegsame Metallstreifen 108,109 dienen, die ein Aufbiegen bzw. Aufklappen der elektrischen Heizvorrichtung 100 erlauben. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, durch die Metallstreifen 108,109 einen Spalt zwischen dem ersten Segment 101 und dem zweiten Segment 102 zu definieren, in dem ein Abschnitt 141 der Rohrwendelpatrone oder des Rohrheizkörpers 140 geführt ist. Diese Ausgestaltung vermeidet die Entstehung von schlecht beheizten Gebieten, die insbesondere bei der Verwendung von Scharnieren zu Problemen führen kann, bei gleichzeitiger Bereitstellung einer beweglichen Verbindung zwischen den Segmenten 101,102.
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Außerdem ist in dieser Darstellung auch ein Thermoelement 170 zu erkennen, dass in eine Bohrung des ersten Segments 101 eingeführt ist.
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Die Darstellung der 1c entspricht im Wesentlichen der der 2c mit den beiden vorstehend anhand der 1a und 1b diskutierten Unterschieden, nämlich der Darstellung der zur elektrischen Heizvorrichtung 100 gehörenden eingelegten Rohrwendelpatrone oder des eingelegten Rohrheizkörpers 140 und der Verwendung von biegsamen Metallstreifen 108,109 als Verbindungselemente. Derselbe Zusammenhang besteht zwischen den 1d und 2d.
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Die Schnittdarstellung der 1e zeigt denselben prinzipiellen Aufbau wie 1d, allerdings ist der Schnitt an der Stelle der elektrischen Heizvorrichtung 100 angeordnet, an der das Thermoelement 170 in die elektrische Heizvorrichtung 100 eingeführt ist. Insbesondere erkennt man daher zusätzlich zu den oben beschriebenen Bestandteilen der auf dem zu beheizenden Objekt 150 angeordneten elektrischen Heizvorrichtung 100 besonders gut den Abschnitt 171 des Thermoelements 170, der am Mittelabschnitt 154 des zu beheizenden Objekts 150 angeordnet ist.
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Die in den 3a bis 3e dargestellte elektrische Heizvorrichtung 300 mit erstem Segment 301 mit Nut 304, zweitem Segment 302 mit Nut 305, in die jeweiligen Nuten eingelegter Rohrwendelpatrone oder Rohrheizkörper 340 und Thermoelement 370 mit Endabschnitt 371 weicht lediglich hinsichtlich der folgenden Einzelheiten von den bisher diskutierten Ausgestaltungen ab:
- Wie insbesondere aus den 3a,3b und 3c zu entnehmen ist, liegt hier die Zuführung 341 von Rohrwendelpatrone oder Rohrheizkörper 340 mittig und nicht an einem Ende der elektrischen Heizvorrichtung.
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Wie insbesondere die 3c und 3d zeigen, ist bei dieser elektrischen Heizvorrichtung kein bewegliches Verbindungselement zwischen dem ersten Segment 301 und dem zweiten Segment 302 vorgesehen, sondern lediglich starre Verbindungselemente in Form von Schrauben 310,315,320,325. Wie insbesondere der 3d zu entnehmen ist, greifen die Schrauben 310,315 mit ihrem nicht dargestellten Gewinde in in das ersten Segment 301 eingeschnittene oder eingesetzte Gegengewinde 311,316 ein. Das zweite Segment 302 wird von Löchern 312,317 zur Aufnahme der Schrauben 310,315 durchsetzt, die jeweils einen konzentrisch verlaufenden erweiterten Abschnitt 313,318 zur Aufnahme des Schraubenkopfes aufweisen. Dies ermöglicht es, eine nahezu spaltfreie inneren Mantelfläche zu schaffen, bei der das Risiko, dass an den Übergangsstellen zwischen den einzelnem Segmenten 301,302 Stellen auftreten, an denen nur eine geringere Heizleistung auf das zu beheizende Objekt 150 übertragen wird, minimiert wird.
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Die in den 4a bis 4e dargestellte elektrische Heizvorrichtung 400 mit erstem Segment 401 mit Nut 404, zweitem Segment 402 mit Nut 405, in die jeweiligen Nuten eingelegter Rohrwendelpatronen oder Rohrheizkörpern 440 und 445 sowie Thermoelement 470 mit Endabschnitt 471 weicht lediglich hinsichtlich der folgenden Einzelheiten von der Ausgestaltung gemäß 3 a bis 3e ab:
- Erstens weist die elektrische Heizvorrichtung 400, wie bereits im vorigen Abschnitt erwähnt wurde, zwei Rohrwendelpatronen oder Rohrheizkörper 440,445 auf. Insbesondere in der Darstellung der 4a wird deutlich, dass die Rohrwendelpatrone oder der Rohrheizkörper 440 nur in der Nut 404 des ersten Segments 401 verläuft und dass die Rohrwendelpatrone oder der Rohrheizkörper 445 nur in der Nut 405 des zweiten Segments 402 verläuft. Damit sind die beiden Segmente 401, 402 völlig unabhängig voneinander beheizbar bzw. regelbar und ohne Weiteres einzeln austauschbar, was wartungstechnische Vorteile und eine bessere Kontrolle über die erreichten bzw. erreichbaren Temperaturverteilungen mit sich bringt.
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Zweitens ist die geometrische Anordnung der wie in 3 durch Schrauben 410,415,420,425 anders gewählt. Die versetzte Anordnung, die insbesondere der 4c zu entnehmen ist, bringt es mit sich, dass einer Verformung der Segmente 401,402 beim Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung über die Erstreckungsrichtung eines zu beheizenden Objekts hinweg gleichmäßiger entgegengewirkt werden kann.
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Drittens ist das zu beheizende Objekt hier, wie insbesondere den 4b und 4c zu entnehmen ist, konkret als eine Spritzdüse 450 ausgebildet, wie sie in Spritzmaschinen zum Einsatz kommt. Die Spritzdüse 450 weist einen Düsenkörper 451 mit einem Kanal 455 für das zu spritzende Material auf. Der Düsenkörper 451 geht am spritzseitigen Ende in einen radial über den Umfang des Düsenkörpers 451 hinausragenden Düsenkopf 453 mit Spritzöffnung 454 über, während an seinem geräteseitigen Ende ein radial verdickter Bereich 452 vorhanden ist. Offensichtlich ist ein Aufschieben eines Heizelements auf eine derart gestaltete Spritzdüse 450 nicht möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 100,300,400
- elektrische Heizvorrichtung
- 101,301,401
- erstes Segment
- 102,302,402
- zweites Segment
- 103
- Scharnier
- 104,105,304,305,404,405
- Nut
- 106,107
- Innenflächen
- 108,109
- biegsamer Metallstreifen
- 110,120,310,315,320,325, 410,415,420,425
- Schraube
- 111,121,311,316
- Gegengewinde
- 112,122,312,317
- Loch
- 113,123,313,318
- erweiterter Abschnitt
- 131,132
- Stifte des Scharniers
- 140,340,440,445
- Rohrwendelpatrone oder Rohrheizkörper
- 141
- Abschnitt der Rohrwendelpatrone oder des Rohrheizkörpers
- 150
- zu beheizendes Objekt
- 151
- Kanal
- 152,153,
- Abschnitte des zu beheizenden Objekts
- 154
- Mittelabschnitt des zu beheizenden Objekts
- 170,370,470
- Thermoelement
- 171,371,471
- Abschnitt des Thermoelements
- 341
- Zuführung
- 450
- Spritzdüse
- 451
- Düsenkörper
- 452
- radial verdickter Bereich
- 453
- Düsenkopf
- 454
- Spritzöffnung