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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit Temperaturfühler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Derartige elektrische Heizvorrichtungen werden zum Beispiel bei Spritzgießwerkzeugen verwendet. Sie weisen ein Materialrohr mit einem Kanal für das fließfähige Material und eine die äußere Wandung des Materialrohrs umgebende, vom Materialrohr entfernbare Heizung auf.
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Ferner ist eine genaue Temperaturüberwachung wichtig, die in der Praxis durch das Vorsehen eines Thermoelements realisiert wird, dessen Fühlerspitze in Kontakt mit dem Materialrohr gebracht und dort fixiert wird. Das bedeutet, dass das Thermoelement die Heizung durchsetzen muss, z.B. in einer zu diesem Zweck in die Heizung eingebrachte Bohrung, in die das Thermoelement eingefädelt werden muss. Ein Beispiel für eine derartige elektrische Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 055 640 A1 bekannt.
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In der Praxis zeigt es sich, dass die Lebensdauern von Thermoelementen und Heizungen, die bei elektrischen Heizvorrichtungen Verwendung finden, in der Praxis voneinander abweichen. In den bekannten Ausführungsformen ist es aber -wenn überhauptnur mit hohem Aufwand möglich, ein defektes Thermoelement einer noch funktionierenden Heizung zu ersetzen oder ein funktionierendes Thermoelement einer defekten Heizung in Verbindung mit einer neuen, funktionstüchtigen Heizung zu verwenden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, die ein einfaches und schnelles Auswechseln des Thermoelements erlaubt, und eines Verfahrens zu deren Herstellung.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung umfasst ein Materialrohr, das von einem Kanal für ein fließfähiges Material durchsetzt wird und eine Heizung zum Beheizen des fließfähigen Materials, wenn sich dieses im Kanal befindet. Als Heizung sind insbesondere Heizungen, bei denen das Heizelement durch eine in einem Plasmaverfahren aufgebrachte, aufgedruckte, oder auf andere Art auf die äußere oder innere Mantelfläche aufgetragene Heizschicht gebildet wird, Dickschichtheizungen, Heizungen mit einem Heizelement, das in eine Nut, die in die innere oder äußere Mantelfläche der Heizung eingebracht ist, eingelegt ist und auch Heizungen, bei denen das Heizelement zwischen den Mantelflächen in einem Pulver oder Granulat eingebettet ist geeignet.
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Die Heizung ist lösbar am Materialrohr angeordnet und insbesondere lösbar auf das Materialrohr aufgeschoben oder lösbar um das Materialrohr herumgelegt, so dass das Materialrohr in eine die Heizung längs der Erstreckungsrichtung des Materialrohrs durchsetzende Öffnung aufgenommen ist. Dies setzt ausdrücklich nicht voraus, dass das Materialrohr in allen Richtungen von der Heizung umgeben sein muss, sondern auch Ausführungsformen, in denen die Heizung einen sie parallel zu ihrer Längsachse durchsetzende Ausnehmung aufweist, sind eingeschlossen.
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Ferner umfasst die elektrische Heizvorrichtung mindestens ein Thermoelement.
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Erfindungsgemäß ist das Thermoelement zumindest abschnittsweise zwischen einer dem Kanal abgewandten Oberfläche des Materialrohrs und der dem Kanal zugewandten Oberfläche der Heizung angeordnet, so dass beim Lösen der Heizung vom Materialrohr Thermoelement und Heizung separate Baugruppen bilden.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die definierte Positionierung und Festlegung des Thermoelements, die unabdingbar ist, um zuverlässige und reproduzierbare Temperaturmesswerte zu erlangen, bei einer Anordnung des Thermoelements zwischen Heizung und Materialrohr durch Wechselwirkung mit diesen Bauteilen erreicht werden kann. Dies bringt mit sich, dass bei Entfernung eines dieser Bauteile auch die Festlegung des Thermoelements automatisch nicht mehr gegeben ist, so dass es leicht oder von selbst von den anderen Baugruppen der elektrischen Heizvorrichtung trennbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim Lösen der Heizung vom Materialrohr Thermoelement und Heizung separate Baugruppen bilden, die auseinanderfallen können und somit nicht, wie in einer demgegenüber weniger bevorzugten Ausführungsform der Verbindung, durch Haltemittel leicht lösbar miteinander verbunden sind, die keine Positionierung und Festlegung des Thermoelements bewirken. Bei der bevorzugten Ausgestaltung mit separaten Baugruppen, die auseinanderfallen können reicht es im Gegensatz dazu aus, zum Wechsel des Thermoelements die Heizung vom Materialrohr abzuziehen und, sofern das Thermoelement nicht schon dabei herabfällt, nötigenfalls zu verkippen.
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In einer besonders kompakten Ausführungsform der elektrischen Heizvorrichtung ist das Thermoelement zumindest abschnittsweise in einer Nut im Materialrohr oder in einer Nut der Heizung geführt. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nut das Materialrohr oder die Heizung in Erstreckungsrichtung des Materialrohrs, also in Flussrichtung des zu spritzenden Materials, ganz durchsetzt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Nut in die Heizung durch Verformung der Heizung eingebracht. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise das Verdichten der Heizung auf einem Kalibrierdorn, der einen Grat in Form der einzubringenden Nut aufweist, zu geeigneten Nuten führt, die zudem eine besonders kostengünstige Herstellung erlaubt, weil im Gegensatz zur Situation insbesondere im Fall der Verwendung von durch spanabhebende Bearbeitung erzeugten Nuten kein zusätzlicher Prozessschritt mehr durchgeführt werden muss.
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Dementsprechend weist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung die Schritte des Herstellens einer Heizung, des Einlegens des Thermoelements in eine Nut der Heizung oder des Materialrohres und des Aufschiebens der Heizung bei in die Nut eingelegtem Thermoelement auf das Materialrohr aufweist, wobei beim oder nach dem Aufschieben der Heizung das in die Nut eingelegtem Thermoelements verklemmt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die Nut in der Heizung angeordnet ist und beim im Rahmen der Herstellung der Heizung durchgeführten Verdichten in die Heizung eingeprägt wird. Dies ist insbesondere dadurch zu erreichen, dass das Verdichten auf einem Kalibrierdorn durchgeführt wird, der einen Grat in Form der gewünschten Nut aufweist.
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Eine besonders einfache Art der Positionierung und Festlegung des Thermoelements ergibt sich, wenn das Thermoelement dadurch fixiert ist, dass es zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich seiner Fühlerspitze, zwischen Heizung und Materialrohr geklemmt ist. Die Klemmung im Bereich der Fühlerspitze stellt darüber hinaus noch den innigen thermischen Kontakt zwischen dem temperatursensitiven Bereich des Thermo-elements und dem Materialrohr sicher, was besonders zuverlässige Messungen ermöglicht.
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Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, diese Klemmwirkung herbeizuführen, die jeweils unterschiedliche Vorteile aufweisen.
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Eine erste, wegen der mit ihr verbundenen einfachen und kostengünstigen Herstellungsmöglichkeit vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Verringerung des Querschnitts der die Heizung durchsetzenden Öffnung in dem Bereich, in dem sich die Fühlerspitze befindet, vorhanden ist, so dass die Klemmwirkung erzeugt wird.
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Eine alternative vorteilhafte Ausgestaltung, sieht vor, dass ein Endabschnitt des Thermoelements in einer Nut im Materialrohr oder in einer Nut in der Heizung geführt ist, deren Tiefe sich in Richtung auf die Fühlerspitze des Thermoelements hin bis auf einen Wert verringert, der kleiner als der Durchmesser der Fühlerspitze ist, so dass die Klemmwirkung erzeugt wird. Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders kompakte und platzsparende Bauform.
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Noch eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizung eine Ausnehmung aufweist, in die ein Keil einbringbar ist, wobei der Keil im in die Ausnehmung eingebrachten Zustand die Fühlerspitze des Thermoelements zwischen Heizung und Materialrohr klemmt. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass schon das Entfernen des Keils ausreicht, um das Thermoelement auswechseln zu können. Der Vorteil einer kompakten Bauform lässt sich in einer Weiterentwicklung dieser Ausgestaltung zusätzlich realisieren, wenn der Keil eine Führung zur Aufnahme eines Abschnitts, insbesondere der Fühlerspitze, des Thermoelements aufweist. Zudem kann der Keil in dieser Weiterentwicklung so gestaltet werden, dass er die Fühlerspitze des Thermoelements an allen Flächen, die nicht am Materialrohr anliegen, umgibt, so dass es keinen direkten Kontakt zwischen Heizung und Fühlerspitze des Thermoelements mehr gibt. Dadurch kann bei geeigneter Wahl des Materials, aus dem der Keil hergestellt ist, eine thermische Entkopplung von der Heizung erzielt werden, was zu einer Annäherung an das Ideal einer ausschließlichen Abhängigkeit der ermittelten Temperaturwerte von den Temperaturen des zu spritzenden Materials beiträgt.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Heizung ein Federelement umfasst, das das Thermoelement an das Materialrohr drückt, so dass die Klemmwirkung erzeugt wird. Diese Herangehensweise hat den Vorteil, dass die Gefahr einer Quetschung des Thermoelements, die zu dessen Beschädigung führen würde, minimiert ist, weil durch die Wahl der Spannung des Federelements eine effektive Beschränkung der auf das Thermoelement wirkenden Kräfte erzielt werden kann.
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Darüber hinaus können besonders zuverlässige Messwerte mit dem Thermoelement ermittelt werden, wenn die Fühlerspitze des Thermoelements mittelbar über ein thermisch von der Heizung entkoppeltes, wärmeleitendes Materialstück, das eine Nut oder Bohrung aufweist, in der die Fühlerspitze des Thermoelements aufgenommen ist, zwischen Heizung und Materialrohr geklemmt ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Thermoelement einen Positionierabschnitt aufweist, in dem der Querschnitt des Thermoelements in mindestens einer Richtung der Querschnittsfläche größer ist als in zu diesem Abschnitt benachbarten Abschnitten des Thermoelements, und dass die Heizung Mittel zur Arretierung dieses Abschnitts gegen seine Verschiebung in und/oder entgegen der Erstreckungsrichtung des Thermoelements aufweist. Bei dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, dass beim Aufschieben der Heizung auf das Materialrohr keine Verschiebung des Thermoelements erfolgt, so dass die korrekte Positionierung der Fühlerspitze des Thermoelements am gewünschten Ort gewährleistet bleibt.
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Eine besonders einfache Möglichkeit, den Positionierabschnitt zu realisieren besteht darin, eine Hülse auf dem Thermoelement zu fixieren, z.B. durch Aufpressen, Auflöten oder Aufschweißen. Es ist aber auch möglich, das Thermoelement in einem definierten Bereich zu deformieren, z.B. das Thermoelement in Richtung auf das Mantelrohr hin flachzupressen, wodurch sich das Thermoelement in der dazu senkrechten Richtung, die in der Querschnittsfläche liegt, ausdehnen, also verbreitern würde.
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Die Festlegung des Positionierabschnitts erfolgt dann vorteilhafterweise durch eine Ausnehmung in der oder einen Vorsprung auf der Fläche der Heizung, die dem Mantelrohr zugewandt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a: Eine dreidimensionale Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung,
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1b: die von der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a abgezogene Heizung,
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1c: eine Aufsicht auf die elektrische Heizvorrichtung aus 1a, gesehen aus Richtung der Anschlüsse von Thermoelement und Heizelement,
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1d: einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1c,
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1e: einen vergößerten Schnitt entlang der Linie B-B aus 1d,
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1f: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie B-B aus 1d in einer zweiten Ausführungsform,
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1g: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie B-B aus 1d in einer dritten Ausführungsform,
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2a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer ersten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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2b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 2a,
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3a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer zweiten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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3b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 3a,
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4a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer dritten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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4b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 4a,
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5a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer vierten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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5b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 5a,
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6a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer fünften Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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6b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 6a,
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7a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer sechsten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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7b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 6a,
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8a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer siebten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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8b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 8a,
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9a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer achten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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9b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 9a,
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10a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer neunten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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10b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 10a,
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11a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer zehnten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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11b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 11a,
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12a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer elften Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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12b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 12a,
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13a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer zwölften Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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13b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 13a,
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14a: einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer dreizehnten Ausgestaltung eines Klemmechanismus,
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14b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 14a,
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15a: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details Y aus Darstellung 1d bei einer ersten Variante der Verwendung eines Thermoelements mit Positionierabschnitt, und
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15b: eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details Y aus Darstellung 1d bei einer zweiten Variante der Verwendung eines Thermoelements mit Positionierabschnitt.
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In allen Figuren werden identische Bezugszeichen für gleiche Bauelemente gleicher Ausführungsbeispiele verwendet.
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1a zeigt eine dreidimensionale Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 100 mit Materialrohr 101, Heizung 102 und Thermoelement 103. Das Materialrohr weist an dem Ende, an dem das fließfähige Material im Betrieb austritt, eine Spritzdüse 104 auf. Aus der Heizung 102 tritt an der der nicht dargestellten Maschine, an der die elektrische Heizvorrichtung 100 angeordnet ist, zugewandten Seite das Heizelement 105 der Heizung 102 aus, das über den Verbindungsstecker 106 mit Versorgungsspannung versorgt werden kann. Der Anschluss für das Thermoelement 103 erfolgt über den Verbindungsstecker 107.
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1b zeigt die von der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a abgezogene Heizung 102 mit Heizelement 105 und Verbindungsstecker 106. Der Verlauf des Heizelements 105 im Inneren der Heizung 102 ist in dieser Form exemplarisch mit strichlierten Linien dargestellt, er ist in diesem Beispiel mäandrierend, kann aber auch gewendelt sein oder einen beliebigen anderen Verlauf haben. Insbesondere ist in allen Detailvergößerungen der 2a bis 14b auf eine Darstellung des Heizelements 105 verzichtet worden, um eine übersichtlichere Darstellung wesentlicherer Aspekte zu ermöglichen.
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Im Zusammenhang mit 1b ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass die Heizung 102 keine Bohrung aufweist, die ihre äußere und innere Mantelfläche miteinander verbindet. Derartige Bohrungen sind bei Heizungen 102 von aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Heizvorrichtungen notwendig, um das Thermoelement 103 in Kontakt mit dem Materialrohr 101 zu bringen. Das ist nachteilig, weil es neben erhöhtem fertigungstechnischem Aufwand die Notwendigkeit mit sich bringt, das Heizelement 105 so zu führen, dass es beim Bohren des Loches unversehrt bleibt. Stattdessen weist hier die innere Mantelfläche der Heizung 102 eine Nut 108 auf, in der, wie unten anhand der 1d weiter verdeutlicht wird, das Thermoelement zwischen Heizung 102 und Materialrohr 101 geführt wird.
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Ein weiterer, damit verbundener wesentlicher Punkt ist, dass die Heizung 102 eine separate, mit dem Thermoelement 103 nicht verbundene Baugruppe darstellt. Zwar kann, je nach Orientierung der Heizung 102, möglicherweise beim Abziehen der Heizung 102 vom Materialrohr 101 das Thermoelement 103 in der Nut 108 liegen bleiben, zumindest nach einer geeigneten Bewegung der Heizung 102 fallen Thermoelement 103 und Heizung 102 jedoch als zwei separate Baugruppen auseinander.
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In 1c, die eine Aufsicht auf die elektrische Heizvorrichtung 100 aus 1a, gesehen aus Richtung der Anschlüsse 106, 107 von Thermoelement 103 und Heizelement 102, zeigt, ist eine Schnittlinie A-A definiert. 1d zeigt den Schnitt entlang dieser Linie A-A. In dieser Darstellung der Heizung 100 ist besonders gut zu erkennen, dass das Materialrohr 101 von einem Kanal 109 für das fließfähige Material, das aus der elektrischen Heizvorrichtung 100 gespritzt werden soll, durchsetzt wird. Ferner ist hier auch noch einmal die Einbettung des Heizelements 105 in die Heizung 102 dargestellt, die in den weiter unten diskutierten 1e bis 14b im Interesse einer übersichtlichen Darstellung weggelassen ist.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal, das in 1d besonders klar zu erkennen ist, ist die Anordnung des Thermoelements 103 zwischen Materialrohr 101 und Heizung 102, genauer zwischen der dem Materialrohr 101 zugewandten Oberfläche der Heizung 102 (die im Bereich einer Nut durch die entsprechende Oberfläche der Nut gegeben ist) und der der Heizung 102 zugewandten Oberfläche. Dies erfolgt konkret in der Darstellung der 1d über die ganze Länge der Heizung 102 hinweg durch Lagerung in einer Nut.
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In 1d sind weiterhin zwei Schnittlinien B-B im Mittelabschnitt der elektrischen Heizvorrichtung 100 und C-C zu sowie ein mit einem gestrichelt dargestellten Kreis markierter Bereich D im Endabschnitt der elektrischen Heizvorrichtung 100, in dem insbesondere der sensitive Bereich des Thermoelements 103 liegt, und ein mit einem gestrichelt dargestellten Kreis markierter Bereich Y im Anfangsabschnitt der elektrischen Heizvorrichtung 100 in der Umgebung der Zuleitung des Thermoelements 103 zu zu erkennen.
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Die nachfolgend diskutierten 1e bis 15b zeigen in vergrößerter Ansicht diverse Möglichkeiten, den generellen Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung 100, wie er in den 1a bis 1d beschrieben ist, auszugestalten. Dabei sind die einzelnen Gestaltungsformen soweit sie sich nicht direkt widersprechen, insbesondere die Gestaltungen im Bereich B-B einerseits und C-C und D andererseits miteinander frei kombinierbar.
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1e zeigt eine erste Möglichkeit der Anordnung des Thermoelements 103 einer Heizung 102 mit kreisringförmigem Querschnitt 102, die ein Materialrohr 101 mit kreisförmigem Querschnitt, der von einem konzentrischen Kanal 109 durchsetzt wird, vollständig umgibt. Das Thermoelement 103, dessen Durchmesser mit d gekennzeichnet ist, ist in einer Nut 108 angeordnet, deren Ausdehnung größer als der Durchmesser ist, so dass das Thermoelement 103 und die Heizung 102 bei vom Materialrohr 101 abgezogener Heizung 102 auseinanderfallen.
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1f zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie B-B aus 1d in einer zweiten Ausgestaltung der Heizung. Die Anordnung gemäß 1f entspricht der Anordnung gemäß 1e mit dem Unterschied, dass die in 1f dargestellte Heizung 122 über ihre Erstreckung hinweg von einer Ausnehmung 123 durchsetzt ist. Dies ermöglicht es, die Heizung 102 klemmend auszuführen und damit auf einfache Art eine Fixierung der Heizung 122 auf dem Materialrohr 101 zu erreichen.
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1g zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie B-B aus 1d in einer dritten Ausgestaltung der Heizung. Hier wird eine Heizung 132 verwendet, die nicht mit ihrer gesamten dem Materialrohr 101 zugewandten Oberfläche am Materialrohr 101 anliegt, sondern so gestaltet ist, dass zwischen Heizung 132 und Materialrohr 101 ein Zwischenraum 130 bleibt, der so dimensioniert ist, dass das Thermoelement 103 mit Durchmesser d darin aufgenommen werden kann. Bei dieser Ausgestaltung wird der oftmals mit hohem Aufwand verbundene Bearbeitungsschritt des Einbringens einer Nut 108 in Heizung oder Materialrohr 101 vermieden, was Herstellungskosten und Herstellungszeit spart.
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2a bis 14b stellen unterschiedliche Arten dar, auf die der prinzipielle Aufbau einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß 1a bis 1d variiert werden kann, um eine (lösbare) Fixierung des Thermoelements 103 insbesondere im Bereich seiner Fühlerspitze 103´ zu erreichen.
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2a zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer ersten Ausgestaltung eines Klemmechanismus und 2b eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 2a. Die Klemmwirkung wird hier, wie am besten in 2b zu erkennen ist, dadurch erzielt, dass im Bereich 108´ der Nut, in dem die Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 aufgenommen wird, die Tiefe der Nut 108 bis auf einen Wert H reduziert wird, der gleich dem oder kleiner als der Querschnitt der Fühlerspitze 103´ in Klemmrichtung ist.
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3a zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer zweiten Ausgestaltung eines Klemmechanismus und 3b eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d bei Verwendung des Klemmechanismus gemäß 3a. In dieser Ausgestaltung ist im Bereich der Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 eine Ausnehmung 142 in der Heizung 102 vorgesehen, die es ermöglicht, dass ein einseitig an der Heizung 102 befestigtes Federelement 141 die Fühlerspitze 103´ an das Materialrohr 101 andrückt.
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5a und 5b unterscheiden sich von 3a und 3b lediglich im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Klemmung, die hier durch einen umlaufenden Ring 147 mit einer Einbuchtung an der Stelle der Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 realisiert ist.
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4a und 4b unterscheiden sich von 3a und 3b ebenfalls lediglich im Hinblick auf die konkrete Ausgestaltung der Federklemmung. Hier durchsetzt die Ausnehmung 144 im Bereich der Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 der Heizung 102 und die Klemmwirkung wird durch Verwendung eines clipartigen Federelemens 143, das in Ausnehmungen 145, 146 der Heizung verankert ist, erreicht.
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6a und 6b zeigen eine Ausgestaltung basierend einem weiteren Prinzip zur Erzeugung der Klemmwirkung, nämlich das Klemmen der Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 zwischen einem Keils 150, der in eine passgerecht geformte Ausnehmung in der Heizung 102 eingesetzt ist, und dem Materialrohr 101. Der Keil 150 kann dabei wie ein Verschlusselement wirken, nach dessen Entfernung der Zerfall der elektrischen Heizvorrichtung 100 in ihre Einzelkomponenten Materialrohr 101, Heizung 102 und Thermoelement 103 praktisch von alleine, ohne signifikanten Kraftaufwand möglich ist. Zugleich sichert er den innigen thermischen Kontakt zwischen Fühlerspitze 103´ und Materialrohr 101, so dass zuverlässige Messungen gewährleistet sind.
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7a und 7b zeigen eine Variante des in 6a und 6b dargestellten Prinzips, bei der lediglich ein anders geformter Keil 151 vorgesehen ist, dessen geometrische Ausgestaltung eine einfachere Herstellung der Aufnahme des Keils 151 in die Heizung 102 erlaubt.
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8a und b zeigen eine Weiterentwicklung der Ausgestaltung gemäß 7a und 7b, bei der ein Keil 152 mit einer Nut 153 eingesetzt ist. Die Tiefe H dieser Nut 153 ist gleich oder geringer als der Durchmesser d der in die Nut 153 eingelegten Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103. Ferner umgibt die Nut 153 die Fühlerspitze 103´ auf allen Seiten, die nicht an das Materialrohr 101 angrenzen und trägt somit zu einer thermischen Entkopplung von der Heizung 102 bei, was zu einer Annäherung an die idealen Messbedingungen beiträgt.
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9a zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer achten Ausgestaltung eines Klemmechanismus und 9b die zugehörige vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d. Der hier dargestellte Klemmmechanismus entsteht durch die direkte Übertragung des Klemmmechanismus, der in 2a und 2b dargestellt ist, auf eine Ausführungsform mit einer Heizung 122, wie sie in 1f dargestellt ist.
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10a und 10b zeigen einen Klemmechanismus, der sich von dem in 9a und 9b dargestellten lediglich darin unterscheidet, dass die Verringerung der Tiefe des Endbereiches 108´ der Nut 108, der die Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 aufnimmt, sprunghaft erfolgt und dass eine Ausnehmung 154 in der Heizung 122 vorgesehen ist, die zu einer zumindest partiellen thermischen Entkopplung der Fühlerspitze 103´ von der Heizung 122 führt.
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11a und 11b zeigen eine Variante der Ausgestaltung der 4a und 4b, bei der die Klemmung der Fühlerspitze 103´ des Thermoelement 103 gegen das Materialrohr 101 mittelbar erfolgt. Die Fühlerspitze 103´ ist in der Nut eines in einer die Heizung 102 in Richtung auf das Materialrohr 101 durchsetzenden Ausnehmung 164 flächig am Materialrohr 101 angeordneten Blocks 160 aus gut wärmeleitendem Material geführt und wird mit Hilfe des in Aussparungen 161, 162 gelagerten Federelements 163 in Form eines Clips gemeinsam mit dem Block 160 mit dem Materialrohr 101 verklemmt, wodurch eine besonders gute thermische Kopplung der Fühlerspitze 103´ an das Materialrohr 101 und eine thermische Entkopplung von der Heizung 102 erreicht wird.
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Die Ausführungsform nach 12a und 12b unterscheidet sich von der der 11a und 11b dadurch, dass der Block 165 nicht vollständig von der Heizung 102 getrennt als separate Baugruppe ausgeführt ist, sondern eine thermische Entkopplung durch Schlitze 166, 167 und eine Nut 168 erreicht wird. Ferner ist die Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 in eine Bohrung aufgenommen.
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Die Ausführungsform nach 13a und 13b unterscheidet sich von der der 12a und 12b dadurch, dass der Block 169 die Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 direkt gegen das Materialrohr 101 drückt.
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14a zeigt einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie C-C aus 1d bei Verwendung einer dreizehnten Ausgestaltung eines Klemmechanismus und 14b die zugehörige vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Details D aus Darstellung 1d. Der hier dargestellte Klemmmechanismus ist insbesondere für eine Ausführungsform mit einer Heizung 132, wie sie in 1g dargestellt ist, gedacht. Die Klemmwirkung wird hier durch eine Verringerung des Querschnitts der die Heizung 132 durchsetzenden Öffnung in dem Bereich, in dem sich die Fühlerspitze 103´ des Thermoelements 103 befindet, bewirkt. Damit entfällt jegliche Notwendigkeit zum Vorsehen einer Nut.
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15a und 15b zeigen beispielhaft zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Position der Fühlerspitze des zwischen Materialrohr 101 und Heizung 102 angeordneten Thermoelements 103 durch Vorsehen eines Positionierabschnitts besser definiert wird, so dass sichergestellt ist, dass beim Aufschieben der Heizung 102 mit Thermoelement 103 auf das Materialrohr 101 keine Verschiebung des Thermoelements 103 erfolgt. Als Positionierabschnitt wird in den dargestellten Ausführungsformen jeweils eine Hülse 180 verwendet, die auf das Thermoelement 103 aufgeschoben und dort fixiert, z.B. aufgeschweißt, aufgelötet oder aufgepresst ist. Durch das Vorsehen der Hülse 180 am Thermoelement 103 wird der Querschnitt der Thermoelements im Positionierabschnitt vergrößert.
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An der dem Materialrohr 101 zugewandten Fläche der Heizung 102 ist in 15a ein Vorsprung 181 angeordnet, in den der Positionierabschnitt eingreift und der somit eine Verschiebung des Thermoelements 103 in Aufsteckrichtung der Heizung 102 blockiert.
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In 15b ist zusätzlich zu dem in 15a gezeigten Vorsprung 181 auch noch ein Vorsprung 182 vorgesehen, in den der Positionierabschnitt eingreift, so dass die Verschiebung des Thermoelements in und entgegen der Aufsteckrichtung der Heizung blockiert ist. Statt Vorsprüngen 181, 182, wäre selbstverständlich derselbe Effekt auch zu erzielen, wenn man Ausnehmungen in der Heizung 102 vorsieht, in die der Positionierabschnitt eingreift.
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Bezugszeichenliste
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- A-A, B-B, C-C
- Schnittlinie
- D, Y
- Detailausschnitt
- H
- Tiefe
- d
- Durchmesser
- 100
- elektrische Heizvorrichtung
- 101
- Materialrohr
- 102, 122, 132
- Heizung
- 103
- Thermoelement
- 103´
- Fühlerspitze
- 104
- Spritzdüse
- 105
- Heizelement
- 106, 107
- Verbindungsstecker
- 108, 153, 168
- Nut
- 108´
- Bereich der Nut
- 109
- Kanal
- 141, 143, 163
- Federelement
- 142, 144, 145, 146, 154, 164
- Ausnehmung
- 147
- Ring
- 150, 151, 152
- Keil
- 160, 165, 169
- Block
- 161, 162
- Aussparung
- 166, 167
- Schlitze
- 180
- Hülse
- 181, 182
- Vorsprung