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DE19936584B4 - Electrically operated heating element - Google Patents

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DE19936584B4 DE1999136584 DE19936584A DE19936584B4 DE 19936584 B4 DE19936584 B4 DE 19936584B4 DE 1999136584 DE1999136584 DE 1999136584 DE 19936584 A DE19936584 A DE 19936584A DE 19936584 B4 DE19936584 B4 DE 19936584B4
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Abstract

Elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug (1), in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest (6) einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter (12) besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel (14, 16) umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter (12) die Außenfläche des Mantels (14, 16) mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter (12) jedoch dessen Rohrinnenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.electrical operated heating element, in particular hot runner nozzle for heating material melts in a hot runner mold (1), in which the material melt at least one mold cavity (6) an injection mold supplied is, wherein this heating element of a central, cylindrical Heating conductor (12), which is electrically insulated from a tubular jacket (14, 16) is surrounded, wherein in a rod-shaped inner heating conductor (12) the outer surface of the Mantels (14, 16) is in contact with the melt, in a tubular shape Heating conductor (12) but the pipe inner surface, characterized that the heating element forming components (12, 14, 16) in the area their free ends by a press connection electrically conductive connected to each other.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse, zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug, in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter die Außenfläche des Mantels mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter jedoch dessen Rohrinnenfläche.The The invention relates to an electrically operated heating element, in particular hot runner nozzle, for Heating of molten material in a hot runner mold, in which the molten material can be fed to at least one mold cavity of an injection mold, this heating element consists of a central, cylindrical heating conductor which is electrically isolated from a tubular jacket, being at a rod-shaped designed inner heating conductor, the outer surface of the shell with the melt in touch stands, with a tubular designed heating element, however, the pipe inner surface.

Derartige Heizleiter bilden einen Stromkreis, in dem eines der beiden das Heizelement bildenden Bauteile geteilt ist und an den freien geteilten Enden Stromeinspeisungskontakte ausgebildet sind.such Heating conductors form a circuit in which one of the two Heating element forming parts is divided and divided on the free End Stromeinspeisungskontakte are formed.

Die beiden das Heizelement bildenden Bauteile müssen an ihren benachbarten Enden zur Bildung des besagten Stromkreises elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Dieses geschieht in der Regel durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere Schweißverbindung. Diese Verbindung ist geeignet, die hohen mechanischen Kräfte, die u.a. durch die Längenausdehnung des oft mehr als 300°C erhitzten Heizelementes gegenüber den kühlen, benachbarten Bauelementen aufzunehmen und die hohen Ströme von teilweise über 100 A zu leiten.The both components forming the heating element must be adjacent to each other Ends to form the said circuit electrically conductive with each other get connected. This is usually done by a cohesive connection, in particular welded connection. This compound is suitable for high mechanical forces et al by the length extension often heated to more than 300 ° C Heating element opposite the cool, adjacent components and the high currents of more than 100 A to lead.

Dadurch, dass mindestens eines der das Heizelement bildenden Bauteile wegen des benötigten hohen spezifischen Widerstandes aus Chrom-Nickelstahl besteht, entsteht jedoch die Schwierigkeit, dass sich durch die bisher verwendeten stoffschlüssigen Verbindungen, z.B. Schweißverbindungen im Bereich der Schweißstelle Grobkorn bildet.Thereby, that at least one of the heating element forming components because of the needed high resistivity of chromium-nickel steel is formed However, the difficulty that is due to the previously used cohesive Compounds, e.g. welds in the area of the weld Coarse grain forms.

Somit wird dieser Bereich thermisch geschädigt und kann den mechanischen Anforderungen im Dauerbetrieb nicht gerecht werden.Consequently This area is thermally damaged and can damage the mechanical Requirements in continuous operation do not do justice.

Aus der DE 33 35 279 A1 ist ein elektrisch betriebenes Heizelement mit einem Strömungskanal für eine Kunststoffschmelze bekannt, bei dem das Heizelement einen Heizleiter aus einem Metallrohr aufweist, das aus einem Werkstoff mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand gefertigt ist. Dieses Metallrohr bildet einen Strömungskanal für die Kunststoffschmelze, die durch eine Einströmöffnung in den Strömungskanal eingeführt wird.From the DE 33 35 279 A1 For example, an electrically operated heating element with a flow channel for a plastic melt is known, in which the heating element has a heating conductor made of a metal tube, which is made of a material with a high electrical resistivity. This metal tube forms a flow channel for the plastic melt, which is introduced through an inflow opening in the flow channel.

Am gegenüberliegenden Ende verjüngt sich dieses Metallrohr zu einer Spitze, in deren Bereich Durchströmöffnungen vorgesehen sind, von denen aus die Kunststoffschmelze durch Ausströmöffnungen des Heizelementes in eine Vorkammer gelangt und von dort durch eine Düsenöffnung ausströmt.At the opposite End rejuvenated this metal tube to a tip, in the region of flow openings are provided, from which the plastic melt through outflow of the heating element passes into an antechamber and from there through a Nozzle opening flows out.

Das Metallrohr ist im Bereich der Spitze mit einem Außenmantel verschweißt. Zwischen dem Metallrohr und dem Außenmantel ist noch eine Isolierschicht vorgesehen. Das Heizelement ist auch noch im Bereich der Einströmöffnung mit einem weiteren Mantelteil versehen, welches im Bereich der Einströmöffnung mit dem Metallrohr verschweißt ist. Durch dieses Mantelteil erfolgt über eine Anschlussscheibe und einen Steckkontakt die Stromzuführung zu dem Metallrohr. Die Anschlussscheibe und der Steckkontakt stehen dabei quer zum Metallrohr. Die Anschlussscheibe ist zwischen zwei Isolierscheiben in einem Gehäuseoberteil gelagert.The Metal tube is in the area of the tip with an outer sheath welded. Between the metal tube and the outer jacket is still an insulating layer intended. The heating element is also still in the region of the inflow opening provided with a further jacket part, which in the region of the inflow opening with welded to the metal tube is. Through this jacket part via a connection plate and a plug contact the power supply to the metal tube. The connection plate and the plug contact stand while transverse to the metal tube. The connection disk is between two Insulating disks in a housing upper part stored.

Auch bei diesem vorbekannten Heizelement bildet sich im Bereich der Schweißverbindung Grobkorn, so dass auch dieser Bereich thermisch geschädigt ist und den mechanischen Anforderungen im Dauerbetrieb nicht gerecht wird.Also In this prior art heating element forms in the region of the welded joint Coarse grain, so that this area is thermally damaged and the mechanical requirements in continuous operation is not fair becomes.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu beseitigen.Of the The invention is therefore based on the object, the described To eliminate disadvantages.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die das Heizelement bildenden Bauteile im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.This is achieved according to the invention characterized in that the heating element forming components in the region of their free ends by a press connection electrically conductively connected to each other.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Heißkanaldüse beschrieben, ohne dass sich der Anwendungsbereich hierauf beschränkt.The Invention will be described below using the example of a hot runner nozzle without the Scope limited to this.

1 zeigt eine Teilansicht eines Heißkanalspritzwerkzeuges 1 im Schnitt. Dieses weist eine Angussbuchse 2 für die Maschinendüse auf. Über die Maschinendüse und Angussbuchse 2 wird ein Verteilerkanal 3 gefüllt. In diesem Verteilerkanal 3 ist ein Heizleiter 4 angeordnet, an dem die Schmelze entlangfließt und temperiert wird. Über den Verteilerkanal gelangt die Schmelze in die ebenfalls beheizbare Heißkanaldüse 5, die den Formhohlraum 6 mit dem Verteilerkanal 3 verbindet. 1 shows a partial view of a hot runner spray tool 1 on average. This has a sprue bushing 2 for the machine nozzle. About the machine nozzle and sprue bush 2 becomes a distribution channel 3 filled. In this distribution channel 3 is a heating conductor 4 arranged, at which the melt flows along and is tempered. The melt passes through the distribution channel into the likewise heatable hot runner nozzle 5 that the mold cavity 6 with the distribution channel 3 combines.

In 2 ist in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es wird eine Heißkanaldüse 10 gezeigt, die einen mittig angeordneten Heizleiter 12 aufweist. Dieser ist von einem Außenmantel 14 umgeben, jedoch durch eine dünne Isolierschicht 20 elektrisch isoliert. Ein Längenabschnitt 18 des Heizleiters 12 ist von einem Außenmantel 16 umgeben, der ebenfalls gegenüber dem Heizleiter 12 isoliert ist.In 2 is shown in a sectional view an embodiment of the invention. It will be a hot runner nozzle 10 shown a central heating conductor 12 having. This is from an outer jacket 14 surrounded, however, by a thin insulating layer 20 electrically isolated. A length section 18 of the heating conductor 12 is from an outer jacket 16 surrounded, which also opposite the heating conductor 12 is isolated.

Der Außenmantel 16 besitzt in dem Ausführungsbeispiel einen Bund 22, der von einem Gewindering 24 in einer Ausnehmung 26 fixiert ist. Der Bund 22 ist mittels der Isolierungen 36, 38 gegenüber dem Bund 32 elektrisch isoliert. Mit dem Bund 22 ist eine elektrische Anschlussverbindung 34 vorgesehen, die mit einem nicht dargestellten Anschlusskabel verbunden werden kann. Der Bund 22 ist in eingebautem Zustand gegen Masse gelegt, so dass sich ein Stromkreis wie folgt ergibt:
Über die Anschlussverbindung 34 fließt der Strom über den Bund 22 und den Außenmantel 16 und eine metallische Buchse 42, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, durch die Heizleiter 12, 18 und eine metallische Buchse 40 durch den Außenmantel 14 und den Bund 32 gegen Masse.The outer jacket 16 has a collar in the embodiment 22 that of a threaded ring 24 in a recess 26 is fixed. The Bund 22 is by means of insulation 36 . 38 across from the federal government 32 electrically isolated. With the federal government 22 is an electrical connection 34 provided, which can be connected to a connection cable, not shown. The Bund 22 is grounded when installed so that a circuit is as follows:
About the connection 34 the electricity flows over the federal government 22 and the outer jacket 16 and a metallic socket 42 , which will be discussed below, through the heating conductor 12 . 18 and a metallic socket 40 through the outer jacket 14 and the covenant 32 against mass.

An den Enden der Heißkanaldüse sind Endkappen montiert, auf die ebenfalls noch eingegangen wird.At the ends of the hot runner nozzle are Mounted end caps, which will also be discussed.

Aus der 2 wird deutlich, dass in den Enden des Heizleiters 12 der Stromkreis über metallische, elektrisch leitfähige Buchsen 40, 42 geschlossen wird. Diese Buchsen 40, 42 werden unter hohem Pressdruck und unter Verformung in die entsprechenden Ausnehmungen 48, 50 gepresst. Hierdurch wird ein inniger Kontakt zwischen dem Heizleiter und den Wandungen der Ausnehmungen 48, 50 hergestellt.From the 2 it becomes clear that in the ends of the heating conductor 12 the circuit via metallic, electrically conductive sockets 40 . 42 is closed. These jacks 40 . 42 are under high pressure and under deformation in the corresponding recesses 48 . 50 pressed. As a result, an intimate contact between the heating element and the walls of the recesses 48 . 50 produced.

Als Material für die Buchsen 40, 42 hat sich Nickel als besonders vorteilhaft erwiesen. Nickel hat gegenüber Stahl einen geringeren Elastizitätsmodul sowie eine größere Bruchdehnung. Diese Eigenschaften ergeben eine günstige Bedingung für diesen Anwendungsfall.As material for the sockets 40 . 42 Nickel has proven to be particularly advantageous. Nickel has a lower modulus of elasticity than steel and a greater elongation at break. These properties give a favorable condition for this application.

Des weiteren ist Nickel weitgehend korrosionsbeständig. Dadurch, dass sich die Nickelbuchsen 40, 42 beim Pressvorgang vorwiegend plastisch verformen und Druck auf die jeweiligen benachbarten Bauteile, Heizleiter 12 und die Wandungen der Ausnehmungen 48, 50 ausüben, die sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften in diesem Druckbereich jedoch eher elastisch verformen, entsteht ein besonders inniger Kontakt, da die elastisch verformten Wandungen wie eine federnde Umklammerung der plastisch verformten Nickelbuchse 40, 42 wirken. Auch der Heizleiter verformt sich elastisch und es kommt zu einer ähnlichen Situation wie bei den äußeren Wandungen.Furthermore, nickel is largely corrosion resistant. As a result, the nickel sockets 40 . 42 During the pressing process mainly plastically deform and pressure on the respective adjacent components, heating conductors 12 and the walls of the recesses 48 . 50 exercise, however, which deform rather elastically due to their material properties in this pressure range, creates a particularly intimate contact, since the elastically deformed walls like a resilient embrace of plastically deformed nickel bushing 40 . 42 Act. Also, the heating element deforms elastically and it comes to a similar situation as in the outer walls.

Im Rahmen der Erfindung muss der Außenmantel der Buchsen nicht zylindrisch ausgebildet sein.in the Under the invention, the outer jacket of the sockets must not be cylindrical.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeigt in Schnittdarstellung eine Buchse und die entsprechend gestaltete Ausnehmung, die durch die konische Gestaltung die Verpressung begünstigen. Jedoch muss in diesem Fall darauf geachtet werden, dass sich der durch die Erhitzung in der Länge ausdehnende Heizleiter die Buchse nicht herausdrückt. Dies könnte durch die in 4 gezeigten Hinterschneidungen verhindert werden. Es ist auch denkbar, den Heizleiter mit Ausnehmungen wie z.B. umlaufende Vertiefungen auszustatten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vertiefungen so gestaltet sind, dass keine Kerbwirkung auftritt.An embodiment according to 3 shows a sectional view of a socket and the correspondingly shaped recess, which favor the compression by the conical design. However, in this case, care must be taken that the heat conductor extending in length does not push the bushing out. This could be done by the in 4 shown undercuts are prevented. It is also conceivable to equip the heating conductor with recesses such as circumferential recesses. It is particularly advantageous if the recesses are designed so that no notch effect occurs.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Stirnseiten der Außenmäntel 14, 16 die entsprechenden Stirnseiten 52, 54 der Buchsen 40, 42 sowie die Stirnseiten 56, 58 des Heizleiters 12 bei der Montage eine Ebene bilden und an den Endkappen anliegen. Durch Verschweißung der Endkappen mit den Außenmänteln 14, 16 bilden die einzelnen Bauteile eine kräftemäßig geschlossene Einheit, so dass es zu keiner Relativbewegung der Bauteile im Bereich der Buchsen 40, 42 kommt, die die Kontaktierung negativ beeinflussen könnte.It has proved to be particularly advantageous if the end faces of the outer shells 14 . 16 the corresponding faces 52 . 54 the jacks 40 . 42 as well as the front sides 56 . 58 of the heating conductor 12 form a plane during assembly and abut the end caps. By welding the end caps to the outer shells 14 . 16 The individual components form a force-closed unit, so that there is no relative movement of the components in the bushes 40 . 42 that could negatively affect the contact.

In 2 ist durch Strich-Punktlinien 60 dargestellt, dass der zentrale Heizleiter 12 auch rohrförmig gestaltet sein kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. In diesem Fall tritt die Schmelze im Bereich der Endkappe 44 in den als Rohr ausgebildeten Heizleiter ein und im Bereich der z.B. als Spitze ausgebildeten Endkappe 46 aus, wobei sich zum Erhalt der Spitze der rohrförmige Kanal verzweigen kann. Diese Führung der Schmelze ist jedoch Stand der Technik und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Wichtig ist, dass unabhängig von der Gestaltung des inneren Heizleiters als Rohr oder Stab, die Verbindung mit den übrigen, den Stromkreis bildenden Bauteilen 14, 16 durch Presssitz erfolgt.In 2 is by dash-dot lines 60 shown that the central heating conductor 12 may also be tubular, without departing from the scope of the invention. In this case, the melt occurs near the end cap 44 in the heating conductor designed as a tube and in the region of the end cap, which is designed, for example, as a tip 46 from, which can branch to obtain the top of the tubular channel. This guide of the melt, however, is state of the art and not the subject of this invention. It is important that, regardless of the design of the inner heat conductor as a pipe or rod, the connection with the other, the circuit forming components 14 . 16 done by press fit.

Claims (8)

Elektrisch betriebenes Heizelement, insbesondere Heißkanaldüse zum Aufheizen von Materialschmelzen in einem Heißkanalwerkzeug (1), in welchem die Materialschmelze mindestens einem Formnest (6) einer Spritzgießform zuführbar ist, wobei dieses Heizelement aus einem zentralen, zylindrischen Heizleiter (12) besteht, der elektrisch isoliert von einem rohrförmigen Mantel (14, 16) umgeben ist, wobei bei einem stabförmig gestalteten inneren Heizleiter (12) die Außenfläche des Mantels (14, 16) mit der Schmelze in Berührung steht, bei einem rohrförmig gestalteten Heizleiter (12) jedoch dessen Rohrinnenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) im Bereich ihrer freien Enden durch eine Pressverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Electrically operated heating element, in particular hot runner nozzle for heating molten material in a hot runner mold ( 1 ), in which the molten material at least one mold cavity ( 6 ) is fed to an injection mold, said heating element from a central, cylindrical heating conductor ( 12 ), which is electrically isolated from a tubular jacket ( 14 . 16 ) is surrounded, wherein in a rod-shaped inner heating conductor ( 12 ) the outer surface of the shell ( 14 . 16 ) is in contact with the melt, in a tubular heating conductor ( 12 ) but the pipe inner surface, characterized in that the components forming the heating element ( 12 . 14 . 16 ) are electrically conductively connected to each other in the region of their free ends by a press connection. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressverbindung durch eine ringförmige Buchse (40, 42) erfolgt.Electrically operated heating element according to claim 1, characterized in that the press connection by an annular bushing ( 40 . 42 ) he follows. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (40, 42) in einem zwischen den Bauteilen (12, 14, 16) vorgesehenen Spalt einliegt.Electrically operated heating element according to claim 2, characterized in that the socket ( 40 . 42 ) in one between the components ( 12 . 14 . 16 ) provided gap. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt durch eine stufenartige Ausnehmung (48, 50) in einem der beiden das Heizelement bildenden Bauteile (12, 14, 16) ausgebildet ist.Electrically operated heating element according to claim 1 to 3, characterized in that the gap by a step-like recess ( 48 . 50 ) in one of the two components forming the heating element ( 12 . 14 . 16 ) is trained. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stufenartige Ausnehmung sich in Richtung zum gegenüberliegenden Ende des Bauteils kegelstumpfartig verjüngt.Electrically operated heating element according to claim 4, characterized in that the step-like recess itself towards the opposite End of the component tapered in a truncated cone. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (40, 42) aus einem plastisch verformbaren Material, insbesondere Nickel besteht.Electrically operated heating element according to claim 1 and 2, characterized in that the bushing ( 40 . 42 ) consists of a plastically deformable material, in particular nickel. Elektrisch betriebenes Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten des Heizelementes Endkappen (44, 46) aufweisen, die fest mit dem Heizelement (14, 16) verbunden sind.Electrically operated heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the end faces of the heating element end caps ( 44 . 46 ) fixed to the heating element ( 14 . 16 ) are connected. Elektrisch betriebenes Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappen (44, 46) mit dem Heizelement (14, 16) verschweißt sind.Electrically operated heating element according to claim 7, characterized in that the end caps ( 44 . 46 ) with the heating element ( 14 . 16 ) are welded.
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