WO2008046465A1 - Elektrische heizeinrichtung für heisskanalsysteme - Google Patents

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WO2008046465A1 PCT/EP2007/007433 EP2007007433W WO2008046465A1 WO 2008046465 A1 WO2008046465 A1 WO 2008046465A1 EP 2007007433 W EP2007007433 W EP 2007007433W WO 2008046465 A1 WO2008046465 A1 WO 2008046465A1
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Herbert Günther
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Guenther Heisskanaltechnik GmbH
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    • Y10T29/49082—Resistor making
    • Y10T29/49083—Heater type

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating device for hot runner systems, in particular for hot runner nozzles and / or hot runner manifolds.
  • Hot runner systems are used in injection molding tools in order to supply a flowable mass - for example a plastic melt - at a predeterminable temperature under high pressure to a separable mold insert. They usually have a material tube with a flow channel that ends in a nozzle orifice. The latter forms a nozzle outlet opening at the end, which opens via a gate in the mold insert (mold cavity). So that the flowable mass does not cool prematurely within the material tube, one or more electrical heating devices are provided which ensure a temperature distribution which is as uniform as possible into the nozzle mouthpiece.
  • the electrical heating device may be formed, for example, as a separate component with a helical heating element, which is integrated in a tubular sheath and peripherally on the material pipe can be placed.
  • the shell is, as disclosed for example in DE-U-295 07 848 or US-PS-4,558,210, a rigid structure by additional holding or clamping elements on the material pipe in axial direction is determined.
  • EP-B1-0 028 153 provides thermally conductive adhesive strips
  • WO 97/03540 uses flexible retaining straps with Velcro or pressure fasteners.
  • a disadvantage of these known heaters is the relatively large dimensions, so that the hot runner nozzles when installing a lot of space must be made available, which is not desirable in most applications, especially when small pitches are required.
  • the relatively large dimensions also require a higher heating power, which has a negative impact on energy consumption.
  • the large thermal masses extend the heating and cooling phases, resulting in limitations in terms of increased productivity rates.
  • DE-A-199 41 038 proposes to cohesively apply by means of direct coating to at least one insulating layer and at least one heating conductor track on at least one wall of a material tube assigned to a flow channel, ie to form the heating device and the material tube in one piece.
  • the direct coating can be carried out, for example, using the film, thick-film or screen printing technique, wherein the layers are baked after application separately or simultaneously.
  • the cohesive application of the heater in layers ensures a permanently fixed connection to the wall of the flow channel and thus for a firm grip on the hot runner manifold or the hot runner nozzle.
  • the heating device occupies only a small amount of space overall, so that extremely compact designs can be realized with virtually the same performance features as compared to the aforementioned heating devices.
  • the power density can be increased significantly, since the heat is generated and removed directly on the surface of the hot runner element to be heated. Overheating of the most sensitive heating elements is thereby avoided.
  • the nozzle can heat up quickly and precisely and also cool down again, which has a favorable effect on the entire production process.
  • a disadvantage of these heaters is that the material selection for the heating layer is limited to the fact that only such materials may be used, the baking temperature is so low that the microstructure of the material pipe, which is usually made of tool steel and also exposed to the baking temperatures is not changed during the baking process. The stoving temperatures of the heating conductor layers must therefore not exceed the annealing temperature of the material raw material.
  • the aim of the invention is to avoid these and other disadvantages of the prior art and to provide an improved heating device that is simple and inexpensive to produce.
  • the aim is in particular a corresponding manufacturing method, an improved hot runner system and an improved hot runner nozzle.
  • An electrical heating device for hot runner systems in particular for hot runner nozzles and / or hot runner manifold, according to the present invention, at least one tubular or sleeve-like support member carrying at least one heat conductor, wherein the heating conductor is formed by a resistance wire
  • the entire heating device can be pushed onto a material pipe of a hot runner nozzle, resulting in a total two-part structure consisting of heating device and material pipe.
  • the heater is correspondingly interchangeable.
  • the entire heater occupies little space, so that can be realized in comparison to other heaters with almost the same performance features extremely compact hot runner nozzles.
  • the heater can be easily and inexpensively manufactured, which has a favorable effect on the production costs.
  • At least one electrically insulating cover layer is provided, which covers the heating conductor and the support element to the outside and electrically insulated.
  • the covering layer is advantageously provided as the outermost layer of the heating device.
  • To detect the actual temperature in the flow channel is advantageously provided at least one temperature sensor whose electrical resistance is temperature-dependent. On the basis of the changing electrical resistance, the actual temperature can be determined continuously, wherein the measured values can be used to control the heating device according to the invention.
  • the temperature sensor may be conventionally formed or formed as an electrically conductive layer whose electrical resistance is temperature-dependent. On the basis of the changing electrical resistance, the actual temperature can be determined continuously, wherein the measured values can be used to control the heating device according to the invention.
  • the serving as a temperature sensor layer preferably comprises a PTC or NTC material. Alternatively, a thermocouple is possible as a temperature sensor with the same structuring as a resistance sensor and the measuring point near the nozzle tip.
  • the temperature sensor and the heating conductor are advantageously in the radial direction in a common plane, whereby the space of the heating device according to the invention can be additionally reduced.
  • the support element is advantageously made of a sintered material, such as a ceramic or a sintered metal. But you can also use a metal metal alloy, a steel or a steel alloy.
  • a ceramic has the advantage that the heating conductor or the resistance wire can be applied directly to the carrier element.
  • a metal e.g. a tool steel, a cemented carbide or the like., Or a steel
  • an insulating layer is disposed between the support member and the heating conductor to electrically isolate the resistance wire relative to the support member.
  • such an insulating or intermediate layer can also be provided on a ceramic carrier element, for example to improve the adhesion.
  • Both the cover layer and the insulating layer serving as the intermediate layer are preferably a glassy and / or ceramic dielectric layer, which is under compressive prestressing after at least one baking process, so that delamination forces occurring within the insulating layer at a different height are compensated for depending on the internal pressure of the carrier element ,
  • the compressive prestress is preferably generated by a respective specific mismatch of the linear expansion coefficient of the ceramic insulating layer TECDE or of the linear thermal expansion coefficient TEC D E A of the case dependent on the strain-relevant characteristics of the carrier element Cover layer is given to the corresponding value of the support element TEC M , wherein the differential expansion TEC D E-TEC M or TEC D EA-TEC M does not exceed a value of 5 -1Cr 6 IC 1 .
  • the insulating layer and / or the covering layer preferably has the property of wetting the carrier surface at the respective stoving temperature. In certain circumstances, it is advantageous that the material system at least partially passes into the crystalline state.
  • the insulating layer and / or the covering layer may comprise a glassy or glassy-crystalline material system which contains at least one preformed glass which wets the surface of the carrier element at a predefinable baking temperature.
  • the material system may further comprise at least one preformed glass, which at least partially passes into a crystalline state at a predefinable baking temperature.
  • the material system may contain at least one further glass which does not crystallize under stoving conditions and / or at least one a priori crystalline compound, wherein by optimizing the proportions of the preformed glassy and crystalline constituents of the material system taking into account their respective TEC-I increments Conditions of the respective baking process, a ceramic dielectric layer with a TEC value in the range between 0 and 13 -IfJ 6 K- 1 is obtained.
  • a compensation layer which consists for example of chemical nickel.
  • Such a compensation layer also serves to compensate for different thermal expansion coefficients between the carrier material and the insulating layer.
  • the leveling layer can be applied in the same way as the insulating layer and the covering layer.
  • the insulating layer and / or the covering layer and / or the leveling layer is preferably a baked-on film or a baked thick-film paste.
  • the layers may also be applied by detonation coating or by thermal coating. Alternatively, a dip coating (dipping) with subsequent burn-in is possible.
  • the resistance wire forms a Schuleiter Listel, wherein the formation and / or the arrangement of the resistance wire is adapted to the respective Schuetzs office.
  • the windings or windings of the resistance wire to be arranged in a region which is to be heated particularly strongly can be arranged for example in a particularly dense manner in order to introduce correspondingly more heat energy in this section.
  • the resistance wire is also helical or meander-shaped, the helix pitch may also be selected to be smaller or larger, in sections, in order to vary the heat energy output.
  • the cross section of the resistance wire can also vary as needed.
  • a contact layer can be arranged between the insulating layer, the heating conductor and / or the temperature sensor. Also in this and / or in the temperature sensor and / or arranged between the carrier element and heat conductor insulating or adhesion-promoting intermediate layer (insulating layer) is preferably either baked-on films or baked thick-film pastes. These can be easily and inexpensively apply, in particular structure and handle, so that can produce extremely reliable and inexpensive heating device.
  • the insulating layer and / or the covering layer and / or the compensating layer and / or the contact layer and / or the layer serving as a temperature sensor form a layer composite embedding the resistance wire, so that a compact construction of the heating device according to the invention is always achieved. This applies in particular when the resistance wire forming the heating conductor is embedded in the insulating layer and / or in the contact layer.
  • the present invention further relates to a hot runner system, in particular a hot runner nozzle or a hot runner manifold with an electric heater of the type described above.
  • the tubular or sleeve-like support member is on a material tube, a rod, a distributor, a nozzle or the like. put on or postponed.
  • the tubular or sleeve-like support member formed directly a material tube, a rod, a distributor arm, a nozzle or the like. is or forms. This improves the heat transfer from the heater to the object to be heated.
  • the present invention relates to a hot runner nozzle with an electric heater according to the invention, wherein the tubular or sleeve-like support member is mounted on a material pipe to form a fit with predetermined play.
  • the carrier element may form the material tube, which has a favorable effect on the heat transfer.
  • the present invention relates to a method for producing an electrical heating device according to the invention for hot runner systems, in particular for hot runner nozzles and / or hot runner manifold, wherein the heating wire forming resistance wire is applied to the support member and that subsequently the cover layer is applied by film or screen printing technology. Both the application of the resistance wire and the cover layer is easy to control and in combination surprisingly low feasible.
  • the heater produced works precisely and permanently reliable, which has a favorable overall effect on the temperature distribution and the service life of the heating elements.
  • the insulating layer is applied in film or screen printing technique on the support member before winding of the Schuleiterhausl forming resistance wire, wherein the resistance wire is suitably embedded in the insulating layer.
  • the applied in screen printing technology layers are advantageously applied using the round printing technology in the form of pastes, which ensures a total economic process management.
  • Each layer can be applied separately and then baked; the stoving temperature can vary for each layer.
  • the baking temperature can also be varied individually for each layer and lowered after each baking step.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that all layers are applied separately and baked simultaneously (co-firing).
  • the baking temperature range is between 800 and 1400 0 C.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a hot runner nozzle according to the invention with a first embodiment of a heating device according to the invention
  • FIG. 2 shows the heating device shown in FIG. 1 in a developed and partially fanned out view
  • FIG. 3 shows the heating device of FIGS. 1 and 2 with a thermo-sensor in an unwound representation
  • Fig. 4 shows another type of heating and thermocouple arrangement
  • Fig. 5 shows yet another embodiment of a heater with thermocouple
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment of a heating device according to the invention in a developed and partially unfolded representation.
  • the hot runner nozzle 12 sketched in Fig. 1 has as part of an injection molding system for thermoplastic processing for attachment to a (not shown) a housing (also not shown) into which a generally cylindrical material pipe 13 can be inserted In the axial longitudinally extending material tube 13 end of a nozzle tip 18 is inserted, preferably screwed, which the formed in the material tube 13 flow channel 14 up to the (not shown) plane of a
  • the nozzle tip 18 may also be integrally formed with the material tube 13, even with the same mode of operation.
  • a heater 10 is placed on the outer circumference of the wall 16 of the example made of steel material tube 13.
  • This comprises a sleeve-like, ceramic support member 20 which simultaneously serves as electrical insulation, a wound thereon resistance wire 23 forms a Bankleiter Listel 22, which - as indicated schematically in Fig. 2 - depending on the desired temperature density can also be laid meandering.
  • an outer cover layer 24 is applied, which covers the Schuleiter Listel 22 and the underlying support member 20 to the outside and electrically insulated.
  • the arbitrarily deployable resistance wire 23 may be applied depending on the required power in different thickness and / or arrangement on the support member 20. As a result, a defined temperature distribution within the material tube 13 can be achieved if required.
  • a temperature sensor 28 is provided from a PTC material whose resistance increases with increasing temperature (Fig. 2).
  • a PTC material whose resistance increases with increasing temperature (Fig. 2).
  • an electrically insulating contact layer 26 which may be provided between other layers if necessary.
  • the temperature sensor 28 may be made as well as the Schuleiter Maisl 22 of resistance wire 29 (see Figs. 3 and 4).
  • the resistance wire 29 forming the temperature sensor 28 expediently lies in the same plane as the resistance wire 23 forming the heating conductor spiral 22. They are jointly protected from the covering layer 24 to the outside. In this way, the height of the heater 10 is reduced to a minimum.
  • FIGS. 3, 4 and 5 show alternative possibilities for designing the heating conductor coil 22 and the conductor tracks 29 for the temperature measurement.
  • the cover layer 24 and / or the contact layer 26 are preferably applied by means of direct coating material fit on the carrier element 20 and then baked under the respective material specific predetermined baking conditions, so that a cohesive bond is formed, which forms the heater 10. Since the resistance wire 23 of the Edelleiter Listel 22 and the individual functional layers 24, 26 (optionally 28) have an extremely good adhesion to each other, the heater 10 holds a total of even extreme mechanical and / or thermal stresses durable.
  • the heating device 10 is pushed from below onto the material pipe 13 with a predetermined play, which is selected such that the heating device 10 is not damaged in the heated operating state by the material pipe 13 expanding under the effect of heat, but always an optimum heat transfer between the carrier element 20 and the material tube 13 is ensured.
  • a better heat transfer can be effected by an additional roughening the inside of the support element or the outside of the material tube.
  • the inside of the carrier element or the outside of the material tube can be provided with a dark or black layer.
  • This layer may consist of a black color, as used in the construction of radiant heating elements.
  • a dark material may also be used for the carrier tube, such as, for example, black aluminum. oxide.
  • the film and the thick-film screen printing technique is suitable, for the application of the insulating layer or the cover layer, if necessary, the detonation coating or thermal coating methods.
  • the thick-film screen printing technique using the round printing technology.
  • the baking of the layers can be done individually or together.
  • the electrical connections 23 ' and 29 ' for the resistance wires 23, 29 of Schuetzmannl 22 and temperature sensor 28 may also be implemented in thick film technology or conventional, wherein the contacts required for this purpose are designed such that the power supply or information transmission can be made via pluggable cable connections.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of a heating device 30 according to the invention in a developed and partially fanned out view.
  • the heating device 30 comprises a tube-like or tube-like carrier element 32, which essentially corresponds to the carrier element 20 of the heating device 10 shown in FIGS. 1 and 2, but is not made of ceramic but is made of a metal or a metal alloy.
  • an insulating layer or dielectric layer 34 is arranged on the carrier element 20, on which then the heating conductor coil 22, possibly the contact layer 26, the temperature sensor 28 and the cover layer 24 are applied, as well as in the illustrated in Fig. 2 Heating device 10.
  • the application of the individual functional layer takes place in the same way as in the heating device 10.
  • a thick-film dielectric paste is applied in order to produce the dielectric layer 34 in the round-printing method.
  • Their solids content can consist, for example, of a glass crystallizing in situ in the temperature range above 900 ° C. with the main components BaO, Al 2 O 3 and SiO 2 in the approximately molar composition BaO Al 2 O 3 4 SiO 2 .
  • the dielectric layer 32 obtained after the baking has a TEC of 6 -10 "6 K '1 in the temperature range 20 to 300 ° C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung (10; 30) für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen (12) und/oder Heißkanalverteiler, mit wenigstens einem rohrförmig oder hülsenartig ausgebildeten Trägerelement (20; 32), das wenigstens einen Heizleiter (22) trägt, wobei der Heizleiter (22) von einem Widerstandsdraht (23) gebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Heißkanalsystem mit einer solchen elektrischen Heizeinrichtung sowie eine Heißkanaldüse.

Description

Elektrische Heizeinrichtung für Heißkanalsysteme
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen und/oder Heißkanalverteiler.
Heißkanalsysteme werden in Spritzgießwerkzeugen eingesetzt, um eine fließfähige Masse - beispielsweise eine Kunststoffschmelze - bei einer vorgebbaren Temperatur unter hohem Druck einem trennbaren Formeinsatz zuzuführen. Sie haben meist ein Materialrohr mit einem Strömungskanal, das in einem Düsenmundstück endet. Letzteres bildet endseitig eine Düsenaustrittsöffnung, die über eine Angussöffnung im Formeinsatz (Formnest) mündet. Damit sich die fließfähige Masse innerhalb des Materialrohrs nicht vorzeitig abkühlt, sind eine oder mehrere elektrische Heizeinrichtungen vorgesehen, die bis in das Düsenmundstück hinein für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen.
Die elektrische Heizeinrichtung kann beispielsweise als separates Bauelement mit einem wendeiförmigen Heizelement ausgebildet sein, das in einer rohrförmigen Ummantelung integriert und umfangseitig auf das Materialrohr aufsetzbar ist. Die Ummantelung ist, wie beispielsweise in DE-U-295 07 848 oder US-PS-4,558,210 offenbart, ein starres Gebilde, das durch zusätzliche Halte- oder Spannelemente auf dem Materialrohr in axialer Richtung festgelegt wird. Alternativ kann man die Heizung als flexiblen Heizstreifen oder als flexible Heizmatte zwischen elektrisch isolierenden Schichten mit gegebenenfalls unterschiedlichen Wärmeleitungsvermögen ausbilden, die auf dem Außenumfang des Materialrohrs fixiert werden. EP-B1-0 028 153 sieht hierzu wärmeleitende Klebestreifen vor, während WO 97/03540 flexible Haltebänder mit Klett- oder Druckverschlüssen verwendet.
Ein Nachteil dieser bekannten Heizvorrichtungen besteht in den relativ großen Abmessungen, so dass den Heißkanaldüsen beim Einbau sehr viel Platz zur Verfügung gestellt werden muss, was bei den meisten Anwendungsfällen nicht wünschenswert ist, insbesondere dann, wenn kleine Nestabstände gefordert sind. Die relativ großen Dimensionen erfordern ferner eine höhere Heizleistung, was sich negativ auf den Energieverbrauch auswirkt. Hinzu kommt, dass die großen thermischen Massen die Aufheiz- und Abkühlphasen verlängern, wodurch sich Begrenzungen hinsichtlich erhöhter Produktivitätsraten ergeben.
Zur Behebung dieser Probleme schlägt DE-A-199 41 038 vor, auf zumindest einer einem Strömungskanal zugeordneten Wandung eines Materialrohrs wenigstens eine Isolierschicht und wenigstens eine Heizleiterbahnen aufweisende Heizschicht mittels Direkt- beschichtung stoffschlüssig aufzubringen, also die Heizeinrichtung und das Materialrohr einteilig auszubilden. Die Direktbeschichtung kann dabei beispielsweise unter Verwendung der Folien-, Dickschicht- oder Siebdrucktechnik erfolgen, wobei die Schichten nach dem Auftragen jeweils separat oder simultan eingebrannt werden. Das stoffschlüssige Aufbringen der Heizeinrichtung in Schichten sorgt für eine dauerhaft feste Verbindung mit der Wandung des Strömungskanals und damit für einen festen Halt auf dem Heißkanalverteiler oder der Heißkanaldüse. Aufgrund der durch die Direktbeschichtung erzielten geringen Dickenabmessungen nimmt die Heizeinrichtung insgesamt nur wenig Raum ein, so dass sich im Vergleich zu den zuvor genannten Heizeinrichtungen bei nahezu gleichen Leistungsmerkmalen äußerst kompakte Bauformen realisieren lassen. Zudem kann die Leistungsdichte deutlich erhöht werden, da die Wärme direkt auf der Oberfläche des zu beheizenden Heißkanalelements erzeugt und abgenommen wird. Eine Überhitzung der meist empfindlichen Heizelemente wird dadurch vermieden. Ferner lässt sich die Düse rasch und präzise aufheizen und ebenso wieder abkühlen, was sich günstig auf den gesamten Produktionsablauf auswirkt.
Ein Nachteil dieser Heizeinrichtungen besteht allerdings darin, dass die Materialauswahl für die Heizschicht dahingehend beschränkt ist, dass man nur solche Materialien verwenden kann, deren Einbrenntemperatur derart gering ist, dass die Gefügestruktur des Materialrohrs, das gewöhnlich aus Werkzeugstahl gefertigt und ebenfalls den Einbrenntemperaturen ausgesetzt ist, während des Einbrennvorgangs nicht verändert wird. Die Einbrenntemperaturen der Heizleiterschichten darf daher die Vergütungstemperatur des Materialrohmaterials nicht übersteigen.
Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine verbesserte Heizeinrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Angestrebt wird insbesondere ein entsprechendes Herstellungsverfahren, ein verbessertes Heißkanalsystem sowie eine verbesserte Heißkanaldüse.
Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 , 25, 27, 28, 31 und 32 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 24, 26, 29 bis 30 und 33 bis 40.
Eine elektrische Heizeinrichtung für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen und/oder Heißkanalverteiler, hat gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens ein rohr- förmig oder hülsenartig ausgebildetes Trägerelement, das wenigstens einen Heizleiter trägt, wobei der Heizleiter von einem Widerstandsdraht gebildet ist
Durch den röhr- oder hülsenartigen Aufbau des Trägerelements kann die gesamte Heizeinrichtung auf ein Materialrohr einer Heißkanaldüse aufgeschoben werden, wodurch sich ein insgesamt zweiteiliger Aufbau bestehend aus Heizeinrichtung und Materialrohr ergibt. Die Heizeinrichtung ist entsprechend austauschbar. Alternativ kann man die Heizeinrichtung auch unmittelbar auf dem Materialrohr oder einem Verteiler ausbilden, so dass sich ein insgesamt kompakter Aufbau ergibt, der eine dauerhaft feste Verbindung und damit einen festen Halt auf dem Heißkanalverteiler oder der Heißkanaldüse gewährleistet. In jedem Fall nimmt die gesamte Heizvorrichtung nur wenig Raum ein, so dass sich im Vergleich zu anderen Heizeinrichtungen bei nahezu gleichen Leistungsmerkmalen äußerst kompakte Heißkanaldüsen realisieren lassen. Darüber hinaus lässt sich die Heizeinrichtung einfach und kostengünstig fertigen, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt.
Oberhalb des den Heizleiter bildenden Widerstandsdrahts ist wenigstens eine elektrisch isolierende Abdeckschicht vorgesehen, welche den Heizleiter und das Trägerelement nach außen hin abdeckt und elektrisch isoliert. Die Abdeckschicht ist vorteilhaft als äußerste Schicht der Heizeinrichtung vorgesehen. Zur Erfassung der Ist-Temperatur im Strömungskanal ist vorteilhaft wenigstens ein Temperaturfühler vorgesehen, dessen elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Anhand des sich ändernden elektrischen Widerstandes kann kontinuierlich die Ist-Temperatur bestimmt werden, wobei die Messwerte zur Regelung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung verwendbar sind. Der Temperaturfühler kann herkömmlich ausgebildet oder als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet sein, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist. Anhand des sich ändernden elektrischen Widerstandes kann kontinuierlich die Ist-Temperatur bestimmt werden, wobei die Messwerte zur Regelung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung verwendbar sind. Die als Temperaturfühler dienende Schicht weist bevorzugt ein PTC- oder NTC-Material auf. Alternativ ist ein Thermoelement als Temperaturfühler mit der gleichen Strukturierung wie ein Widerstandsfühler und dem Messpunkt nahe der Düsenspitze möglich.
Der Temperaturfühler und der Heizleiter liegen in radialer Richtung vorteilhaft in einer gemeinsamen Ebene, wodurch der Bauraum der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung zusätzlich reduziert werden kann.
Das Trägerelement ist vorteilhaft aus einem Sintermaterial, wie beispielsweise einer Keramik oder einem Sintermetall gefertigt. Man kann aber auch ein Metall eine Metalllegierung, einen Stahl oder eine Stahllegierung verwenden. Die Verwendung einer Keramik hat den Vorteil, dass der Heizleiter bzw. der Widerstandsdraht unmittelbar auf das Trägerelement aufgebracht werden kann. Verwendet man ein Metall, z.B. einen Werkzeugstahl, ein Hartmetall o.dgl., oder auch einen Stahl, so wird zwischen dem Trägerelement und dem Heizleiter eine Isolierschicht angeordnet, um den Widerstandsdraht gegenüber dem Trägerelement elektrisch zu isolieren. Eine solche Isolier- oder Zwischenschicht kann aber auch auf einem keramischen Trägerelement vorgesehen sein, um beispielsweise die Haftung zu verbessern.
Sowohl die Abdeckschicht als auch die als Zwischenschicht dienende Isolierschicht sind bevorzugt eine glasartige und/oder keramische Dielektrikumschicht, die nach zumindest einem Einbrennprozess gegenüber dem Trägerelement unter Druckvorspannung steht, so dass bei der Innendruckbelastung des Trägerelementes radienabhängig in unterschiedlicher Höhe auftretende Delaminationskräfte innerhalb der Isolierschicht kompensiert werden. Die Druckvorspannung wird bevorzugt erzeugt, indem in Abhängigkeit von den dehnungsrelevanten Kenngrößen des Trägerelementes fallweise eine jeweils spezifische Fehlanpassung des linearen Ausdehnungskoeffizienten der keramischen Isolierschicht TECDE bzw. des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten TECDEA der Abdeckschicht an den entsprechenden Wert des Trägerelementes TECM vorgegeben wird, wobei die Differenzausdehnung TECDE-TECM bzw. TECDEA-TECM einen Wert von 5 -1Cr6IC1 nicht überschreitet.
Darüber hinaus weist die Isolierschicht und/oder die Abdeckschicht bevorzugt die Eigenschaft auf, bei der jeweiligen Einbrenntemperatur die Trägeroberfläche zu benetzen. Unter bestimmten Umständen ist es dabei vorteilhaft, dass das Materialsystem zumindest teilweise in den kristallinen Zustand übergeht.
Die Isolierschicht und/oder die Abdeckschicht kann ein glasiges oder glasig-kristallines Materialsystem aufweisen, das wenigstens ein vorgebildetes Glas enthält, welches bei einer vorgebbaren Einbrenntemperatur die Oberfläche des Trägerelements benetzt. Das Materialsystem kann ferner wenigstens ein vorgebildetes Glas enthalten, welches bei einer vorgebbaren Einbrenntemperatur zumindest teilweise in einen kristallinen Zustand übergeht.
Zusätzlich bzw. alternativ kann das Materialsystem mindestens ein weiteres, unter Einbrennbedingungen nicht kristallisierendes Glas und/oder mindestens eine a priori kristalline Verbindung enthalten, wobei durch Optimierung der Mengenanteile der vorgebildeten glasigen und kristallinen Bestandteile des Materialsystems unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen TEC-I nkremente unter den Bedingungen des jeweiligen Einbrennvorgangs eine keramische Dielektrikumschicht mit einem TEC-Wert im Bereich zwischen 0 und 13 -IfJ6K-1 erhalten wird.
Zwischen dem Trägerelement und der Isolierschicht kann zusätzlich eine Ausgleichsschicht angeordnet sein, die beispielsweise aus chemischem Nickel besteht. Eine solche Ausgleichsschicht dient ebenfalls dem Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Trägermaterial und Isolierschicht. Die Ausgleichsschicht kann in gleicher weise wie die Isolierschicht und die Abdeckschicht aufgebracht werden.
Die Isolierschicht und/oder die Abdeckschicht und/oder die Ausgleichsschicht ist bevorzugt eine eingebrannte Folie oder eine eingebrannte Dickschichtpaste. Die Schichten können jedoch auch durch Detonationsbeschichten oder durch thermisches Beschichten aufgebracht sein. Alternativ ist auch ein Tauchbeschichten (Dippvorgang) mit anschließendem Einbrennen möglich. Zweckmäßig bildet der Widerstandsdraht eine Heizleiterwendel, wobei die Ausbildung und/oder die Anordnung des Widerstandsdrahts an den jeweiligen Heizleistungsbedarf angepasst ist. Dadurch können die in einem besonders stark zu erwärmenden Bereich anzuordnenden Wicklungen oder Windungen des Widerstandsdrahts beispielsweise besonders dicht angeordnet sein, um in diesem Abschnitt entsprechend mehr Wärmeenergie einzubringen. Wird der Widerstandsdraht zudem wendel- oder mäanderförmig ausgebildet, so kann ferner die Wendelsteigung abschnittsweise geringer oder größer gewählt werden, um die Wärmeenergieabgabe zu variieren. Auch der Querschnitt des Widerstandsdrahtes kann bei Bedarf variieren.
Zwischen der Isolierschicht, dem Heizleiter und/oder dem Temperaturfühler kann jeweils eine Kontaktschicht angeordnet sein. Auch bei dieser und/oder bei dem Temperaturfühler und/oder bei der zwischen Trägerelement und Heizleiter angeordneten isolierenden bzw. haftvermittelnden Zwischenschicht (Isolierschicht) handelt es sich bevorzugt wahlweise um eingebrannte Folien oder eingebrannte Dickschichtpasten. Diese lassen sich einfach und kostengünstig aufbringen, insbesondere strukturieren und handhaben, so dass sich äußerst zuverlässige und günstige Heizvorrichtung herstellen lassen.
Insgesamt bilden die Isolierschicht und/oder die Abdeckschicht und/oder die Ausgleichsschicht und/oder die Kontaktschicht und/oder die als Temperaturfühler dienende Schicht einen den Widerstandsdraht einbettenden Schichtverbund, so dass stets ein kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung erzielt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn der den Heizleiter bildende Widerstandsdraht in die Isolierschicht und/oder in die Kontaktschicht eingebettet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Heißkanalsystem, insbesondere eine Heißkanaldüse oder einen Heißkanalverteiler mit einer elektrischen Heizeinrichtung der zuvor beschriebenen Art. Das rohrförmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement ist dabei auf ein Materialrohr, einen Stab, einen Verteilerarm, eine Düse o.dgl. aufgesetzt bzw. aufgeschoben.
Alternativ ist vorgesehen, dass das rohrförmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement unmittelbar ein Materialrohr, einen Stab, einen Verteilerarm, eine Düse o.dgl. ist oder bildet. Dadurch verbessert sich der Wärmeübergang von der Heizeinrichtung auf das zu beheizende Objekt. Zudem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Heißkanaldüse mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung, wobei das rohrförmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement auf ein Materialrohr unter Bildung einer Passung mit vorbestimmtem Spiel aufgesetzt ist. Auch hier kann das Trägerelement das Materialrohr bilden, was sich günstig auf den Wärmeübergang auswirkt.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen und/oder Heißkanalverteiler, wobei der den Heizleiter bildende Widerstandsdraht auf das Trägerelement aufgebracht wird und dass anschließend die Abdeckschicht in Folien- oder Siebdrucktechnik aufgebracht wird. Sowohl das Aufbringen des Widerstandsdrahts als auch der Abdeckschicht ist gut beherrschbar und in Kombination überraschend günstig realisierbar. Die erzeugte Heizeinrichtung arbeitet präzise und dauerhaft zuverlässig, was sich insgesamt günstig auf die Temperaturverteilung und auf die Standzeit der Heizelemente auswirkt.
Je nach Ausbildung des Trägerelements wird vor dem Aufwickeln des die Heizleiterwendel bildenden Widerstandsdrahts die Isolierschicht in Folien- oder Siebdrucktechnik auf dem Trägerelement aufgebracht, wobei der Widerstandsdraht zweckmäßig in die Isolierschicht eingebettet wird.
Die in Siebdrucktechnik aufgebrachten Schichten werden vorteilhaft unter Verwendung der Runddrucktechnologie in Form von Pasten aufgebracht, was eine insgesamt ökonomische Verfahrensführung gewährleistet. Dabei kann jede Schicht separat aufgetragen und anschließend eingebrannt werden; die Einbrenntemperatur kann für jede Schicht variieren. Man kann die Einbrenntemperatur aber auch für jede Schicht einzeln variieren und nach jedem Einbrennschritt absenken. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass alle Schichten separat aufgetragen und simultan eingebrannt werden (co-firing). Der Einbrenn-Temperaturbereich liegt zwischen 800 und 14000C.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Heißkanaldüse mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung; Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Heizeinrichtung in einer abgewickelten und teilweise aufgefächerten Darstellung;
Fig. 3 die Heizeinrichtung von Fig. 1 und 2 mit einem Thermofühler in abgewickelter Darstellung;
Fig. 4 eine andere Art der Heizungs- und Thermofühler-Anordnung;
Fig. 5 eine noch andere Ausführungsform einer Heizung mit Thermofühler und
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in einer abgewickelten und teilweise aufgefalteten Darstellung.
Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleichartige Bauteile.
Die in Fig. 1 skizzierte Heißkanaldüse 12 hat als Bestandteil einer Spritzgussanlage für thermoplastische Kunststoffverarbeitung zur Festlegung an einem (nicht dargestellten Verteiler ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Gehäuse, in das ein insgesamt zylindrisches Materialrohr 13 einsetzbar ist. Ein an diesem endseitig ausgebildeter Sockel 17 schließt bündig mit dem Gehäuse ab und liegt dichtend an dem Verteiler an. In das sich in Axialrichtung längs erstreckende Materialrohr 13 ist endseitig eine Düsenspitze 18 eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt, die den in dem Materialrohr 13 ausgebildeten Strömungskanal 14 bis an die (nicht dargestellte) Ebene eines (ebenfalls nicht sichtbaren) Formnests fortsetzt. Die Düsenspitze 18 kann auch bei gleicher Funktionsweise mit dem Materialrohr 13 einstückig ausgebildet sein.
Auf dem Außenumfang der Wandung 16 des beispielsweise aus Stahl gefertigten Materialrohrs 13 ist eine Heizeinrichtung 10 aufgesetzt. Diese umfasst ein hülsenartiges, keramisches Trägerelement 20, das gleichzeitig als elektrische Isolierung dient, ein darauf aufgewickelter Widerstandsdraht 23 bildet eine Heizleiterwendel 22, die - wie in Fig. 2 schematisch angedeutet - je nach gewünschter Temperaturdichte auch mäanderförmig verlegt sein kann. Über dem Widerstandsdraht 23 ist eine äußere Abdeckschicht 24 aufgebracht, welche die Heizleiterwendel 22 und das darunter liegende Trägerelement 20 nach außen hin abdeckt und elektrisch isoliert. Der beliebig verlegbare Widerstandsdraht 23 kann je nach erforderlicher Leistung in unterschiedlicher Dicke und/oder Anordnung auf dem Trägerelement 20 aufgebracht sein. Hierdurch lässt sich bei Bedarf eine definierte Temperaturverteilung innerhalb des Materialrohrs 13 erzielen.
Um sowohl den Anstieg als auch den Verlauf der Temperatur innerhalb des Materialrohrs 13 bzw. innerhalb der Wandung 16 verfolgen bzw. kontrollieren und regeln zu können, ist zwischen dem Trägerelement 20 und der Abdeckschicht 24 ein Temperaturfühler 28 aus einem PTC-Material vorgesehen, dessen Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt (Fig. 2). Für einen besseren Wärmekontakt kann sich zwischen dem Widerstandsdraht 23 und dem Temperaturfühler 28 eine elektrisch isolierende Kontaktschicht 26 befinden, die bei Bedarf auch zwischen weiteren Schichten vorgesehen sein kann.
Der Temperaturfühler 28 kann ebenso wie die Heizleiterwendel 22 aus Widerstandsdraht 29 gefertigt sein (siehe Fig. 3 und 4). Der den Temperaturfühler 28 bildende Widerstandsdraht 29 liegt dabei zweckmäßig in der gleichen Ebene wie der die Heizleiterwendel 22 bildende Widerstandsdraht 23. Sie werden gemeinsam von der Abdeckschicht 24 nach außen hin geschützt. Auf diese Weise ist die Höhe der Heizeinrichtung 10 auf ein Minimum reduziert. Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen alternative Möglichkeiten für eine Gestaltung der Heizleiterwendel 22 sowie der Leiterbahnen 29 für die Temperaturmessung.
Die Abdeckschicht 24 und/oder die Kontaktschicht 26 werden bevorzugt mittels Direktbe- schichtung stoffschlüssig auf das Trägerelement 20 aufgetragen und anschließend unter den jeweils materialspezifisch vorgegebenen Einbrennbedingungen eingebrannt, so dass ein stoffschlüssiger Verbund entsteht, der die Heizeinrichtung 10 bildet. Da der Widerstandsdraht 23 der Heizleiterwendel 22 und die einzelnen Funktionsschichten 24, 26 (gegebenenfalls 28) untereinander eine außerordentlich gute Haftfähigkeit aufweisen, hält die Heizeinrichtung 10 insgesamt selbst extremen mechanischen und/oder thermischen Belastungen dauerhaft stand.
Die Heizeinrichtung 10 wird von unten auf das Materialrohr 13 mit einem vorbestimmten Spiel aufgeschoben, das derart gewählt ist, dass die Heizeinrichtung 10 im aufgeheizten Betriebszustand nicht durch das sich unter der Wärmeeinwirkung ausdehnende Materialrohr 13 beschädigt wird, jedoch ein stets ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Trägerelement 20 und dem Materialrohr 13 sichergestellt ist.
Ein besserer Wärmeübergang kann durch ein zusätzliches Anrauen der Innenseite des Trägerelementes bzw. der Außenseite des Materialrohrs bewirkt werden.
Zur besseren Wärmeübertragung kann auch die Innenseite des Trägerelementes bzw. die Außenseite des Materialrohrs mit einer dunklen oder schwarzen Schicht versehen werden. Diese Schicht kann aus einer schwarzen Farbe bestehen, wie sie beim Bau von Strahlungsheizelementen verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein dunkles Material für das Trägerrohr verwendet werden, wie beispielsweise schwarzes Alumini- umoxid. Wir ein metallisches Trägerrohr verwendet, kann durch den Einbrennvorgang ein dunkles Anlaufen des Metalls an der Innenseite des Rohrs bewirkt werden.
Als Beschichtungsverfahren zum Auftragen der einzelnen Funktionsschichten eignet sich die Folien- und die Dickschicht-Siebdrucktechnik, für das Auftragen der Isolierschicht oder der Abdeckschicht ggf. auch die Detonationsbeschichtung oder thermische Beschich- tungsmethoden. Bevorzugt verwendet man allerdings die Dickschicht-Siebdrucktechnik unter Anwendung der Runddrucktechnologie. Das Einbrennen der Schichten kann einzeln oder gemeinsam erfolgen.
Die elektrischen Anschlüsse 23' und 29' für die Widerstandsdrähte 23, 29 von Heizleiterwendel 22 und Temperaturfühler 28 können ebenfalls in Dickschichttechnik oder herkömmlich ausgeführt sein, wobei die hierfür erforderlichen Kontakte derart gestaltet sind, dass die Leistungszufuhr bzw. Informationsübertragung über steckbare Kabelverbindungen erfolgen kann.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung 30 in einer abgewickelten und teilweise aufgefächerten Darstellung. Die Heizeinrichtung 30 umfasst ein röhr- oder hülsenartiges Trägerelement 32, das im Wesentlichen dem Trägerelement 20 der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Heizeinrichtung 10 entspricht, jedoch nicht aus Keramik sondern das aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt ist. Zur elektrischen Isolierung ist auf dem Trägerelement 20 eine Isolierschicht bzw. Dielektrikumschicht 34 angeordnet, auf der dann der Reihe die Heizleiterwendel 22, ggf. die Kontaktschicht 26, der Temperaturfühler 28 und die Abdeckschicht 24 aufgebracht sind, ebenso wie bei der in Fig. 2 dargestellten Heizeinrichtung 10. Das Auftragen der einzelnen Funktionsschicht erfolgt in gleicher weise wie bei der Heizeinrichtung 10.
Auf die zwecks verbesserter Haftfestigkeit in bekannter Weise aufgeraute Oberfläche des Trägerelements 32 wird zur Erzeugung der Dielektrikumschicht 34 im Runddruckverfahren eine Dickschicht-Dielektrikumspaste aufgebracht. Deren Feststoffanteil kann z.B. aus einem im Temperaturbereich oberhalb 900 0C in situ kristallisierenden Glas mit den Hauptkomponenten BaO, AI2O3 und SiO2 in der näherungsweise molaren Zusammensetzung BaO AI2O3 4 SiO2 bestehen. Die nach dem Einbrennen erhaltene Dielektrikumschicht 32 besitzt einen TEC von 6 -10"6K'1 im Temperaturbereich 20 bis 300 0C.
Bedingt durch den hierdurch entstehenden TEC-Mismatch zwischen Metallwandung 16 und Dielektrikumschicht 34 in der Größenordnung 5 -10"6K"1 ist beim Abkühlen der mit dem Dielektrikum beschichteten Wandung 16 des Trägerelementes 32 im Temperaturbereich der reinelastischen Deformation, d.h. zwischen der Transformationstemperatur des Glases von etwa 700 °C und Raumtemperatur, mit dem Aufbau einer Druckspannung von etwa 3500 bar zu rechnen (bei einem angenommenen E-Modul der Dielektrikumschicht 34 von 2 -106 bar). Die Höhe der Druckvorspannung erreicht noch nicht den kritischen Grenzbereich der Eigendruckfestigkeit des Dielektrikums, der oberhalb von 6000 bar beginnt. Sie ist jedoch ausreichend, um das Auftreten von Zugspannungen in der Dielektrikumschicht 34 und damit auch in den nachfolgenden Schichten zuverlässig zu verhindern, wenn die Wandung 16 des Trägerelementes 32 bei einer Belastung von 2000 bar zyklisch gedehnt wird.
Die Erfindung ist nicht auf eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind Modifikationen und Änderungen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Heizung
12 Heißkanaldüse
13 Materialrohr
14 Strömungskanal
16 Wandung
17 Sockelbereich
18 Düsenspitze
20 Trägerelement
22 Heizleiterwendel
23 Widerstandsdraht
23" Anschluss
24 Abdeckschicht
26 Kontaktschicht
28 Temperaturfühler
29 Leiterbahnen
29' Anschluss
30 Heizeinrichtung
32 Trägerelement
34 Dielektrikumschicht

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Heizeinrichtung (10; 30) für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen (12) und/oder Heißkanalverteiler, mit wenigstens einem rohrförmig oder hülsenartig ausgebildeten Trägerelement (20; 32), das wenigstens einen Heizleiter (22) trägt, wobei der Heizleiter (22) von einem Widerstandsdraht (23) gebildet ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der den Heizleiter (22) bildende Widerstandsdraht (23) von wenigstens einer elektrisch isolierenden Abdeckschicht (24) abgedeckt ist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperaturfühler (28) vorgesehen ist.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (28) als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die als Temperaturfühler dienende Schicht (28) ein PTC- oder NTC-Material aufweist.
6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (28) als Thermoelement ausgelegt ist und aus einem Material besteht, welches dazu geeignet ist, eine Thermospannung zu erzeugen.
7. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (28) und der den Heizleiter (22) bildende Widerstandsdraht (23) in radialer Richtung in einer gemeinsamen Ebene liegen.
8. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (20; 32) aus einem Sintermaterial gefertigt ist.
9. Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermaterial eine Keramik, ein gesintertes Metall oder eine gesinterte Metalllegierung ist.
10. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (20; 32) aus Metall, aus einer Metalllegierung, aus Stahl oder aus einer Stahllegierung gefertigt ist.
11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (20; 32) und dem Widerstandsdraht (23) eine Isolierschicht (34) angeordnet ist.
12. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (20; 32) und der Isolierschicht (34) eine Ausgleichsschicht angeordnet ist.
13. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (34) und/oder die Abdeckschicht (24) und/oder die Ausgleichsschicht eine glasartige und/oder keramische Dielektrikumschicht ist.
14. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (34) und/oder die Abdeckschicht (24) und/oder die Ausgleichsschicht nach zumindest einem Einbrennprozess gegenüber dem Trägerelement (20; 32) unter Druckvorspannung steht.
15. Heizeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (TECDE) der Isolierschicht (34) und/oder der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (TECDEA) der Abdeckschicht (24) und/oder der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (TECDEA) der Ausgleichsschicht nach dem Einbrennprozess kleiner ist als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient (TECM) des Trägerelements (20; 32).
16. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (34) und/oder die Abdeckschicht (24) und/oder die Ausgleichsschicht eine eingebrannte Folie oder eine eingebrannte Dickschichtpaste ist.
17. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (34) und/oder die Abdeckschicht (24) und/oder die Ausgleichsschicht durch Detonationsbeschichten oder durch thermisches Beschichten oder durch Tauchbeschichten aufgebracht ist.
18. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (23) eine Heizleiterwendel bildet.
19. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung und/oder die Anordnung des Widerstandsdrahts (23) an den jeweiligen Heizleistungsbedarf angepasst ist.
20. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (23) zumindest abschnittsweise mäanderför- mig ausgebildet ist.
21. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Isolierschicht (34), dem den Heizleiter (22) bildenden Widerstandsdraht (23) und/oder dem Temperaturfühler (28) jeweils eine Kontaktschicht (26) angeordnet ist.
22. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (26) und/oder die als Temperaturfühler dienende Schicht (28) eingebrannte Folien oder eingebrannte Dickschichtpasten sind.
23. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (34) und/oder die Abdeckschicht (24) und/oder die Ausgleichsschicht und/oder die Kontaktschicht (26) und/oder die als Temperaturfühler dienende Schicht (28) einen den Widerstandsdraht (23) einbettenden Schichtverbund bilden.
24. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Heizleiter (22) bildende Widerstandsdraht (23) in die Isolierschicht (34) und/oder in die Kontaktschicht (26) eingebettet ist.
25. Heißkanalsystem, insbesondere Heißkanaldüse oder Heißkanalverteiler mit einer elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
26. Heißkanalsystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das rohr- förmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement (20; 32) auf ein Materialrohr (13), einen Stab, einen Verteilerarm, eine Düse o.dgl. aufgesetzt ist.
27. Heißkanalsystem mit einer elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement (20; 32) ein Materialrohr (13), einen Stab, einen Verteilerarm, eine Düse o.dgl. ist oder bildet.
28. Heißkanaldüse mit einer elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizeinrichtung (10; 30) auf ein zylindrisches Materialrohr (13) unter Bildung einer Passung mit vorbestimmtem Spiel aufgesetzt ist.
29. Heißkanaldüse nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Trägerelements (20; 32) der elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) und/oder die Außenseite des Materialrohrs (13) auf- oder angeraut ist.
30. Heißkanaldüse nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Trägerelements (20; 32) der elektrischen Heizeinrichtung (10;30) und/oder die Außenseite des Materialrohrs (13) dunkel beschichtet oder durch Temperaturbehandlung dunkel angelaufen ist.
31. Heißkanaldüse mit einer elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmig oder hülsenartig ausgebildete Trägerelement (20; 32) ein Materialrohr (13) ist oder bildet.
32. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung (10; 30) für Heißkanalsysteme, insbesondere für Heißkanaldüsen (12) und/oder für Heißkanalverteiler, nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der den Heizleiter (22) bildende Widerstandsdraht (23) auf das Trägerelement (20; 32) aufgebracht wird und dass anschließend die Abdeckschicht (24) in Folien- oder Siebdrucktechnik aufgebracht wird.
33. Verfahren nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Widerstandsdrahts (23) die Isolierschicht (34) in Folien- oder Siebdrucktechnik auf dem Trägerelement (20; 32) aufgebracht wird.
34. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsdraht (23) in die Isolierschicht (34) eingebettet wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die in Siebdrucktechnik aufgebrachten Schichten unter Verwendung der Runddrucktechnologie in Form von Pasten aufgebracht werden.
36. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schicht separat aufgetragen und anschließend eingebrannt wird.
37. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbrenntemperatur für jede Schicht variiert.
38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbrenntemperatur für jede Schicht variiert und nach jedem Einbrennschritt gesenkt wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schichten separat aufgetragen und simultan eingebrannt werden (co-firing).
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbrenn-Temperaturbereich zwischen 800 und 14000C liegt.
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