Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizung mit wenigstens einem Träger und mit wenigstens einer auf dem Träger aufgebrachten Heizleiterbahn, die im Wesentlichen gerade Heizleiterbahnabschnitte und im Wesentlichen bogenförmige Wendepunkte definierende Heizleiterabschnitte aufweist, wobei die geraden Heizleiterabschnitte und die bogenförmigen Heizleiterabschnitte gemeinsam zumindest eine mäanderartige Heizleiterbahnanordnung bilden.

Elektrische Heizungen der zuvor genannten Art sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 199 41 038 A1 eine als Flachschichtheizung ausgebildete elektrische Heizung für Heißkanalsysteme mit einer stoffschlüssig auf der Wandung eines Materialrohrs aufgebrachten Isolierschicht und einer darauf stoffschlüssig und in Form von Heizleiterbahnen aufgebrachten Heizschicht. Die Heizleiterbahnen erstrecken sich mäander- oder wellenartig sowohl in axialer als auch in tangentialer Richtung des Materialrohrs, wobei der Verlauf der Heizleiterbahnen an den lokalen Wärmezufuhrbedarf des Materialrohrs bzw. des darin geführten Materials angepasst ist. In stärker zu erwärmenden Bereichen sind die Heizleiterbahnen entsprechend dichter angeordnet als in solchen Bereichen, in denen weniger Wärme zugeführt werden soll. Figur 4 ist eine schematische Ansicht und zeigt beispielhaft eine bekannte elektrische Heizung 100 in abgewickelter Form. Die elektrische Heizung 100 umfasst einen zylindrischen Träger 102, bei dem es sich beispielsweise um die Wandung eines Materialrohrs einer Heißkanaldüse handeln kann, eine stoffschlüssig auf den Träger 102 aufgebrachte elektrisch isolierende Isolierschicht 104 sowie eine Heizleiterbahn 106, die stoffschlüssig auf die Isolierschicht 104 aufgetragen ist. Die Heizleiterbahn 106 umfasst parallel nebeneinander liegende gerade Heizleiterbahnabschnitte 108 und bogenförmige Heizleiterbahnabschnitte 110, die jeweils abwechselnd angeordnet sind, wodurch sich eine mäander- oder wellenartige Heizleiteranordnung ergibt.

Im eingeschalteten Zustand der in Figur 4 dargestellten elektrischen Heizung 100 wird Strom durch die Heizleiterbahn 106 geleitet, wodurch in der Heizleiterbahn 106 aufgrund ihres elektrischen Widerstandes Wärme erzeugt wird, die über die Isolierschicht 104 an den zu erwärmenden Träger 102 übertragen wird. Da der Strom beim Durchströmen der Heizleiterbahn 106 stets den Weg des geringsten Widerstandes nimmt, ist die Stromdichte an den kürzeren Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 wesentlich höher als an den längeren Außenseiten. Dies führt dazu, dass sich die kürzeren Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 wesentlich stärker aufheizen als die längeren Außenseiten, wodurch unerwünschte Temperaturspitzen entstehen, die einer angestrebten homogenen Temperaturverteilung innerhalb der Heizleiterbahn 106 und damit innerhalb des Trägers 102 entgegenstehen. Steigen die Temperaturen an den kürzeren Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 zu stark an, so kann dies sogar zum Versagen der elektrischen Heizung führen.

Um die durch die gebogenen Heizleiterabschnitte 110 definierten Wendepunkte der Heizleiterbahn 106 robuster zu gestalten, wird in WO 2008/011 507 A1 vorgeschlagen, die gebogenen Heizleiterabschnitte 110, wie es in Figur 5 dargestellt ist, mit einem Überzug 112 aus einem elektrisch gut leitfähigen Material zu bedecken. Dies soll die Erhöhung der Stromdichte an den Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 verhindern, welche zu der zuvor beschriebenen Überhitzung und schließlich zur Zerstörung der Heizleiterbahn 106 führt. Das Anordnen des Überzugs 112 erfordert jedoch einen zusätzlichen Arbeitsschritt, wodurch die Herstellung der elektrischen Heizung 100 aufwendiger und somit teurer wird. Zusätzlich tragen die mit dem Überzug 112 überdeckten Bereiche der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 nicht mehr zur Wärmeproduktion bei, da aufgrund des geringen elektrischen Widerstands des Überzugs 112 kaum noch Leistung in diesem Bereich abfällt. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Inhomogenität der Stromdichte an durch die bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte definierten Wendepunkten einer mäanderartigen Heizleiterbahnanordnung bei gleichbleibender oder zumindest nahezu gleichbleibender Leistung zu reduzieren.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 sowie in Anspruch 15 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14 und 16 bis 17.

Bei einer elektrischen Heizung mit wenigstens einem Träger und mit wenigstens einer auf dem Träger aufgebrachten Heizleiterbahn, die im Wesentlichen gerade Heizleiterbahnabschnitte und im Wesentlichen bogenförmige, Wendepunkte definierende Heizleiterbahnabschnitte aufweist, wobei die geraden Heizleiterbahnabschnitte und die bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte gemeinsam zumindest eine mäanderartige Heizleiterbahnanordnung bilden, sieht die Erfindung vor, dass einander benachbarte gerade Heizleiterbahnabschnitte in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet sind, wobei dieser Winkel bevorzugt in einem Bereich zwischen 5° und 30° liegt.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Radien der Wendepunkte zwischen den geraden Heizleiterbahnabschnitten stark zu vergrößern, ohne dabei die Heizleiterbahnbreite, deren Länge oder Leistungsdichte zu verändern. Die Stromdichte in den Wendepunkten wird damit wesentlich homogener, weshalb Überhitzungen der Heizleiterbahn im Bereich dieser Wendepunkte zuverlässig vermieden werden. Der Winkel zwischen den einzelnen geraden Heizleiterabschnitten ist dabei bevorzugt konstant, so dass sich eine regelmäßige Anordnung ergibt.

Die bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte können zumindest bereichsweise einen größeren Querschnitt als die geraden Heizleiterbahnabschnitte aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Heizleiterbahn im Bereich ihrer bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte dicker und/oder nach außen breiter ausgebildet wird. Dies führt zu einer leichten Reduzierung der Leistung und somit auch zu einer Verringerung der Temperaturen in den Wendepunkten. Wichtig hierbei ist allerdings, dass der Innenradius der bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte nicht verkleinert wird, um Stromdichteerhöhungen im Innenradius zu vermeiden. Der Träger ist bevorzugt rohrförmig ausgebildet. Er kann aber auch einen ovalen oder einen anderen unrunden, beispielsweise flachen oder eckigen Querschnitt aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann man den Träger auch als Platte oder als Block ausbilden, der als Verteilerplatte oder als Heizplatte in ein Spritzgießwerkzeug eingebaut wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Träger ein bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff hergestelltes Materialrohr einer Heißkanaldüse oder er bildet ein solches. In diesem Fall ist auf dem Träger wenigstens eine Isolationsschicht aufgebracht, auf der dann die wenigstens eine Heizleiterbahn ausgebildet ist. Die Isolationsschicht kann sich dabei über den gesamten Träger erstrecken. Alternativ kann sie in Form einer Isolationsbahn auch nur unterhalb der wenigstens einen Heizleiterbahn vorgesehen sein, wobei in diesem Falle die Breite der Isolationsbahn bevorzugt größer als die Breite der wenigstens einen Heizleiterbahn ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zwischen dem Träger und der Heizleiterbahn keine elektrische Verbindung erzeugt wird.

Gemäß einer noch anderen alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bildet der Träger eine Hülse, die auf ein Materialrohr einer Heißkanaldüse aufschiebbar ist. Diese Hülse kann aus einem metallischen Material hergestellt sein, wobei in diesem Fall auf die metallische Hülse ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung eine Isolationsschicht aufgebracht wird, um die wenigstens eine Heizleiterbahn elektrisch von dem metallischen Träger zu isolieren. Alternativ kann die Hülse aus einem keramischen und somit isolierenden Werkstoff hergestellt sein, wobei dann die wenigstens eine Heizleiterbahn direkt auf die Hülse aufgetragen werden kann. Entsprechend kann auf eine separate Isolationsschicht verzichtet werden.

Die wenigstens eine Isolationsschicht und/oder die wenigstens eine Heizleiterbahn ist/sind bevorzugt stoffschlüssig aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels Dickschichttechnik oder mittels Lasersintern erfolgen.

Bevorzugt ist die wenigstens eine Isolationsschicht eine Dielektrikumsschicht. Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren einer solchen Dielektrikumsschicht ist beispielsweise in der DE 199 41 038 A1 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen wird. Vorteilhaft ist die Heizleiterbahn durch eine stoffschlüssig aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht abgedeckt, wobei allerdings der Bereich der elektrischen Kontaktierung für die Heizleiterbahn frei bleibt, um elektrische Anschlüsse anbringen zu können.

Die oben geschilderten Vorteile ergeben sich auch, wenn man ein Bauteil für eine Spritzgießvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizung versieht. Dieses Bauteil kann eine Heißkanaldüse sein, die unmittelbar (stoffschlüssig) auf dem Materialrohr eine solche Heizung trägt. Man kann die Heizung aber auch auf einem separaten Träger ausbilden und auf das Materialrohr der Heißkanaldüse aufsetzen.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Bauteil eine Verteilerplatte, ein Unterverteiler o. dgl. ist. Auch der Verteiler kann zumindest abschnittsweise stoffschlüssig mit der erfindungsgemäßen Heizung versehen sein.

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 Querschnittansicht einer Heizkanaldüse mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizung,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer mäander- oder wellenförmigen Heizleiterbahnanordnung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizung,

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer mäander- oder wellenförmigen Heizleiteranordnung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizung,

Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht einer ersten bekannten mäander- oder wellenförmigen Heizleiterbahnanordnung einer bekannten elektrischen Heizung und

Fig. 5 eine vergrößerte schematische Ansicht einer zweiten bekannten mäander- oder wellenförmigen Heizleiterbahnanordnung einer elektrischen Heizung.

Gleiche Bezugsziffern beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Bauteile.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heißkanaldüse 10. Die Heißkanaldüse 10 umfasst als Bestandteil einer Spritzgießvorrichtung für die thermoplastische Kunststoffverarbeitung zur Festlegung an einem (nicht dargestellten) Verteiler ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Gehäuse, in das ein insgesamt zylindrisches Materialrohr 12 einsetzbar ist. Ein einteilig mit diesem Materialrohr 12 ausgebildeter Sockel 14 schließt bündig mit dem Gehäuse ab und liegt dicht an dem Verteiler an. In dem sich in Axialrichtung längs erstreckenden Materialrohr 12 ist endseitig eine Düsenspitze 16 eingesetzt, die den in dem Materialrohr 12 ausgebildeten Strömungskanal 13 bis an die (nicht dargestellte) Ebene eines (ebenfalls nicht sichtbaren) Formnests fortsetzt. Die Düsenspitze 16 kann auch bei gleicher Funktionsweise mit dem Materialrohr 12 einstückig ausgebildet sein.

Auf dem Umfang der Wandung 20 des aus Stahl hergestellten Materialrohrs 12 ist eine elektrische Heizung 22 aufgebracht. Diese ist als Flachschichtheizung ausgebildet mit einer unmittelbar auf dem Metall aufgebrachten glas-keramischen Dielektrikumsschicht 24 als Isolationsschicht und einer darüber aufgebrachten Heizleiterbahn 26, die gerade Heizleiterbahnabschnitte 28 und gebogene Heizleiterbahnabschnitte 30 aufweist, was noch näher unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben wird.

Auf die Heizleiterbahn 26 ist eine äußere Abdeckschicht 32 aufgetragen, welche die Heizleiterbahn 26 und die darunter liegende Dielektrikumsschicht 24 nach außen hin abdeckt und elektrisch isoliert. Frei bleiben lediglich einzelne (nicht näher bezeichnete) Abschnitte der Heizleiterbahn 26, die für die Kontaktierung mit einer elektrischen Zuleitung vorgesehen sind. Der Verlauf der Heizleiterbahn 26 ist grundsätzlich beliebig gestaltbar und hängt insbesondere von der innerhalb des Materialrohrs 12 zu erzielenden Temperaturverteilung ab.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer mäander- oder wellenförmigen Heizleiterbahnanordnung 40, die einen Bereich der Heizleiterbahn 26 bildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Heizleiterbahn 26 stoffschlüssig auf eine sich bahnförmige erstreckende Dielektrikumsschicht 24 aufgebracht, die wiederum stoffschlüssig mit dem Materialrohr 12 verbunden ist. Die Breite der Heizleiterbahn 26 ist dabei geringfügig kleiner als diejenige der Dielektrikumsschicht 24 gewählt, um sicherzustellen, dass zwischen dem Materialrohr 12 und der Heizleiterbahn 26 keine elektrische Verbindung erzeugt wird.

Die mäander- oder wellenförmige Anordnung 40 wird durch die sich abwechselnden geraden Heizleiterbahnabschnitte 28 und gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 30 gebildet. Einander benachbarte gerade Heizleiterabschnitte 28 sind jeweils in einem Winkel α schräg zueinander angeordnet. Der Winkel α kann - je nach Abstand der einzelnen Heizleiterbahnabschnitte 28 - zwischen 5° und 30° liegen. Er ist zwischen zwei geraden Heizleiterbahnabschnitten 28 bevorzugt konstant, wodurch sich eine regelmäßige mäander- bzw. wellenartige Heizleiterbahnanordnung 40 ergibt.

Die schräge Anordnung der geraden Heizleiterbahnen 28 hat im Vergleich zu den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Heizleiterbahnanordnungen, bei denen die geraden Heizleiterbahnabschnitte 108 parallel zueinander angeordnet sind, den Vorteil, dass die Radien der durch die gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 30 definierten Wendepunkte im Vergleich zu den Radien der durch die gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 110 gebildeten Wendepunkte deutlich vergrößert sind, ohne dabei jedoch die Breite der Heizleiterbahn 26, deren Länge oder Leistungsdichte wesentlich zu verändern. Entsprechend ist die Stromdichte in den Wendepunkten homogener, wodurch Überhitzungen zuverlässig vermieden werden.

Die in Fig. 3 dargestellte mäander- oder wellenförmige Heizleiterbahnanordnung 50 unterscheidet sich dahingehend von der in Fig. 2 dargestellten Heizleiterbahnanordnung 40, dass die Dielektrikumsschicht 24 nicht bahnförmig sondern vollflächig auf das Materialrohr 12 aufgetragen ist. Ferner ist die Heizleiterbahn 26 im Bereich ihrer gebogenen Heizleiterabschnitte 30 nach außen hin etwas breiter als im Bereich ihrer geraden Heizleiterbahnabschnitte 28 ausgebildet, so dass die gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 30 zumindest nach außen hin eine größere Querschnittsfläche als die geraden Heizleiterbahnabschnitte 28 aufweisen.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Man erkennt jedoch, dass eine elektrische Heizung 22 einen Träger 12 und eine auf dem Träger 12 aufgebrachte Heizleiterbahn 26 aufweist. Diese wird von geraden Heizleiterbahnabschnitten 28 und bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitten 30 gebildet, wobei sich die Heizleiterbahnabschnitte 28, 30 abwechseln, so dass eine insgesamt mäanderförmige Heizleiterbahnanordnung 40, 50 entsteht. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Heizung 22 ist, dass die geraden Heizleiterbahnabschnitte 28 nicht wie herkömmlich parallel zueinander verlaufen, sondern in einem Winkel α und damit schräg zueinander liegen. Auf diese Weise werden die zwischen den geraden Heizleiterbahnabschnitten 28 liegenden bogenförmigen Heizleiterbahnabschnitte 30 vergrößert, insbesondere deren Innenradien. Dadurch wird eine Erhöhung der Stromdichte an den Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte wirksam vermieden. Die Stromdichteverteilung ist deutlich gleichmäßiger. Die Innenseiten der gebogenen Heizleiterbahnabschnitte 28 können sich nicht mehr stärker aufheizen als die längeren Außenseiten, wodurch unerwünschte Temperaturspitzen vermieden werden. Mit der erfindungsgemäßen Heizung 22 lässt sich eine homogene Temperaturverteilung innerhalb der Heizleiterbahn 26 und damit innerhalb des Trägers 12 erreichen.

Die Heizung 22 kann unmittelbar auf dem Materialrohr 12 einer Heißkanaldüse 10 aufgebracht werden. Man kann die Heizung 22 aber auch auf einer rohrförmigen Hülse aufbringen, die anschließend mit Wärmekontakt auf das Materialrohr 12 der Heißkanaldüse 10 aufgeschoben wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Heizung 22 auf einer Verteilerplatte aufzubringen oder in anderen Bereichen eines Spritzgießwerkzeugs.

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.

Bezugszeichen l iste

α Winkel

10 Heißkanaldüse

12 Träger/ Materialrohr

13 Strömungskanal

14 Sockel

22 Elektrische Heizung

24 Isolationsschicht

26 Heizleiterbahn

28 gerader Heizleiterbahnabschnitte

30 bogenförmiger Heizleiterbahnabschnitt

32 elektrisch isolierende Abdeckschicht

40 Heizleiterbahnanordnung

50 Heizleiterbahnanordnung

100 elektrische Heizung

102 zylindrischer Träger

104 Isolierschicht

106 Heizleiterbahn

108 gerader Heizleiterbahnabschnitt

110 bogenförmiger Heizleiterbahnabschnitt

112 Überzug