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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik bekannt sind Heizvorrichtungen mit einem elektrischen Heizelement, die auf einen zu beheizenden Körper aufgeschoben und dort durch Festspannen befestigt werden. Beispielsweise werden derartige Heizvorrichtungen bei Spritzgussmaschinen oder in Heißkanal- und Verteilersystemen als Düsenheizung zur Beheizung von Düsenkörpern verwendet.
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Aus dem am Markt vorhandenen Stand der Technik ist es bereits bekannt, um das Heizelement herum einen mit dem Heizelement in direktem oder, z.B. wenn dieses zwischen einem inneren und einem äußeren Metallmantel eingebettet ist, in indirektem Kontakt stehenden, einstückigen Spannmantel vorzusehen, der in radialer Richtung betrachtet einander überlappende Abschnitte aufweist, zwischen denen ein mit einer Schraube betriebener Keilmechanismus angeordnet ist. Dreht man die Schraube in die eine Richtung, wird der Keilmechanismus so bewegt, dass sich seine Höhe ändert, was eine Abstandsvergrößerung der überlappenden Abschnitte des Spannmantels mit sich bringt, die wegen der im Wesentlichen konstanten Länge des Spannmantels zu einem Festspannen der Heizvorrichtung auf dem zu beheizenden Körper führt. Das Drehen der Schraube in die andere Richtung ermöglicht es, den Spannmantel wieder zu lösen.
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Problematisch bei dieser Heizvorrichtung mit Spannmantel ist der bedingt durch den Keilmechanismus erhöhte Platzbedarf des Spannmechanismus in radialer Richtung, denn in vielen Fällen, insbesondere bei Heißkanaldüsen, sind die einzelnen zu beheizenden Düsen in Blöcken angeordnet und zwischen der Düse und dem Block ist lediglich ein relativ enger, rohrförmiger Kanal vorhanden, in den die Heizvorrichtung hinein passen muss.
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Insbesondere für Anwendungen, bei denen ein solcher erhöhter Platzbedarf nicht befriedigt werden kann, sind Heizvorrichtungen entwickelt worden, wie sie beispielsweise in der
DE 200 15 016 U1 oder der
DE 20 2011 003 451 U1 offenbart sind. Bei diesen Heizvorrichtungen ist das Heizelement zwischen einem inneren und einem äußeren Metallmantel angeordnet und die Heizvorrichtung weist einen sie in axialer Richtung durchsetzenden Spalt auf. Ferner sind Spannelemente vorgesehen, welche mit dem äußeren Metallmantel so wechselwirken, dass ihre Verschiebung in axialer Richtung die Breite des Spalts in Umfangsrichtung verändert und dadurch das Festspannen auf dem zu beheizenden Körper erreicht wird.
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Eine alternative Heizvorrichtung, die ebenfalls nach diesem Prinzip spannbar ist, lehrt die
DE 10 2013 111 303 A1 .
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Ein großes Problem dieser Heizvorrichtungen ist die Bedienung der Spannelemente, die bei aufgeschobener Heizvorrichtung, z.B. in vielen Fällen innerhalb eines engen, rohrförmigen Kanals, der nur von einer Seite her zugänglich ist, erfolgen muss. Beispielsweise ist es kaum möglich, ein Spannelement wieder zu lösen. Ebenso problematisch ist es, bei Heizvorrichtungen, deren Länge es erforderlich macht, mehrere Spannvorrichtungen in axialer Richtung hintereinander anzuordnen, um einen hinreichend innigen Kontakt zwischen Heizvorrichtung und zu beheizendem Gegenstand zu gewährleisten, diese individuell spannbar zu gestalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine spannbare Heizvorrichtung bereitzustellen, bei der eine bessere Bedienbarkeit des Spannelements gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung weist eine axiale Öffnung zur Aufnahme eines zu beheizenden Gegenstands, ein die axiale Öffnung zumindest abschnittsweise umgebendes elektrisches Heizelement und einen das elektrische Heizelement zumindest in radialer Richtung umgebenden, im Wesentlichen zylindrischen oder im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Spannmantel zum Erzeugen einer einstellbaren, radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft auf.
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Die Geometrie einer solchen Heizpatrone kann unter Rückgriff auf Begriffe aus der Geometrie des Zylinders bzw. des verallgemeinerten Zylinders und Zylinderkoordinaten beschrieben werden. Die Richtung der Zylinderachse ist durch die Achse, die die axiale Öffnung definiert, vorgegeben und wird nachfolgend als axiale Richtung bezeichnet. Radial in Richtung auf diese Achse hin wirkt eine Kraft, wenn sie auf einer senkrecht zu dieser Achse stehenden Verbindungslinie zwischen einem Punkt des Zylindermantels und einem Punkt der Achse wirkt. Und eine Mantelfläche umgibt die Zylinderachse in radialer Richtung dann, wenn an mindestens einem Punkt der Zylinderachse in jeder Richtung, also in Zylinderkoordinaten ausgedrückt für jeden Polarwinkel zwischen 0° und 360° (wobei der Nullpunkt des Polarwinkels wählbar ist), auf dem in dieser Richtung verlaufenden Radiusvektor ein Punkt der Mantelfläche liegt.
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Erfindungswesentlich ist, dass der Spannmantel mehrteilig ist, worunter im Sinne dieser Beschreibung verstanden wird, dass es zumindest im ungespannten Zustand mindestens einen Bereich der Achse der axialen Öffnung gibt, in dem unter einem zu einem ersten Polarwinkelbereich gehörenden Polarwinkel verlaufende Radiusvektoren zu einem ersten Segment des Spannmantels führen und unter zu einem zweiten Polarwinkelbereich verlaufende Radiusvektoren zu einem zweiten Segment des Spannmantels, das nicht an das erste Segment des Spannmantels einteilig angeformt ist, aber z.B. durch eine Führung mit diesem verbunden sein kann, führen.
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Ferner weist der erfindungsgemäße Spannmantel mindestens ein Andrucksegment zum Einleiten der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft sowie mindestens ein Spannsegment, mit dem die Breite des Spalts zwischen benachbarten Rändern von Andrucksegmenten zum Einstellen der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft durch Bewegung des Spannsegments relativ zum Andrucksegment variierbar ist, auf. Das Andrucksegment kann dabei -beispielsweise wenn als Heizelement eine Rohrwendelpatrone verwendet wird- in direktem Kontakt mit einer Oberfläche des Heizelements stehen, es kann den Druck aber auch indirekt, z.B. über einen das gesamte Heizelement umgebenden Außenmantel weitergeben.
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Benachbarte Ränder von Andrucksegmenten sind dabei wenn es mehr als ein Andrucksegment gibt jeweils die einander gegenüberliegenden Ränder benachbarter Andrucksegmente, während wenn nur ein Andrucksegment vorhanden ist dessen Ränder zueinander benachbart sind.
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Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Spannsegmente, insbesondere ein vorderes und ein hinteres Spannsegment, mit denen die Breite des Spalts zwischen verschiedenen Abschnitten derselben einander gegenüberliegenden Ränder von Andrucksegmenten zum Einstellen der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft variierbar ist vorhanden. Dabei weist eines der Spannsegmente, insbesondere das hintere Spannsegment, ein Betätigungselement auf, das sich in Richtung auf die Stirnseite des anderen, insbesondere des vorderen, Spannsegments hin erstreckt. Durch diese Maßnahme wird es möglich, aus Richtung der Stirnseite des vorderen Spannsegments das hintere Spannsegment zu bedienen, obwohl es weitgehend durch das vordere Spannsegment verdeckt wird. Angemerkt sei, dass dabei als hinteres Spannsegment stets dasjenige betrachtet wird, das das Betätigungselement aufweist.
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Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Andrucksegmente und mindestens ein erstes Spannsegment und ein zweites Spannsegment vorhanden. Dabei sind Spannsegmente und Andrucksegmente so ausgestaltet, dass beim zweiten Spannsegment eine Bewegung in die Bewegungsrichtung, in der das erste Spannsegment zum Erhöhen der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft bewegt wird, eine Verringerung der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft mit sich bringt. Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen, auch in Einbausituationen, in denen die elektrische Heizvorrichtung bzw. deren Spannsegmente nur von einer Seite aus zugänglich sind, die auf das zu beheizende Bauteil zunächst beispielsweise durch Verwendung des ersten Spannsegments aufgespannte elektrische Heizvorrichtung wieder zu lösen, indem das zweite Spannsegment betätigt wird.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Spannsegmente eine unterschiedliche Farbe, Geometrie (d.h. insbesondere unterschiedliche Breite, Länge und/oder Dicke) oder Oberflächengeometrie (d.h. insbesondere verschiedene stirnseitige Konturen und/oder Oberflächenstrukturen) aufweisen. Dies ermöglicht es, die Spannsegmente auf einfache Weise auch dann zu identifizieren, wenn wegen der Einbausituation lediglich ihre Stirnseiten zu erkennen sind.
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Zudem kann durch eine Änderung dieser Aspekte der Geometrie bzw. Oberflächengeometrie eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen an die wirkenden Kräfte erreicht werden.
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Eine bevorzugte Weise, auf die der variable Abstand zwischen benachbarten Rändern von Andrucksegmenten zum Einstellen der radial in Richtung auf eine Achse der axialen Öffnung hin wirkenden Kraft durch Bewegung des Spannsegments relativ zum Andrucksegment realisierbar ist, besteht darin, dass das Spannsegment Führungselemente aufweist, die in in unterschiedlichen, insbesondere zueinander benachbarten Andrucksegmenten vorgesehene Ausnehmungen eingreifen, wobei der Abstand zwischen den Ausnehmungen sich in Verlaufsrichtung der relativen Bewegung zwischen Andrucksegmenten und Spannsegmente ändert. Alternativ kann dieses Wirkprinzip umgekehrt angewendet werden, so dass jeweils zwei, insbesondere zueinander benachbarte, Andrucksegmente Führungselemente aufweisen, die in unterschiedliche, in demselben Spannsegment vorgesehene Ausnehmungen eingreifen, wobei der Abstand zwischen den Ausnehmungen sich in Verlaufsrichtung der relativen Bewegung zwischen Andrucksegmenten und Spannsegmenten ändert.
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Die Führungselemente können dabei z.B. als Stifte, Blöcke oder Laschen ausgeführt werden, die insbesondere bei der Herstellung einstückig (z.B. Anformen, Anspritzen oder durch Ausstanzen und Umbiegen oder Ausschneiden und Umbiegene einer Lasche) mit dem Andrucksegment bzw. Spannsegment verbunden sind, die Stifte, Blöcke oder Laschen können aber auch durch eine Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung mit dem Andrucksegment bzw. Spannsegment verbunden sein.
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Die Ausnehmungen lassen sich z.B. durch das Einfräsen, Ausstanzen, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden von Nuten in das Andrucksegment bzw. Spannsegment realisieren.
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Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Formgebung der Ausnehmungen bei der soeben beschriebenen Art der Realisierung der Möglichkeit, eine durch Relativbewegung zwischen Spannsegment und Andrucksegment variierbare radiale Kraft bereitzustellen besteht darin, dass die Ausnehmungen, in die unterschiedliche Spannsegmente eingreifen oder die Ausnehmungen linear sind und unter einem Winkel relativ zur Achse der axialen Öffnung verlaufen. Dann kann durch eine einfache Verschiebung der Spannsegmente relativ zu den Andrucksegmenten in axialer Richtung die Variation der radialen Kraft bewirkt werden.
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Vorteilhaft kann dabei sein, wenn die Variation der radialen Kraft, die durch eine gegebene Bewegung unterschiedlicher Spannsegmente relativ zu den Andrucksegmenten erreicht wird, bei unterschiedlichen Spannsegmenten unterschiedlich ist. Dies kann durch eine entsprechend angepasste Form der Ausnehmungen erreicht werden, beispielsweise indem die Ausnehmungen für Spannsegmente, die axial verschoben werden, unter verschiedenen Winkeln relativ zur Achse der axialen Öffnung verlaufen.
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Alternativ oder zusätzlich können die Ausnehmungen, in die unterschiedliche Spannsegmente eingreifen oder die Ausnehmungen unterschiedlicher Spannsegmente unterschiedlich lang sein. Auch hierdurch kann die anwendbare radiale Kraft an die Erfordernisse der Anwendung angepasst werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Sicherung der Spannsegmente gegen eine ungewollte Bewegung relativ zu den Andrucksegmenten dadurch bewirkt werden, dass die Ausnehmungen, und/oder die Führungselemente und/oder Kontaktflächen zwischen Spannsegment und Andrucksegment eine Oberfläche mit hoher Rauhtiefe oder eine Rippung aufweisen. Beispielsweise kann eine Hemmung durch eine oxidierte Oberfläche erreicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Spannsegmente so zu gestalten, dass zur Bewegung unterschiedlicher Spannsegmente unterschiedliche Kräfte nötig sind.
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Die elektrische Heizvorrichtung kann darüber hinaus einen Sicherungsmechanismus und/oder eine Hemmung zur Sicherung gegen unbeabsichtigtes Bewegen aufweisen. Eine solche Hemmung kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass die lichte Weite der Aussparung variiert und in Klemmrichtung geringer wird, wie es z.B. bei einer konischen Aussparung der Fall ist, aber auch durch konturierte oder oxidierte Oberflächen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens ein Spannsegment stirnseitig eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Werkzeugs auf.
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Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der ein versehentliches Bedienen des falschen Spannsegments sicher vermieden werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass an unterschiedlichen Spannsegmenten stirnseitig jeweils eine von mindestens zwei unterschiedlichen Ausnehmungen zur Aufnahme von jeweils unterschiedlichen Werkzeugen aufweist.
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Wenn die elektrische Heizvorrichtung mindestens zwei zueinander benachbarte Andrucksegmente aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die zueinander benachbarten Andrucksegmente des Spannmantels der elektrischen Heizvorrichtung eine Sicherung gegen ein Verschieben zueinander in Richtung der Achse der axialen Öffnung aufweisen. Dabei sind unter zueinander benachbarten Andrucksegmenten Andrucksegmente zu verstehende, die einander gegenüberliegende Ränder aufweisen. Mit anderen Worten führt eine Verbindung von zwei Andrucksegmenten über ein Spannsegment nicht dazu, dass diese beiden Andrucksegmente nicht mehr benachbart zueinander sind. Die Sicherung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein Vorsprung des einen Andrucksegments in eine Ausnehmung im diesem Andrucksegment zugewandten Rand des anderen Andrucksegments eingreift.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
- 1a: eine erste elektrische Heizvorrichtung,
- 1b: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a,
- 1c: eine abgerollte Darstellung des Spannmantels der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a vor dem Aufspannen der elektrischen Heizvorrichtung auf ein zu beheizendes Bauteil,
- 1d: eine abgerollte Darstellung des Spannmantels der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a während die elektrischen Heizvorrichtung auf ein zu beheizendes Bauteil aufgespannt ist,
- 1e: eine abgerollte Darstellung des Spannmantels der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a beim Lösen der elektrischen Heizvorrichtung von dem zu beheizenden Bauteil,
- 1f: eine Detailvergrößerung einer Aufnahme eines Spannsegments des Spannmantels mit darin aufgenommenem Führungselement,
- 2a: eine zweite elektrische Heizvorrichtung,
- 2b: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 2a,
- 2c: eine abgerollte Darstellung des Spannmantels der elektrischen Heizvorrichtung aus 2a,
- 3: eine dritte elektrische Heizvorrichtung,
- 4: eine vierte elektrische Heizvorrichtung,
- 5a: eine fünfte elektrische Heizvorrichtung,
- 5b: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 5a,
- 6a: eine sechste elektrische Heizvorrichtung während des Spannvorgangs mit einem Werkzeug, während ein Spannsegment mit einem Hammer und einem Werkzeug verschoben wird,
- 6b: eine erste partielle Explosionsdarstellung von elektrischer Heizvorrichtung mit Werkzeug aus 6a,
- 6c: eine zweite partielle Explosionsdarstellung von elektrischer Heizvorrichtung mit Werkzeug aus 6a, betrachtet aus der zur Perspektive der 6b entgegengesetzten Richtung
- 6d: eine Querschnittdarstellung durch ein Spannsegment mit angesetztem Werkzeug,
- 7a: eine Querschnittsdarstellung durch einen Spannmantel mit vier Spannsegmenten und vier Andrucksegmenten,
- 7b: den Spannmantel aus 7a in abgerollter Darstellung,
- 8a: eine erste alternative Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten in einer ersten Position,
- 8b: die Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten aus 8a in einer zweiten Position,
- 8c: eine zweite alternative Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten in einer ersten Position,
- 8d: die Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten aus 8c in einer zweiten Position,
- 8e: eine dritte alternative Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten in einer ersten Position,
- 8f: die Ausgestaltung der Spannsegmente und ihrer Führung auf den Andrucksegmenten aus 8e in einer zweiten Position,
- 8g: den Querschnitt durch ein Spannsegment aus 8e,
- 9a: einen Spannmantel mit einem Sicherungsmechanismus für ein Spannsegment,
- 9b: eine erste Detaildarstellung des Zusammenwirkens von Sicherungsmechanismus und Spannsegment bei der Spannmantel aus 9a,
- 9c: eine zweite Detaildarstellung des Zusammenwirkens von Sicherungsmechanismus und Spannsegment bei der Spannmantel aus 9a,
- 9d: eine dritte Detaildarstellung des Zusammenwirkens von Sicherungsmechanismus und Spannsegment bei der Spannmantel aus 9a,
- 10: einen Spannmantel, bei dem die durch Bewegung der Spannsegmente erreichte Variation der radialen Kraft für die Spannsegmente unterschiedlich ist,
- 11a: einen Spannmantel mit einer alternativen Ausgestaltung von Andrucksegmenten und Spannsegmenten bei einer ersten Stellung der Spannsegmente,
- 11b: den Spannmantel aus 11a in einer zweiten Stellung der Spannsegmente,
- 11c: einen Querschnitt durch die überlappenden Bereiche der Andrucksegmente und ein Spannsegment längs der Linie A-A in 11a, und
- 11d: eine dreidimensionale teilweise Explosionsdarstellung des Spannmantels aus 11a.
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Die 1a und 1b zeigen eine erste Ausgestaltung elektrische Heizvorrichtung 100 mit einem Spannmantel 110, der, wie besonders gut in der Explosionsdarstellung der 1b zu erkennen ist, aus zwei Spannsegmenten 111,112 und zwei Andrucksegmenten 113, 114 zusammengesetzt und somit mehrteilig ist. Innerhalb des Spannmantels 110 ist ein spiralförmig gewickeltes elektrisches Heizelement 130 angeordnet, an dem die Andrucksegmente 113,114 anliegen. Durch diese Formgebung weist die Heizvorrichtung 100 eine hier zylinderförmige axiale Öffnung 131 mit einer Achse A, der Zylinderachse der axialen Öffnung 131 auf.
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Wie man besonders gut in 1b erkennt, sind in den Spannsegmenten 111,112 jeweils zwei linear und unter einem Winkel zur Achse A verlaufende Ausnehmungen 115a,115b,116a,116b, die das jeweilige Spannsegment 111,112 in radialer Richtung durchsetzen, vorhanden, während an den Andrucksegmenten 113,114 jeweils zwei Führungselemente 117a,117b,118a,118b angeordnet sind. Die Führungselemente 117a,117b,118a,118b können einstückig an die Andrucksegmente 113,114 angeformt werden, sie können aber auch nachträglich z.B. durch Verschweißen, Verkleben oder Verlöten an den Andrucksegmenten 113,114 befestigt werden.
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In die Ausnehmungen 115a,115b des Spannsegments 111 greifen die Führungselement 117a,118a, also jeweils ein Führungselement der beiden Andrucksegmente 113,114 ein. In die Ausnehmungen 116a,116b des Spannsegments 112 greifen die Führungselement 117b,118b, also ebenfalls jeweils ein Führungselement der beiden Andrucksegmente 113,114 ein. Die Spannsegmente 111,112 verbinden somit die Andrucksegmente 113,114 miteinander, um den Spannmantel 110 zu bilden und sind auf diesen parallel zur Achse A verschiebbar. Dabei sind zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten 113b,114a bzw. 114b,113a der Andrucksegmente 113,114 Spalte 119a,119b vorhanden.
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Dementsprechend es gibt es bei der elektrischen Heizvorrichtung 100 zumindest im ungespannten Zustand des Spannmantels 110 mindestens einen Bereich der Achse A der axialen Öffnung 131, in dem unter einem zu einem ersten Polarwinkelbereich gehörenden Polarwinkel verlaufende Radiusvektoren zu einem ersten Segment des Spannmantels 110 führen und unter zu einem zweiten Polarwinkelbereich verlaufende Radiusvektoren zu einem zweiten Segment des Spannmantels 110, führen.
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Die Breite der Spalte 119a,119b variiert bedingt durch den Verlauf der Ausnehmungen 115a,115b bzw. 116a,116b von der Position des jeweiligen Spannsegments 111,112 auf den Andrucksegmente 113,114, wie nun anhand der 1c bis 1e genauer beschrieben wird.
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Die 1c und 1e zeigen den Spannmantel 110 jeweils in abgerolltem Zustand, wie man ihn erhält, wenn man den Spannmantel 110 bei einem wählbaren Polarwinkel von 0° längs der Achse A aufschneidet und zu einem Streifen umformt. Dabei ist die Richtung, in der die elektrische Heizvorrichtung 100 auf das zu beheizende Bauteil aufgeschoben wird, durch Pfeile gekennzeichnet, um eine Richtung vorzugeben. Sie verläuft parallel zur Achse A. Wie man sich leicht klarmacht, gilt dasselbe Wirkprinzip aber auch dann, wenn man die Richtung der Pfeile umkehrt, so dass bei der elektrischen Heizvorrichtung 100 dadurch keine Aufschubrichtung, in der die elektrische Heizvorrichtung 100 auf den zu beheizenden Gegenstand aufgeschoben werden muss, vorgegeben wird.
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Wie man in den 1c bis 1e erkennt, verlaufen die Ausnehmungen 115a,115b des Spannsegments 111 unter einem Winkel α zur Achse A, genauer so, dass der Abstand zwischen ihnen in Aufschubrichtung zunimmt. Auch die Ausnehmungen 116a,116b des Spannsegments 112 verlaufen unter einem Winkel α zur Achse A, jedoch so, dass der Abstand zwischen ihnen in Aufschubrichtung zunimmt.
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Verschiebt man nun das Spannelement 111 aus der in 1 c gezeigten Position in die in 1d und 1e gezeigte Position, so werden die in den Ausnehmungen 115a,115b geführten Führungselemente 117a,118a näher aneinander herangeführt und die Breite des Spalts 119a nimmt ab. Dementsprechend verringert sich der Gesamtumfang des Spannmantels 110, was zu einem Anwachsen der radial in Richtung auf die Achse A hin wirkenden Kräfte führt. Die elektrische Heizvorrichtung 100 wird demzufolge auf das zu beheizende Bauteil gespannt.
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Verschiebt man hingegen das Spannelement 112 aus der in 1c und 1d gezeigten Position in die in 1e gezeigte Position, so werden die in den Ausnehmungen 116a,116b geführten Führungselemente 117b,118b weiter auseinander geführt und die Breite des Spalts 119b nimmt zu. Dementsprechend erhöht sich der Gesamtumfang des Spannmantels 110, was zu einem Absinken der radial in Richtung auf die Achse A hin wirkenden Kräfte führt. Die elektrische Heizvorrichtung 100 wird demzufolge von dem zu beheizenden Bauteil gelöst.
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Wie in der Detaildarstellung der 1f zu erkennen ist, kann durch eine einlaufende Fase 123, insbesondere wenn diese so ausgeführt ist, dass die lichte Weite der Ausnehmung 115a,115b in Klemmrichtung gesehen geringer wird, optional eine Fixierung eines Führungselements 124 in einer Ausnehmung 125 erreicht werden.
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Die 2a bis 2c zeigen eine elektrische Heizvorrichtung 200 in einer anderen Ausführungsform. Soweit es nachfolgend nicht anders beschrieben ist, ergeben sich die Bezugszeichen von deren Bestandteilen durch Addition von 100 zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der elektrischen Heizvorrichtung 100.
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Auch bei der elektrischen Heizvorrichtung 200 wird ein elektrisches Heizelement 230 von einem mehrteiligen Spannmantel 210 aus zwei Spannsegmenten 211,212 und zwei Andrucksegmenten 213,214 umgeben, wobei die Andrucksegmente 213,214 an dem elektrischen Heizelement 230 anliegen.
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Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform gemäß 1a-1f besteht darin, dass die elektrische Heizvorrichtung 200 länger ist, so dass die Spannsegmente 211,212 jeweils vier Ausnehmungen 215a-d,216a-d aufweisen und die Andrucksegmente 213,214 jeweils vier Führungselemente 217a-d, 218a-d aufweisen, die jeweils in einer der korrespondierenden Ausnehmungen 215a-d,216a-d geführt sind. Der jeweilige Verlauf der Paare von Ausnehmungen 215a und 215b, 215c und 215d entspricht dem des Paars von Ausnehmungen 115a und 115b und der jeweilige Verlauf der Paare von Ausnehmungen 216a und 216b, 216c und 216d entspricht dem des Paars von Ausnehmungen 116a und 116b. Dementsprechend gilt auch dasselbe Wirkprinzip bei Verschiebung der Spannsegmente 211,212.
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Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die radial in Richtung auf die Achse der axialen Öffnung wirkenden Kräfte über die Länge der elektrischen Heizvorrichtung 200 hinweg homogener sind.
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Die in 3 und 4 gezeigten elektrischen Heizvorrichtungen 300 bzw. 400 entwickeln die elektrische Heizvorrichtung 200 dahingehend weiter, dass an unterschiedlichen Abschnitten der elektrischen Heizvorrichtung 300,400 jeweils unterschiedliche radiale Kräfte eingestellt werden können. Soweit es nachfolgend nicht anders beschrieben ist, ergeben sich die Bezugszeichen von deren Bestandteilen bei der elektrischen Heizvorrichtung 300 durch Addition von 100 zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der elektrischen Heizvorrichtung 200 und bei der elektrischen Heizvorrichtung 300 durch Addition von 200 zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der elektrischen Heizvorrichtung 200.
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Der Unterschied zu der elektrischen Heizvorrichtung 200 liegt darin, dass die Spannmäntel 310 bzw. 410 neben den Andrucksegmenten 313,314 bzw. 413,414 und den Spannsegmenten 311,312 bzw. 411,412 jeweils zwei weitere Spannsegmente 353,354 bzw. 453,454 aufweisen, die in axialer Richtung gesehen näher an dem Ende E der elektrischen Heizvorrichtung 300 bzw. 400 liegen, mit dem diese auf den zu beheizenden Gegenstand aufgeschoben wird. Um eine Bewegung der Spannsegmente 353,354 bzw. 453,454 zu ermöglichen, weisen sie jeweils Betätigungselemente 355,356 bzw. 455,456 auf, die sich in Richtung auf die Stirnseiten 311a,312a bzw. 411a,412a der Spannsegmente 311,312 bzw. 411,412 hin erstrecken. Der Unterschied zwischen der elektrischen Heizvorrichtung 300 und der elektrischen Heizvorrichtung 400 besteht dabei darin, dass die Betätigungselemente 355,356 neben den Spannsegmenten 311,312 verlaufen, während die Betätigungselemente 455,456 die Spannsegmente 411,412 übergreifen.
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Die 5a und 5b zeigen eine weitere elektrische Heizvorrichtung 500 mit Spannmantel 510 und elektrischem Heizelement 530, die weitgehend identisch zu der elektrischen Heizvorrichtung 100 aufgebaut ist. Dies gilt insbesondere für den Aufbau und die Funktionsweise des Spannmantels 510. Soweit es nachfolgend nicht anders beschrieben ist, ergeben sich die Bezugszeichen von deren Bestandteilen durch Addition von 100 zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der elektrischen Heizvorrichtung 100.
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Der Unterschied zwischen der elektrischen Heizvorrichtung 500 und der elektrischen Heizvorrichtung 100 besteht darin, dass bei der elektrischen Heizvorrichtung 500 das mäandrierend ein Kreisringsegment beschreibende elektrische Heizelement 530 in ein Metallgehäuse 550 mit einem inneren Mantel 551 und einem äußeren Mantel 552 aufgenommen ist, das in axialer Richtung von einer Ausnehmung 553 durchsetzt wird. Um gute Wärmeleitung zu gewährleisten, ist das elektrische Heizelement 530 in ein gut wärmeleitendes Material eingebettet, das aber in der Figur nicht dargestellt ist. Stirn- und endseitig ist das Metallgehäuse jeweils mit kreisringsegmentförmige Endscheiben 554,555 abgeschlossen.
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Dementsprechend wirkt die durch den Spannmantel 510 erzeugbare radiale Kraft hier durch die Andrucksegmente 513,514 nicht unmittelbar auf das elektrische Heizelement 530 übertragen, sondern auf den äußeren Mantel 552 des Metallgehäuses 550. Bedingt durch die Ausnehmung 553 kann bei der elektrischen Heizvorrichtung 500 die bei einer Änderung der Breite der Spalte 519a,519b hervorgerufene Änderung des Umfangs des Spannmantels 510 und die damit verbundene Änderung der wirkenden radialen Kräfte unmittelbar in eine Änderung des Umfangs des Metallgehäuses 550 umgesetzt werden, was zu einem besonders effektiven Aufspannen auf den zu beheizenden Gegenstand führt.
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Die 6a bis 6d betreffen eine elektrische Heizvorrichtung 600 in einer Ausführungsform, die mit der elektrischen Heizvorrichtung 100 eng verwandt ist. Soweit es nachfolgend nicht anders beschrieben ist, ergeben sich die Bezugszeichen von deren Bestandteilen durch Addition von 500 zu den Bezugszeichen der entsprechenden Bestandteile der elektrischen Heizvorrichtung 100.
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Wie man besonders gut in der Darstellung gemäß 6b und 6b erkennt, unterscheidet sich die elektrische Heizvorrichtung 600 von der elektrischen Heizvorrichtung 100 in zwei Aspekten:
- Erstens weisen die zueinander benachbarten Andrucksegmente 613,614 des Spannmantels 610 der elektrischen Heizvorrichtung 600 eine Sicherung gegen ein Verschieben zueinander in Richtung der Achse der axialen Öffnung auf. Diese Sicherung wird dadurch realisiert, dass das Andrucksegment 613 an einem dem Andrucksegment 614 gegenüberliegenden Rand eine Ausnehmung 613a aufweist, in die ein Vorsprung 614a des Andrucksegments 614 formschlüssig eingreift. Dabei sollte der Vorsprung 614a weiter vorspringen als die maximale Breite des Spalts 619a und die Ausnehmung 613a so tief sein, dass sie den Vorsprung 614a bei minimaler Breite des Spalts 619a vollständig aufnehmen kann. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn an dem einen Rand der beiden anderen Andrucksegmenten gegenüber liegenden Ränder eine Ausnehmung 613a,614b und an dem anderen Rand der beiden anderen Andrucksegmenten gegenüber liegenden Ränder ein Vorsprung 614a,613b vorgesehen sind, da dann die Andrucksegmente 613,614 durch identisch aufgebaute Bauteile realisiert werden können.
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Zweitens weist das Spannsegment 611, stirnseitig, also an der Seite, die entgegengesetzt zur Aufschubrichtung auf den zu beheizenden Gegenstand liegt, zwei Aussparungen 611a,611b zur Aufnahme von Vorsprüngen 671a,671b einer dazu passenden Werkzeugspitze 671 eines Werkzeugs 670 auf. Wie man insbesondere in Zusammenschau der 6c und 6d erkennt, ist die Werkzeugspitze 671 gekrümmt, wobei der Krümmungsradius an den Krümmungsradius des Spannelements 611 angepasst ist. Die Vorsprünge 671a,671b bilden jeweils den Stamm von zwei im wesentlichen T-förmigen Strukturen, deren T-Balken 671c,671d die Aussparungen 611a,611b in radialer Richtung von außen übergreifen und dadurch ein Abrutschen des Werkzeugs 670 nach innen verhindern. Darüber hinaus weist die Werkzeugspitze 671 noch einen Steg 671e zum Hintergreifen des Spannelements auf seiner Innenseite auf, der auch ein Abrutschen des Werkzeugs 670 nach außen verhindert.
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Wie in 6a dargestellt, kann somit das Spannelement 611 bedient werden, indem das Werkzeug 670 angesetzt wird und mit einem Hammer 680 auf das der Werkzeugspitze 671 gegenüber liegende Ende 673 geschlagen wird.
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7a zeigt eine Querschnittsdarstellung durch einen Spannmantel 710 mit vier Spannsegmenten 711-714, die Ausnehmungen 721a-724a,721b-724b, aufweisen und vier durch Spalte 719a-d voneinander getrennten Andrucksegmenten 715-718 mit Führungselementen 725b-728a,725b-728b, geschnitten in einer senkrecht zur Achse A der axialen Öffnung stehenden Ebene.
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Schematisch eingetragen ist in 7 ferner ein beispielhafter Polarwinkel φ, der den Polarwinkel beschreibt, der sich für die Lage des Anfangs des Andrucksegments 715 ergibt, wenn man den Nullpunkt des Polarwinkels so festlegt, dass er das linke Ende der abgerollten Darstellung gemäß 7b beschreibt.
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7b zeigt den Spannmantel aus 7a in abgerollter Darstellung, aus der insbesondere hervorgeht, dass durch das Vorsehen eines Spannmantels 710 mit mehr als zwei Andrucksegmenten 715-718 ein homogenes Aufspannen einer elektrischen Heizvorrichtung möglich ist, ohne mehrere Spannsegmente 711-714 hintereinander anordnen zu müssen.
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Anhand der 8a bis 8f werden beispielhaft noch andere mögliche Ausgestaltungen der Bewegung und eines jeweils an die Bewegung angepassten Verlaufs der Ausnehmungen dargestellt, wobei dazu in diesen Figuren jeweils wieder die jeweiligen Spannmäntel 810,820,830 in abgerollter Darstellung gezeigt werden. Die Spannmäntel 810,820,830 weisen jeweils zwei Spannsegmente 811,812,821,822,831,832 mit Ausnehmungen 815a,815b, 816a,816b,825a,825b,826a,826b,835a,835b,836a,836b und zwei Andrucksegmente 813,814a,814b,823,824a,824b,833,834a,834b mit Führungselementen 817a,817b,818a,818b,827a,827b,828a,828b, 837a,837b,838a,838b auf, wobei, wie oben bereits erläutert, die in der abgerollten Darstellung am Rand abgebildeten Abschnitte 814a,814b,824a,824b,834a,834b jeweils zu demselben Andrucksegment gehören. Zwischen den Rändern benachbarter Andrucksegmente 813,814a,814b,823,824a,824b,833,834a,834b sind Spalte 819a,819b,829a,829b,839a,839b vorhanden, deren Breite wegen des Verlaufs der Ausnehmungen 815a,815b,816a,816b,825a, 825b,826a,826b,835a,835b,836a,836b abhängig von der Position der Spannsegmente 811,812,821,822,831,832 relativ zu den Andrucksegmenten 813,814a,814b,823,824a,824b,833,834a,834b variiert.
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Durch Pfeile sind jeweils die Bewegungsrichtungen dargestellt, in die die Spannsegmente 811,812,821,822,831,832 bewegt werden, um von der Position in den 8a,8c bzw. 8e in die in den 8b,8d bzw. 8f dargestellte Position überführt zu werden. Wird bei dieser Bewegung die Breite eines Spalts 819a,819b,829a,829b,839a,839b erhöht, so führt dies zu einer Verringerung der radialen Kräfte und die Heizvorrichtung wird gelöst;, wird sie reduziert, erhöhen sich die radialen Kräfte und die Heizvorrichtung wird festgespannt.
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Bei der Gestaltung gemäß 8a und 8b ist die Bewegungsrichtung der Spannsegmente 811,812 linear, aber verläuft nicht parallel zur Achse der axialen Öffnung. Beim Verschieben des Spannsegments 811 in diese Richtung erhöhen sich die radialen Kräfte, beim Verschieben des Spannsegments 812 verringern sie sich.
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Bei der Gestaltung gemäß 8c und 8d verläuft der Rand der Spannsegmente 821,822 in Form einer gekrümmten Kurve und die Ausnehmungen 825a,826b der Spannsegmente 821,822 verlaufen parallel zur Achse der axialen Öffnung. Beim Verschieben des Spannsegments 821 in diese Richtung erhöhen sich die radialen Kräfte, beim Verschieben des Spannsegments 822 verringern sie sich.
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Bei der Gestaltung gemäß 8e und 8f weisen, wie aus der zugehörigen Querschnittsdarstellung am Beispiel der Lagerung des Spannsegments 831 gemäß 8g besonders klar hervorgeht, die Spannsegmente 831,832 die hier stiftförmig ausgeführten Führungselemente 837a,837b,838a,838b auf. Die Bewegung der Spannsegmente 831,832 ist eine Rotationsbewegung um eine Drehachse, die durch die stiftförmigen, in den Ausnehmungen 835b,836b der Andrucksegmente 833,834 gefassten Führungselemente 837b,838b definiert wird. Beim der entsprechenden Rotation des Spannsegments 831 in diese Richtung erhöhen sich als Konsequenz aus der Formgebung der Ausnehmung 835a, in der das Führungselement 837a geführt wird die radialen Kräfte, da der Spalt 839a verkleinert wird, wie in 8f zu sehen ist. Bei der Rotation des Spannsegments 832 in entsprechende Richtung verringern sie sich als Konsequenz aus der Formgebung der Ausnehmung 836a, in der das Führungselement 838a geführt wird die radialen Kräfte, da der Spalt 839b verkleinert wird.
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9a zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Spannmantels 910 mit Spannsegmenten 911,912 und Andruckelementen 913,914, wobei der Spannmantel 910 in abgerollter Darstellung gezeigt ist. Der Spannmantel 910 ist, wie man bei Vergleich der 1c und 9a miteinander leicht erkennt, weitgehend identisch zum Spannmantel 110 aufgebaut, weshalb die Bezugszeichen sich aus den Bezugszeichen der 1c durch Addition von 800 ergeben, soweit unten nichts anderes festgelegt wird.
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Der Spannmantel 910 unterscheidet sich vom Spannmantel 110 dadurch, dass das Spannsegment 912 über einen Sicherungsmechanismus 960, der am Andrucksegment 914 befestigt ist und mit einem Rastvorsprung 961, der an einem einen Abschnitt des Spannsegments 912 übergreifenden Arm 962 angeordnet ist, in eine Vertiefung oder Öffnung im Spannsegment 912 eingreift, wie es in 9b gezeigt ist, verfügt. Wie aus den 9c und 9d ersichtlich ist, wird dieser zum Bewegen des Spannsegments 912 gelöst.
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10 zeigt -ebenfalls in abgerollter Darstellung- eine andere alternative Ausgestaltung für einen Spannmantel 1010, der ebenfalls, wie man bei Vergleich der 1c und 10 miteinander leicht erkennt, weitgehend identisch zum Spannmantel 110 aufgebaut ist, weshalb sich die Bezugszeichen sich aus den Bezugszeichen der 1c durch Addition von 900 ergeben, soweit unten nichts anderes festgelegt wird.
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Der Spannmantel 1010 unterscheidet sich vom Spannmantel 110 dadurch, dass die Ausnehmungen 1015a,1015b des Spannsegments 1011 und die Ausnehmungen 1016a,1016b des Spannsegments 1012 unterschiedliche Längen aufweisen und die Rate, mit der sich ihr Abstand voneinander ändert, die mit dem Winkel zur Achse, unter dem die Ausnehmungen 1015a,1015b,1016a,1016b jeweils verlaufen, korreliert ist, unterschiedlich ist. Durch diese Maßnahmen gelingt es, die Variation der radialen Kraft, die durch das Bewegen der Spannsegmente 1011,1012 hervorgerufen wird, an eine gewünschte Verlaufskurve anzupassen. Natürlich ist man dabei grundsätzlich auch nicht auf linear verlaufende Ausnehmungen 1015a,1015b,1016a,1016b beschränkt.
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11a zeigt -erneut in der abgerollten Darstellung, während die entsprechende dreidimensionale Darstellung als 11d wiedergegeben ist- einen Spannmantel 1110 mit einer alternativen Ausgestaltung von Andrucksegmenten 1113,1114 und Spannsegmenten 1111,1112, wobei Konturen von durch andere Bauteile verdeckten Bauteilen gestrichelt dargestellt sind. Die Andrucksegmente 1113,1114 weisen hier jeweils einen aufgeschweißten Abschnitt 1113a, 1114a auf, der einen Abschnitt des jeweils anderen Andrucksegments 1114,1113 übergreift und in den eine den Abschnitt 1113a bzw. 1114b durchsetzende Ausnehmung 1113b,1114b eingebracht ist.
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In das jeweils durch den Abschnitt 1113a bzw. 1114a übergriffene Andrucksegment 1114 bzw. 1113 ist eine unter einem Winkel zur Ausnehmung 1113b bzw. 1114b verlaufende Ausnehmung 1114c bzw. 1113c eingebracht, die bei jeder Breite der zwischen den benachbarten Rändern der Andrucksegmente 1113,1114 vorhandene Spalte 1119a,1119b einen Bereich aufweisen, in dem sie mit der Ausnehmung 1113b bzw. 1114b überlappen.
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Wie man besonders gut in der Darstellung gemäß 11c erkennt, sind die Spannsegmente 1111 bzw. 1112 sind in den Ausnehmungen 1113c bzw. 1114c geführt und durchgreifen in dem Bereich, in dem diese mit den Ausnehmungen 1114b bzw. 1113c überlappen auch die Ausnehmungen 1114b bzw. 1113c, und zwar vorzugsweise so weit, dass sie in radialer Richtung die Abschnitte 1114a bzw. 1113a überragen. Dadurch entsteht eine Zwangsführung, die die Breite der Spalte 1119a bzw. 1119b mit der Position der Spannsegmente 1111 bzw. 1112 korreliert, so dass durch Bewegung der Spannsegmente 1111 bzw. 1112 die Breite der Spalte 1119a bzw. 1119b kontrolliert werden kann.
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Damit die Bewegung des einen Spannsegments 1111 in eine Richtung zu einem kleiner werdenden Spalt 1119a führt, muss die Ausnehmung 1113c in dieser Richtung betrachtet von links nach rechts verlaufen. Damit die Bewegung des anderen Spannsegments 1112 in dieselbe Richtung zu einem größer werdenden Spalt 1119b führt, muss sie in dieser Richtung betrachtet von rechts nach links führen.
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11b illustriert den Spannmantel 1110 aus 11a in der Stellung, in die er durch das Verschieben beider Spannsegmente 1111,1112 überführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100,200,300,400,500,600
- elektrische Heizvorrichtung
- 110,210,310,410,510,610, 710,810,910,1010,1110
- Spannmantel
- 111,112,211,212,311,312, 411,412,511,512,611,612, 711,712,713,714,811,812, 821,822,831,832,911,912, 1011,1012,1111,1112
- Spannsegment
- 113,114,213,214,313,314, 413,414,513,514,613,614, 715,716,717,718,813,814, 823,824,833,834,913,914, 1013,1014,1113,1114
- Andrucksegment
- 115a,115b,116a,116b,215a, 215b,215c,215d,216a,216b, 216c,216d,515a,515b,516a,
- Ausnehmung
- 516b, 615a, 615b, 616a, 616b, 721a,721b,722a,722b,723a,
- Ausnehmung
- 723b,724a,724b,815a,815b, 816a,816b,825a,825b,826a, 826b,835a,835b,836a,836b, 915a,915b,916a,916b,1015a, 1015b,1016a,1016b
- Ausnehmung
- 117a,117b,118a,118b,217a, 217b,217c,217d,218a,218b, 218c,218d,517a,517b,518a, 518b,617a,617b,618a,618b, 725a,725b,726a,726b,727a, 727b,728a,728b,817a,817b,
- Führungselement
- 818a,818b,827a,827b,828a, 828b,837a,837b,838a,838b, 917a,917b,918a,918b,1017a, 1017b,1018a,1018b
- Führungselement
- 119a,119b,219a,219b,319a, 319b,419a,419b,519a,519b, 619a,619b,719a,719b,719c,
- Spalt
- 719d,819a,819b,829a,829b, 839a,839b,919a,919b,1019a, 1019b,1119a,1119b
- Spalt
- 123
- Fase
- 124
- Führungselement
- 125
- Ausnehmung
- 130,230,330,430,530,630
- elektrisches Heizelement
- 131,231,331,431,531,631
- axiale Öffnung
- 311a,312a,411a,412a
- Stirnseite
- 353,354,454,454
- Spannsegment
- 550
- Metallgehäuse
- 551
- innerer Mantel
- 552
- äußerer Mantel
- 553
- Ausnehmung
- 611a,611b
- Aussparung
- 613a,614b
- Ausnehmung
- 614a,613b
- Vorsprung
- 670
- Werkzeug
- 671a,671b
- Vorsprung
- 671c,671d
- T-Balken
- 671e
- Steg
- 673
- Ende