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Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper mit
einem Grundkörper
aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Heizungsbeschichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 17.
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Für
verschiedene Anwendungen sind Heizvorrichtungen in Dickschichttechnik
entwickelt worden, die als Beschichtung auf der Oberfläche eines Metallsubstrats
oder eines Stahlkörpers
fest angebracht werden. Die meist aus einer Anordnung von elektrischen
Widerstandsbahnen bestehenden Heizelemente sind gegenüber dem
Metallsubstrat bzw. dem Stahlkörper
durch eine Isolationsschicht aus dielektrischem Material oder einer
Glaskeramik elektrisch isoliert. Sämtliche Schichten werden nach
dem Auftragen durch Einbrennen zu einem Schichtverbund verfestigt,
der zusammen mit dem Stahlkörper einen
Verbundkörper
bildet. Beispiele hierfür
sind in
DE-A1-35 36
268 oder
DE-A1-35
45 445 beschrieben.
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Probleme ergeben sich immer dann,
wenn der Stahlkörper
eine runde oder gewölbte
Oberfläche aufweist
und gehärtet
werden muß,
wie dies beispielsweise bei Heißkanalsystemen
in Spritzgießwerkzeugen
oft der Fall ist. Letztere besitzen gewöhnlich ein verzweigtes Netz
von Verteilerkanälen und
Heißkanaldüsen mit
aus Stahl gefertigten Materialrohren, die je nach Anwendungsfall
extrem hohen Innendrücken
ausgesetzt sein können.
Damit sich die heiße
Masse im Verteilersystem nicht vorzeitig abkühlt, sind die Materialrohre
umfangsseitig mit einer Heizvorrichtung versehen.
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W0-A1-00 23 245 schlägt hierzu
vor, die Heizvorrichtung im sogenannten Fine-Film-Printing-Verfahren
aufzubringen, wobei die einzelnen Schichten mittels eines Dispensers
aufgetragen werden. Ein solches Verfahren ist relativ aufwendig,
weil die Kanüle
des Dispensers für
das Aufbringen der Isolations- und Deckschichten die gesamte Oberfläche der
Keramikhülse
bzw. des Materialrohrs exakt abfahren muß, um in sich geschlossene
Schichten zu erzeugen. Letztere weisen folglich nicht immer eine einheitliche
Dicke bzw. Dichte auf, so daß Rißbildungen
kaum zu vermeiden sind.
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Ein weiterer Nachteil ergibt sich
im Betrieb des Heißkanalsystems,
wenn nämlich
das Materialrohr bei Betriebstemperatur der durch den Spritzgießprozeß technologisch
bedingten pulsierenden Innendruckbelastung ausgesetzt wird. Diese
Belastung und die zum Erreichen der Betriebstemperaturen erforderliche
Erwärmung
der Strömungskanal-Wandung
auf Temperaturen zwischen 300 und 450 °C führen zu elastischen Dehnungsvorgängen, die
unmittelbar auf die Heizung übertragen
werden. Deren Schichten können
ganz rasch in den Bereich von Zugspannungen gelangen, was zu Rissen
in der Isolierschicht, zu Kurzschlüssen oder gar zum Abplatzen
der gesamten Heizung führen
kann.
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Um dem zu begegnen, hat man die Heizungsbeschichtung
auf einem ungehärteten Stahl(hilfs)körper aufgebracht,
der anschließend
auf das Materialrohr aufgesetzt wird. Eine solche separate Heizung
besitzt jedoch keinen unmittelbaren Festkörperkontakt mit dem Materialrohr,
was zu einem hohen Wärmeübergangswiderstand
und damit zu einem wenig effizienten Wärmeübergang von dem Heizelement
auf den rohrförmigen
Strömungskanal führt. Dies
wiederum beeinflußt
die gesamte Temperatureinstellung und den damit verbundenen Regelungsaufwand.
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Aus
DE-A1-199 41 038 ist es bekannt, das Heizschichtsystem
direkt auf das Materialrohr aufzubringen und derart auszubilden,
daß es
nach dem Einbrennen (Formieren) gegenüber der Materialrohrwandung
unter einer definierten Druckvorspannung steht. Diese wird erzeugt,
indem in Abhängigkeit
von den dehnungsrelevanten Kenngrößen des Heißkanalrohres eine spezifische
Fehlanpassung des linearen Ausdehnungskoeffizienten der glaskeramischen Isolationsschicht
an den entsprechenden Wert des metallischen Heißkanalrohres vorgegeben wird.
Eine solche spannungstolerante Verbindung hält den elastischen Dehnungsvorgängen im
Materialrohr in Grenzen durchaus stand. Bei hohen Belastungen können jedoch
weiterhin Risse oder sonstige Beschädigungen in der Isolationsschicht
auftreten.
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Ziel der Erfindung ist es, diese
und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und
einen Stahlkörper
mit einer Heizungsbeschichtung zu versehen, die selbst Extrembelastungen
dauerhaft standhält.
Angestrebt wird insbesondere ein ebenso kostengünstiges wie leicht zu realisierendes Verfahren
zum rißfreien
Aufbringen der einzelnen, Temperaturwechseln ausgesetzter Schichten
auf einem rohrförmigen
oder gewölbten
Stahlkörper.
Insbesondere soll auf einem Materialrohr einer Heißkanaldüse eine
Heizungsbeschichtung dauerhaft funktionstüchtig sein.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind
im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 17 angegeben. Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Ansprüche
2 bis 15 und 18 bis 28. Eine bevorzugte Verwendung ist in Anspruch
16 angegeben.
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Als Lösung sieht die Erfindung laut
Anspruch 1 vor, daß bei
einem Verbundkörper
mit einem Grundkörper
aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Heizungsbeschichtung der
Grundkörper
aus einem ausscheidungshärtenden
Stahl gefertigt ist.
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Ausscheidungshärtende Stähle haben die Eigenschaft,
daß sich
beim Abkühlen
intermetallische Ausscheidungen bilden, die neben der rein temperaturbedingten
Volumenreduktion zu einer weitergehenden Reduzierung des Stahlkörpervolumens führen. Ein
ausscheidungshärtender
Stahl schrumpft daher beim Auslagerungsprozeß, so daß die Druckvorspannung einer
zuvor auf der Oberfläche
eines Grundkörpers
aufgebrachten Heizungsbeschichtung nach dem Härten verstärkt wird. Die Beschichtung
ist stets dauerhaft fest mit der Stahlkörperoberfläche verbunden, selbst wenn
der Verbundkörper
extrem hohen Temperatur- oder Druckbelastungen ausgesetzt wird.
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Durch die Verwendung von hochlegierten Stählen gemäß Anspruch
2 läßt sich
die Größe und Verteilung
der Druckvorspannung innerhalb der Isolationsschicht besonders präzise einstellen,
was vor allem dann wichtig ist, wenn der Stahlkörper nach Anspruch 3 eine runde
oder gewölbte
Oberfläche
zur Aufnahme der Isolationsschicht aufweist, oder wenn der Stahlkörper in
der Ausbildung von Anspruch 4 eine rohrförmige Gestalt hat und die Heizungsbeschichtung
auf der Außenwandung
aufzubringen ist.
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Besondere Vorteile ergeben sich überdies, wenn
der Grundkörper
gemäß Anspruch
5 ein Verteiler- oder Materialrohr eines Heißkanalsystems ist. Gerade im
Bereich der Heißkanaltechnik
ist es wichtig, daß die
einem Formnest zuzuführende
Spritzgußmasse
bis in den Düsen-
bzw. Anschnittbereich hinein präzise
und gleichmäßig temperiert
ist. Risse in der Heizungsbeschichtung würden sofort zum Ausfall der
Düse und
zu Unterbrechungen im Fertigungsprozeß führen, was jedoch durch die
erfindungsgemäße Ausbildung
des Verbundkörpers
wirksam vermieden wird.
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Bevorzugt ist die Heizungsbeschichtung
laut Anspruch 6 ein aus mehreren Schichten und/oder Schichtelementen
aufgebauter Schichtverbund, der gemäß Anspruch 7 eine auf dem Grundkörper aufgebrachte
Isolationsschicht aufweist. Letztere ist im Einklang mit Anspruch
8 eine keramische bzw. glaskeramische Isolationsschicht, die je
nach Auftragsmethode und gewünschter
Schichtdicke aus einer oder – wie
Anspruch 9 vorsieht – aus
zwei oder mehr Einzelschichten bestehen kann. Auf der Isolationsschicht
ist gemäß Anspruch
10 eine Anordnung von Widerstandselementen aufgebracht. Letztere
bilden eine Heizung, die zum Schutz der Widerstandsbahnen zumindest
abschnittsweise von einer isolierenden Deckschicht abgedeckt ist
(Anspruch 11).
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Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn
die Isolationsschicht, die Widerstandselemente und/oder die Deckschicht
laut Anspruch 12 eingebrannte Dispersionen, beispielsweise Dickschicht-Pasten
sind. Diese lassen sich gleichmäßig und
präzise
aufbringen, was für
die spätere
Haftfestigkeit und Funktionsfähigkeit
der Heizung wichtig ist. Alternativ können die einzelnen Schichten
bzw. Teilschichten der Heizungsbeschichtung gemäß Anspruch 13 auch als eingebrannte
Folien ausgebildet sein.
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Um sowohl die Tempertaurverteilung
als auch deren Entwicklung innerhalb der Heizung bzw. innerhalb
des Grundkörpers
ermitteln zu können, sieht
die Ausbildung von Anspruch 14 vor, daß in der Ebene der Heizungsbeschichtung
wenigstens ein Temperaturfühler
angeordnet ist. Dieser ist mithin im Schichtverbund untergebracht,
was zu keiner merklichen Volumenzunahme führt. Gleichzeitig lassen sich
Temperaturveränderungen äußerst zeitnah
und präzise
erfassen.
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Laut Anspruch 15 sind in der Heizungsbeschichtung
Anschlußkontakte
für die
Widerstandselemente und/oder die Temperaturfühler integriert. Die gesamte
Heizung kann dadurch unmittelbar in einen Regelungsschaltkreis integriert
werden.
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Weitere wichtige Vorteile ergeben
sich bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Verbundkörpers gemäß Anspruch
16, wenn nämlich
dieser als außenbeheiztes
Materialrohr in einem Heißkanalverteiler
und/oder einer Heißkanaldüse eingesetzt wird.
Das stoffschlüssige
Aufbringen der Heizung in Schichten sorgt für eine dauerhaft feste Verbindung mit
der Wandung des Grundkörpers
und damit für
einen festen Halt auf dem Heißkanalverteiler
oder der Heißkanaldüse. Darüber hinaus
vermeidet die Erfin- dung äußerst wirkungsvoll
ein Abplatzen oder Lösen
der Heizung, indem nämlich
die Druckvorspannung in der Heizungsbeschichtung durch Ausscheidungshärten des
Grundkörpers
gezielt erhöht
wird.
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Aufgrund der durch die Direktbeschichtung erzielten
geringen Dickenabmessungen nimmt die Heizungsbeschichtung insgesamt
nur wenig Raum ein, so daß sich
im Vergleich zu herkömmlichen
Heizvorrichtungen bei nahezu gleichen Leistungsmerkmalen äußerst kompakte
Bauformen realisieren lassen. Zudem kann die Leistungsdichte deutlich
erhöht werden,
weil die Wärme
direkt auf der Oberfläche des
zu beheizenden Heißkanalelements
erzeugt und abgenommen wird. Eine Überhitzung der meist empfindlichen
Heizelemente wird zuverlässig
vermieden.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen
eines Verbundkörpers
mit einem Grundkörper
aus Stahl und einer darauf aufgebrachten Heizungsbeschichtung, für das selbständiger Schutz
beansprucht wird, sieht die Erfindung laut Anspruch 17 vor, eine
zuvor in der Heizungsbeschichtung erzeugte Druckvorspannung durch
Ausscheidungshärten
des Grundkörpers
verstärkt
wird.
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Diese ebenso einfach wie kostengünstig zu realisierende
Verfahrensweise führt
zu einer dauerhaft festen Verbindung zwischen dem Grundkörper und
der Heizungsbeschichtung, denn letztere wird durch die beim Abkühlen im
Härtungsprozeß entstehende
Kontraktionsbewegung des Grundkörpers
in definierbaren Grenzen nochmals kontrahiert, wodurch eine besonders
wirksame spannungstolerante Verbindung entsteht. Sämtliche
Schichten bzw. Teilschichten der Heizung besitzen eine außerordentlich gute
Haftfestigkeit. Insbesondere die Isolationsschicht hält selbst
extremen mechanischen und thermischen Belastungen dauerhaft stand,
so daß stets optimale
Produktionsergebnisse gewährleistet
sind.
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Gemäß Anspruch 18 wird jede Schicht
bzw. jedes Schichtelement der Heizungsbeschichtung auf dem Grundkörper aufgebracht,
getrocknet und eingebrannt bzw. formiert, wobei der Verbundkörper nach
jedem Einbrennprozeß auf
Raumtemperatur abgekühlt
wird. Auf diese Weise lassen sich sämtliche Verfahrensparameter
individuell an die jeweilige Heizungsschicht anpassen, die – je nach
Leistungsanforderung – stets
optimal aufgebracht werden kann.
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Die Erfindung sieht ferner in Anspruch
19 vor, daß die
Stahllegierung des Grundkörpers
während
dem Einbrennprozeß homogenisiert
bzw. lösungsgeglüht wird,
was sich besonders günstig
auf die Verfarensökonomie
auswirkt. Dazu trägt
auch Anspruch 20 bei, wenn nämlich
die Einbrenntemperatur gleich der Temperatur für das Homogenisieren bzw. Lösungsglühen des
Grundkörpers
ist. Während
die einzelnen Schichten bzw. Schichtelemente der Heizungsbeschichtung
formiert werden, entstehen durch das Lösungsglühen stabile homogene Mischkristalle (α-Kristalle).
Separat zu kontrollierende Fertigungsschritte sind nicht mehr notwendig.
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Von besonderem Vorteil ist die Ausgestaltung
von Anspruch 21, wonach die einzelnen Schichten mittels Siebdruck,
mittels Dispensen, durch Tauchen oder durch Sprühen aufgetragen werden können. Mithin
kann man für
jede Schicht das jeweils optimale Verfahren auswählen. Sämtliche Schichtparameter wie
Schichtdicke, Dichte, Form u.dgl. lassen sich gleichmäßig und
präzise
einstellen, so daß eine stets
funktionsfähige
Heizungsbeschichtung entsteht.
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In der Ausbildung von Anspruch 22
wird jede Schicht bzw. jedes Schichtelement unter Luftatmosphäre eingebrannt
bzw. formiert, wobei die Einbrenntemperatur laut Anspruch 23 zwischen
750 °C und 900 °C liegt.
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Anspruch 24 sieht vor, daß die Oberfläche des
Grundkörpers
vor dem Aufbringen der Heizungsbeschichtung aufgerauht wird, beispielsweise
mittels Sandstrahlen. Hierdurch wird die mechanische Haftung der
Isolationsschicht verbessert. Die chemische Haftung läßt sich
optimieren, indem der Grundkörper laut
Anspruch 25 vor dem Aufbringen der Beschichtung gereinigt und oxidiert
wird.
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Nach dem Aufbringen der Heizungsbeschichtung
wird die Stahllegierung des Grundkörpers in Einklang mit Anspruch
26 durch erneutes Glühen ausgelagert
bzw. gealtert. Hierdurch bilden sich feine intermetallische Ausscheidungen,
die zu einer gezielten Reduzierung des Grundkörpervolumens führen. Mithin
entsteht innerhalb der auf dem Grundkörper aufgebrachten Heizungsbeschichtung
eine Druckspannung, die in der Lage ist, mechanische Belastungen
des Grundkörpers
dauerhaft auszugleichen, beispielsweise die Innendruckbelastungen
eines Materialrohrs einer Heißkanaldüse.
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Wichtig hierbei ist, daß die Auslagerungstemperatur
laut Anspruch 27 kleiner ist als die Einbrenntemperatur für die einzelnen
Schichten der Heizungsbeschichtung. Hierdurch wird weder die Formierung
der einzelnen Schichten bzw. Schichtelemente der Heizungsbeschichtung
noch deren Zusammenhalt gestört.
Ferner wird die Druckvorspannung in der Heizungsbeschichtung optimal
erhöht, ohne
daß deren
Leistungs parameter oder Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Der gesamte Prozeß läßt sich
mit einfachen Mitteln präzise
steuern, wodurch die Verfahrenskosten gering bleiben.
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Zweckmäßig wird der Auslagerungsprozeß laut Anspruch
28 unter Luft- oder Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie
aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung verwendet man als Ausgangsmaterial für die Herstellung
des Grundkörpers
einen mit Ni, Co Mo, Ti und/oder Al hochlegierten, ausscheidungshärtenden
Stahl, beispielsweise X 3 Cr Ni Al Mo 12 9 2 1. Der Grundkörper bildet
beispielsweise ein Materialrohr mit einer runden Oberfläche für eine außenbeheizte
Heißkanaldüse, die
in einem Spritzgießwerkzeug
Verwendung findet.
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Auf dem Grundkörper wird eine Heizungsbeschichtung
aufgebracht. Diese besteht aus einer unmittelbar auf dem Grundkörper liegenden
glaskeramischen Isolierschicht, einer darauf aufgebrachten Anordnung
von Widerstandsbahnen als Heizelement und einer darüber liegenden
Deckschicht, um die Heizung gegen Einflüsse von außen zu schützen. Heizungsbeschichtung
und Grundkörper
sind unlösbar
miteinander verbunden und bilden mithin einen Verbundkörper.
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Das Ausscheidungshärten des
Materialrohrs erfolgt gewöhnlich
in 2 Schritten, nämlich
dem Lösungsglühen der
Legierung und dem anschließenden
Auslagern bzw. Altern.
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Zuvor werden jedoch die einzelnen
Schichten bzw. Schichtelemente der Heizungsbeschichtung in Form
von Dickschichtpasten aufgetragen und eingebrannt bzw. formiert,
wobei gleichzeitig mit dem Einbrennen der Dickschichtpasten das
Lösungsglühen der
Metallegierung durchgeführt
wird.
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Zu Beginn des Verfahrens wird der
noch ungehärtete
Stahlkörper
nach Abschluß der
mechanischen Bearbeitung zunächst
sandgestrahlt, um die mechanischen Haftungseigenschaften für die Heizungsbeschichtung
zu verbessern, wobei eine bestimmte Oberflächenrauheit einzuhalten ist.
Anschließend
wird das Materialrohr mit Ethanol und warmer Salpetersäure (HNO3)
gereinigt und bei etwa 850 °C
oxidiert. Hierdurch entsteht ein dünner Oxidfilm auf der Oberfläche des
Grundkörpers,
der die Haftung der Isolationsschicht verbessert.
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Nach Abschluß der Vorbehandlung wird die Heizungsbeschichtung
hergestellt.
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Das Ausgangsmaterial für die Isolationsschicht
ist bevorzugt eine Dispersion, insbesondere eine elektrisch isolierende
Dickschichtpaste, die mit gleichmäßiger Dicke im Siebdruckverfahren
auf die Grundkörperoberfläche aufgedruckt
wird. Bevorzugt werden nacheinander vier Einzelschichten aufgetragen,
wobei jede Schicht separat getrocknet wird. Ist die gewünschte Schichtdicke
erreicht, wird das Materialrohr mit der Isolationsschicht in einem
geeigneten Brennofen unter Luftatmosphäre bei etwa 850 °C formiert,
so daß ein
in sich homogenes Glaskermaikgefüge
entsteht.
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Die Einbrenntemperatur entspricht
hierbei der Temperatur, die für
das Homogenisieren bzw. Lösungsglühen des
Grundkörpers
erforderlich ist. Beide Prozesse – Einbrennen und Lösungsglühen -finden
mithin zeitgleich statt.
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Ferner wird durch eine spezifische
Fehlanpassung des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Isolationsschicht an den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
des Materialrohrs beim Einbrennen der Isolationsschicht innerhalb
dieser eine mechanische Druckvorspannung erzeugt. Die hierdurch
entstehende spannungstolerante Verbindung im Verbundkörper setzt
die Isolationsschicht als Trägerschicht
der Heizung bereits in die Lage, den durch den Spritzgießprozeß technologisch bedingten
pulsierenden Innendruckbelastungen im Materialrohr in gewissen Grenzen
standzuhalten, ohne daß Risse
oder Beschädigungen
an der Heizung auftreten.
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Hat sich der Grundkörper mit
der eingebrannten Isolationsschicht auf Raumtemperatur abgekühlt, werden
zunächst
die Anschlußkontakte
für die
stromleitenden Widerstandselemente und gegebenenfalls für einen
Temperaturfühler
aufgetragen und getrocknet. Ausgehend von den Anschlußkontakten
werden die meist mäander-
oder spiralförmigen
Widerstandsbahnen für
die Heizung sowie für den
Temperaturfühler
aufgetragen, wobei man hierzu – ebenso
wie für
die Anschlußkontakte – elektrisch leitfähige Pasten
verwendet, die entweder im Siebdruckverfahren oder mit einem Dispensen
auf der Isolierschicht aufgetragen werden. Die Trocknung erfolgt
jeweils nach dem Auftrag der Einzelschichten. Alle leitfähigen Schichtelemente
werden anschließend
gemeinsam gebrannt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Auch hierbei wird der
Grundkörper
erneut lösungsgeglüht, was
jedoch noch keine endgültige Auswirkung
auf dessen Gefüge
hat.
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Die Deckschicht ist ebenfalls eine
elektrisch isolierende Glaskeramik, die im Siebdruckverfahren auf
den Widerstandselementen, den Anschlußkontakten und der in Teilbereichen
noch freiliegenden Isolationsschicht aufgedruckt, getrocknet und
sodann bei etwa 750 bis 900 °C
formiert wird.
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Nach dem letzten Einbrennprozeß wird der Grundkörper mitsamt
der bereits aufgetragenen Heizungsbeschichtung unter Stickstoffatmosphäre erneut
auf etwa 525 °C
erwärmt
und für
eine definierte Zeit bei dieser Temperatur gehalten. Nach Ablauf
der Haltezeit wird der Verbundkörper
abgekühlt,
vorzugsweise mit einer Abkühlrate
von 10 K/min.
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Der ausscheidungshänende Stahl
schrumpft während
der Härtung
bei 525 °C
um etwa 0,07% allseitig und beim Abkühlen nochmals um etwa 11 ppm/K,
wodurch die zuvor aufgebrachten und formierten Schichten der Heizung
weiter unter Druckspannung gesetzt werden. Die Ausscheidungshärtung führt mithin
zu einer zusätzlichen
Druckvorspannung, so daß die
gesamte Heizungsbeschichtung selbst extremen Temperatur- und Innendruckbelastungen
im Materialrohr dauerhaft standhalten kann. Die Heißkanaldüse wird
durch die stoffschlüssig
aufgebrachte Heizung in jedem Verfahrensstadium stets optimal temperiert.
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Die nach dem Härtungsprozeß erreichte Härte des
Grundkörpers
beträgt
etwa HRC 52.
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Der Temperaturfühler liegt bevorzugt in der gleichen
Ebene wie die Widerstandsbahnen der Heizung. Er ist mithin ebenso
wie die Anschlußkontakte in
der Heizungsbeschichtung integriert. Letztere bildet einen aus mehreren
Schichten bzw. Schichtelementen aufgebauten Schichtverbund, der
in unlösbarer
Verbindung mit dem Grundkörper
einen beheizbaren Verbundkörper
bildet.
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Aufgrund des hohen TKR kann auch
der Heizwiderstand selbst als Temperatursensor dienen. Hierzu werden
Spannungsabgriffe aus gewünschten Regionen
der mäander- oder spiralförmig verlaufenden
Widerstandsbahnen nach außen
geführt.
Bei bekanntem Strom kann über
die ermittelte Teilspannung die Temperatur in dem betreffenden Bereich
ermittelt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf eine
der vorbeschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern in vielfältiger
Weise abwandelbar. So können einzelne
oder alle Schichten bzw. Schichtelemente der Heizungsbeschichtung
auch durch Sprühen
oder Tauchen aufgetragen werden. Alternativ lassen sich aber auch
Folien verwenden, die in gleicher Weise wie die Dickschichtpasten
eingebrannt werden.
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Die Stahllegierung des Grundkörpers kann auch
ein Nickel-Kobalt-Warmarbeitsstahl sein. Wichtig ist, daß der Stahl
im Hinblick auf das Einbrennen bzw. Sintern der Heizungsbeschichtung
für eine
Spitzentemperatur von bis zu 850 bis 900 °C geeignet ist. Er muß ferner
unter Einsatzbedingungen Temperaturen von bis zu 450 °C sowie Innendruckbelastungen von
bis zu 2000 bar aushalten.
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Man erkennt, daß als Ausgangsmaterial für den Stahlkörper ausscheidungshärtende Stähle verwendet
werden. Bei diesen finden – anders
als bei der üblichen
Härtung über Kohlenstoffmartensit – intermetallische
Ausscheidungen statt, die sich über die
Legierungswahl exakt steuern lassen. Die beim Aushärten eintretende
Kontraktion vergrößert die Druckspannung
in der Isolationsschicht bzw. in der gesamten Heizungsbeschichtung,
was die Haltbarkeit und die Funktionssicherheit der Heizung wesentlich
verbessert.
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Normalhärtende Stähle können all dies nicht leisten,
es sei denn man kühlt
den Stahlkörper
mit kritischer Abkühlgeschwindigkeit
ab. Die erforderliche hohe Temperatur und die hohe Abkühlrate zerstören aber
die Heizbeschichtung, was die Erfindung auf einfache und kostengünstige Weise
vermeidet.
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Sämtliche
aus den Ansprüchen
und der Beschreibung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver
Einzelheiten, räumlicher Anordnungen
und Verfahrensschritte, können
sowohl für
sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich
sein.