AT157232B - Endverschluß für Heizstäbe. - Google Patents

Description

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  Endverschluss für Heizstäbe. 



   Für die   Herstellung von elektrischen Heizstäben   zur Erzeugung hoher Temperaturen eignen sich am besten hoehsehmelzende Metalle, wie z. B.   Molybdän,   Wolfram oder Tantal. Da jedoch diese Metalle bei Anwesenheit von Luft schon bei Temperaturen zwischen 500 und   700"C lebhaft zu   oxydieren beginnen, konnte man sie zunächst nur für Heizstäbe anwenden, die in einer Atmosphäre reduzierender oder inerter Gase oder im Vakuum erhitzt werden. 



   Um die vorteilhafte Eigenschaft des hohen Schmelzpunktes der genannten Metalle auch für andere   Heizzwecke-beispielsweise für Hochtemperaturöfen-ausniitzen zu können,   ist schon vorgeschlagen worden, den eigentlichen Heizdraht aus   hoehsdlIl1l'lzendem   Metall mit einem   kera-   mischen Mantel zu umgeben, der den Zutritt von Gasen, insbesondere von atmosphärischem Sauerstoff, zu dem oxydationsempfindlichen Metallkern zuverlässig und vollkommen verhindert. Der keramische Mantel wurde dabei aus hochschmelzenden Metalloxyden nach dem Sinterverfahren hergestellt, u. zw. derart, dass eine entsprechend zusammengesetzte Hülle in kolloidaler Form aufgebracht und dann aufgefrittet bzw. aufgesintert wurde, oder man hat einen fertigen Mantel in Form eines Rohres aufgeschrumpft und dann aufgefrittet bzw. aufgesintert.

   Auf diese Weise ist es   ermöglicht   worden, die leicht zur Oxydation neigenden   hochschmelzenden   Metalle für Heizdrähte anzuwenden, die nicht an eine reduzierende oder inerte Umgebung oder an ein Vakuum gebunden waren. Hiebei ergibt sich die besondere Aufgabe, Endverschlüsse für die Heizdrähte derart auszubilden, dass ein Hindurchdiffundieren der Luft zum Heizdraht verhütet wird. 



   Zunächst wurde versucht, solche Endversehliisse in der Weise auszuführen, dass der Heizdraht am Ende aus dem keramischen Mantel herausgeführt, auf dieses freie Ende eine Steckerhülse aufgeschoben und an der Stossstelle mit dem keramischen Mantel verbunden wurde. Diese Lösung hat sich als unzureichend erwiesen, da nach verhältnismässig kurzer Betriebszeit Luft zwischen der Hülse und dem Heizdraht hindurchdiffundierte und Oxydation herbeiführte. 



   Diese Nachteile der ursprünglich versuchten Lösung werden vermieden, indem   Endversehlüsse   für Heizstäbe der oben geschilderten Art in der Weise ausgeführt werden, dass der keramische Schutzmantel über den Heizdraht hinaus verlängert wird und in dieses freie Ende des   Schutzmantels ein   z. B. aus Kupfer, Nickel oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehender Metallstift eingebracht und mit dem Heizdraht leitend verbunden wird und   schliesslich   auf den aus dem   Schutzmantel     hinaus-   ragenden Teil des Metallstiftes die   Steckerhülse   aufgezogen wird. Die Verbindung zwischen Metallstift und Heizdraht wird am besten durch Aufschmelzen oder Aufgiessen bewirkt. 



   In einem solchen Endverschluss bildet demnach der in den   keramischen Mantel als Ansatz zum   Heizdraht hineinragende Metallstift den gasdichten Verschluss, der den Luftzutritt zu dem aus hochschmelzendem Metall bestehenden Heizdraht   veihindert.   Da der   Ausdehnungskoeffizient   des den Stift bildenden Metalls, z. B. Kupfer, höher ist als der Ausdehnungskoeffizient der Keramik, presst sich der Kupferstift während der Erhitzung sehr dicht an den   metallkeramischen   Mantel an. Die Verschlusswirkung kann wesentlich noch dadurch gesteigert werden, dass die Temperatur an der Verbindungsstelle zwischen Metallstift und Heizdraht so hoch gehalten wird, dass der in den   keramischen   
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   Der Gasabschluss und der Stromübergang erfolgt also bei diesem   Endverschluss   an beiden Enden des Heizdrahtes mittels eines glühenden,   teigig-plastischen   Metallpfropfens. Als Material für den Metallstift kommt jedes gut leitende Metall in Betracht, wie Kupfer, Silber, Nickel usw., oder eine gut leitende Legierung, wie z. B.   Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung,   die bei der Temperatur am Heizdrahtende genügend Plastizität besitzen, um vermöge ihrer Wärmeausdehnung die Pfropfenwirkung herbeizuführen und gasdichten Verschluss zu geben. 



   Der in die Keramik hineinragende Metallstift bildet also einen gasdichten Verschluss, der noch verfestigt werden kann, wenn die Temperatur an dem dem Heizdraht zugekehrten Ende des Metallstiftes so hoch gehalten wird, dass der in die Keramik hineinragende Teil des Stiftes in   teigig-plastischen   Zustand übergeht, so dass der Metallstift den keramischen Mantel pfropfenartig abschliesst. 



   Dabei hat es sich jedoch gelegentlich gezeigt, dass der Pfropfen, besonders wenn er örtlich zum Schmelzen kommt, infolge der plötzlich auftretenden Temperaturunterschiede, den keramischen Mantel sprengt und damit eine rasehe Zerstörung des Heizkörpers   herbeiführt. Um   derartige plötzlich auftretende Temperaturdifferenzen an den Enden des Heizstabes zu vermeiden und einen dauerhaften gasdichten Verschluss der Heizstabenden zu bewirken, wird gemäss der Erfindung die am äussersten Stabende herrschende Temperatur durch Wahl und Bemessung des in die Keramik eingeführten Metallstiftes gesteuert.

   Je tiefer der Metallstift in die Keramik hineinragt, je reichlicher er im Durchmesser bemessen ist und je besser seine Leitfähigkeit ist, um so wirksamer wird die durch ihn bewirkte Wärmeabfuhr sein und um so niedriger werden die am Stabende auftretenden Temperaturen sein. 



     Zur Forderung dieser Wirkung   kann es sich als zweckdienlich erweisen, den Metallstift der Länge nach aus verschiedenen Metallen zusammenzusetzen, u. zw. derart, dass, ausgehend vom Heizdraht, zwischen diesem und der Steckerhülse Teillängen mit steigender Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Dabei ist zu beachten, dass das jeweils der Heizstabmitte näher gelegene Ende nicht über den Flüssigkeitspunkt erhitzt und so bemessen wird, dass es sich beim Erhitzen nicht stärker ausdehnt als der Innendurchmesser der Keramik. 



   Um an den Übergangsstellen eine allmähliche Abnahme der   Wärmeentwicklung   und ebenso   allmähliche   Zunahme der mittleren   Wärmeleitfähigkeit   des Querschnittes zu erreichen, können die   Übergänge   von einem Material zum anderen im Durchmesser abgestuft werden. 



   Grundsätzlich kommt es gemäss der Erfindung darauf an, den Metallstift so zu bemessen, dass am Ende des Heizstabes nur noch eine so niedrige Temperatur auftritt, dass zur Abdichtung des aus dem keramischen Schutzmantel herausragenden Metallstiftendes bzw. der darauf aufgezogenen Steckerhülse einerseits und der Keramik anderseits Dichtungsmittel (Kitte) verwendet werden können, die bei den dort vorkommenden Temperaturen nicht über den für die Abdichtung erwünschten teigigplastischen Zustand hinaus erweichen. 



   Als solche Dichtungsmittel eignen sich im Sinne der Erfindung in erster Reihe anorganische Dichtungskitte. Je nach den vorkommenden Temperaturen können metallische Kitte, z. B. Lote, wie Zinn-, Blei-, Messing-, Silber-Lote, verwendet werden. Da diese Lote an keramischen Massen schlecht haften, ist es vorteilhaft, die Keramik vorher in bekannter Weise zu metallisieren. Als besonders geeignet haben sich auch andere anorganische Kitte, wie Silberchlorid, Bleioxyd mit Glyzerinzusatz, Asbest-Wasserglas, Quarzwasserglas,   Weich-und Hartgläser,   erwiesen. Bei besonders wirksamer Wärmeableitung, als etwa bei Temperaturen unter   200 C, können auch organisehe Kitte,     z.   B. Kunstharze, verwendet werden.

   Allgemein gilt für die Verwendung der genannten Kitte als Voraussetzung, dass bei den örtlich auftretenden Temperaturen die Kitte in halbfesten plastischen Zustand gelangen, an der Keramik und am Metall gleich gut festhaften und auf die Dauer mit ihnen nicht reagieren. 



   In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in vier Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 4 dargestellt. 



   Allen Beispielen ist gemeinsam, dass der Heizdraht   1,   z. B. aus   Molybdän,   Tantal oder Wolfram, von einem keramischen Mantel 2 umgeben ist, wobei erfindungsgemäss der Mantel über das Ende des 
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   Einen aus   Teilstüeken T,-T', 3'"von verschiedener,   auf das Heizstabende zu ansteigender   Wärmeleitfähigkeit   zusammengesetzten Metallstift zeigt Fig. 3. Zur wirksameren Regelung der Wärmeentwicklung bzw. Wärmeabfuhr kann der Metallstift, einerlei ob er ein-oder mehrteilig bzw. aus einem oder mehreren verschiedenen Metallen hergestellt ist, mit allmählich oder stufenweise mit 
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Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Endverschluss für Heizstäbe, die aus einem Heizdraht aus hochschmelzendem Metall, wie Molybdän, Tantal oder Wolfram, bestehen und mit einem den Gaszutritt verhindernden keramischen Schutzmantel umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (2) über den eigentlichen Heizdraht (1) hinaus verlängert ist, in diese Verlängerung ein aus gut leitendem Metall, z. B. Kupfer, Nickel, Silber, oder einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehender Stift (3) eingeführt und mit dem Heizdraht z. B. durch Aufschmelzen oder Aufgiessen leitend verbunden ist, und dass die Steckerhülse (4) auf den aus dem Schutzmantel (2) hinausragenden Teil des Metallstiftes (3) aufgezogen ist.

   2. Endverschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit des Metallstiftes durch Materialauswahl und Querschnittsbemessung so gewählt wird, dass der im keramischen Schutzmantel befindliche Teil des Stiftes beim Betrieb des Widerstandes in einen teigig-plastischen Zusta. nd übergeht.

   3. Endverschluss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstift der Länge nach aus zwei oder mehreren verschiedenen Metallen 3... usw.), wie Kupfer, Nickel, Silber usw., derart zusammengesetzt ist, dass die Leitfähigkeit der einzelnen Teile vom eigentlichen Heizdraht (1) aus gegen die Steckerhülse (4) zu ansteigt.

   4. Endverschluss nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser der Teile (3', 3", 3'" usw.) des Metallstiftes (3) vom Heizdraht (1) aus gegen die Steckerhülse (4) zu in Stufen ansteigen.

   5. Endverschluss nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung (5) des Metallstiftes bzw. der Steckerhülse (4) anorganische oder organische Kitte verwendet werden, die bei den auftretenden Temperaturen in teigig-plastischen Zustand kommen. EMI3.1