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Heizleiter für elektrische Ofen.
Zur elektrischen Beheizung von Öfen, insbesondere auf hohe Temperatur, werden stromdurch- flossene, metallische wie nichtmetallische Leiter verwendet, welche die Ofenwände und das Glühgut bei hohen Temperaturen, vorzugsweise durch Strahlung erhitzen. Von der glühenden Oberfläche der Heizleiter dampfen dabei Stoffe ab, die mit dem Glühgut Verbindungen eingehen können. Umgekehrt werden aus dem Glühgut Gase und Dämpfe frei, die ihrerseits mit den Heizleitern Verbindungen eingehen können. Durch die letztgenannten Einwirkungen wird aber der Heizleiter nach einiger Zeit seines Betriebes beschädigt.
Die Beschädigung findet in der Form statt, dass beispielsweise ein in Luft zum Glühen gebrachter Metalleiter mit dem Luftsauerstoff Metalloxyde bildet, die, sofern sie bei der betreffenden Temperatur fest sind, etwa als Schuppen abfallen, sofern sie flüchtig sind, in die Umgebung abdampfen. Dies verursacht eine allmähliche, örtlich meist ungleiche Abnahme des Leiterquerschnittes. Bei gegebener Stromstärke erfahren die Stellen geringsten Querschnittes eine Überhitzung und die dort auftretende höhere Temperatur kann schliesslich ein Durchbrennen des Heizleiters hervorrufen. Gleichzeitig und häufig schon vor dem Durchbrennen erfolgt eine Rekristallisation der Heizleiterwerkstoffe, so dass das Lebensende eines Heizleiters durch Brüchigwerden bestimmt wird.
Gegen die oben beschriebenen gegenseitigen Einwirkungen zwischen Heizleiter und Glühgut kann man sich nun durch Einhüllen des Heizleiters etwa in ein keramisches Rohr schützen. Es hat sich aber dabei gezeigt, dass hiedurch die Temperatur des Heizleiters an der Grenze Leiterkeramik ansteigt, u. zw. wesentlich über die Temperatur des nichtumhüllten Leiters. Da schon eine wenig höhere Temperatur eine starke Erhöhung der Verdampfungsgeschwindigkeit, wie der Rekristallisationsgeschwindigkeit usw. zur Folge hat, bedeuten schon geringe Temperaturerhöhungen namhafte Verminderungen der Lebensdauer eines so hergestellten Heizstabes.
Erfindungsgemäss wird die Dicke der den stromdurchflossenen Heizdraht oder das Band bedeckende Hülle so bemessen, dass der Temperaturabfall in der Hülle, also der Temperaturunterschied zwischen dem vorzugsweise stromdurchflossenen Teil des Heizleiters und der Oberfläche seiner Bewehrung, den Betrag von etwa 700 C nicht übersteigt.
Versuche haben nämlich ergeben, dass der Erhöhung der Lebensdauer durch immer weitere Herabsetzung der Hüllendicke dadurch eine Grenze gezogen ist, dass mit abnehmender Hüllendicke die Gasdurchlässigkeit und bisweilen die Plastizität der Hülle anwächst, während bei grösserer Hüllendicke die Temperatur am Heizleiter bei vorgeschriebener Ofentemperatur bald so hoch wird, dass die Lebensdauer des Heizleiters zu gering wird und seine Wirtschaftlichkeit damit in Frage gestellt ist.
Der Temperaturunterschied zwischen der den Heizleiter umschliessenden Oberfläche und der äusseren Oberfläche der Hülle ist umso grösser, je dicker die Hülle und je grösser die pro Zentimeter Heizleiterlänge umgesetzte Leistung ist und nimmt mit steigender Leitfähigkeit des Hüllenmaterials ab.
Erfindungsgemäss liegt die zulässige Höchstgrenze des Temperaturabfalles in der Hülle bei etwa 70 C. Unter Zugrundelegung dieses Betrages als Konstante wird die Bemessung der Hüllendicke nach den folgenden Regeln berechnet : a) bei konzentrischer Anordnung von Heizleiter und Hülle
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wobei d die Hüllendicke in Zentimeter, ri der Leiterradius in Zentimeter, X die Wärmeleitzahl der Hülle in Caljem Grad bei der Arbeitstemperatur, q die spezifische elektrische Belastung in Cal/em bedeuten ;
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b) bei bandförmigem Leiter mit einer im Verhältnis zur Dicke grossen Breite und zweiseitiger Wärme abfuhr
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wobei b die Leiterbreite in Zentimeter und d, X, dieselben Grössen darstellen wie oben.
Für mehrschichtige Hüllen oder andere geometrische Verhältnisse des Leiters lassen sich, unter
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