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Elektrischer Heizkörper für Hochtemperaturöfen
Für elektrische Öfen, mit denen äusserst hohe
Temperaturen erreicht werden sollen, werden bekanntlich Widerstände benützt, die aus hoch- schmelzenden Metallen, wie Molybdän, Wolfram,
Tantal, Niob, oder Legierungen dieser Elemente untereinander bestehen. Selbst bei hohen
Temperaturen haben die genannten Metalle noch eine beträchtliche Dauerstandfestigkeit ; trotzdem ergeben sich aber erhebliche Schwierigkeiten bei der Anordnung der Widerstände im Ofenraum. Die bisher häufigste Bauweise, gerade Heizstäbe in schleifenförmiger Anordnung an keramische Querstäbe mittels dünnen Molybdändrahtes anzubinden, führte häufig zu Lockerungen der Bindestellen und Brüchen der keramischen Stäbe.
Freie Einspannungen der Heizleiter sind insbesondere bei grösseren Heizkörperlängen und waagrechter Anordnung wegen der allmählich eintretenden Durchbiegung unbrauchbar. Drähte lassen sich nur schwer oder gar nicht spannen und selbst Stäbe biegen sich bei den hohen Temperatuen unter ihrem Eigengewicht durch.
Die Hauptschwierigkeit besteht jedoch darin, dass die Leitfähigkeit der genannten Metalle in kaltem Zustande sehr erheblich höher liegt als bei der Betriebstemperatur. Das hat besonders beim Einschalten des kalten Ofens hohe Stromstärken zur Folge, die durch ihre elektrodynamischen Kräfte Verschiebungen der Heizleiter bewirken. Diese Verschiebungen werden durch gleichzeitig auftretende Wärmedehnungen begünstigt, so dass bei den üblichen Aufhängungen häufig Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Heizleitern eintreten. Der Versuch, die Heizstäbe in zwei parallelen Ebenen so anzuordnen, dass bei gegebener Heizstabzahl die Abstände verdoppelt werden, hat infolge der oben geschilderten Umstände zu keinem Erfolg geführt.
Insbesondere wurde erkannt, dass die durch Temperaturregler bewirkten häufigen Ein-und Ausschaltungen zu Lockerungen der Heizleiterbindungen führen, die unter dem Einfluss der elektrodynamischen Felder eine allmähliche Näherung und damit eine progressive Kraftzunahme der gegenseitigen Anziehungen zur Folge haben. Infolgedessen entstanden betriebsstörende Kurzschlüsse und Schmorstellen.
Besonders störend machten sich diese Schwierig- keiten bemerkbar, wenn die Öfen mit Netz- spannung betrieben werden sollen, weil gerade dann grosse Leiterlängen untergebracht werden müssen, um den erforderlichen Widerstand zu erzielen.
Beseitigt werden diese Schwierigkeiten, wenn ein elektrischer Heizkörper gemäss der Erfindung verwendet wird. Dieser Heizkörper, dessen Widerstand aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, oder Legierungen dieser Elemente untereinander, besteht, wird von einem mattenartigen Flechtwerk gebildet, welches aus dem Widerstandsdraht und aus hochfeuerfesten Stäben, vorzugsweise aus Sintertonerde, bei welchem der Draht endlos um die in beträchtlichem Abstand voneinander angeordneten Stäbe geflochten ist, besteht.
Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert.
Fig. 1 ist ein Schnitt längs der Linie A-A, während in Fig. 2 der Heizkörper in Aufsicht gezeichnet ist.
Um das mattenartige Flechtwerk für den Heizkörper herzustellen, sind Stäbe 1 vorgesehen.
Im gewählten Beispiel sind es fünf, es können deren aber auch mehr oder weniger sein, je nachdem, welche Ausdehnung der Heizkörper besitzen soll. Die Stäbe bestehen aus hochfeuerfestem Werkstoff, wofür sich insbesondere Stäbe aus Sintertonerde bewährt haben. Der Widerstandsdraht 2, beispielsweise aus Molybdän, wird, wie beim Mattenflechten, unter und über den einzelnen Stäben hindurchgeführt. Wenn das Ende der Stabreihe erreicht ist, wird der Draht, wie bei 3 ersichtlich, umgebogen und in einem gewissen Abstand von der ersten Windung in gleicher Weise mit den Stäben verflochten. Dabei ist darauf zu achten, dass auf jedem Stab der Draht
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über dem Stab verläuft.
Auf diese Weise entsteht ein Flechtwerk, das eine bemerkenswerte mechanische Steifigkeit aufweist, die selbst bei Temperaturen erhalten bleibt, bei denen bereits die Dauerfestigkeit des hochschmelzenden Werkstoffes, wie Molybdän od. dgl., merklich nachlässt.
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Die Steifigkeit kann durch den Abstand, der für die einzelnen hochfeuerfesten Stäbe von- einander gewählt wird, den jeweiligen Betriebs- bedingungen angepasst werden. Selbstverständlich können die mechanischen Eigenschaften des geflochtenen Heizkörpers in einem gewissen
Umfang auch durch die Wahl des Durchmessers für den Widerstandsdraht selbst beeinflusst werden.
Die Anordnung bietet ausserdem die Gewähr, dass die Drähte nicht miteinander in Berührung geraten, weil sich infolge ihrer Lagerung die elektrischen Felder gegenseitig aufheben. Es kann jedoch zur weiteren Sicherung der Lage der einzelnen Drahtwindungen und zur Erleichterung der Herstellung zweckmässig sein, die Stäbe 1 mit Kerben 4 zu versehen. Es können aber auch statt der Kerben auf den glatten Stäben Rollen 5 aus Sintertonerde in geeignetem Abstand aufgesetzt werden.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass der Heizkörper gemäss der Erfindung das Unterbringen einer grossen Menge von Draht auf engem Raum gestattet, wobei ein Körper erzeugt wird, der hohe mechanische Festigkeit besitzt. Der Heizkörper nach der Erfindung stellt im übrigen ein selbständiges Bauelement dar, das ausserhalb des Ofens hergestellt und sodann einfach in diesen eingelegt werden kann, wozu es im Ofen selbst nur einfacher Mittel bedarf, während bisher der Ofenraum Konstruktionsteile aufweisen musste, mit denen die einzelnen Drähte, Schlaufen oder Stäbe zu verbinden waren.