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Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizwiderstandsmasse.
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klein und wechselnden Mengen von besser oder schlechter leitenden Stoffen (beispielsweise Graphit oder Siliziumverbindungen) herzustellen. Die bekannt gewordenen Methoden zur Erzeugung solcher Heizwiderstandsmassen stellen jedoch rein empirische Rezepte dar. kurzem, es wurde in dieser Richtung früher niemals systematisch gearbeitet. Demgegenüber betrifft vorliegende Erfindung ein Verfahren, nach welchem bei der Herstellung der Reizwiderstandsmasse ganz systematisch vorgegangen wird, indem die Kohle und der Graphit oder die Siliziumverbindung, die je als Zusatz dienen sollen, getrennt auf eine bestimmte Grösse gekörnt und dann vermischt werden.
Umgekehrt kann aber auch in der Weise ver- fahren werden, dass die Kohle und der Graphit oder die Siliziumverbindung in fein verteiltem Zustande zunächst vermischt und dann erst auf eine hestimmte Grösse gekörnt
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Masse und elektrischen Strom. Mit Bezug auf die zu verwendende Korrngrösse wurde gefunden, dass bei gleichbleibenden Dimensionen der Leiterschicht und gleicher Stromstärke
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Wirkung nicht mehr gewährleistet. Als Kohle wird eine solche verwendet, die keine vergasbaren Bestandteile mehr enthält. Eine Vermischung des Kohlenstoffes mit Graphit erhöht in bekannter Weise die Fähigkeit der Heizwiderstandsmasse, den Strom zu leiten, das
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Widerstand = K.
Länge Querschnitt (wobei K eine Konstante, u. zw. der spezifische Widerstand ist) auf eine für den praktischen Gebrauch bewährte Heizröhre von 500 mm Länge und 20 mm lichte Weite (Durchmesser) um, so ergibt sich hieraus der elektrische Widerstand, u. zw. in dem vorliegenden Falle: 1. bei Massekörnern von 2 mm Durchmesser... 35, 5 Ohm 2. # # # 1 # # . . . 38,8 #
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Denkt man sich nun, dass eine solche Heizröhre von 500 mm Länge und 20 mm lichtem Durchmesser nacheinander hei Spannungen von 100, 105 und 110 Volt dieselbe Watt-Belastung, also den gleichen Wärmeeffekt, haben soll, so kann dies leicht dadurch erreicht werden, dass die Röhre bei 100 Volt mit 2 mm Körnung
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110 unter 1" gefüllt wird.
Nach dem Ohmschen Gesetz ist in jedem einzelnen Falle die Stromstärke so hoch, dass sie mit der Spannung multipliziert dieselbe Wattzahl ergibt.
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Der kleine Unterschied zwischen der Anzahl Watt in den drei Fällen kommt hier nicht in Betracht.
Für den praktischen Gebrauch ist diese feine Abstimmung des Widerstandes durch die Wahl der entsprechenden Korngrösse von grosser Bedeutung. Denkt man sich, dass mangels eines solchen Abstimmungsmittels bei jeder geringen Spannungsdifferenz eine andere
Lange oder ein anderer Querschnitt des Widerstandselementes gewählt werden muss, so ergibt sich daraus für die Fabrikation ein grosser Nachteil, müssen doch hienach auch die
Gestelle und Montageteile jedesmal verschieden sein.
Umgekehrt lassen sich je nach der Beschaffenheit und Korngrösse der zur Verfügung stehenden Widerstandsmassen die jeweilig erforderlichen Abmessungen der Heizapparate hinsichtlich der Elektrodenentfernung und dem Massenquerschnitt rechnerisch leicht be- stimmen.
Sollten z. B. Heizwiderstandsmassen für Ströme von 200-600 Volt Spannung nach der oben angegebenen Methode hergestellt werden, so wird man zunächst durch Wahl der
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E,. 520-600 K++5 wobei hohle und x eine nichtleitende Beimengung in verschiedenen mit # 1, 2, 3, 4, 5" bezeichneten Mengenverhältnissen bedeutet.
Jede dieser Ilauptgruppen A-E kann man durch Absieben der verschiedenen Korn- grössen in acht Untergruppen entsprechend den acht verschiedenen Körnungen einteilen.
Das Verfahren in seiner abgeänderten Form wird vorteilhaft wie folgt ausgeführt :
Es werden die Beimengungen in innigste Mischung mit dem später zu körnenden Material bereits zu Anfang gebracht. So kann beispielsweise unter Benutzung einer Kohle, die keine i vergasbaren Bestandteile mehr enthält, eine Massemischung hergestellt werden, welche einen hohen Prozentsatz mehr oder weniger leitender Materialien, z. B. Carborundum (Silizinm- karbid), enthält.Die Komponenten werden, wie üblich, in staubfeiner Mahlung mit einem
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Drücke in Formen gepresst und unter Luftabschluss bei möglichst hoher Temperatur gebrannt. Das so entstandene Produkt unterliegt dann der Körnung und Sichtung auf gewünschte Korngrösse.
Zur Durchführung der letztgenannten Methode stellt man z. B. zehn verschiedene Materialgattungen je aus Kohle und dem mehr oder weniger leitenden Zusatz her, so dass also die Materialgattungen Sorte für Sorte jede ein anderes spezifisches Leitvermögen haben ; hun kann man von jeder dieser Sorte sieben Körnungen (1, 2, 3... 7 mm) herstellen. Es ergeben sich somit 7 X 10 = 70 verschiedene Heizwiderstandsmassesorten, von denen jede einen anderen Widerstand besitzt, so dass bei gleicher Spannung die verschiedensten gewünschten Wärmeeffekte (entsprechend den verschiedenen Stromstärken) erzielt werden können.
Die neue Masse wird einfach, nach Art eines Heizmateriales, über eine beliebig grosse, zu erhitzende Fläche ausgebreitet und teils durch Widerstandsteils durch Lichtbogenheizung auf jede gewünschte Temperatur (2-30000 C) erwärmt.
Die. neue Masse hat, wie aus dem Gesagten schon hervorgehen dürfte, die Gestalt eines kleinkörnigen Pulvers, welches in beliebig starker Schicht (je nach den gewollten Temperaturen) einfach um den zu erwärmenden Gegenstand (Schmelztiegel, Muffel, Ofengewölbe beliebiger Grösse, Teile, die zusammen verschweisst werden sollen oder beispielsweise Eisen- stücke, deren Oberfläche gekohlt bzw. gehärtet werden soll usw. ) herum geschichtet wird.
Beim Hindurchleiten eines entsprechend hoch gespannten elektrischen Stromes durch diese Masseschicht entsteht zwischen den einzelnen Masseteilchen eine grosse Anzahl kleiner Lichtbögen, die der Masse nach einigen Minuten das Aussehen einer in hochglühendem Zustande befindlichen Koks-oder Kohlenschicht und die Fähigkeit verleihen, den von ihr umschlossenen Körper in kurzer Zeit, die nach Minuten zählt, auf die höchsten Temperaturen (bis 30000 C, die Temperatur des Lichtbogens) zu erhitzen. Dabei verzehrt sich die Masse,
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werden.
Ebenso sind aber auch niedrigste und auf das genaueste regelbare Temperaturen mit der Masse erziolhar, wenn es sich z. B. darum handelt, Wärme nicht auf einen Schmelzraum zu konzentrieren, sondern nach aussen strahlende Wärme zu erzeugen, wie dies z. B. für Heizanlagen von Wohn- und anderen Räumen, beispielsweise Strassenbahn. wagen oder dgl., der Fall ist. Man bringt dann die geeignet zubereitete Masse nicht um, sondern in den zu erwärmenden Heizkörper und schickt durch sie einen so schwachen
Strom hindurch, dass die Lichtl) ogenbildung zwischen den einzelnen Masseteilchen in dem
Auge wenig oder gar nicht mehr wahrnehmbarer Weise vor sich geht. Die Masse strömt dann nur eine gleichmässige, milde Wärme aus. Alle Apparate, die jetzt mit Hilfe von
Platin-, Nickel-usw.
Leitern in unsicherer und kostspieliger Weise elektrisch erhitzt worden, lassen sich, ohne Ausnahme, mit der neuen Masse heizen, man braucht letztere hiezu einfach, wie ein gewöhnliches Brennmaterial, in den zu heizenden Körper ein- zuschichten.
Angenommen, es sei, wie in der Zeichnung dargestellt, a ein Tiegel, in welchem irgend ein Material, z. H. Nickel, unter Anwendung der neuen Heizwiderstandsmasse zum
Schmelzen gebracht werden soll, u. zw. unter möglichst sparsamem Stromverbrauch. Will man dies erzielen, so ist zunächst Hauptbedingung, dass möglichst nur die mit dem Schmelz- gute in unmittelbarer Berührung befindlichen Flächen, also hier die Wandungen des
Tiegels a erhitzt werden, alle entwickelte Wärme in das Innere dieses Tiegels geleitet und alle Wärmeverschwendung durch Erwärmung von von der Tiegelumfläche entfernt liegenden Teilen, besonders der Wandungen b des Ofens vermieden wird.
Aber noch mehr :
Die Wärmezufuhren zu dem Tiegel a müssen auch verschiedenartig sein, denn in der
Zone r-r braucht bekanntlich ein Tiegel mehr Hitze als in der Zone d-d und am aller- wenigsten Wärme ist in der Zone ('- vonnöten, daher hat man bei gleichmässiger WärmezufuhrnnR bisher die stetige Erfahrung gemacht, dass solche Tiegel nahe ihrer
Mündung im ol) eren Teil schwer warm zu bekommen sind und das Gut in diese) Höhe nicht gar wird, während der Boden des Tiegels verbrennt. Diese Übelstände lassen sich mit den nach vorliegendem Verfahren erzeugten Widerstandsmassen leicht beseitigen.
Stellt man sich vor, dass in der Zeichnung die Masseschicht N diejenige ist, welche dem Fliel3en der zu den Drähten f und g geleiteten Ströme den mindesten Widerstand entgegensetzt, während die Schicht-M aus einer so abgestimmten Masse besteht, dass sie den zu vorwendenden Strom nicht oder nur wenig hindurchlässt, so ist ersichtlich, dass die /u den negativen Klemmen geleiteten Ströme lediglich ihren Weg durch die Masse V, also längs uud miglichst nahe der Umnächo des Tiegels a entlang, nach den negativen
Klemmen nehmen müssen. Es wird daher in der Hauptsache nur in der Masseschicht S eine Hildung kleinster Lichtbögen stattfinden und nur diese Schicht eine intensive Er- hitzung erfahren und ihre Wärme unmittelbar an den Tiegel abgeben.
Die Massesschicht M
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dagegen wird gar nicht oder nur von einem schwachen Strom durchflossen werden, daher keine oder nur eine leichte Erwärmung erfahren und somit lediglich als besonders guter Wärmeisolator wirken. Ausgedehnte Versuche haben bewiesen, dass Apparate, die. nach vorstehenden Angaben gefertigt und mit Masse beschickt sind, nach aussen hin kaum merklich Wärme ausstrahlen, während in ihrem Inneren die höchsten Temperaturen herrschen.
Selbstverständlich lässt sich die neue Heizwiderstandsmasse nicht nur in dickeren und dünneren Schichten usw. verwenden, sondern auch mehr oder weniger fest zusammengedrückt benutzen, wodurch noch weitere Wärmeabtönungen erzielt werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizwiderstandsmasse aus einer Mischung von Kohlenklein und wechselnden Mengen von Graphit oder Siliziumverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohle und der Graphit oder die Siliziumverbindung, die je als Zusatz dienen sollen, getrennt auf eine bestimmte Grösse gekörnt und dann vermischt werden.