Elektrischer Widerstandsofen. Die bisher bekannten fIochtemperaturöfen mit elektrischer Widerstandbeheizung sind im allgemeinen mit einem 1iurzsehluss-Kohlerohr bzw. Kohlestäben ausgerüstet.. Die Kohle wird als Heizelement dem Graphit gegenüber wegen des höheren elektrischen Widerstandes vorge zogen. Diese Kohlewiderstandsöfen haben den grossen Nachteil, dass die Heizelemente sehr oft erneuert. werden müssen. Deshalb muss wegen der schweren Bearbeitbarkeit der Kohle eine Reihe ferti-er Heizelemente ständig vorrätig gehalten werden.
Ausserdem muss bei Tempera turen um 2000" C mit einem Sehwinden der Kohle und oberhalb 2000 C mit einer Graphi- tierung des -Materials gerechnet werden. Diese Nachteile standen der Entwicklung grösserer Iloehtemperaturöfen mit Kohlewiderstands- elementen im Wege.
Bei der Bauweise der Kohlegriessöfen ist man an einen keramisch abgegrenzten Raum gebunden, in welchem der Griess eingefüllt wird. Da die Kohle bei Temperaturen von 2000 C mit allen allgemeinen gebräuchlichen keramischen IVlaterialien reagiert, sind solche Öfen bisher auch nicht für hohe Tempera turen in Frage gekommen. In Spezialfällen, wo bereit." Graphit als Heizwiderstand an gewandt wurde, hat man sich auf verhältnis mässig geringe Querschnitte der Heizelemente beschränkt, oder man war gezwungen, den kostspieligen Weg der extrem hohen Betriebs stromstärken zu beschreiten.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Nachteile zu vermeiden. Sie betrifft. einen elektrischen _N\ iderstandsofen mit nicht metallischem Heizelement zur Erzeugung hoher Temperaturen, dessen Innenwandung mindestens teilweise durch das Heizelement gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement in der Stromrichtung unterteilte, lose aneinanderliegende Teilwiderstände auf weist, die derart angeordnet, gestaltet und be messen sind, dass die beim Stromdurchgang erzeugte Wärme zum grösseren Teil durch die sieh an den Berührungsstellen der Teilwider stände ausbildenden Übergangswiderstände geliefert wird. Das Heizelement kann z.
B. die Form eines Stabes, aus einzelnen Graphit formkörpern aufweisen, die aneinandergefügt sind und an den Berührungsflächen quer zur Lä.ngariehtun- des Stabes Übergangswider stände bilden.
Bei einem derartigen Hoehtemperaturofen war ztx befürchten, dass -an den Übergangs stellen des elektrischen Stromes der Kontakt, zum Teil in Abhängigkeit von dem Anpress- druck nicht ganz gleichmässig ausfalle und sieh kleine Lichtbögen ausbilden würden, die zur Schädigung bzw. Zerstörung der Stellen führen müssten, an denen die Lichtbögen , brennen.
Überraschenderweise hat sieh jedoch gezeigt, dass bei Anwendung von Graphit oder anderem geeigneten Widerstandsmaterial der Stromübergang in dem Heizelement durchaus gleichmässig ausfallen und dadurch ein gleich mässiger Ofenbetrieb bei geringer Strombela stung erreicht werden kann.
Der Ofen gemäss der vorliegenden Erfin dung kann in viel grösseren Abmessungen ohne unwirtschaftlich hohe Kosten gebaut und be trieben werden, als die vorbekannten Wider standsöfen, da es z. B. nicht mehr erforder lich ist, lange Graphitstäbe oder dergleichen aus einem Stück als Heizelement zu verwen den, die bei grösseren Öfen eine Sonder anfertigung voraussetzen. Vielmehr kommt man unter Aasnutzung einer Vielzahl von Übergangswiderständen mit einer verhältnis mässig kleinen Länge des Heizelementes aus. Hierdurch wird der Bau grosser Öfen sehr erleichtert und oft wirtschaftlich erst tragbar. In einen solchen Ofen können z.
B. hochfeuer feste Oxyde wie Aluminiumoxyd gesintert oder ähnliche Erhitzungsvorgä.nge auf dem keramischen Gebiet, die sehr hohe Tempera turen erfordern, ausgeführt werden. Bisher war man in solchen Fällen auf Gasheizung, angewiesen, da elektrische Öfen, die an sich eine grössere Betriebssicherheit und genauere Temperatureinstellung gewährleisten, in grö sseren Abmessungen für diese Zwecke als un- wirtschaftlieh angesehen wurden. Ein wei.. teres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von künstlichen Edelsteinen.
Ferner kann man hochschmelzendes Metall wie Wolfram sintern und mit Vorteil Karbide, z. B. Wol- fra-nikarbid, Borkarbid usw., deren Herstel lung ebenfalls hohe Temperaturen erfordert., in grosser Reinheit erzeugen. Schliesslich kön nen auch Gasreaktionen in den Öfen durch geführt werden.
Zweckmässig wird das Ofengehäuse gas dicht ausgebildet, so dass der Betrieb des Ofens oder zumindest das Anheizen bis auf eine Temperatur von über etwa 2000" C im Vakuum oder in einer inerten Sehut7gasatmo- sphä.re, z. B. in einer Stickstoff-, Argon- oder dergleichen Atmosphäre vorgenommen wer den kann. Ist diese Temperatur erreicht, so kann das Vakuum vermindert oder gegebenen falls ganz aufgehoben werden, da sieh gezeigt.
hat, dass bei so hoher Temperatur die Gefahr einer Schädigung der Stromübergangsstellen durch Ausbildung von Liehtbo,en oder der gleichen nicht oder nur in geringfügigem Masse besteht. Aus diesem Grunde weisen die Heizwiderstände eine besonders hohe Lebens dauer auf.
An Stelle von Graphit können auch andere Stoffe als Widerstandsmaterial verwendet werden. So ist es z. B. möglich, Metallkarbide zu verwenden, die bei den Arbeitstempera turen noch weitgehend beständig sind, z. B. Wolfram-, Titan-, Zirkon-, Tantal- oder Bor karbid. Auch ist, es möglich, Widerstände heterogener Zusammensetzung zu verwenden, z.
B. verschiedene Metallkarbide miteinander zu kombinieren, etwa in Form von Sinterkör- pern. Als gut. geeignet hat sich ebenfalls eine Kohle erwiesen, die kurzzeitig auf hohe Tem peraturen über 2500 C erhitzt wurde, oder schwer graphitierbar e Kohle, die nach dem Graphitierungsvorgang ein Material von hohem elektrischem -NV iclerstand ergibt. Schliesslich ist es auch möglich, Widerstände aus verschiedenen Stoffen, z. B.
Karbiden, wie Wolfranikarbid und Kohlenstoff, z. B. Russ, aufzubauen. Hierdurch ist malt in die Lage versetzt, durch entsprechende Wahl der Anzahl der Über-angswiderstände und der Zusammensetzung- des Widerstandsmaterials Bedin-un-en zu @ schaffen, die jeweils dem gewünschten Erhitzungsprozess angepasst sind.
Die beiliegende Zeichnung zeigt z@vei Aus führungsbeispiele des Erfindungs < g@egenstandes. Fig. 1 zeigt eine Gesaintanordnun- im ver tikalen Längsniittelsclniitt.
Fig-. \' zeigt den Aufbau des Heizelemen- tes bei einer andern Ausführungsform.
Bei der Ausführun gsforin gemäss Fig.1ist im untern @bselilnss des Gehäuses 1 ein lioli- ler Kupferkonus 2 hart eingelötet, der im Innern kräftig mit. Wasser gekühlt wird. Auf diesem Konus sitzt ein CTraphitzclinder 3 xgut passend auf, der als Stromabführung von der heissen Zone des Ofens dient, und über den harteingelöteten gekühlten Kupferkoinis 2 mit dein Ofengehäuse 1. in leitender Verbindung steht.
Auf dein Graphitzt-linder 3 sitzt ein im Querschnitt rohrförmiges Heizelement an welches sieh ein hülsenförmiger Strom zuführungsteil 5 aus Graphit anschliesst. Die obere Hälfte des Teils 5 ist konisch ausge bildet und steckt. in einer Graphitplatte 6 mit konischer Bohrung, der der Strom mittels zwei Kupferrohren 7 zugeführt wird. Die beiden wassergekühlten Kupferrohre 7 führen den elektrischen Strom isoliert. durch die gas dichten Verschlüsse 10 ein. Auf der Platte 6 liegt als Wärmeisolator eine Graphitplatte 8 und darüber noch eine keramische Abdeckung 9.
Der elektrische Strom wird über die bei den Kupferrohre 7 isoliert dem Ofen zu- und über das geerdete Gehäuse 1 abgeleitet. 11 stellt einen Wärmeisoliermantel, z. B. aus einer Sehüttung von Holzkohlegriess, dar, durch den eine Abstrahlung der Wärme weit gehend verhindert wird. Zur Evakuierung des Heizraumes ist. ein Rohrstutzen 12 an geordnet, an den eine Vakuumpumpe an schliessbar ist, zur Unterstützung der Kühlung kann das Ofengehäuse in einen Behälter mit Wasser oder einer andern Kühlflüssigkeit ein tauchen oder mit ihr berieselt werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Heiz- element 4 in der Stromrichtung in eine Reihe von ringförmigen Teilwiderständen unterteilt, die lose aneinanderliegen, so dass an ihren Be rührungsstellen Übergangswiderstände auf treten, welche in ihrer Gesamtheit für die Wärmeleistung des Ofens massgebend sind. Die Wandstärke des rohrförmigen Heizelementes kann mehrere Zentimeter betragen.
Die Höhe der einzelnen Ringkörper, aus denen es zu- sammengesetzt ist, richtet sich nach der ge wünschten Ofenspannung. Je niedriger die Ringe bemessen sind, um so mehr Übergangs widerstände treten auf, wodurch sich die Be triebsspannung erhöht. Ein so ausgebildetes Heizelement hat im Vergleich ztt einem kom pakten Graphitrohr gleicher Abmessungen ein vielfacher an Gesamtwiderstand. Wie aus Fig. 1.
Hervorgeht, bildet die Innenmantelfläche des Heizelementes 4- minde stens teilweise unmittelbar die Wandung des zur Aufnahme des Glühgutes bestimmten Glühraumes. Die praktische Ausführung eines solchen Ofens hat ergeben, dass das Heizele- ment nach über 100stündigem Betrieb sein Aussehen praktisch nicht verändert hatte. Die Anheizzeit auf etwa 2000 C, zweckmässig im Vakuum, dauerte nur etw 45 Minuten. Der Ofen ist derart einfach, dass zur Bedienung ungesehultes Personal rasch angelernt werden konnte.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Aufbau des einen rechteckigen Rohrquer schnitt aufweisenden Heizelementes wieder derart, dass es aus einer Reihe lose a.nein- anderliegender Ringkörper besteht. Die ein zelnen Ringkörper sind jedoch ausserdem noch in Ringsegmente unterteilt, welche die eigent lichen Teilwiderstände bilden, und zwar liegt zwischen den benachbarten Ringsegmenten eines jeden Ringkörpers je ein Zwischenraum.
Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind die Zwi- sehenräume zweier benaehbarter Teilwider stände aufeinanderfolgender Ringkörper ver setzt zueinander angeordnet. Um dies zu er reichen, ist jeweils zwischen zwei nur aus vier Eckkörpern 1.3 bestehenden Ringkörpern ein Ringkörper eingefügt, der zwischen zwei Eck- körpern 14 noch je einen Mittelkörper 15 auf weist. Entgegen der Darstellung in der Zeichnung können die Ringkörper bzw.
Ringsegmente, um einen besseren Zusammenhang zu gewähr leisten, mittels Vorsprüngen und Einbuch tun gen ineinandergreifen, z. B. nach Art einer Verzahnung. Es kann jedoch die Berührungs fläche zweier benachbarter Teilwiderstände kleiner sein als die Stirnfläche der Teilwider stände. Es können also z. B. benachbarte Teil widerstände mittels vorstehender Ansätze an einanderliegen, so dass der Querschnitt für den Stromübergang von einem Teilwiderstand zum andern entsprechend verkleinert ist.
An Stelle von Holzkohlegriess kann für die Schüttung 11 (Fig.1) auch ein anderes wärmeisolierendes Material, z. B. Kohlepulver oder Kohlestück,-ut, Verwendung finden, in die das Heizelement eingebettet ist. Eine sol che Isolation unterstützt die Stabilität des 1leizeleinentes. Keramische Isolationen dürfen .in allgemeinen das Heizelement nicht. berüh ren.
In solchen Fällen wird das Heizelement freistehend in einem gewissen Abstand von der Isolation behalten., Kombinierte Isolatio nen aus Iier amik und Kohlepulv er, -riess oder -stücken sind anwendbar, sofern zwi- sehen dem keramischen Teil und dem kohlen- stoffhal.tif-en Isoliermantel ein chemisch indif ferenter Rinn,
beispielsweise aus Siliciumkar- 'id eingelegt wird. Der Ring aus Silieium- karbid kann aus Forinstüeken bestehen oder aueli nur lose ein-esehüttet werden. Auch ist eine Isolation durch Reflexschirme für hohe Vakua möglich.