CH306940A - Elektrisches Widerstandsheizelement. - Google Patents

Description

  Elektrisches     Wideratandsheizelement.       Gegenstand der Erfindung bildet ein elek  trisches     Widerstandsheizelement    mit einem,  z. B. prismatischen oder zylindrischen, kera  mischen Träger und einem auf diesem,     vor-          ztigsweise    schraubenlinienförmig,     aufgewik-          kelten,    metallischen Heizleiter.  



  Bei den bisher bekannten     Ausführungen     von solchen     Elementen    hat man schon ver  schiedene, mehr oder weniger befriedigende       Wicklungsformen    angewandt. Bei älteren  Bauarten wurde einfach ein glatter Rund  draht in, Schraubenform auf den keramischen  Träger     aufgewickelt.    In der Wärme hebt  sieh jedoch bei dieser Ausführungsform der  Heizleiter wegen der gegenüber dem Träger  material grösseren     Wärmeausdehnung    von  dem Träger ab, so dass der     Wärmekontakt     unterbrochen wird,

   wobei der Heizleiter eine  erhebliche     übertemperatur        annimmt    und     züi-          dem    die Gefahr der Berührung     benachbarter     Windungen besteht.  



  Zur Behebung     dieses    Nachteils hat man  den metallischen, runden     Heizleiterdraht    ge  mäss anderer Vorschläge zunächst     gewendelt     und sodann diese Wendel wieder in Schrau  benform um den     keramischen        Heizleiter-          träger    gewickelt.

   Die Wendel ist in der Lage,  die in der Wärme auftretenden Längendeh  nungen in sich     aufzunehmen    und damit das  Abheben vom keramischen Träger zu vermei  den;     es    ist jedoch nachteilig, dass nur die  innen, d. h. am Träger liegenden Teile der  Wendel einen unmittelbaren Wärmekontakt    mit der Unterlage haben, so dass der Wärme  übergang     insgesamt    unbefriedigend ist.

   Bei  der meist gebräuchlichen     Verwendung    einer  keramischen     Einbettmasse    wird zwar dieser  Nachteil bis zu einem     gewissen    Grad auf  gehoben, jedoch ergibt sich dabei eine ver  hältnismässig dicke Schicht der     Einbettmasse     und damit eine beträchtliche Wärmekapa  zität.  



  Um einen möglichst     intensiven        Wärme-          kontakt    der     Heizwicklung    mit dem kerami  schen Träger zu erzielen, wurde schon früh  zeitig der Vorschlag gemacht, den Heizleiter  in Bandform     auszubilden.    Bei     glatter    Wick  lung in Schraubenform hat     indessen    auch  diese Ausführung den Nachteil der glatten  Drahtwicklung, indem sich in der Wärme  der Heizleiter wegen der gegenüber dem  Trägermaterial grösseren Wärmeausdehnung  vom keramischen Träger abhebt.

   Bei Ausbil  dung des Heizleiters als sehr dünnes Band  oder Folie tritt dieser Nachteil zwar nicht  auf, da das dünne Band oder die Folie  infolge der grossen Berührungsfläche mit  dem     keramischen    Träger und der     sich    damit  auswirkenden Adhäsion die Längenausdeh  nung durch Bildung     geringfügiger    Falten in  sich ausgleicht. Jedoch kommen bei der grö  sseren Oberfläche des Heizleiters oxydierende  Einflüsse wirksamer zur Geltung, die in  Verbindung mit der geringen     Materialstärke     zu einer relativ     kurzen        Lebensdauer    des       Heizleiters    führen.

        Das vorliegende elektrische     Widerstands-          heizelement    ist gemäss der     Erfindung    da  durch gekennzeichnet, dass der Heizleiter aus  einem in Längsrichtung gewellten Metall  band besteht.  



  Im folgenden werden an Hand der Zeich  nung     Ausführungsbeispiele    des     Erfindung--:          gegenstandes        erläutert.     



  Die     Fig.    1 bis 3 stellen bandförmige,  noch nicht auf den keramischen Träger auf  gewickelte, metallische Heizleiter dar, die in  verschiedener Weise gewellt sind.  



  Die     Fig.    4 stellt in perspektivischer An  sicht das eine Ende eines     Widerstandsheiz-          elementes    mit einem aufgelegten gewellten       Heizleiterband    dar.  



  In     Fig.5    ist ein     Widerstandsheizelement     im Querschnitt dargestellt. Dicke     und    Breite  sowie die Länge des     gewellten        Heizleiter-          bandes    sind abhängig von der zu     übertra-          (yenden        elektrischen        Leistung    sowie der vor  liegenden     Ansehlussspannung.    In der Regel.  ist der Heizleiter einige     Zehntel    Millimeter  bis einige Millimeter dick; die Bandbreite be  trägt ein Vielfaches davon,     beispielsweise    das  5- bis 30fache der Banddicke.

    



  Die Wellenform wird dem     Heizleiterband     nach bekannten Verfahren aufgeprägt, bei  spielsweise dadurch, dass man das Band in  Stirnrichtung zwischen zwei zahnradähn  lichen Scheiben     hindurchlaufen    lässt, deren  Zähne     ineinandergreifen    und das gewünschte  Wellenprofil aufweisen. Es sind verschiedene  stetige Wellenformen gemäss einfacher peri  odischer Funktionen anwendbar. Im allgemei  nen genügt eine normale     sinusförmige        Aus-          führungsform.    Die Heizleiter nach den     Fig.1     bis 3 sind     beispielsweise        sinusförmig    gewellt.

    Bei dem     Heizleiterbänd    nach     Fig.1    ist die       _NNrellenlänge    der     Wellung    kleiner als beim  Band nach     Fig.    2. Die     Fig.    3     zeigt    noch ein  Band, beidem die Wellenamplitude der     Wel-          lung    grösser ist als bei den Ausführungsbei  spielen nach den     Fig.1    und 2. Im allgemei  nen ist es zweckmässig, die Breite des Bandes  grösser zu wählen als Wellenlänge und Wel  lenamplitude des Bandes.

   Statt einer     sinus-          förmigen    Kurve lässt sich auch eine Wellen-    form verwenden, die beispielsweise aus zu  sammengesetzten     Kreisbogen    besteht. Jeden  falls sollen zackige Kurvenformen vermieden  werden, weil dadurch im Heizleiter Bean  spruchungen auftreten, die die Festigkeit des  gewellten Bandes beeinträchtigen und seine  Elastizität herabsetzen.  



  Der keramische Träger für     die        Heizwick-          lung    ist     üblicherweise    ein rundes oder ovales  Rohr; er kann jedoch auch aus einem prisma  tischen Hohlkörper     bestehen,    beispielsweise  mit vieleckigem Profil. Die     Fig.    4 und 5 zei  gen einen keramischen Träger ? in Form  eines zylindrischen Rohres, wie es     beispiels-          weise    in     Laboratoriumsrohröfen    Verwendung  findet.

   Als     Werkstoffe    für den     Träger    kom  men die in vielfältiger Auswahl zur Verfü  gung stehenden hochhitzebeständigen kerami  schen Materialien in Betracht. Auf den Trä  ger ist das gewellte     Heizleiterband    1 in     der.     üblichen Formen, z. B. schraubenförmig, auf  gewickelt. Zur     Stromzuführung    sind an bei  den Enden des Bandes Anschlüsse in einer  der bekannten     Ausführungsformen    ange  bracht.  



  Als     Werkstoffe    für das gewellte     Heiz-          leiterband    kommen die bekannten unedlen  und edlen Metalle oder     34Ietallegierun4-en     in Frage,     beispielsweise        Chx,om-Aluminium-          Eisen-Legierung    oder Platin bzw.     Platin-          Legierungen.     



  In vielen Fällen ist es empfehlenswert,  den Heizleiter noch in einer keramischen  Masse 4     einzubetten        (Fig.5).    Durch sie wer  den oxydierende Einflüsse bis zu einem ge  wissen Grad ferngehalten und vor allem die  Verschiebung und     gegenseitige    Berührung  einzelner Windungen, besonders bei verti  kaler Lage der     Längsachse    des Trägers, ver  hindert.

   Das letztgenannte Ziel lässt sich  jedoch auch dadurch erreichen, dass der ke  ramische Träger mit gewindeartigen Rillen  zur Aufnahme des     Heizleiterbandes    versehen  ist, oder     dass    Abstandsstücke     ai        s    geeignetem,  elektrisch isolierendem Material zwischen den  einzelnen Windungen des Heizleiters ange  bracht sind. Auch für Innenwicklung kann  das gewellte     Heizleiterband    verwandt wer-      den. Wegen seiner Elastizität presst es sich  fest gegen die Innenwände des Trägers, und  man     benötigt    keine weiteren Stützorgane  mehr.  



  In gewissen Fällen ist es zweckmässig,     die          Wellung    des Heizleiters so     herzustellen,    dass  man. diesen zwischen zwei verhältnismässig  langen, miteinander kämmenden Zahnrädern  hindurchlaufen lässt, und zwar in einem  schiefen Winkel zu den parallelen Zahnrad  achsen. Derartige Heizleiter     lassen    sich       ausserordentlich    leicht zu einer Schrauben  linie aufwickeln, die eine grosse Stabilität  aufweist, so     da.ss    sich die Windungen der       Heizkörperwieklung    praktisch kaum berüh  ren können.

   Dieser Vorteil tritt besonders in  Erscheinung, wenn der keramische Träger  körper mit der     Wellung    des     Heizleiters    an  gepassten Längsrillen ausgerüstet ist.  



  Das Heizelement mit Träger kann sowohl       stabförmig        als    auch     spiral-    oder schrauben  linienförmig gewunden sein. Insbesondere hat  sich ein Aufbau mit rohrartigem keramischem  Träger eines     verhältnismässig    grossen Durch  messers in der Praxis     bewährt,    dessen Innen  raum zur Aufnahme der zu erhitzenden Gü  ter dient. Eine solche Ofenform kommt. ins  besondere für Laboratoriumsöfen in Frage.

    Dabei kann im     Nutzraiun    eine     iun        101/o    und  mehr höhere Temperatur erzielt werden ge  genüber ähnlichen Bauarten mit     ungewelltem          Heizband    und gleichem Leistungsbedarf bzw.  ist zur Erzielung einer gleichen Nutztempe  ratur eine entsprechend geringere Leistung  erforderlich.

   Da zum Festlegen des gewellten       IIeizleiterbandes    weniger     Einbettmasse    nötig  ist, wirkt sieh dies auch auf die     Anheizzeit          aus,        welche        bis        zu        40%        geringer        als        bei        an-          dern    Bauarten gleicher Leistung sein kann.  



  Der Vorzug der beschriebenen gewellten  Heizbänder liegt darin, dass infolge ihrer  eigenen Elastizität kein Abheben .des Bandes  vom keramischen Träger durch die Längen  ausdehnung in der Wärme     erfolgt.    Sie kön  nen einen ausserordentlich guten Wärmekon  takt mit der Trägeroberfläche besitzen. Wegen  ihrer im. Vergleich zum Querschnitt grossen  Oberfläche ergibt sieh eine geringere Ober-         fläehentemperatur    des Heizleiters; was wie  derum zu einer hohen     Lebensdauer    führt.

    Das geringere Volumen des     Heizleiters    aus  gewelltem Band ist auch wegen der dadurch  möglichen Gewichtsersparnis an teuerem       Heizleitermaterial,    wie Platin, in     wirts,ehaft-          licher    Hinsicht von Vorteil.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem keramischen Träger und einem auf diesem aufgewickelten, metallischen Heiz- leiter, dadurch gekennzeichnet, da.ss der Heiz- leiter aus einem in Längsrichtung. gewellten Metallband besteht. UNTERANSPRÜCHE: 1. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss der. keramische Träger prismatisch ist. 2. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Träger zylindrisch ist.

   3. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter schraubenlinienförmig auf den keramischen Träger aufgewickelt ist. 4. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenprofil sinusförmig ist. 5. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Wellenlänge als auch die Wellenampli tude der Wellung des Bandes kleiner sind als die Breite des Bandes.

   6. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenprofil aus zusammengesetzten Halb kreisen besteht. 7. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter in einer keramischen Einbettmasse eingebettet ist. B. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Träger Rillen zum Einlegen des Heizbandes besitzt.

   9. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Windungen des gewellten Heiz leiters elektrisch isolierende Abstandhalter auf den Träger aufgesetzt sind. 10. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramisehe Träger als Rohr ausgebildet ist, dessen Innenraum zur Aufnahme der zu erhitzenden Güter dient. 11. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Heizkörper als Stab ausgebildet ist..

   12. Widerstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Träger spiralförmig gewunden ist. 13. )Tiderstandsheizelement nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss der keramische Träger schraubenlinienförmig ge wunden ist.