Verfahren zur Herstellung elektrischer Heizstäbe Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Heizstäbe, bei welchen in einem metallischen Mantelrohr minde stens ein Widerstandsdraht in elektrisch isolierende, keramische Masse eingebettet ist.
Solche Heizstäbe werden oft in der Weise her gestellt, dass der Heizdraht wendelförmig gewickelt und in das Mantelrohr eingeführt wird. Durch eine Hilfsvorrichtung wird die Heizdrahtwendel im Man telrohr zentriert. Anschliessend wird in das Mantel rohr eine keramische Masse in Pulverform eingefüllt und durch Rüttel- oder Stampfbewegungen verdich tet. Dieses Verfahren ist besonders bei der Herstel lung langer Heizstäbe schwer auszuführen und ver hältnismässig teuer.
Die hierbei verwendeten Vorrich tungen haben den Nachteil, dass die Isoliermasse oft ungleichmässig verdichtet wird und dass vielfach die Heizdrahtwendel in der Längsrichtung deformiert wird. Dies führt zu ungleichmässigen Beanspruchun gen des Heizdrahtes und dadurch zu frühzeitigen Defekten.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei welchem die Heizdrahtwendel im Strangpressverfahren von einer teigförmigen keramischen Masse umpresst und nach dem Einbrennen in das Mantelrohr geschoben wird. Ist die Konsistenz der Masse ungleich, so wird auch hier die Heizdrahtwendel deformiert und aus der Mittelachse gedrückt. Zudem benötigt diese kera mische Masse in starkem Masse bindende Beimengun gen, die ihren elektrischen Isolationswert und ihre Leitfähigkeit herabsetzen.
Bekannt ist auch ein Verfahren, bei dem die Heiz drahtwendel durch einen keramischen Formkörper, der dem Mantelrohrquerschnitt genau angepasst ist, im Mantelrohr zentriert und isoliert wird. Durch Pres sen des Heizstabes wird der Formkörper vorerst pul verisiert und dann verdichtet. Auch diese Formkör- per benötigen zu ihrer Herstellung ein Bindemittel, jedoch nur in geringen Mengen. Nach neuesten Ver fahren hergestellte Formkörper, die im verwendungs bereiten, das heisst im vorgebrannten Zustand prak tisch kein Bindemittel mehr enthalten, sind jedoch so porös, dass sie im Mandelrohr nicht stark genug ver dichtet werden können, ohne das Rohrmaterial dabei zu hoch zu beanspruchen.
Trotzdem dieses Verfah ren in qualitativer und wirtschaftlicher Hinsicht sehr gute Ergebnisse erzielen lässt, muss bei sehr hoher Betriebstemperatur des Heizstabes zufolge ungenü gender Verdichtung der Isoliermasse doch mit einem gewissen Ableitungsstrom gerechnet werden.
Diese Mängel werden mit dem erfindungsgemä ssen Verfahren dadurch beseitigt, dass man den Wider standsdraht in einen diesem entsprechenden Hohl raum eines keramischen Formkörpers einbringt, dem eine solche Aussenform gegeben wurde, dass nach dem Einschieben des Formkörpers in das vorge formte Mantelrohr der Formkörper aussen an eini gen, seine Zentrierung im Mantelrohr gewährleisten den Berührungsstellen, von sich über den grösseren Teil seines Umfanges und mindestens annähernd seine ganze Länge erstreckenden Hohlräumen um geben ist, welche nach diesem Einschieben mit einem bindemittelfreien, keramischen Pulver gefüllt wer den, worauf durch Krafteinwirkung auf das Mantel rohr der Formkörper pulverisiert und die ganze,
das Mantelrohr füllende Isoliermasse verdichtet wird.
Zweckmässig wird dem Widerstandsdraht die Form einer Wendel oder eines Mäanders gegeben. Im Falle einer Wendel wird vorteilhaft gleichzeitig mit den genannten äussern Hohlräumen auch der zylindrische, die Wendel enthaltende Innenhohlraum des Formkörpers mit keramischem Pulver gefüllt.
In der befliegenden Zeichnung sind einige Aus führungsbeispiele von nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten, aber noch nicht auf ihre Endform gebrachten Heizstäben dargestellt; an Hand dieser Zeichnung sollen im folgenden Ausführungs beispiele des erfindungsgemässen Verfahrens näher er läutert werden. Es zeigt Fig. 1, 2, 3 und 4 je einen Heizstab im Quer schnitt und Fig. 5 den mäanderförmigen Widerstands draht des Heizstabes nach Fig. 4 in Ansicht.
Zur Herstellung des Heizstabes nach Fig. 1 wird eine Widerstandsdrahtwendel 1 in einen dem Aussen durchmesser der Wendel entsprechenden axialen Hohlraum 2 eines zylindrischen Formkörpers 3 aus keramischem Isoliermaterial eingebracht. Der unter Verwendung von möglichst wenig Bindemittel her- aestellte Formkörper 3, der sich aus Herstellungs gründen üblicherweise aus einer Mehrzahl axial an einandergereihter Teilkörper zusammensetzt, besitzt drei in gleichen Abständen über den Formkörper umfang verteilte, äussere Längsrippen 4.
Die äusser sten Mantellinien der Rippen 4 liegen in einer Zylin derfläche, deren Durchmesser dem Innendurchmesser des zylindrisch vorgeformten, metallischen Mantel rohres 5 entspricht. Die Wandstärke des Formkör pers 3 wird so klein, wie dies aus Festigkeitsgründen möglich ist, gewählt. Nach dem Einbringen der Wen del 1 in den Formkörper 3 wird der letztere in das Mantelrohr 5 geschoben. Die mit ihren äussersten Mantellinien gegen die Innenwand des Mantelrohres 5 anliegenden Rippen 4 gewährleisten die einwand freie Abstützung und Zentrierung der Wendel 1 im Mantelrohr.
Der zwischen Formkörper 3 und Mantel rohr 5 verbleibende, im Querschnitt ringförmige Raum ist durch die Rippen 4 in drei Hohlräume 6 unterteilt, welche sich über den grösseren Teil des Umfanges des Formkörpers 3 in dessen Längsrich tung erstrecken. Anschliessend wird das Mantelrohr 5 am einen Ende vorübergehend mittels eines geeigne ten Zapfens geschlossen. Dann werden die Hohl räume 2 und 6 mit keramischem Pulver, z. B. Mg0- Pulver, gefüllt; durch leichtes Vibrieren des Ganzen kann eine Vorverdichtung des lose eingeschütteten Pulvers erreicht werden.
Der Formkörper 3 des in Fig. 1 gezeigten Rundstabes wird nun durch Häm mern des Mantelrohres 5 pulverisiert, wobei gleich zeitig die ganze das Mantelrohr füllende Isoliermasse verdichtet wird. Durch Verwendung eines nur wenig Bindemittel aufweisenden Materials zur Bildung des Formkörpers wird eine relativ homogene Isoliermasse erhalten. Zufolge der Verwendung eines völlig binde mittelfreien Pulvers, z. B. reinen Mg0-Pulvers, zum Auffüllen der genannten Hohlräume wird praktisch über den ganzen Mantelrohrumfang eine am letzteren anliegende, besonders hochwertige Isolierschicht von sehr guter Wärmeleitfähigkeit erhalten.
Die durch Verwendung des Formkörpers beim Zusammenbau des Heizstabes gewährleistete Zentrierung und Fixie rung der Heizdrahtwendel bleibt auch nach dem Ver dichten der Isoliermasse erhalten.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Heizstab sind in den Formkörper 7 drei Heizdrahtwendeln 8 eingesetzt. Auch dieser Formkörper 7 besitzt drei gleichmässig über seinen Umfang verteilte Längsrippen 9, welche beim Einschieben des Formkörpers 7 in das zylin drische Mantelrohr 5 mit ihrer äussersten Mantellinie gegen die Innenwand des Mantelrohres 5 anliegen; die Rippen 9 gewährleisten dabei eine einwandfreie Zentrierung des Formkörpers 7 bzw. eine lagerich tige Fixierung der Wendeln 8 im Mantelrohr 5. Die zwischen Mantelrohr und Formkörper geschaffenen Hohlräume 10 werden dann zusammen mit den im Formkörper 7 vorgesehenen Hohlräumen mit kerami schem Isolierpulver gefüllt.
Im übrigen ist die Her stellung dieses Heizstabes analog derjenigen beim vorangehend beschriebenen Beispiel.
In gleicher Weise können natürlich auch im Querschnitt ovale bzw. flache Heizstäbe in der be schriebenen Weise hergestellt werden. Solche Heiz- stäbe sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Sie besit zen im Querschnitt ovale Mantelrohre 11. Beim Bei spiel nach Fig. 3 werden in den Formkörper 12 drei Heizdrahtwendeln 13 je in eine entsprechende Boh rung eingesetzt. Der Formkörper 12 besitzt zwei Paare von einander gegenüberliegenden Längsrippen 14.
Beim Einschieben des Formkörpers 12 liegen diese Rippen 14 mit ihrer äussersten Mantellinie gegen die Innenwand des Mantelrohres 11; einerseits zentrieren sie dabei den Formkörper 12 im Mantel rohr 11, und anderseits werden dadurch Hohlräume 15 geschaffen, welche den Formkörper 12 annähernd über dessen ganzen Umfang umgeben. Nach dem Einfüllen von keramischem Pulver in die Hohlräume 15 und in die die Wendeln 13 enthaltenden Boh rungen des Formkörpers 12 wird der letztere durch Flachdrücken des Mantelrohres pulverisiert und dabei gleichzeitig die ganze Isoliermasse wie bei den vor angehend beschriebenen Beispielen verdichtet.
Der Heizstab nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem in Fig. 3 gezeigten Heizstab nur durch die Ver wendung eines einzigen mäanderförmig gewundenen Heizdrahtes 16. Er wird analog den vorangehend beschriebenen Heizstäben hergestellt, mit der Aus nahme, dass hier keine Hohlräume im Formkörper selbst mit Pulver zu füllen sind. Es könnten auch mehrere mäanderförmige Heizdrähte in den Form körper eingebettet sein.
Das Verdichten der Isoliermasse kann auch in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mit Zwischenerhitzung der Masse vorgenommen werden. Komplizierte Füll- und Stampfvorrichtungen sind je doch unnötig.
Es versteht sich, dass dem Formkörper ein mög lichst kleiner Querschnitt gegeben wird; er soll nur gerade die Zentrierung und Fixierung der Heizdrähte während der Heizstabherstellung übernehmen. Da durch wird der Anteil an Bindemittel in der gesam ten Isoliermasse, welches die Isolations- und Wärme leitwerte dieser Masse herabsetzt, minimal gehalten.
An Stelle mehrerer, achsparalleler Längsrippen kann der Formkörper auch eine einzige, schraubenlinien- förmig verlaufende Rippe aufweisen; Voraussetzung ist nur, dass die zwischen Formkörper und Mantel rohr geschaffenen Hohlräume durchgehend offen sind, um das vollständige Füllen dieser Hohlräume mit keramischem Pulver zu ermöglichen.
Selbstverständlich können die Stabquerschnitte auch andere als die in den Figuren gezeigte Formen erhalten, z. B. die Form eines Dreieckes, eines Qua drates oder eines Rechteckes. Wesentlich ist, dass die Heizwicklung durch einen im Querschnitt möglichst kleinen keramischen Formkörper fixiert und ge schützt wird, und dass gegen den Rohrmantel eine bindemittelfreie, hochwertige Isolationsschicht zu lie gen kommt, die gleichzeitig ein guter Wärmeleiter ist.