Dreiphasiges, innerhalb des Ofenraumes anzuordnendes, in Stern geschaltetes Heizelement für elektrische, mit Drehstrom betriebene Widerstandsöfen Die Erfindung betrifft ein dreiphasiges, in Stern geschaltetes Heizelement, das vorzugsweise aus Sili- ciumkarbid besteht und für elektrische, mit Drehstrom betriebene Wiederstandsöfen bestimmt ist.
Es ist be kannt, für den Drehstromanschluss von Heizstäben diese ausserhalb des Ofens durch eine Schaltbrücke metallisch zu verbinden und den durch die drei mit einander verbundenen Heizstäbe gebildeten Stern punkt nicht zu erden, da sich hierbei ein Ausgleich bei unterschiedlichem Widerstand der Heizstäbe in -den einzelnen Phasen ergibt. Bei zwei in Reihe geschal teten Heizstäben, die mit Gleichstrom oder einphasig mit Wechselstrom betrieben werden, tritt bekannt lich die Erscheinung auf, dass der Heizstab mit dem grösseren Widerstand überhitzt wird und diese über hitzung sich dauernd steigert, so dass dieser Heizstab zerstört wird.
Bei drei in Stern geschalteten Heiz- stäben, deren Sternpunkt nicht geerdet ist, tritt bei ungleichem Widerstand der drei Heizstäbe eine Ver schiebung des Sternpunktes ein, so dass alle drei Heiz stäbe ständig gleichmässig belastet sind. Es ist ferner durch die deutsche Patentschrift 660946 bekannt, Heizstäbe innerhalb des Ofenraumes durch eine aus dem Heizleiterwerkstoff bestehende Verbindungs brücke hintereinander zu schalten.
Bei der bekannten Anordnung sind jedoch die beiden hintereinander ge schalteten Heizstäbe an der Verbindungsbrücke ange schweisst. Derartige Schweissstellen .sind jedoch meist so, dass an diesen Schweissstellen leicht ein Bruch entsteht.
Die Erfindung macht nun einmal Gebrauch von einem aus dem Heizleiterwerkstoff bestehenden Verbindungsstück zwischen den einzelnen Heizstäben, wobei das Verbindungsstück sich innerhalb des Ofen raumes befinden soll und nutzt gleichzeitig den Vor teil einer Sternschaltung mit nicht geerdetem Null- punkt für die Verbindung der drei Heizstäbe durch eine Verbindungsbrücke innerhalb des Ofenraumes.
Durch die Erfindung soll eine mechanisch feste Verbindung zwischen den drei Heizleitern und der Verbindungsbrücke erreicht werden und der über gangswiderstand zwischen Heizstab und Verbindungs brücke möglichst gering sein. Der spezifische Wider stand an der Übergangsstelle soll annähernd gleich dem spezifischen Widerstand im Glühteil des Heiz- stabes und in der Verbindungsbrücke sein.
Erreicht werden diese Vorteile nach der Erfindung dadurch, dass die drei Heizleiter und ihr Sternpunkt- Verbindungsstück aus dem gleichen Werkstoff be stehen und zu einem fest zusammenhängenden, ein einheitliches Gefüge aufweisenden Teil vereinigt sind.
Dies lässt sich, wie die Ausführungsbeispiele zeigen, in verschiedener Weise verwirklichen. Wird Siliciumkarbid als Heizleiterwerkstoff verwendet, so werden die in Stern geschalteten Heizstäbe in Boh rungen eines Verbindungsstückes aus SiC eingesetzt und verkittet.
Nach der Verkittung wird dann das Heizelement in Gegenwart siliciumhaltiger Dämpfe einer derartigen Glühbehandlung unterzogen, dass der Kitt, der aus Siliciumkarbid mit einem Teerbinde mittel besteht, unter Umwandlung in SiC mit dem Verbindungsstück und den Heizstäben ein zusammen hängendes Gefüge bildet.
Eine andere Ausführungsform, die eine Verein fachung in der Herstellung des in Stern geschalteten Dreiphasenheizelementes erreicht und den Raum bedarf des Heizelementes verringert, besteht darin, dass das Heizelement ein in drei gleiche Teile durch Schlitze unterteiltes Rohr ist, die, vom Anschlussende beginnend, achsparallel oder wendelförmig verlaufen und durch den nicht geschlitzten Rohrmantel abge- schlossen.sind, so dass der ungeschlitzte Mantelteil des Rohres das Verbindungsstück für die Sternschaltung der drei durch die Schlitze gebildeten Heizleiter ist.
Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Anschlussenden können diese in bekannter Weise mit einem Metall oder einer Metallegierung imprä gniert werden. Auch eine Verdickung der Anschluss enden ist möglich, um den elektrischen Widerstand in den Anschlussenden herabzusetzen.
Es ist bekannt, einphasige Heizelemente als ge schlitztes Rohr auszubilden, um den Widerstand des Heizelementes durch die Hintereinanderschaltung der beiden Rohrhälften zu vergrössern. Im vorliegenden Fall wird jedoch bezweckt, für ein Dreiphasenheiz- element den nicht geerdeten Nullpunkt des in Stern geschalteten Heizelementes zu bilden, wobei die drei Heizleiterphasen durch Schlitzen des Rohres ent stehen können.
Dies hat den Vorteil, dass das Dreiphasenheiz- element auf der Strangpresse als Rohr hergestellt werden kann und die Schlitze im plastisch verform baren Zustand des Rohres angebracht werden können, da der Heizleiterwerkstoff nach der Sinterung sehr hart ist. Als Heizleiterwerkstoff sind alle für Heiz- leiter geeignete Werkstoffe geeignet, wie z.
B. Molyb- dändisilicid, Siliciumkarbid, Metallborid oder der gleichen, die pulverförmig mit einem Bindemittel zu einer plastisch verformbaren Masse angeteigt, nach ihrer Ausformung gesintert werden. Die Erfindung ist auch für Dreiphasenheizelemente verwendbar; die aus einem Metall oder einer Metallegierung bestehen und nicht auf pulverkeramischem Wege hergestellt sind. In diesem Fall lassen sich die Schlitze in üblicher Weise durch eine spanabhebende Bearbeitung an bringen.
In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt das Heizelement mit Heizstäben in Ansicht.
Fig. 2 zeigt das Heizelement in Ansicht von der Verbindungsstückseite.
Fig. 3 zeigt den Einbau des Heizelementes in den Widerstandsofen.
Fig. 4 zeigt ein Heizelement mit zueinander ver setzten Heizstäben und einer kreisförmigen Verbin dungsplatte.
Fig.5 zeigt den Grundriss dieser Verbindungs platte.
Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung ein als Rohr ausgebildetes Heizelement mit achsparallelen Schlitzen.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf das Heizelement. Fig. 8 ist ein als Rohr ausgebildetes Dreiphasen- heizelement mit verdickten Anschlussenden und wen- delförmig geführten Schlitzen.
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf das Anschlussende. Die verdickten Anschlussenden der Heizstäbe sind in Fig. 1 mit 1 bezeichnet. Der Glühteil 2 dieser Heiz- stäbe ist in Bohrungen 3 des Verbindungsstückes 4 eingesetzt, das aus dem gleichen Heizleiterwerkstoff wie der Heizstab im Glühteil 2 besteht. Die in die Bohrungen 3 eingesetzten Heizstäbe 2 sind in der Bohrung fest verkittet.
Dieser Kitt soll aus Silicium karbid bestehen, der mit einem teerhaltigen Binde mittel versehen ist, das durch eine Glühnachbehand lung des Heizelementes in Gegenwart siliciumhaltiger Dämpfe in Siliciumkarbid umgewandelt wird und ein einheitliches kristallines Gefüge mit den übrigen Tei len des Heizelementes bildet.
Wie Fig. 3 erkennen lässt, sind die drei Heizstäbe mit je einer Bandschelle 6 versehen, an die das Dreh stromkabel für die Stromzuführung in üblicher Weise angeschlossen wird. In der Fig. 3 ist nur eine derartige Anschlussschelle gezeigt. Um das Heizelement am Ofen festzulegen, ist noch eine Stützschelle 7 um das Anschlussende 1 gelegt, das sich auf einer kerami schen Isolierplatte 8 abstützt, die ihrerseits auf der Ofenwandung 9 aufliegt. Diese Ofenwandung 9, die sich auf der Oberseite des Ofens befindet, ist mit entsprechenden Bohrungen 10 versehen, durch die das Heizelement vom Ofeninnenraum her hinein geschoben wird und dann durch die Halteschelle 7 festgelegt wird.
Das Verbindungsstück 4 befindet sich freitragend im Ofenraum. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, bei sehr langen und schweren Heiz- elementen diese Verbindungsbrücke 4 gegebenenfalls durch eine Stütze im Ofenraum abzustützen. In den meisten Fällen ist jedoch eine solche Abstützung nicht erforderlich. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Heizelement an der Unterseite des Ofens oder an einer Seitenwand festzulegen. Auch die Ausbildung der Bohrung in der Ofenseitenwand kann in der ver schiedensten Weise erfolgen. Es wäre z.
B. denkbar, anstelle von drei Einzelbohrungen eine grosse durch gehende gemeinsame Bohrung vorzusehen, die dann durch ein mit entsprechenden Ausnehmungen und Ansätzen versehenen Abdeckstein abgeschlossen wer den kann. Dieser Abdeckstein stützt sich an seinen überragenden Enden an der Ofenwandung ab.
Das weitere Ausführungsbeispiel in Fig. 4 und 5 zeigt die Anordnung der Heizstäbe nicht in einer Ebene, sondern versetzt zueinander. Dieses hat den Vorteil, dass man die Abstrahlungsverhältnisse von der Ofenseitenwand den jeweils gewünschten Ver hältnissen leicht anpassen kann, da durch einfaches Drehen des gesamten Heizelementes die Heizstäbe eine verschiedene Lage zur Ofenseitenwand anneh men.
Das rohrförmige Heizelement nach Fig. 6 bzw. 8 besteht aus irgendeinem der bekannten Heizleiter- werkstoffe und ist durch die Schlitze 1', 2', 3', die vom Anschlussende 4' beginnen und durch den nicht geschlitzten Rohrmantel 5' abgeschlossen sind, in drei gleiche Teile 6', 7', 8' unterteilt. Der nicht ge schlitzte Rohrmantel 5' bildet den nicht geerdeten Nullpunkt der durch den Rohrmantel 5' in Stern ge schalteten Heizleiter 6', 7', 8'.
Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit sind die Anschlussenden 4' des Rohres in bekannter Weise durch Metall imprä gniert, wodurch die Leitfähigkeit etwa auf den zehn- fachen Wert erhöht wird, wenn beispielsweise bei Verwendung von Siliciumkarbid als Heizleiterwerk- stoff mit metallischem Silicium imprägniert wird.
Bei der Ausbildung des Heizelementes nach Fig. 8 sind die Schlitze 1', 2', 3' wendelförmig geführt, die das Heizelement in drei gleiche Teile 6', 7', 8' unterteilen. Zur Verringerung des elektrischen Wider standes in den Anschlussenden 4' sind diese verdickt. Diese Verdickung kann beispielsweise durch einen auf das Rohrende aufgeschobenen Ring 9' bestehen, der zweckmässig aus dem gleichen Werkstoff wie die Heizleiter besteht und nach dem Aufbringen des Ringes mit dem Rohr geschlitzt wird, das anschlie ssend mit dem Verdickungsring gemeinsam gesintert wird. Wird das Heizelement durch Giessen hergestellt, so kann dieser Verdickungsring gleichzeitig mit ange gossen werden.
Das Einarbeiten der Schlitze 1', 2', 3' erfolgt dann in üblicher Weise durch eine spanab hebende Bearbeitung.