DE1010207B - Heizelement fuer indirekte Widerstandsheizung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizelement, das für indirekte Widerstandsheizung bestimmt ist.

Der wesentliche Teil eines Heizelementes ist der Heizleiter von hohem spezifischem Widerstand. Als Materialien bekannter Heizleiter wurden bis zu Temperaturen von etwa 1200° metallische Leiter, bis 1400° nichtmetallische Leiter, überwiegend aus Siliciumcarbid hergestellt und zur Erzielung noch höherer Temperaturen bis 1600° Graphit verwendet. Laboratoriumsmäßig fanden auch bis zu Temperaturen von 2300° Kohlegrießöfen Anwendung.

Die bekannten nichtmetallischen Heizleiter aus Siliciumcarbid, Kohle oder reinem Graphit sind als Voll- oder Hohlstäbe oder als selbsttragende Spiralrohre ausgebildet. Die Enden dieser Stäbe oder Rohre sind meist verstärkt und zur guten Kontaktgabe für die Stromzuführungen mit einem Metallüberzug versehen.

Die bekannten metallischen Heizleiter, die meist aus Chrom-Nickel-Legierungen bestehen, werden in Form von Wendeln oder auch als Bänder in öfen eingebaut.

Sowohl die bekannten nichtmetallischen wie die metallischen Heizleiter weisen aber efhebliche Nachteile auf, welche ihre Anwendung beträchtlich begrenzen.

Mit nichtmetallischen Heizleitern ist es zwar möglich, Temperaturen bis zu 1600° zu erreichen; jedoch sind diese Heizleiter sehr voluminös, die Anschaffungskosten hoch und ihre Lebensdauer relativ gering, da der Abbrand in der meist oxydierenden Umgebung groß ist. Auch sind für den Betrieb dieser Heizleiter große Stromstärken erforderlich. Schließlich wird ein erheblicher Teil der gewonnenen Wärme durch die meist metallisierten und oft wassergekühlten Enden der Stäbe oder Rohre abgeführt. Der Wirkungsgrad dieser Heizleiter ist daher gering.

Die metallischen Heizleiter sind zwar nicht voluminös und relativ billig in der Anschaffung. Dagegen kommt ihre Anwendung für hohe Temperaturen nicht in Betracht, da diese einmal durch den Schmelzpunkt der verwendeten Materialien begrenzt ist und ihre spezifische Oberflächenbelastung mit steigender Arbeitstemperatur stark herabgesetzt werden muß. Die Lebensdauer dieser metallischen Heizleiter ist somit gerade bei hohen Temperaturen äußerst gering.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, hat man schon versucht, ' Heizleiter aus Wolfram herzustellen. Es zeigte sich aber, daß diese Heizleiter schon bei Temperaturen von 750° verdampfen bzw. zerstäuben.

Um das Verdampfen oder Zerstäuben der metallischen Heizleiter zu verhindern, wurde bereits vorgeschlagen, diese in eine Umhüllung einzusetzen und den Raum zwischen der Umhüllung und dem Heiz-Heizelement für indirekte Widerstandsheizung

Anmelder:

Wolfgang Laermann, Nisterhammer bei Hachenburg (Westerw.)

Wolfgang Laermann, Nisterhammer bei Hachenburg

(Westerw.), ist als Erfinder genannt worden

leiter mit Stoffen zu versehen, welche bei höheren

ao Temperaturen Sauerstoff zu binden, vermögen oder sauerstoffbindende Gase abspalten. Als derartige Stoffe wurden vorgeschlagen die Carbide und Nitride des Bors, Titans oder Aluminiums, ferner die Hydride verschiedener Metalle. Es zeigte sich aber, daß mit den genannten Stoffen nicht der gewünschte Effekt erreicht werden konnte, insbesondere da es nicht gelang, die Umhüllung völlig gasdicht auszubilden.

Durch die Erfindung wird nun ein Heizelement geschaffen, welches die Nachteile der bekannten Heizleiter nicht aufweist und zudem erhebliche Vorteile zeigt.

Das Heizelement gemäß der Erfindung besitzt wie bekannte Heizelemente einen wendeiförmigen Heizleiter aus Wolfram in einer allseitig umschlossenen Umhüllung aus keramischem Material. Im Gegensatz zu den bekannten Heizelementen ist aber der Raum zwischen dem Heizleiter und der Umhüllung vollständig mit Kohle gefüllt.

Versuche des Erfinders haben überraschenderweise ergeben, daß durch die in die Umhüllung aufgenommene Kohle keineswegs, wie zu erwarten wäre, der metallische Heizleiter kurzgeschlossen wird. Ganz im Gegenteil zeigt ein Heizelement gemäß der Erfindung nach einer kurzen Anheizbetriebsdauer ständig den gleichen elektrischen Widerstand. Es wird angenommen, daß sich zwischen dem Material des Heizleiters und der Kohle bei der ersten Beheizung eine Isolierschicht bildet.

Des weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, als Werkstoff für die Umhüllung reinstes Sinter-

■ korund oder Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd zu verwenden, da diese Materialien, vorzugsweise reinster Sinterkorund, gestatten, Heizelemente bis zu Temperaturen bis zu 1800° zu betreiben.

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Es können also erfindungsgemäß nunmehr Heizelemente mit metallischem Heizleiter geschaffen werden, welche in der Leistung den nichtmetallischen Heizleitern überlegen sind und dabei die Nachteile der nichtmetallischen Heizleiter, ζ. B. den erheblichen Raumbedarf, nicht aufweisen. Auch sind die Anschaffungskosten der Heizleiter gemäß der Erfindung äußerst gering. Schließlich werden für den Betrieb nur relativ geringe Stromstärken benötigt.

Versuche haben ergeben, daß der Sauerstoffabschluß ίο im Betrieb der Heizelemente gemäß der Erfindung vollkommen erfüllt ist, auch wenn durch die Umhüllung hochwertige keramische Röhre verwendet werden, die bekanntlich im heißen Zustand eine gewisse Gasdurchlässigkeit besitzen. Es hat sich näm-Hch gezeigt, daß bei den hohen Temperaturen, bei welchen die Heizelemente betrieben werden, eine Infiltration des in der Umhüllung befindlichen reduzierenden Stoffes in. das Umhüllungsmaterial eintritt und die Poren des Materials verschließt.

Zudem wird durch die hohen Betriebstemperaturen der Sinterprozeß des keramischen Umhüllungsmaterials bis an die äußerste Grenze des Möglichen fortgesetzt.

Durch die bei der ersten Inbetriebnahme des Heizelementes eintretende Infiltration wird auch vermieden, daß — wie man vielleicht annehmen könnte ■— der reduzierende Stoff verbraucht wird.

Praktische Betriebsergebnisse haben bewiesen, daß Heizelemente gemäß der Erfindung eine hohe Betriebs-Sicherheit, eine lange Lebensdauer und einen ausgezeichneten Wirkungsgrad besitzen. Die Temperaturbegrenzung ist lediglich durch die Eigenschaften des Umhüllungsmaterials gegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Heizelement gemäß der Erfindung, bei welchem die Enden des Heizleiters an den beiden entgegengesetzten Enden der rohrförmigen Umhüllung herausgeführt sind,

Fig. 2 und 3 Heizelemente gemäß der Erfindung, bei welchen ebenfalls rohrförmige Umhüllungen Anwendung gefunden haben und die Enden des Heizleiters an dem gleichen Rohrende herausgeführt sind.

In dem Rohr aus keramischem Material 1 ist der wendeiförmige Heizleiter 2 aus Wolfram angeordnet. Die beiden Rohrenden sind mittels der Stopfen 3 und 3 a, die zweckmäßig aus einem aushärtbaren Kitt aus dem gleichen keramischen Material wie das Rohr bestehen, dicht verschlossen. Die Kontaktenden 2 a des Heizleiters sind durch die Stopfen 3 und 3 a geführt und verstärkt, z.B. durch Verdrillen des Drahtes, ausgebildet. Der Zwischenraum zwischen der rohrförmigen Umhüllung und dem Heizleiter ist mit reduzierender Kohle 4 gefüllt.

• Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 nur dadurch, daß die Kontaktenden 2 α des Heizleiters 2 an dem gleichen Rohrende herausgeführt sind. Die Anordnung ist erfindungsgemäß dabei derart getroffen, daß das eine Anschluß ende 2 a durch die Achse der Umhüllung, von einem besonderen Schutzrohr 5 umschlossen, geführt ist.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher ebenfalls die Kontaktenden des Heizleiters an dem gleichen Rohrende herausgeführt sind. Jedoch ist der Heizleiter anders gewendelt als gemäß Fig. 2 und besteht aus zwei hintereinandergeschalteten, ineinandergewickelten, voneinander getrennten Spiralen. Die Herstellung dieser Heizleiter erfolgt derart, daß, an einer Endschlaufe beginnend, die beiden Spiralen nach den offenen Enden zu verlaufend gewickelt werden.

Als Material für die Umhüllung haben sich reinster Sinterkorund oder Zirkonoxyde oder Thoriumoxyde als besonders geeignet für hohe Temperaturen erwiesen.

Mit dem Heizelement gemäß der Erfindung bereitet es keine Schwierigkeiten, Eisen oder Stahlschmelze herzustellen oder keramische Massen bei sehr hohen Temperaturen zu brennen. Heizelemente gemäß der Erfindung sind einfach im Aufbau und überall bequem unterzubringen, erfordern keinerlei weiteren apparativen Aufbau, sondern sind an alle üblichen Stromnetze anschließbar.

Auch hat es sich ,gezeigt, daß durch den Betrieb bei hohen Temperaturen die verwendeten Umhüllungen sehr unempfindlich gegen Stöße, Temperaturwechsel, Spannungsschwankungen, Zu- und Abschaltungen der Betriebsspannung sind.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Heizelement für indirekte Widerstandsheizung, bei welchem ein wendeiförmiger Heizleiter aus Wolfram in einer allseitig verschlossenen Umhüllung aus keramischem Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Heizleiter und der Umhüllung vollständig mit Kohle gefüllt ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus reinstem Sinterkorund oder Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd besteht.

3. Heizelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung als Rohr ausgebildet ist und an den Enden mit dichten Stopfen aus einem aushärtbaren, vorzugsweise aus dem gleichen Stoff wie das Rohr bestehenden Kitt verschlossen ist.

4. Heizelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußenden des Heizleiters an der gleichen Seite der Umhüllung herausgeführt sind und das eine Anschlußende durch die Achse der Umhüllung, von einem Schutzrohr umschlossen, geführt ist (Fig. 2).

5. Heizelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß enden des Heizleiters an der gleichen Seite der Umhüllung herausgeführt sind und der Heizleiter aus zwei hintereinandergeschalteten, ineinandergewickelten, voneinander getrennten Spiralen besteht (Fig. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 655 006, 676 728,
656.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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