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Elektrischer Heizofen Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizofen,
bei dem das Behandlungsgut nicht nur durch Strahlung von großflächigen elektrischen
Heizelementen, sondern auch durch heiße, innerhalb, des Ofens zirkulierende Gase
erwärmt wird.
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Es sind bereits elektrische Heizöfen bekannt (schweizerische Patentschrift
130 784), bei denen im Inneren eines feuerfesten Ofenkörpers großflächige elektrische
Heizelemente angebracht sind, durch die das in den Öfen angebrachte Behandlungsgut
durch Wärmestrahlung erwärmt wird. Bei den bekannten Öfen dieser Art sind jedoch
die großflächigen, Heizelemente durchweg so im Ofen untergebracht, daß sich im Ofenraum
keine Luftzirkulation ausbilden kann. Die als Bleche ausgebildeten Heizelemente
bedecken entweder die Wände, die Decke und den Boden des Ofenraumes oder die Wände
und den Boden, so daß der Raum zwischen den Heizblechen und der Ofenwand praktisch
abgeschlossen ist und die in diesem Raum stark erhitzten Gase keine Zirkulation
im ganzen Ofenraum einleiten können. Dies hat den \achteil, daß bei der Behandlung
ringförmiger Körper diese Körper zwar an den Stellen, an denen sie der direkten
Strahlung von den Heizelementen ausgesetzt sind, rasch erwärmt werden, während die
Erwärmung im Strahlungsschatten, beispielsweise im Inneren ringförmiger Körper,
langsamer erfolgt, so daß diese Körper ungleichmäßig erwärmt werden.
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Bei diesen bekannten Heizöfen wurde auch schor vorgeschlagen, die
als Heizelemente verwendeten Bleche gewellt auszubilden, jedoch waren diese in vertikaler
Richtung, d. h. in der thermischen Strömungsrichtung, gewellt, wodurch eine auftretende
thermische Strömung behindert wird.
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Demgegenüber wird nun ein elektrischer Heizofen, bei welchem ein Hohlkörper
eine Kammer zur Aufnahme eines zu erhitzenden Materials bildet und in der Kammer
in unmittelbarer Nachbarschaft und im wesentlichen: parallel zur hitzebeständigen
Wandung des Ofens großflächige, aus gewellten Blechen bestehende Heizelemente mit
nach außen geführten Anschlußstücken angebracht sind, erfindungsgemäß so ausgebildet,
daß die Heizelemente quer zur thermischen Strömungsrichtung gewellt sind und, die
Seitenwandungen der Kammer überdeckend, so weit vor dem Boden, und der Decke enden,
daß Strömungskanäle-, die eine Gasumwälzung in der Kammer und einen unmittelbaren.
Wärmeaustausch des Gases mit <len Heizelementen gewährleisten, gebildet werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Heizbleche
zur Erzielung einer unterschiedlichen Wärmekonzentration unterschiedlich gewellt,
so daß beispielsweise bei kontinuierlich arheitenden Ofen die Wärmeverluste an der
Ein- und Austrittsstelle des Behandlungsgutes ausgeglichen werden können.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Heizelemente erhält man
Kanäle, durch die eine gesteuerte Zirkulation von heißen Gasen innerhalb, der Ofenkammer
erreicht werden kann.
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Gewünschtenfalls kann die durch die Ausbildung der Heizelemente entstehende
Zirkulation durch einen im Inneren der Ofenkammer angeordneten Ventilator verstärkt
werden, wobei dieser Ventilator dann für eine geringere Leistung ausgelegt werden
kann, was vom Standpunkt der Stabilität des Betriebs eines solchen Ofens sehr wünschenswert
ist, weil es schwierig, wenn nicht unmöglich ist, Ventilatoren größerer Leistung
in der heißen Ofenatmosphäre über längere Zeit störungsfrei laufen zu lassen.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden
an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Ouerschnitt durch einen. Mehrkanalofen nach der Erfindung;
Fig.2 ist ein Querschnitt durch einen Topfofen nach der Erfindung; Fig. 3 ist ein
Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2, und Fig.4 ist eine Aufsicht mit Teilschnitten
eines Topfofens mit einer anderen Form von Heizelementen. Fig. 1 zeigt einen Ofen
für kontinuierliche Materialbehandlung in einer Reihe von getrennten Kanälen. Der
Ofen enthält eine Kammer 38, die an beiden Enden. offen ist, und zwei Förderer 39
und 41, die von
einem Ende der Kammer bis zum anderen Ende führen.
Das Behandlungsgut kann auf den getrennten Förderern zur gleichzeitigen Wärmebehandlung
durch den Ofen geschleust werden.
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Der Ofen wird durch Heizelemente 42 erhitzt, die entlang der sich
gegenüberliegenden Seiten des Ofens mit Abstand von diesen verlaufen und an ihren
Enden Anschlußstreifen 43 aufweisen, die zum Anschluß an eine Heizstrcmquelle durch
die Ofenseitenwände hindurchgeführt sind. Die Heizelemente 42 sind gewellt, wobei
die Wellungen an den Enden der Kammer enger beisammenliegen als in den Mittelteilen,
um den Wärmeverlust durch die Öffnungen an den Enden auszugleichen. Zwischen den
beiden Förderern 39 und 41 ist ein Heizelement 44 angebracht, daß dem Heizelement
42 entspricht und gleichartig gewellt ist. Das Heizelement 44 kann mit Anschlußklemmen
45 verbunden sein, die vertikal entweder durch den oberen oder durch den unteren
Teil des Ofens führen und zum Anschluß an eine Stromquelle dienen. Heiße Gase können,
unterstützt durch unter den Förderern angebrachte Ventilatoren 46, um das Material
im Ofen und um die Heizstreifen zirkulieren. Das Heizelement 44 kann ein einzelner
Streifen sein, oder es kann aus zwei voneinander im Abstand angebrachten Streifen
bestehen, welche auf verschiedene Temperaturen gebracht werden, um die beiden Behandlungszonen
wirksamer voneinander zu trennen.
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Wenn das Material auf den Förderern durch den Ofen hindurchgeführt
wird, ist das Material einer Strahlung von den Heizelementen und einer Wärmeübertragung
durch das Zirkulieren von heißen Gasen ausgesetzt. Bei dieser Konstruktion kann
das Material beim Durchlaufen der verschiedenen Kanäle verschiedenen Temperaturen
ausgesetzt werden, indem man die einzelnen Heizelemente 42 in den verschiedenen
Kanälen mit verschiedenen Spannungen speist oder indem man hierfür Heizelemente
verschiedener Größen verwendet. Das Heizelement 44 dient in diesem Fall nicht nur
als Wärmequelle, sondern auch als eine Trennwand zwischen den zwei Förderkanälen,
welche auf eine Temperatur erhitzt werden können, die zwischen den Temperaturen
der Heizelemente 42 liegt. Das Heizelement 44, ob nun einfach oder doppelt ausgebildet,
ist breiter, als das Material hoch ist, damit die beiden Kanäle wirksam getrennt
sind. Auf diese. Weise kann in der Umgebung des einen der Förderer eine höhere Temperatur
aufrechterhalten werden als in der des anderen, so daß in einem Ofen zu gleicher
Zeit verschiedene Wärmebehandlungen ausgeführt werden können.
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Die Fig.2 und 3 zeigen die Anwendung der Erfindung auf einen Ofen
vom Topf- oder Trogtyp mit einem schalenförmigen, am oberen Ende offenen., feuerfesten
Körper47, der je nach Wunsch auf Stützen aufliegt oder in den Fußboden eingelassen
ist. Eine perforierte Unterstützungsplatte 48 befindet sich in einem gewissen Abstand
über dem Boden der Ofenkammer; auf ihr können das zu behandelnde Material oder die
Behälter dafür aufliegen. Es ist vorteilhaft, einen Ventilator 49, welcher von einem
Motor 50 getrieben. wird. unterhalb der Platte 48 anzubringen, um eine kräftige
Zirkulation der Luft innerhalb des Ofens zu erhalten.
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Der Ofen wird durch ein röhrenförmiges Heizclemcnt 51 erhitzt, welches
im wesentlichen vertikal in der Ofenkammer angeordnet und fast ebenso hoch wie diese
ist. Wie gezeigt, wird das Heizelement 51 durch eine Reihe von getrennten Ringen
gebildet, die aus gewelltem Blech bestehen und vertikal übereinanderliegen, um den
größten Teil der Innenwand der Ofenkammer zu bedecken. Die Ringe können einzeln
durch Haken 52 gehalten werden, die an der Innenwand der Kammer hängen.
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Die Ringe sind an ihren Enden, wie in Fig. 2 gezeigt, getrennt und
werden über Anschlüsse gespeist. die gerade, parallele Teile 53, die durch die Wand
des Körpers hindurchragen, und abgewinkelte Teile 54 aufweisen, welche an die Enden
der Ringe angeschweißt sind. Wegen der abgewinkelten Teile 54 können die Enden der
Ringe aneinandergebracht werden, um kalte Stellen im Ofen zu vermeiden, während
durch die Tatsache, daß die Anschlußteile 53 an der Stelle, an der sie durch den
Ofenkörper geführt sind, großen Abstand voneinander haben, eine bessere elektrische
Isolierung gegeben, ist sowie um die Anschlüsse herum mehr Platz für eine Verbindung
mit Sammelschienen od. ä. geschaffen wird.
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Ein großer Vorteil der Verwendung von gewellten Heizelementen in einem
Topf- oder Trogofen - sei er für eine Wärmebehandlung oder zum Schmelzen bestimmt
- liegt darin, daß Heizelemente gleicher Länge bei Verwendung des gleichen Transformators
durch eine einfache Änderung der Wellung in Ofen verschiedener Größen angebracht
werden können. Umgekehrt kann aber auch die Länge der Heizelemente und damit ihr
Widerstand entsprechend variiert werden, um die Wärmeleistung bei einem gegebenen
Transformator zu variieren. Dadurch ist eine weitgehende Standardisierung der Transformatoren
möglich und eine geringere Anzahl von verschieden langen Heizelementen für verschiedene
Ofengrößen nötig.
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In Wärmebehandlungsöfen haben die Heizelemente 51, wie in Fig. 2 gezeigt,
einen Abstand von der Ofenwand, wodurch die Zirkulation heißer Gase durch die zwischen
den Elementen und der Ofenwand gebildeten Kanäle ermöglicht wird. Wenn viele Streifen
verwendet werden, so entweichen die heißen Gase zwischen zwei benachbarten Streifen,
wodurch die Wirksamkeit geringer wird. Um diese Erscheinung möglichst gering zu
halten, erhalten, wie es in Fig. 3 am besten gezeigt ist, die verschiedenen Ringe
der Heizelemente eine konische Form und werden so angebracht, daß sich ihre benachbarten
Kanten vertikal überlappen, während sie horizontal voneinander einen gewissen Abstand
haben, so daß sie elektrisch voneinander getrennt sind. Bei dieser Konstruktion
ist. wenn die Gase zwischen den Ringen und der Ofenwand aufwärts strömen, die Tendenz
für ein Ausweichen der Gase zwischen den Ringen sehr weit herabgesetzt und eine
maximale Wirksamkeit erreicht. In Schmelzöfen können die Ringe natürlich nahe an
der Wand liegen, und der vertikale Abstand zwischen ihnen ist nicht kritisch.
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Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Heizelements für einen
Topfofen. Wie gezeigt, besteht der Ofen aus einem topfförmigen Körper 55, der an
seinem oberen Ende offen und an seinem unteren Ende geschlossen ist. Die Heizelemente
haben die Form bogenförmiger, vertikal gewellter Streifen 56, wobei jeweils wenigstens
drei Streifen vorgesehen sind, um einen vollständigen Ring zu bilden. Die Enden,
der Streifen 56 sind radial nach außen durch die Ofenwand geführt, und je zwei benachbarte
Enden von zwei Streifen sind miteinander verbunden, um Anschlüsse 57 zu bilden.
Sammelschienen 58 oder ähnliche Verbindungselemente können zwischen benachbarten
Anschlüssen 57 angebracht und an diesen mittels Bolzen od. ä. befestigt sein.
Bei
dieser Ausführungsform können die Heizelemente leicht eingesetzt und, wenn nötig,
wieder herausgenommen werden, weil jeder Ring, bestehend aus mehreren. Bogenelementen,
getrennt gehandhabt werden kann. Wenn es z. B. nötig sein sollte, ein Bogenelement
zu ersetzen, können die daran befestigten Sammelschienen entfernt und die Anschlüsse
57 nach innen durch die Ofenwand gezogen werden, ohne daß ein anderes Bogenelement
oder andere Ringe gestört werden, da der Streifen hierfür genügend elastisch ist.
Ein neues Bogenelement kann leicht eingesetzt werden, indem man die Anschlüsse durch
die Öffnungen in der Ofenwand steckt und sie wieder mit den Sammelschienen verbindet.