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Elektrischer Ofen Die Erfindung betrifft einen elektrischen Ofen mit
gasdichtem Innenraum und mit einem rohrförmigen, aus massivem Widerstandsmaterial
bestehenden Heizelement, das durch Längsschlitze über einen Teil der Rohrlängge
in mehrere stromführende Segmente unterteilt ist, von denen an einem Ende des Heizelements
mindestens ein - Teil als das Heizelement zugleich tragende Anschlußenden
ausgebildet und an wassergekühlte Stromanschlußstücke angeklemmt ist.
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Ein Ofen dieser Art ist in der britischen Patentschrift
908 667 beschrieben. Bei ihm sind an die Anschlußenden kühlwasserdurchströmte
Anschlußstücke angeschraubt, von denen strom- und kühlwasserführende Rohre gasdicht
durch den Boden des Ofens nach außen führen. Die Rohre tragen zugleich das Heizelement,
was dessen Ein- und Ausbau und Justierung erschwert. Außerdem bedeutet die direkte
Wasserkühlung der Anschlußstücke einen erheblichen konstruktiven Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion des eingangs
genannten Ofens zu vereinfachen und den Ein- und Ausbau des Heizelements zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindun 'gsgemäß die vorzugsweise verlängerten
und verstärkten Anschlußenden sich konzentrisch in einen mit dem Ofen verbundenen
rohrfönnigen, wassergekühlten Stutzen erstrecken, daß an dessen Innenwand rohrsegmentförinige
Stromanschlußstücke wärmeleitend, aber elektrisch isolierend anliegen, daß die Anschlußenden
elektrisch und thermisch gut leitend an den Innenflächen der Anschlußstücke anliegen
und daß die Anschlußenden und die Anschlußstücke mit einer Vorrichtung so eingespannt
sind, daß sie radial gegeneinander und gegen die Innenwand des Stutzens gedrückt
werden. Die Anschlußstücke benötigen dadurch keine eigene Wasserkühlung, da sie
von der Wasserkühlung des rohrförmigen Stutzens mitgekühlt werden. Zum Ausbau des
Heizelements braucht nach dem öffnen des Ofens nur die Einspannvorrichtung gelockert
und entfernt zu werden, was bei deren entsprechender Ausbildung einfacher ist als
das Entfernen der Klemmschrauben bei dem bekannten Ofen. Durch die konzentrische
Anordnung der Anschlußenden, der Anschlußstücke und des rohrförmigen Stutzens ergibt
sich eine sichere und gut reproduzierbare Befestigung des Heizelements, die eine
besondere Justierung überflüssig macht.
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Zweckmäßig weist jedes der Anschlußenden eine konisch abgeschrägte
Fläche auf, an weiteren Bauteilen sind hierzu passende konische Gegenflächen vorhanden,
und die Einspannvorrichtung drückt die konisch geformten Teile axial ineinander.
Es ist an sich bekannt, die konisdh geformten Enden eines Heizelements in die entsprechend
konisch geformten Anschlußstücke einzustecken. Dieser bekannte Ofen ist jedoch weder
gasdicht, noch liegen die Anschlußstücke an der Innenwand eines wassergekühlten
Stutzens; vielmehr sind die Anschlußstücke selber direkt wassergekühlt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt F i 1 einen senkrechten Schnitt durch den unteren Teil eines
erfindungsgemäß ausgebildeten Ofens, F i g. 2 einen Schnitt durch den Stutzen
ohne Heizelement und Anschlußstücke, F i g. 3 einen Teilschnitt durch einen
gegenüber F i g. 1 abgewandelten Ofen und F i g. 4 einen waagerechten
Schnitt nach der Linie X-X in F i g. 3.
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Zum Ofen gehört ein rohrfönniger Stutzen 1 mit einer relativ
dicken Wand, der mit einem Kühlwassermantel 2 versehen und am oberen Ende in einer
zentralen öffnung der Grundplatte 3 des Ofens verschweißt ist.
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Der Kühlwassermantel 2 ist so angeordnet, daß ein spiralförmiger Kanal
zwischen den Wänden gebildet wird. Er ist an seiner Oberseite horizontal verlängert,
um eine Kühlung der Unterseite der Grundplatte
in der
Nähe der zentralen Öffnung zu bewirken. Ein Wassereinlaß 4 befindet sich
am unteren Ende des Kühlmantels und ein Auslaß 5 an der Verlängerung. Eine
Platte 6, welche mit dem unteren Ende des Stutzens verschweißt ist, besitzt
Öffnungen 7, durch welche der Ofen evakuiert oder mit inertein Gas gefüllt
werden kann. Ein weiterer Anschluß 8 kann seitlich ins Innere des Stutzens
geführt werden. Dieser Anschluß kann mit einem Vakuummeßgerät verbunden werden oder
als Einlaß für inertes Gas dienen. Rohrsegmentförmige Stromanschlußstücke
9, welche dem Ofenheizelement den Strom zuführen, liegen sich diametral gegenüber
und sind an der Innenwand des Stutzens 1 mit Bolzen 10 angebracht.
Diese verlaufen durch offene Durchführungen 11 in der Wand des Stutzens und
sind mit einem Gewinde für die Muttern 12 versehen. Die Anschlußstücke, welche die
Form von Quadranten haben, die in Län-Srichitin(y aus einem Hohlzylinder geschnitten
sind, liegen eno, und in gutein Wärmekontakt an der Innenwand des Stutzens an. Sie
sind durch dünne Streifen 13 aus Glimmer oder aus anderem elektrisch isolierenden
Material gegen den Stutzen isoliert. Die Bolzen 10
werden mit Isolationsbuchsen
14, 15 gegen die Durchführungen 11 isoliert. Zwischen den Buchsen
befinden sich Rinae 16 aus isolierendem Material, welche eine Gas- oder Vakuumdichtung
bilden. Stroinapschlüsse bef inden sich an den Enden der Bolzen10, welche aus den
Durchführungen vorstehen.
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Das Ofenheizelement17, welches aus Graphit bestehen kann, hat die
Form eines Hohlzylinders, der von beiden Enden her derart länas-eschlitzt ist, daß
ein lanorer mäanderförmiger Stromweg gebildet wird. An seiner Unterseite sind zwei
gegenüberliegende, der von den Schlitzen begrenzten Rohrsegmente zu mit dem Heizelement
aus einem Stück bestehenden Anschlußenden 18 verlängert, die zum Stromansebluß
und zur Befestigung des Heizelements dienen. Diese Anschlußenden haben die Gestalt
von sich diametral geg enüberliegenden Quadranten des Hohlzylinders. Der Außendurchmesser
der Anschlußenden 18 ist el eich dem Innendurchmesser der Anschlußstücke
9,
so daß die Anschlußstücke dicht und mit gutem elektrischem Kontakt an den
Anschlußenden anliegen. Die oberen Enden der Anschlußstücke haben einen ringförmigen
Vorsprung 19, und die Anschlußenden 18 sind mit entsprechenden ring ,förmigen
Einkerbungen 20 versehen, so daß die Anschlußenden beim Einbau des Heizelements
in den rohrförmigen Stutzen in den Rauin zwischen den Anschlußstücken eingebracht
und dann so gedreht werden können, daß sie mit diesen zur Deckung kommen, wobei
in dieser Stellung eine Bewegung des Elements in Axialrichtung von den Vorsprüngen
19 verhindert wird, welche in die Einkerbungen 20 einrasten. Dieser bajonettartige
Schliff ermöglicht rasches Einsetzen und Herausnehmen des Elements.
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Lose eingebaut in der Mitte der Platte 6 am unteren Ende des
Kühlmantels befindet sich eine Schraubspindel 21, die in einer Gewindeplatte 22
läuft, welche Stehbolzen 23 trägt. Die Spindel kann mit einem Schlüssel gedreht
werden, der durch das Heizelement von oben her eingeführt und auf ein Vierkantteil
auf der Oberseite der Spindel aufgesetzt werden kann.
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Die Innenflächen 24 der unteren Enden der Anschlußenden
18 des Heizelements sind konisch zur Achse des Heizelements, und ein Stopfen
25 aus hitzebeständigem oder keramischem Material von entsprechend konischer
Form liegt auf der Gewindeplatte 22. Druckringe 26 mit ineinandergreifenden
Kugelflächen befinden sich zwischen der Platte 22 und dem Stopfen 25.
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Der Stopfen besitzt Bohrungen 27, in welche die Stehbolzen
23 eingreifen, ferner ein axiales Loch 2i" zur Aufnahme der Spindel 21 und
ein axiales Loch 29 zur Aufnahme des Schlüsselendes zum Drehen der Spindel.
Der Stopfen hat die Form eines Kegelstumpfes, von dessen Mantelfläche Teile in axialer
Richtung derart abgeschnitten sind, daß sich diametral gegenüberliegende konische
Quadranten mit diametral gegenüberliegenden planen Oberflächen abwechseln.
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Wenn die konischen Oberflächen des Stopfens auf die Anschlußenden
18 des Heizelements und die Anschlußstücke 9 ausgerichtet sind, kann
die Spindel 21 gedreht und der Stopfen dadurch zwischen die Anschlußenden
18 -edrückt werden, so daß die Anschlußenden fest gegen die Anschlußstücke
9 und diese fest gegen die Wand des Stutzens 1 geklemmt werden.
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In dem bekannten Ofen, der in der britischen Patentschrift
908 667 beschrieben wurde, ist eine Säule aus hitzebeständigem Material in
der Mitte der Grundplatte befestigt und trägt einen Aufsatz aus hitzebeständigem
Material, welcher d-j kammer des Ofens nach unten abschließt und vom Heizelement
umgeben ist. Im erfindungsgemäß ausgebildeten Ofen nach F i g. 1 ist diese
Säule 60 aus hitzebeständigem Material an ihrem unteren Ende so ausgebildet,
daß sie in die Vertiefung 29 im Stopfen 25 paßt, wobei das Ende der
Säule so eingekerbt ist, daß es das vorstehende Ende der Spindel 21 der Anhebevorrichtung
umfaßt.
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Der Ofen ist ferner mit einem wassergekühlten Gehäuse 30 versehen,
das die Form eines umgedrehten Topfes hat und das abnehmbar und gasdicht zur Umhüllun-
des Heizelements auf die Grundplatte montiert ist. Das Element kann zudem mit einer
Strahlabschirmun- 31 oder einem zweiten Topf 32
um,-eben sein. Ist
letzteres der Fall, so ist der Raum zwischen den Töpfen mit Ruß gefüllt. Ein Ring
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verhindert eine Aufwärtsbewegung des Topfes 32.
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In der Abänderung, die in F i g. 3 und 4 gezeigt
wird,
haben die Innenflächen der Anschlußstücke 9
und die Außenflächen der Anschlußenden
18 des Heizelements eine sich entsprechende konische Form. Ein an seiner
Außenseite mit einem Gewinde versehener Ring 34 ist in die Wand des Stutzens eingeschraubt
und drückt auf einen Isolationsring 35,
der auf einem Absatz 36 der
Anschlußenden 18 liegt, um darauf einen Druck in axialer Richtung auszuüben.
Die oberen Teile der Anschlußenden 18 verlaufen als Quadranten eines Kreisrings,
die unteren nahezu als Halbkreise mit Kontakt zu den Anschlußstücken 8. Dieser
unterschiedliche Querschnitt ist in F i -. 4 deutlich dargestellt,
wobei der Stutzen 1 weg
gelassen ist.
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Ein Abstandsstück 37 aus hitzebeständi-em Material füllt den
Spalt zwischen den nahezu halbkreisförinigen Teilen am unteren Ende der Anschlußenden
18 aus und verhindert so deren Bewegung radial nach innen, wenn der Gewindering
34 nach unten Z, Creschraubt wird und so die Anschlußenden zwischen die Anschlußstücke
drückt. Die obere Stimfläche des
Abstandsstücks enthält eine zentrale
Auskerbung in axialer Richtung, welche der Vertiefung 29 von F i
g. 1 entspricht, so daß eine Säule aus hitzebeständigeni Material darin befestigt
werden kann, welche einen hitzebeständigen Aufsatz trägt, der die Erhitzun-skammer
des Ofens nach unten abschließt.
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in C beiden oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindunc, wird
ein Druck in axialer Richtung auf Teile mit einem Paar aufeinanderliegender konischer
Flächen ausceübt und so eine Keilwirkung hervorgerufen, welche die Anschlußenden
des Heizelements radial nach außen drückt und einen festen Reibungs- und elektrischen
Kontakt mit den Stromanscblußstücken bewirkt. Auf alle Xontaktflächen zwischen den
Anschlußenden des Heizelements und den Stromanschlußstücken sowie zwischen diesen
und der Wand des rohrförmilgen Stutzens wird ein gleichmäßiger Druck ausgeübt.
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