DE1615207A1 - Elektrisches Heizelement - Google Patents

Description

The Carborundum Company

Niagara Palls, N.Y./USA 29. Nov. I967

Elektrisches Heizelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Heizelement, insbesondere aus dichtem, selbstgebundenem Siliziumkarbid, mit einem Heizteil, an den sich ein kaltes Ende anschließt, auf dessen äußere Oberfläche nahe seinem dem Heizteil abgekehrten Ende eine Schicht eines elektrisch gut leitenden Materials aufgetragen ist.

Bei solchen Heizelementen tritt, besonders, wenn es sich um Hochtemperatur-Heizelemente handelt, das Problem auf, daß infolge von Wärmeleitung des kalten Endes und infolge von Wärmestrahlung an den elektrischen Anschlußstellen des Heizelements außerordentlich hohe Temperaturen auftreten, die eine Zerstörung der elektrischen Anschlüsse durch Bruch und/ oder Verbrennen bewirken und dadurch zu einem vorzeitigen Ausfall des Heizelements führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrischen Anschlüsse solcher Heizelemente auf kühlerenTemperaturen zu halten und damit die Lebensdauer des Heizelements entscheidend zu steigern.

Gemäß der Erfindung besteht bei einem Heizelement der genannten Art das kalte Ende aus zwei langgestreckten, mit seitlichem Abstand voneinander angeordneten Gliedern, zwischen denen auf einem Teil ihrer Länge ein isolierendes Füllmaterial angeordnet ist. Vorzugsweise besteht das Füllmaterial aus

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keramischer Wolle.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Glieder im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt. Zweckmäßigerweise ist zwischen den beiden Gliedern an jeder Längsseite eine Leiste aus isolierendem Material angeordnet, deren Dicke im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den beiden Gliedern ist.Vorzugsweise ist eine Klemmvorrichtung zum Andrücken der beiden Glieder an die Leisten vorhanden. Die Klemmvorrichtung ist vorzugsweise ein aus mehreren Segmenten bestehender Ring mit einer die Segmente umfassenden Schelle.

In der Zeichnung ist ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Heizelement,

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der gemäß Fig. 1 linken Seite des Heizelements nach Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Ofenwand, in der ein Heizelement nach Fig. 1 installiert ist.

Ein länglicher, röhrenförmiger Heizstab 1o besteht aus einem als Doppelspirale ausgebildeten Heizteil 12 und einem zweiteiligen kalten Ende 1ό, dessen längliche, mit seitlichem Abstand voneinander angeordnete Glieder 1& und 2o einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt (Fig, 2) haben und mit je einer Wendel des Heizteils 12 verbunden sind. Die beiden Wendeln sind am anderen Ende 14 des Heizteils 12 kurzgeschlossen. Der Heizstab 1o besteht vorzugsweise aus einem nichtnietaljjsiien Widerstands-Material, wie sehr dichtem, sehr reinem, selbstgebundenem Siliziumkarbid. Die beiden Glieder 18 und 2o begrenzen einen im wesentlichen zylinder™ förmigen Zwischenraum und an zwei einander/gegenüberliegenden

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Längsseiten des Heizstabs 1o zwei Schlitze 22 und 24. In der Nähe des Endes 26 des Heizstabs 1o, das dem bereits genannten Ende 14 gegenüberliegt, ist in den Schlitzen 22 und 24 je eine Klemmleiste 2δ bzw. J>o angeordnet, die als Verstärkung und als Isolator' zwischen den Gliedern 18 und 2o dient. Die Klemmleisten 28 und 3o bestehen vorzugswa.se aus Aluminiumoxid, können jedoch auch aus einem beliebigen anderen isolierenden keramischen Material von genügender Festigkeit hergestellt werden.

Ein abgemessener Abschnitt des zylindrischen Zwischenraums zwischen den Gliedern 18 und 2o ist mit einem Füllmaterial aus vorzugsweise kurzstapeliger (of short staple) keramischer Wolle -(ceramic bulk fiber) gefüllt, um eine Übertragung von Strahlungswärme zum Ende 26 des kalten Endes 16 hin zu verhindern und so die dort angebi-achten elektrischen Anschlüsse kühl zu nalten. Darüberhinaus ist die keramische Wolle auch eine weitere Verstärkung (brace) zwischen den Gliedern 1ö und 2o, die einem Kurzschluß zwischen diesen Teilen vorbeugt.

Um die Glieder 1b und 2o gegen die Klemmleisten 23 und Jo zu drücken, ist ein Ring 34, vorzugsweise aus keramischem Material, vorgesehen, der aus vier bogenförmigen Segmenten 36 zusammengesetzt ist, deren innere Oberflächen der zylindrischen Aussenflache des Heizstabs 1o angepaßt sind und die durch eine Schelle 42 zusammengehalten und auf das kalte Ende 1υ des Heizstabs 1o gedrückt werden. Der Ring hilft außerdem, das Füllmaterial an seinem Platz zu halten und dient weiterhin als Halteelement bei der Installierung des Heizelements in der Heizkanuner eines Ofens. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, bleiben zwischen den Segmenten 36 am Umfang Lücken frei," in denen Platz für die Klemmleisten 28 und 3o ist. Wenn erwünscht, kann der «Ring 34 auch aus zwei halbkreisförmigen Segmenten statt aus den vier im Ausführungsbeispiel gezeigten Segmenten 36 gebildet werden.

Die äußeren Oberflächen der Glieder 1ö und 2o sind in der Nähe des Endes 26 mifceiner Schicht aus einem geeigeneten

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Leiter 44, beispielsweise Aluminium, bedeckt, um gute Kontaktstellen für die elektrischen Anschlüsse zu schaffen. Die Schicht kann aufgesprüht oder in einer beliebigen anderen herkömmlichen Weise auf die Glieder 18 und 2o aufgetragen sein. Es ist vorgesehen/ daß der Heizstab 1o am Ende 26 in einen Klemmkontakt 46 eingeklemmt wird, der aus einem Paar federnder Metallzungen 48 und 5o besteht, die bogenförmige, den Außenflächen der Glieder 18 und 2o angepaßte Abschnitte 52 bzw. 54 haben.

Die Mäallzungen 48 und 5o des Klemmkontakts 46 bestehen aus einem beliebigen geeigneten Metall, wie Edelstahl oder eine hitzebeständige, hochchromhaltige Nickelverbindung. Wenn erwünscht, können die inneren Oberflächen der Metallzungen 48 und 5o mit einem für einen Kontakt besonders geeigneten elektrischjleitenden Material belegt werden. Die in Fig. 2 unteren Enden der Metallzungen 48 und 5o sind mittels Mutterschrauben 62 zusammen mit Je einer Zuleitung 56 bzw. 50 an einer Grundplatte 60 festgeschraubt und stehen dadurch mit den Zuleitungen in elektrisch leitender Verbindung .

In Fig. 3 ist ein Heizelement gezeigt,das durch die Seitenwand 64 eines elektrischen Hochtemperaturofens hindurchgesteckt ist. Normalerweise wird hierzu ein Rohr 68 aus einem geeigneten hochdielektrischen Isoliermaterial in eine Bohrung 69 der Ofenwand fest eingepaßt, um Kurzschlüsse zu verhindern, die bei den hohen Spannungen zwischen den beiden Gliedern 18 und 2o sonst entstehen könnten. Der Heizstab 1o ist, wie in Fig. 5 übertrieben dargestellt, lose in das Rohr 68 hindöFehgeschoben und kann so leicht ausgewechselt werden. Das Rohr 68 ist mit einem Flansch ^r(o versehen, der an der Außenwand des Ofens anliegt und an den der Ring 34 des Heizelements mit seinem ganzen Umfang anstößt. Der Ring 34 könnte, wenn erwünscht, auch in einem Stück mit dem Rohr 68 hergestellt sein.

Durch die vorliegende Erfindung ist ein neuepes und verbessertes

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Heizelement mit einer neueren Kontaktanordnung für die elektrischen Anschlüsse geschaffen worden, bei dem die Wärmestrahlung in den Bereich der elektrischen Anschlüsse hinein auf ein Minimum beschränkt ist. Durch den keramischen Ring 34 wird das Heizelement zusammengehalten und bei der Installation in einem Ofen an seinem Platz gehalten; der Bereich der elektrischen Anschlüsse bleibt außerhalb der Ofenwand. Ferner kann das Heizelement auch so angebracht werden, daß es von der Decke des Ofens senkrecht herabhängt»oder daß es durch den Boden hindurch aufwärts in die Ofenkammer hineinragt. Im letzteren Fall sind jedoch weitere Hilfsmittel zum Befestigen des Heizelements nötig. Schließlich sei noch als Vorteil des erfindungsgemäßen Heizelements erwähnt, daß durch die wärmeisolierende, keramische Wolle in einem Abschnitt des Heizstabs nicht nur Wärmestrahlung, sondern auch ein Strömen heißer Gase im Innern des Heizstabs nach den elektrischen Anschlüssen hin verhindert wird.

Patentansprüche:

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Claims (6)

Patentansprüche: 29. Nov. I967

1. Elektrisches Heizelement, insbesondere aus dichtem, selbstgeoundenem Siliziumkarbid, mit einem Heizteil (12), an den sich ein kaltes Ende (16) anschließt, auf dessen äußere Oberfläche nahe seinem dem Heizteil (12) abgekehrten Ende (26) eine Schicht eines elektrisch gut leitenden Materials aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das kalte Ende (16) aus zwei langgestreckten, mit seitlichem Abstand voneinander angeordneten Gliedern (I8,2o) besteht, zwischen denen auf einem Teil ihrer Länge ein isolierendes Füllmaterial (32) angeordnet ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (32) aus keramischer Wolle besteht.

3· Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (ib,2o) im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt haben.

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Gliedern (i8^o) an jeder Längsseite, eine Leiste (28,30) aus isolierendem Material angeordnet ist, deren Dicke im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den beiden Glieder (1ö,2o) ist.

5· Heizelement nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Klemmvorrichtung (34,42) zum Ausdrücken der beiden Glieder (18,2o) an die Leisten (28,30).

6. Heizelement nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (34,42) ein aus mehreren Segmenten (36) bestehender Ring (34) mit einer die Segmente (36) umfassenden Schelle (42) ist.

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