DE1966175A1

DE1966175A1 - Elektrischer Ofen mit einem Heizelement und einer Vorheizung

Info

Publication number: DE1966175A1
Application number: DE19691966175
Authority: DE
Inventors: Anthony Geb Barbier; Krzysztof Dembinski; Faucher Geb Dupre
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1968-05-17
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1971-10-14
Also published as: US3571476A; GB1278658A; DE1925087B2; DE1966175C3; DE1925087A1; US3709998A; DE1966175B2

Description

TS66T7S

dr. L. WESSEtY 1λ Mar 1971

PATENTANWALT A :

MÖNCHEN \9 MONTENSTRASSE 9Ji

AGENCE NATIONAIiE DE VALORISATION DE IA BECHERCHE (ANVAR) ssissBBsa=sss=ss==:a==:s= =====rsss:==:as:=ssss:asaassta

" Puteaux, Frankreich

Elektrischer Ofen mit einem Heizelement und einer

Vorheizung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Ofen mit wenigstens einem Heizelement aus einem feuerfesten oxydationsbeständigen Material und mit einer Vorheizung, die das Heizelement umgibt, wobei diese Baugruppe im Inneren eines wärmeisolierenden Mantels angeordnet ist.

Bekannte öfen dieser Art sind nicht zufriedenstellend, wenn es sich darum handelt, sehr,hohe Temperaturen, insbesondere Temperatüren Über 2Q00°C zu erreichen. .

Die Erfindung bezweckt, diese Nachtelle aus zuschal teil/ f

Der erfindungsgemässe elektrische Ofen, der Vorheizeinrichtungen aufweist, die das Heizelement umgeben, wobei das Ganze im Inneren eines wärmeisolierten Raumes angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass er Einrichtungen aufweist, an denen das Heizelement im Inneren des Hohlraums an denjenigen Enden aufgehängt ist, durch die die Stromzuführung erfolgt, wobei das andere Ende des Heizelements frei ist und wobei diese Einrichtungen derart ausgebildet sind, dass sie den direkten Kontakt zwischen dem · Heizelement und den die Vorheizeinrichtungen bildenden Teilen verhindert.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Heizelement im wesentlichen

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zwei halbzylindrische Hohlteile, die in geringem Abstand voneinander mit ihrer konkaven Seite einander gegenüber angeordnet; sind und die an einem ihrer Enden die Stromzuführung aufweisen und an ihrem anderen Ende durch einen gemeinsamen zylindrischen Abschnitt miteinander verbunden sind, wobei einerseits der Aussendürchmesser der halbzylindrischen Teile und des gemeinsamen zylindrischen Abschnitts sowie die Dicke dieser Teile sich derart ändern, dass diese von dem Ende der beiden halbzylindrischen Teile, durch das diesen Strom zugeführt wird, bis zu, dem Ende des gemeinsamen zylindrischen Abschnitts hin abnehmen, und wobei andererseits der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten der beiden halbzylindrischen Teile sich derart verändert, dass dieser in Richtung zum gemeinsamen zylindrischen Abschnitt hin abnimmt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist das Heizelement als zusammengesetztes Element ausgebildet» das zwei rohrförmige Elemente aufweist, von denen das eine im Inneren des anderen koaxial ange-

miteinander

ordnet ist, wobei die beiden Elemente/an einem ihrer Enden verbunden sind und das andere Ende von jedem dieser beiden Elemente einen der Stromanschlüsse des zusammengesetzten Elements bildet.

Die Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen':

Fig. 1-6 Schnittansichten einer ersten Ausführungsform des • erfindungsgemäßen Heizelements sowie sechs AusfUh-

rungsformen von erfindungsgemäßen Aufhängeeinrichtungen,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform

des erfindungsgemäßen Heizelements sowie der Äufhängeeinrichtungen,

Fig. 8 eine Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelements,

Fig. 9 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Ofens,

. R, Ί09842/0601

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Fig» 10 eine Schnittansicht eines Teils des in Fig. 9 gezeigten Ofens in einer anderen Anordnung und

Fig. 11 ein Schaltbild, das die Einrichtungen für die elektrische Speisung der verschiedenen Teile des Ofens zeJLgt. ■

Gemäß der in den Fig. 1-6 gezeigten'bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement 1 so aufgebaut, daß es zwei konkave halbzylindrische Teile la und 1b aufweist, die einander gegen- | über in geringem Abstand zueinander angeordnet sind, miteinander durch eines ihrer Enden mittels eines gemeinsamen zylindrischen Abschnitts 2 verbunden sind und durch ihre Jeweiligen freien Enden 3 und 4 mit elektrischem Strom gespeist werden. -'

Von den beiden Teilen 1a und Ib wird ein Heizraum C begrenzt.

In der Höhe der Enden J5 und 4 ist ein Flansch 5 vorgesehen, der sich nach außen erstreckt und ermöglicht, das Element 1 im Inneren des elektrischen Ofens, der im folgenden noch beschrieben wird, durch'Aufhängeeinrichtungen, die ebenfalls im folgenden noch beschrieben werden, zu tragen.

Es läßt sich zeigen, daß es, wenn man eine Temperatur in der Höhe der Enden 3 und 4 unterhalb 1700⁰C haben will, während diejenige des Heizraums C 2000⁰G übersteigt, erforderlich ist, daß der Widerstand des Elements je Längeneinheit in der Höhe

10 9 8 4 2 / 0 6 0 t. original inspected

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der Enden die Hälfte des Widerstands Je Längeneinheit in der Höhe des Heizraums ist, d.h.:

^R2000 " ² Voo ^wobei

.-■ S 2000 I und R_17m - S I7OO |

^s2000 T700 ^s1700

j (j?■ β Widerstand des Elements, 1 »Länge und s ■ Querschnitt)

' Man kann somit schreiben:

^R200O 12000

^l1700 ii700 ^s2000

: und> wenn das keramische Material aus Zirkoniumoxyd besteht, für welches .

S 2000 m 1i2rcm

S 1700 = 10Äcm . = gilt,

so ergibt sich

⁸²⁰OO = 20

^s1700

Wenn r der Außenradius des Elements in einer gegebenen Höhe ist und dr seine Dicke (vgl. Fig. 1), so ist

s β 2TC r dr und demzufolge

^r1700 ^{β 20 r}2000

wenn die Rohrdicke konstant ist.

Selbstverständlich ist es nicht möglich, diese Gleichung in der Praxis zu erfüllen, und deshalb variiert man erfindungsgemäß r und dr derart, daß diese Größen ausgehend von den

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beiden..freien.-Enden zum gemeinsamen Abschnitt 2 hin abnehmen. ..-

Um zu vermeiden, daß Lichtbögen in den kalten Teilen infolge ^; .; der Abscheidung von Verunreinigungen und deren Verflüchtigung ^! auftreten, und um Abweichungen des transversalen- Wärmegradienten , zu vermeiden, baut man das Element T erfindungsgemäß so auf, daß der Abstand d, der die jeweils einander gegenüberliegenden Kanten der Teile 1a und 1btrennt, vonden freien Enden ausgehend bis zu dem gemeinsamen Abschnitt 2 hin abnimmt.

Im allgemeinen weist der gemeinsame Abschnitt 2 eine solche Länge auf, daß der Strömungsquerschnitt für den Strom von einem der halbzylindrischeh Teile zu dem anderen (dieser Strömungs- . querschnitt wird erhalten, indem man das Heizelement in einer Ebene schneidet, die durch den Spalt hindurchgeht* der die jeweiligen einander gegenüberliegenden Kanten der feile la und 1b trennt) zumindest dem Strömungsquerschnitt für den Strom in dem Nutzabschnitt des Heizelements (der der Stelle des mit C in, Pig, 4 bezeichneten Teils entspricht) gleich ist.

Um jedoch eine isotherme Zone sehr geringer Dicke zu erhalten, beispielsweise für einen Zonensehmelzvorgang, bildet man den Abschnitt 2 mit einer sehr geringen Länge aus, wobei dieser Abschnitt 2 dann zu einem Ring vermindert ist (Fig. 3a)-.

Erfahrungen haben gezeigt, daß die· Dicke der Wandung in der Höhe des Nutzabschnitts des Heizraumes C unterhalb 8 mm gewählt werden sollte.

Als Zahlenbeispiel sei angegeben, daß ein Heizelement aus Zirkoniumoxyd, das ausgezeichnete Ergebnisse geliefert hat (es hat keine Verschlechterung nach einer Betriebsdauer von mehr als 500 Ständen bei einer Temperatur von 2000⁰C an der Luft . gezeigt), die folgenden Abmessungen aufweist:

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Gesamtlänge _s 150 mm

Durchmesser des Heizraums C 20 mm

Länge der Teile 1a und 1b 120 mm

Breite des Schlitzes der die
j-„ Teile la und 1b trennt:

in der Höhe des Flansches 10 mm

; in der Höhe des gemeinsamen zylindrischen

Abschnitts . 3 mm

; Wanddicke: '

^: in der Höhe des Flansches = 8 mm

• am Anfang des Nutzteils 3 nun

in der Höhe des gemeinsamen zylindrischen
j Abschnitts 2 mm

, Ein anderes Heizelement, das ausgezeichnete Ergebnisse geliefert ^; hat, weist die folgenden Abmessungen auf:

; Gesamtlänge 150 mm

_: . Länge des gemeinsamen zylindrischen

■ Abschnitts 20 mm

Innendurchmesser 3m mm

Breite des Schlitzes:

in der Höhe des Flansches ₌ 10 mm

in der Höhe des gemeinsamen zylindrischen

Abschnitts 3„mm

Wanddicke:

in der Höhe des Flansches 17 mm

am Anfang des Nutzteils 6 nun

in der Höhe des gemeinsamen zylindrischen

Abschnitts 4 mm

Die in Fig. 7 gezeigte AusfÜhrungsform weist wieder die Merkmale, die bezüglich r, dr und d dargelegt wurden, auf. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, daß der Flansch für die Befestigung an der Aufhängung dieses Mal sich in das innere des Heizraums C hinein erstreckt. Dieser Plansch ist mit 8 bezeichnet.

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In gewissen Fällen benötigt man Heizelemente der in Frage stehenden Art, deren Heizraum eine sehr große isotherme Zone bildet.

Man kann dann eine andere Ausführungsform des Heizelements vor- .; sehen, das die Form eines zusammengesetzten Elements hat, das zwei rohrförmige Elemente 11 und 12 aufweist, von denen das eine im Inneren des anderen koaxial angeordnet ist und welche miteinander an einem ihrer Enden. 11a bzw. 12a verbunden, sind, wobei ^; das andere Ende 11b bzw. 12b von jedem dieser Elemente die Stromanschlüsse des zusammengesetzten Elementes bilden.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, sind die rohrförmigen Elemente und 12 so ausgebildet, daß das Verhältnis des Querschnitts in der Höhe des die Stromzuführung bildenden Endes zu dem in der Höhe des Heizraums C, der von dem rohrförmigen Element 12 begrenzt wird, über 1,5 beträgt. Zur Vermeidung eines nichtkontinuierlichen Widerstandsgradienten verändert sich ferner der Querschnitt von jedem der rohrförmigen Elemente zwischen dem Heizraum und dem den Stromanschluß bildenden Ende kontinuierlich.

■ . " 5·

In Fig. 8 sind die Stromzuführungen nicht dargestellt, doch sind die Aufhängungen 1j5 und 14 gezeigt, die das zusammengesetzte Element im Inneren des elektrischen Ofens halten.

Um die rohrförmigen Elemente 11 und 12 an ihren Enden 11a und 12a, die vorteilhafterweise die in Fig. 8 gezeigte Form aufweisen, fest miteinander zu verbinden, kann man zwischen die in Kontakt miteinander gebrachten Flächen dieser Enden ein Pulver des die rohrförmigen Elemente bildenden Materials (beispielsweise Zirkoniumoxyd-CaIciumoxyd der Formel ZrO₂ - 6 % GaO) einbringen und das Ganze auf eine ausreichende Temperatur erhitzen, um eine Verbindung durch Schmelzen des Pulvers (Temperatur über 1700⁰C) zu bewirken. Anstelle des genannten Pulvers kann man auch ein · Pulver einer Verbindung (z.B. AIgO,) verwenden, die mit dem Zirkoniumoxyd ein Eutektikum(1700-C für AIgO,) bildet.

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Infolge dieser Konstruktion, bei der das Element 12, das den Heizraum C umgibt, seinerseits im Inneren eines Heizraums CL, angeordnet ist, der von dem Element 11 umgeben ist, sind die Heizbedingungen in dem Heizraum C bezüglich des isothermen Zustande ausgezeichnete.

Der mit einem Heizelement 1, wie es oben beschrieben ist, ausgestattete elektrische Ofen weist eine Vorheizung 22 auf, die das Heizelement umgibt, wobei die Gesamtanordnung im Inneren eines Raumes C;. angeordnet ist, der koaxial mit dem Heizraum G des Heizelements 1 verläuft und von dem Wärmeisollerungsmantel 23 umgeben wird.

Der Wärmeisolierungsmantel ist von einem Metallgehäuse 24 umgeben, das durch Wasserumlauf gekühlt werden kann. Die zu prüfenden Proben werden mittels eines beweglichen Probenträgers 25 in das Innere des Ofens gebracht und aus diesem entnommen.

Die Stromzuführungen 26a und 26b werden durch Einspanneinrichtungen in innigem Kontakt mit den freien Enden 3 und 4 der Teile 1a und 1b gehalten.

Erfindungsgemäß weist dieser Ofen Einrichtungen auf, an denen das Element =1 durch den oben genannten Flansch im Inneren des durch den Wärmeisolierungsmantel 23 gebildeten Hohlraums aufgehängt wird, wobei diese Aufhängung so ausgebildet ist, daß sie einen direkten Kontakt zwischen dem Element 1 und den die Vor-•heizung 22 bildenden Teilen verhindert.

Diese Vorheizung kann, wie gezeigt, ein zylindrisches Rohr 29 aufweisen, das beispielsweise aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht und eine elektrische-Widerstandswicklung, 30 trägt, die beispielsweise aus Platin, Platin-Rhodium oder einer Legierung, wie beispielsweise Kanthai oder einer analogen Legierung, besteht. Diese Vorheizung sollte die Temperatur des Elements auf übe.r 10OQ⁰C bringen.

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Der Wärmeisolierungsmantel 23 kann aus hochtemperaturbeständigen Keramiksteinen, beispielsweise Irad, gebildet sein und ist so beschaffen, daß die im Inneren des Raums C- herrschende Temperatur in der Nähe der Temperatur des Elements T liegt.

Außerdem sind die Vorheizung und der Wärmeisolierungsmantel so beschaffen, daß das Heizelement auf seine Erregungstemperatur gebracht werden kann, ohne daß die Vorheizwicklung überhitzt wird, und daß die Temperatur um das Heizelement; homogen und relativ hoch ist. Diesbezüglich;- sei bemerkt, daß ein guter Betrieb des Heizelementes erfordert, daß die folgende Beziehung ä

lim '" 1 - ■ _ .

^To> ^{T (1}- 7Γ ⁾ * . ". ■ "".■.-■■ erfüllt ist, wobei

A = der Exponentialexponent in der Widerstandsgleichung

T = die Temperatur im Inneren, des Raumes C-T = Temperatur des Heizelements.

Das Metallgehäuse 24, das den Wärmeisolierungsmantel 2j5 umgibt, ist doppelwandig, wie aus Pig» 9 ersichtlich ist, was ermöglicht, ■ Kühlmittel mittels der Zuführungsleitungen /J2a und 32b und einer Abzugsleitung 33 umlaufen zu lassen.

Wie weiterhin aus Fig. 9 ersichtlich ist, steht der Raum Cj mit dem Außenraum durch eine obere Öffnung 3^ und eine untere Öffnung 35 in Verbindung, die sich beide durch den Mantel 23 und das Gehäuse 24 hindurch erstrecken, Mittels dieser Öffnungen ist es möglich, in den Heizraum C eine nicht dargestellte Probe, die untersucht werden soll, einzubringen.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform"1st es die untere öffnung 35, durch die man die zu prüfenden Proben mit Hilfe des Probenträgers 25 einbringt, der später noch beschrieben wird. Bei dieser Ausführungsform ist die öffnung 34 mit einem durchbrochenen Rohr 38 versehen, das eine Beobachtungsvorrichtung 39a aufweist, die die Beobachtung des Heizraums C und die Bestimmung der dort herrschenden Temperatur ermöglicht.

In der Höhe des Heizraums C ist vorteilhafterweise eine zweite Beobachtungseinrichtung 39b vorgesehen, die, wie in Fig. 9 gezeigt, sich durch das Gehäuse 24, den Wärmeisolierungsmantel und das Rohr 29 hindurch erstreckt (die Beobachtungseinrichtung 39t» ermöglicht die Beobachtung des Inneren des Heizraums C durch den durch die Teile 1a und 1b gebildeten Spalt; in der Figur ist das Element 1 in einer Stellung dargestellt, die nicht die normale Stellung
Achse erhalten ist).

die normale Stellung ist und durch Drehung um 90 um dessen

Der Ofen und der Probenhalter 25 können an einem gemeinsamen senkrechten Träger 4o montiert sein, der auf einem Fuß 41 befestigt ist (in der Praxis kann der Fuß 41 nicht dargestellte ₌ Durchführungen für die Zufuhr und Abfuhr von Wasser und die elektrischen Speiseleitungen aufweisen). Der Ofen wird Vorzugs--™ weise in einer festen Stellung an dem Träger 40, wie gezeigt, mittels einer Konsole P gehalten, während der Probenträger 25 mit dem Träger 40 durch einen Arm 42 verbunden ist, der längs des Trägers 40 mittels eines an sich bekannten Zahntriebes 43 verschoben werden kann. Dieses System wird mit einem Handgriff 44 betätigt. Mittels einer Feststellschraube 45 ist es möglieh, den Arm 42 in verschiedenen Stellungen um den Träger herum festzulegen.

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Bei der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform besteht die Aufhängung, die den direkten Kontakt zwischen dem Element 1 und der Vorheizung 22 verhindert und an der das Element 1 aufgehängt ist, aus Elementen 46 aus einem oxydationsbeständigen Metall, beispielsweise einem Metall der Gruppe der Platinmetalle, Ohne eine solche Vorkehrung würde bei den Betriebstemperaturen die Bildung eines Eutektikums zwischen dem· Zirkoniumoxyd des-Elementes 1 und dem Aluminiumoxyd des Rohres 29 begünstigt.

Im Falle dieser Ausführungsform werden die Abmessungen der verschiedenen den Ofen bildenden Bauteile so gewählt, daß der Wert des Durchmessers des Rohrs 29 größer als das: 1,5-fache oder gleich dem 1,5-fachen des Durchmesser des Elementes 1 in seinem Nutzteil ist. '

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform besteht die oben genannte Aufhängung aus zwei halbzylindrischen Teilen 47a und 47b, deren Form aus Fig. 10 ersichtlich ist und die die folgenden Komponenten aufweisen:

Einen ersten'Flansch 45a bzw. 48b, der sich nach außen erstreckt und mit dem diese an Teilen des Wärmeisolierungs- | mantels aufgehängt ist,

einen zweiten Flansch 49a bzw. 49b, der sich nach innen erstreckt und an dem sich der Flansch 8 des Elementes 1 abstützt.

Bei den in den Fig. 1-7 dargestellten Ausführungsforinen weisen die Einrichtungen, die den direkten Kontakt zwischen

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dem Heizelement und den die Vorheizung bildenden Teilen · verhindern und die Aufhängung bilden, zwei Bauteile aus feuerfesten Oxyden auf, auf denen die beiden halbzylindrischen Teile des Heizelements abgestützt sind/ wobei das Ganze so ausgebildet ist, daß kein elektrischer Strom zwischen den beiden die Aufhängung bildenden Bauteilen fließen kann, selbst wenn gewisse Zonen dieser die Aufhängung bildenden Bauteile infolge der von dem Heizelement erreichten Tempe*- raturen über 2000⁰C elektrisch leitend werden. Es sei bemerkt, daß die feuerfesten Oxyde, die die Aufhängung bzw. das Heizelement bilden, so gewählt werden, daß sie nicht miteinander reagieren. Andernfalls ordnet man Bauteile aus oxydationsbeständigem Metall zwischen diesen an.

Wenn das Heizelement aus Zirkoniumoxyd gebildet ist, kann man.vorteilhafterweise dieses gleiche Material für die Herstellung der Aufhängung verwenden.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform weist die Aufhängung ein Rohr 50 aus feuerfestem Oxyd auf,das parallel zu der Achse über einen gewissen Teil seiner Länge zwei sich verbreiternde Schlitze 50a hat, die sich an einem seiner Enden öffnen. Der Innendurchmesser Ώ des Rohrs wird so gewählt, daß die beiden halbzylindrischen= Teile des Elements 1 durch den Flansch 5 auf den Enden der beiden Teile des Rohrs 50 liegen können, die durch die Schlitze 50a voneinander getrennt sind. Mit seinem anderen Ende- ist das Rohr 50, wie in den Fig. 1 und gezeigt, in einem Träger 51 montiert, der Einrichtungen für eine Wasser- oder Luftkühlung aufweist, durch welche verhindert wird.

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•-13- ^:;

daß das Ende des Rohrs elektrisch leitend wird*

Im Falle der in Fig. -1 gezeigten ΑμείΰΐΉπΗ^εΓοΓίη ist diese Kühlung eine Wasserkühlung, und die Baugruppe 51 weist zu diesem Zweck eine Ringleitung 52 auf, durch die Wasser ./Strömt, das durch eine Leitung 53 zugeführt und durch eine Leitung 54 abgeführt wird.

! Im Falle der in Fig« 2 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Kühlung mittels Luft, wobei die Baugruppe 51 Kühlrippen 55* die sternförmig angeordnet sind, aufweist, j

Im Falle der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform weist die Auf« hängung zwei halbzylindrische Bauteile 56a und 56b aus feuerfestem Oxyd auf. Diese Bauteile sind mit ihrem konkaven Teil einander gegenüberliegend angeordnet, wobei der Abstand, der die gegenüberliegenden Kanten trennt, zumindest 1 mm beträgt, um jeden eventuellen Kontakt infolge einer Verformung durch die Temperaturerhöhung zu verhindern. Diese Bauteile bestehen aus zwei Abschnitten unterschiedlicher Dicke E- und IU · Jeder dieser Teile trägt mit seinem Abschnitt geringster Dicke einen.der halbzylindrischen Teile des Heizelementes 1 in der gleichen Weise wie das Rohr 50 bei den in den Flg. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen. ; ;"■-■ . I

Bei der in Fig. 4 gezeigten Äusführungsform weist die Aufhängung einen ringförmigen Sockel 58 auf, auf welchem, wie gezeigt, zwei halbzylindrische Bauteile 59a und,59b befestigt sind, beispielsweise durch Einzementieren/Die relative Anordnung der beiden Bauteile 59a und 59b ist derart, daß die einander gegenüberliegenden Kanten einen Abstand von zumindest 1 mm aufweisen. Die Gründe hierfür sind die gleichen, wie sie oben angegeben wurden. Mittels des freien,Endes der beiden halbzylindrischen Bauteile werden die halbzylindrischen Teile des Heizelements 1 durch den Flansch 5getragen.

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Im Falle der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform stützt sieh das Heizelement 1 mit dem Flansch 5 auf dem Rand einer öffnung 6o in einer Platte 61 ab, die auf einem Rohr liegt und durch einen Schlitz 6j5 in zwei Teile unterteilt ist, die durch eine Zone 6ia miteinander verbunden sind« die in einem ausreichend kalten Bereich angeordnet ist, so daß kein Strom ■ zwischen den beiden Teilen der Platte fließen kann.

j In Fig. 5 ist schematisch das-'Rohr 29 gezeigt, das im Inneren . des Rohrs 62 angeordnet ist, auf welchem die Platte 61 ruht.

; Das Ganze wird in den Hohlraum C. des elektrischen Ofens βInge-

; _e bracht, .

Die Dicke -der Platte 61 ist gering, beträgt jedoch zumindest ; 2 mm. .

Es sei bemerkt, daß es möglich war, eine Temperatur von 22Q0°C in einem erfihdungsgemäßen Ofen mehrere Stunden lang aufrechtzuerhalten, der mit dem in den Fig. 5 und 6 gezeigten Heizelement und der dort gezeigten Aufhängung ausgerüstetwar.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform besteht die Aufhängung aus einem Rohr 65·, das parallel zur Achse über einen gewissen Teil seiner Länge zwei diametral gegenüberliegende Schlitze 66 mit einer Breite m aufweist. Dieses Rohr weist an dem Ende, an dem die Schlitze 66 offen sind, einen Flansch 6j auf, der sich nach außen erstreckt. Die beiden halbzylindpischen Teile des Elements 1 können sieh durch den sich nach innen erstreckenden Flansch 8 auf dem Flansch Sj der beiden Teile des Rohrs 65 abstützen. Aus den gleichen Gründen, wie sie oben angegeben wurden, beträgt die Größe "von m zumindest 1 mm. Auch hier ist der zylindrische Teil des Rohrs 65 in einem Bereich angeordnet, in welchem die Temperaturen ausreichend niedrig sind, um alle Stromdurchgänge zu vermeiden, ■

Im Falle der in den Fig, 1 - 4 einerseits und 7 andererseits dargestellten Ausführungsformen ist die gesamte aus dem '

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SAD OHfQJNAL

Element 1 und der Aufhängung bestehende Baugruppe im Inneren des Rohrs 29 angeordnet (es sei bemerkt, daß im Falle der in den Fig. 1 - 4 gezeigten Ausführungsformen die Aufhängung eine ausreichende Abmessung, die sich unter den Abschnitt 2 des Elements 1 erstreckt, aufweist, damit ihre Enden, die nicht elektrisch leitend werden sollen, außerhalb des Wirkungsbereichs der Wicklung 30 liegen).

Die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Einspanneinrichtungen, die die Stromzuführungen 26a und 2ob gegen die Enden 3 und 4 drücken, können aus zwei halbzylindrischen Elementen TOa und 70b bestehen, deren Form aus den Fig. 9 und 10 ersichtlich ist. Diese Elemente werden bei der ersten Ausführungsform durch ein Zentrierorgan 71» dessen Form aus Fig. 9 ersichtlich ist, oder durch ein Zentrierorgan 72, dessen Form aus Fig. TO ersichtlich ist und das mit den Bauteilen 47a und 47b im Falle der zweiten Ausführungsform zusammenwirkt, gehalten.

Der Strom wird den Stromzuführungen 26a und 26b sowie der Widerstandsheizung 30 über einen Anschluß 74» der schematisch in Fig. 9 gezeigt ist, zugeführt.

Einrichtungen zur Stromversorgung des Vorheizwiderstands 30 und des Heizelements 1 sind s.o ausgebildet, daß sie die Temperaturstabilltät des Elements 1 gewährleisten..

In Fig. 11 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform dieser Einrichtung gezeigt, die einen Vorheizkreis und einen Speisekreis für das Element 1 aufweist, von denen jeder mit einer Wechselstromquelle S verbunden ist.

Der Vorheizkreis speist die Widerstandsheizung 30 über eine Einrichtung 75» die einen Transformator mit mehreren Ausgängen aufweist, der ein mittleres oder starkes Vorheizen je nach der

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Stellung der Steuerung eines Zeitgebers oder einer Schältuhr ermöglicht, der oder die Teil der Einrichtung 75 ist. Für" eine lange Lebensdauer des Heizelements ist es. erforderlich, dieses langsam und-regelmäßig auf die Betriebstemperatur zu bringen. Ein DoppeIkontaktschalter ?6 ist ebenfalls in diesem Schaltkreis vorgesehen. .

Zu Beginn wird durch den Zeitgeber ein mittleres Vorheizen während einer Stunde und dann ein starkes Vorheizen bis zur Erregungstemperatur des Elements 1 eingestellt.

Der Speisekreis für das Element 1 weist in Reihe geschaltet außer dem Element 1 selbst ein Element 77 und eine Spule 78 mit veränderlicher Sättigung, die im folgenden noch erläutert wird, sowie ein Amperemeter 79 auf. .

Das Element 77 ist so gewählt, daß es die Erregung des . Elements i feststellen kann. Es kann beispielsweise, wie dargestellt, ein Widerstand sein. Die Erregung des Elements 1 erzeugt einen Spannungsabfall an den Klemmen des Widerstands Dieser Spannungsabfall erregt ein nicht dargestelltes Relais, das in einer üblichen Äusschaltvorrichtung 80 vorgesehen ist, die den Doppelkontaktschalter ¹JS betätigt. Dieser unterbricht dann die Speisung des Vorheizkreises.

Die oben genannte Spule mit variabler Sättigung weist eine Steuerwicklung 78a und eine Arbeitswicklung 78b auf, die in Reihe mit dem Element 1 geschaltet ist. Durch Veränderung der Stärke des Gleichstroms, der durch die Steuerwicklung 78a fließt, wird das Magnetfeld in der Arbeitswicklung und demzufolge die Impedanz dieser letzteren verändert. Der Gleichstrom, dessen Stärke einstellbar ist und mit dem die Steuerwicklung gespeist wird, wird mittels eines einstellbaren Autotransformators 81 und einer Gleichrichterbrücke 82 erzeugt.

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Zu Beginn eines Versuchs stellt man den-Autotransformator 81 so ein, daß eine solche Sättigurigsspannüng vorhanden ist, daß die Temperatur des Elements 1 sich bei etwa 1500⁰G stabilisiert. Ist diese Temperatur einmal erreicht, so steigert man die Temperatur weiter, indem man den Autotransformator 81 manuell verstellt* :

Zwischen den Klemmen des Elements 1 ist ein Voltmeter y" eingeschaltet.

Der Probenträger 25 weist erfindungsgemäß im wesentlichen einen rohrförmigen Bauteil 84, der auf dem Arm 42 beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, wie gezeigt, befestigt ist, sowie einen Bauteil 85 auf, derauseinem Rohr86 besteht, das an jedem seiner Enden mehrere Spannbacken 87 trägt (vier bei/ der dargestellten Ausführungsform), die wie ein Spannfutter betätigt werden und demzufolge die Einspannung einer gegebenen Probe längs zweier Kreise erlauben, wodurch es möglich ist, den gleichen Bauteil 85 für Proben zu verwenden, deren Durchmesser in viel größeren Grenzen variieren können, als es für ein übliches Spannfutter mit nur einem einzigen Einspannkreis möglich wäre.

Die Betätigung der Spannbacken des Bauteils 85 erfolgt mittels einer Schraube 90, die in den Bauteil 84 eingeschraubt sein kann, wobei diese Schraube mittels einer.vschrägen FührungS'-flache 90a mit den Spannbacken zusammenwirkt, die von einem der Enden des Rohrs 86 getragen werden, wobei die von dem anderen Ende des gleichen Rohrs 86 getragenen Spannbacken mit einer schrägen Führungsfläche 91 zusammenwirken, die im Inneren des Bauteils 84 vorgesehen ist. ' "

Um eine gegebene Probe in das Innere des Heizraums C einzubringen, senkt man zunächst den Probenhalter 25 ab, indem man den Handgriff 44 betätigt. Man löst die Schraube 45 und schwenkt den Arm 42 um den Träger 40, um ihn von dem Ofen, wegzudrehen. Man schraubt dann die Schraube 90 ab, um die Probe in dem

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Bauteil 85 anzuordnen, und schraubt die Schraube wieder auf. Es genügt, den Arm 42 dann in umgekehrtem Sinne zu schwenken, um den Probenhalter unter die öffnung 35 des Ofens zu bringen und ihn mittels des Handgriffs 4A anzuheben. Am Ende der Aufwärtsbewegung legt sich der Probenträger, beispielsweise wie in der Figur gezeigt, satt gegen die öffnung 35 an, wobei sich die eigentliche Probe dann im Inneren des Heizraums C befindet. Um die Stellung des Endes^ der Probe, gleichgültig wie lang diese ist, präzis einstellen zu können, ist es vorteilhaft, eine mit einer Mittelbohrung versehene Lochschraube 90, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, zu verwenden.

Ist die Probe in ihre Stellung gebracht, so genügt es, die Stromzuführung einzuschalten.

Der so ausgebildete Ofen weist zahlreiche Vorteile auf, insbesondere den, eine Probe in einen Raum bei einer hohen, homogenen, einstellbaren und sehr stabilen Temperatur in oxydierender oder neutraler Atmosphäre einbringen zu können, ohne sich kostspieliger oder wenig geeigneter Arbeitsweisen bedienen zu müssen, den, zu ermöglichen, Messungen durch Beobachtungen im Inneren des Heizraums mit Hilfe des Schlitzes des Elements 1 durchzuführen, ohne Messsonden einführen zu ■k müssen. -

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. j Elektrischer Ofen mit wenigstens einem Heizelement aus nem feuerfesten oxydationsbestandigen Material, welches zwei

halbzylindrische Hohlteile aufweist, die mit ihrem konkaven Teil einander gegenüber in geringem Abstand voneinander .angeordnet sind, an einem ihrer "Enden· mit Strom versorgt werden und an ihrem anderen Ende durch einen gemeinsamen zylindrischen Abschnitt miteinander verbunden sind und mit einer Vorheizung, die das Heizelement umgibt, wobei diese Baugruppe im Inneren eines wärmeisolierenden Mantels angeordnet ist, dadurch gekenn- ™ zeichnet, daß der Außenradius der halbzylindrischen Teile und des gemeinsamen zylindrischen Abschnittes des Heizelements sowie die Dicke dieser Teile sich derart verändern, daß sie ausgehend von dem Ende der beiden halbzylindrischen Teile, durch das diese mit elektrischen Strom gespeist werden, bis zu dem Ende des gemeinsamen zylindrischen Abschnittes hin abnehmen und daß der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten der beiden halbzylindrischen Teile sich derart verändert, daß dieser in Richtung zum gemeinsamen zylindrischen^ Abschnitt hin abnimmt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, an denen das Heizelement im Inneren des Hohlraums an denjenigen, seiner Enden aufgehängt ist, durch die die Stromzuführung erfolgt, wobei das | andere Ende dieses Heizelements frei ist und wobei diese Einrichtungen so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie einen direkten Kontakt zwischen dem Heizelement und den die Vorheizung bildenden Teilen verhindern.

2, Elektrischer Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die den direkten Kontakt zwischen dem Heizelement und der Vorheizung verhindern und an denen das Heizelement aufgehängt.ist, aus Elementen aus einem oxydationsbeständigen Material, beispielsweise einem Metall aus der Gruppe der Platinmetalle, bestehen.

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3. Elektrischer Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnefc, daß die Einrichtungen, die den direkten Kontakt zwischen dem Heizelement und der Vorheizung verhindern und an denen das Heizelement aufgehängt ist, zwei hälbzyllndrisehe Bauteile aufweisen, die einen ersten Flansch haben, der sich nach außen erstreckt und- mittels welchen sie auf Teilen des Wärmeisolie^ rungsmantels abgestützt sind, und einen zweiten Flansch", der ■ sich nach innen erstreckt und mit dem sie das Heizelement tragen. ^: .-.- ■

4. Elektrischer Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die den direkten Kontakt zwischen dem Heizelement und der Vorheizung verhindern und an denen das Heizelement aufgehängt ist, zwei Bauteile aus feuerfestem Oxyd aufweisen, auf denen die beiden halbzylindrischen Teile des Heizelements jeweils abgestützt sind* wobei diese Baugruppe so angeordnet und ausgebildet 1st, daß kein elektrischer Strom zwischen den beiden die Aufhängungen bildenden Teilen fließen kann, selbst wenn Infolge der von dem Heizelement erreichten Temperaturen über 2OQO⁰C gewisse Zonen dieser die Aufhängung bildenden Teile elektrisch leitend werden, wobei die die Aufhängungen und das Heizelement bildenden feuerfesten Oxyde so gewählt sind, daß sie nicht miteinander reagieren, ■ -' "

5. Elektrischer öfen nach Anspruch 1> dadurch ge kennzeichnest > daU der wärme is oller ende Mantel von einem doppe !wand igen Metallgehäuse umgeben ist, in dem ein Kühlmittel zirkulieren kann»

6. Elektrischer Ofen nach Anspruch %, dadurch gekennzeicnnetj, daß die Einrichtungen, an denen das Heizelement mifgelängt is:t_f ein längs seiner Achse teilweise geschlitztes Bohr aufweisen* das mit einem seiner Enden in einem gekühlten Sockel teefestigt ist und die halbzylindrisehen Teile des Heizelements jnlt den Enden trägt, die durch die Schlitze voneinander getrennt sind.

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7. Elektrischer Ofen nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen,, an denen das Heizelement aufgehängt ist, zwei halbzylindrische Hohlteile aufweisen, die einander gegenüber in geringem Abstand voneinander angeordnet sind,

8. Elektrischer Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, an denen das Heizelement aufgehängt ist, eine Platte mit einer zentralen öffnung aufweisen, an deren Rand das Heizelement aufgehängt ist, wobei die Platte, in zwei Teile geteilt ist, die durch eine gemeinsame Zone miteinander verbunden sind. ,

9. Elektrischer Ofen nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß er Stromzuführungen aufweist, die einen Vorheizkreis und einen Speisekreis für das Heizelement aufweisen, daß der Vorheizkreis eine Einrichtung zur Regulierung der Intensität des Vorheizens aufweist und daß der Speisekreis für das Heizelement ein Element aufweist, welches die Erregung des Heizelements feststellt und die Unterbrechung desVörheizkreises auslöst.

10. Elektrischer Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil vorgesehen ist, der aus einem Rohrteil besteht, der an jedem seiner Enden mehrere Spannbacken trägt, die nach | Art eines Spannfutters betätigbar sind und die das Einspannen einer Probe, die im Inneren des Heizraums des Heizelements, das in dem Ofen vorhanden ist, gehalten werden soll, längs zweier Kreise ermöglichen.

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