DE2349743A1

DE2349743A1 - ELECTRICAL RESISTOR ELEMENT

Info

Publication number: DE2349743A1
Application number: DE19732349743
Authority: DE
Inventors: Nils Gustav Dr Phi Schrewelius
Original assignee: Bulten Kanthal AB
Current assignee: Bulten Kanthal AB
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1974-04-18
Also published as: JPS5012557A

Description

Elektrisches Wider standsel ement Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Miderstandselement für hohe Temperaturen mit einem durch ein leitendes, die Form einer Wendel aufweisendes Band gebildeten weißglühenden Bereich und einem Paar von mit diesem Bereich verbundenen Anschlußleitern. Electrical resistance element The invention relates to an electrical mid-level element for high temperatures with a conductive, incandescent area formed in the shape of a coil having a band and a Pair of connecting conductors connected to this area.

Elektrische Widerstandselemente aus Siliziumcarbid wurden in Form von festen Stangen und Rohren hergestellt, deren Außendurchmesser in einem Bereich von etwa 9,5 mm bis etwa 5,7 cm liegen, Da die mechanische Festigkeit des Materials niedrig ist, d.h. höchstens bei etwa 10 bis 12 kp/mm2 liegt, muß die Wandstärke der Röhren groß sein, d.h. gewöhnlich etwa bei 20 bis 35% des Außendurchmessers des Widerstandselementes liegen.Electrical resistance elements made of silicon carbide were shaped Made of solid rods and tubes, the outside diameter of which is in a range from about 9.5 mm to about 5.7 cm, as the mechanical strength of the material is low, i.e. at most about 10 to 12 kp / mm2, the wall thickness must of the tubes can be large, i.e. usually about 20 to 35% of the outer diameter of the resistance element.

Die Wandstärke vergrößert j jedoch die Gefahr einer Überhitzung dieser Elemente, da bei einer vorgegebenen Oberflächenenergieabstrahlung die Wärmeleitung durch die Wand des Elementes einen Gradienten bewirkt, durch den höhere Temperaturen an den Innenteilen der Wand auftreten, die keine Energie durch Abstrahlung abgeben kann, als an den Außenwänden der Wand, die Energie frei an die Umgebung abstraiilen kann. Eine Maßnahme zur Begrenzung der hohen Temperaturen an den Innenteilen der Wand ist die Verminderung des Stromflusses durch das Widerstandselements. Diese Verrinderun des Stromflusses vermindert jedoch gleichzeitig die Energleabgabe all der Oberfläche des Elementes. Es wurde daher festgestellt, daß eine bessere Lösung mit einer größeren Energieabstrahlung in der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Element tes liegt, wenn gleichzeitig die Wanddicke vermindert wird.However, the wall thickness increases the risk of overheating Elements, since the heat conduction at a given surface energy radiation through the wall of the element causes a gradient through which higher temperatures occur on the inner parts of the wall that do not pass any energy Radiation can release the energy freely to the environment than on the outer walls of the wall can abstract. A measure to limit the high temperatures on the internal parts the wall is the reduction in the flow of current through the resistance element. These However, reducing the current flow simultaneously reduces the energy output all the surface of the element. It was therefore found that a better solution with a greater energy radiation in the improvement of the thermal conductivity of the element lies when the wall thickness is reduced at the same time.

Die herkömmlichen Elemente aus Siliciumcarbid haben nicht -nur eine relativ große Wandstärke, sondern gleichzeitig auch eine relativniedrige Wärmeleitfähigkeit, da die ursprüngliche gute Wärmeleitfähigkeit des Siliciumcarbids durch Risse und Poren vermindert wird, die zwangsläufig in dem Material auftreten.The conventional elements made of silicon carbide have not only one relatively large wall thickness, but at the same time also a relatively low thermal conductivity, because the original good thermal conductivity of silicon carbide through cracks and Pores is reduced, which inevitably occur in the material.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues elektrisches Widerstandselement zu schaffen, das bei möglichst niedriger Wandstärke noch eine ausreichende mechanische Festigkeit, eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und eine möglichst große Energie abstrahlung nach außen hat.The object of the invention is to provide a new electrical resistance element to create a sufficient mechanical with the lowest possible wall thickness Strength, very good thermal conductivity and as much energy as possible has to the outside.

Bei einem Widerstandselement der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der weißglühende Bereich aus einer Struktur rekristallisiertem Siliciumcarbid mit einem schwer schmelzbaren metallischen, leitenden Zusatz aus Molybdänsilicid gebildet ist, wobei der Zusatz mindestens 20 und höchstens 50 Volumenprozente des Materials bildet, der Bereich eine Porösität von höchstens etwa 3 Volumenprozent hat und das Verhältnis d/a des Außendurchmessers d der Wendel des weißglühenden Bereichs und der radialen Dicke a des Bands im Bereich von 6,5 bis 15 liegt.In the case of a resistance element of the type mentioned, this task is in accordance with the invention achieved in that the incandescent area recrystallized from a structure Silicon carbide with a difficult-to-melt metallic, conductive additive Molybdenum silicide is formed, the additive at least 20 and at most 50 percent by volume of the material, the area has a porosity of at most about 3 percent by volume and the ratio d / a of the outer diameter d of the filament of the incandescent Area and the radial thickness a of the band is in the range from 6.5 to 15.

Das erfindungsgemäße, rohrförmige Widerstandselement kann daher mit sehr dünnen Wänden hergestellt werden, um eine größere Energieabgabe an seiner Oberfläche zu ermöglichen, während es gleichzeitig eine verbesserte mechanische Festigkeit und einen positiven Temperaturkoeffizienten für den elektrischen Widerstand hat.The inventive tubular resistance element can therefore with very thin walls are made to allow greater energy output on its surface allow, while at the same time providing improved mechanical strength and has a positive temperature coefficient for electrical resistance.

Das erfindungsgemäße Widerstandselement hat ein rohrförmiges, poröses Skelett aus Siliziumcarbid, in das ein schwer schmelzbarer, metallisch leitender Zusatz, wie Nolybdänsilicid,einge sickert ist, um alle Hohlräume des Skeletts vollständig auszufüllen. Das so gebildete Element hat eine sehr fein verteilte Struktur mit einer Porösität von höchstens 3 Volumenprozenten und einem Molybdänsilicidgehalt von z.B. 35 Volumenprozenten. Elemente dieser Zusammensetzung sind gegenüber Oxydation und Hitze sehr widerstandsfähig, sind gute Wärmeleiter und haben eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Alterung bei hohen Temperaturen.The resistance element according to the invention has a tubular, porous one Skeleton made of silicon carbide, in which a hard-to-melt, metallically conductive Additive, such as nolybdenum silicide, is infiltrated to complete all cavities of the skeleton to be filled out. The element formed in this way has a very finely distributed structure a porosity of at most 3 percent by volume and a molybdenum silicide content of e.g. 35 percent by volume. Elements of this composition are opposed to oxidation and heat very resistant, are good heat conductors and have a high resistance against aging at high temperatures.

Durch Benutzung dieser Zusammensetzung können kommerziell benutzbare Elemente hergestellt werden, deren weißglühender Bereich durch ein als Wendel geformtes leitendes Band mit einer kleinen radialen Wandstärke hergestellt werden, bei der das Verhältnis vom Außendurchmesser zur Wandstärke zwischen 6,5 und 15 liegt. Infolge der kleinen Wandstärke ist das Widerstandselement relativ leicht und bewirkt während des Betriebes einen nur relativ kleinen Wärmeaufbau. Dieses ermöglicht höhere Oberflächentemperaturen, so daß das Element eine relativ große Energieabstrahlung sowohl pro Gewichtseinheit als auch pro Oberflächeneinheit ermöglicht.By using this composition, commercially viable Elements are produced whose incandescent area is shaped as a helix conductive tape can be produced with a small radial wall thickness, in which the ratio of the outer diameter to the wall thickness is between 6.5 and 15. As a result the small wall thickness, the resistance element is relatively light and causes during of the operation only a relatively small heat build-up. This enables higher surface temperatures, so that the element emits a relatively large amount of energy per unit weight as well as per surface unit.

Die kuhleren Teile oder Anschlußleitungen des Widerstandselementes widerstehen dem sogenannten Verfall des flolybdänsilicids, der bei Temperaturen zwischen etwa 3000C und 8000C in Luft auftritt, was durch die niedrige Porösität des Elementes und infolge der dünnen Schicht von Siliciumcarbid, die an der Außenfläche der Anschlußleiter des Elementes vorgesehen ist, erreicht wird.The cooler parts or connection lines of the resistance element resist the so-called decay of flolybdenum silicide, the at Temperatures between about 3000C and 8000C in air occurs, which is due to the low Porosity of the element and due to the thin layer of silicon carbide that is attached to the outer surface of the connecting conductors of the element is provided.

Ein Merkmal der Erfindung ist, daß ein Widerstandselement der verbesserten Zusammensetzung und Eigenschaften mit einem wendelförmigen, leitenden Band längs des weißglühenden Bereichs ucrsehcn ist und dann abmessungsmäßigr zum Ersatz der herkömmlichen Siliziurncarbid-Elemente bei bereits vorhandenen Öfen benutzt werden kann, da die Energieabgabe an der Oberfläche gleich der der herkömmlichen Elemente ist. Außerdem haben die neuen Elemente etwa den gleichen Betriebswiderstand wie die herkömmlichen Siliciumcarbid-Elemente. Diese Abmessungs- und Widerstandseigenschaften werden durch bestimmte Werte für das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des Widerstandselementes und der Dicke der Röhrenwand und außerdem für die Breite des Abstandes zwischen benachbarten Windungen der Wendel im Verhältnis zu der Breite des leitenden Bands erreicht. Anderc Werte dienen ebenfalls diesem Zweck, wie z.B. bevorzugten Bereichen für den Steigungswinkel des wendelförmigen Bandes.A feature of the invention is that a resistance element of the improved Composition and properties with a helical, conductive tape lengthways of the incandescent area and then dimensionally to replace the conventional silicon carbide elements can be used in existing furnaces can, since the energy output at the surface is the same as that of conventional elements is. In addition, the new elements have roughly the same operating resistance as the conventional silicon carbide elements. These dimensional and resistance properties are determined by certain values for the ratio between the outer diameter of the Resistance element and the thickness of the tube wall and also for the width of the Distance between adjacent turns of the helix in relation to the width of the leading band. Other values also serve this purpose, such as preferred ranges for the pitch angle of the helical belt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Widerstandselement einen einzelnen Schlitz und ein den weißglühenden Bereich bildendes leitendes Band. Bei einer anderen Ausführungsform weist der weißglühende Bereich zwei axial mit Abstand voneinander angeordnete Teile mit wendelförmigen Bändern auf, die durch einen mittleren, nicht-ge -schlitzten rohrförmigen Teil getrennt sind, während bei einer weiteren Ausführungsform der weißglühende Bereich eine Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten wendelförmigen leitenden Bändern aufweist, deren Ansciilußleiter am gleichen Ende des rohrförmigen Elements angeordnet sind.In one embodiment of the invention, the resistance element has a single slot and conductive tape forming the incandescent area. In another embodiment, the incandescent area has two axially Spaced parts with helical bands running through a central, non-slotted tubular part are separated, while at Another embodiment, the incandescent area a plurality of in the circumferential direction having spaced apart helical conductive strips, whose Connection ladder arranged at the same end of the tubular element are.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Widerstandselement mit einem wendelförmigen, leitenden Band, Fig. 2 einen Schnit-t durch das in Fig. 1 gezeigte Widerstandselement längs der Linie 2-2 mit Elick in PSeilrichtung, Fig. 3 ein die Alterung als Funktion der Zeit zeigendes Schaubild, Fig. 4 ein die Alterungsgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur zeigendes Schaubild, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselementes mit zwei axial mit Abstand zueinander angeordneten weißglühenden Bereichsteilen und Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Widerstandselementes mit einem Paar in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten wendelförmigen Bändern.The invention is based on the embodiments shown in the drawing explained in more detail. In detail: FIG. 1 shows a plan view of an inventive device Resistance element with a helical, conductive band, FIG. 2 shows a section by the resistance element shown in Fig. 1 along the line 2-2 with elick in P direction of rope, FIG. 3 is a graph showing aging as a function of time, 4 is a graph showing the rate of aging as a function of temperature, Fig. 5 is a perspective view of a resistance element with two axially with Incandescent area parts arranged at a distance from one another and FIG. 6 shows a perspective View of a resistance element with a pair spaced in the circumferential direction helical bands arranged to one another.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten typischen Ausführungsbeispiel des neuen Widerstandselementes 10 sind -nsei Anschlußleiter 12 und 14 und ein weißglühender Bereich 16 vorgesehen, die einstückig als ein rohrförmiger Körper gebildet sind. Ein wendelförmiger Schlitz des weißglühenden Bereichs 16 bewirkt ein relativ enges, wendelförmiges leitendes Band 20, durch das der elektrische Strom von einem Anschlußleiter zu dem anderen, z.B. vom Leiter 12 zum Leiter 14, fließt.In the typical embodiment shown in FIGS of the new resistance element 10 are -nsei connecting conductors 12 and 14 and an incandescent one Area 16 is provided, which are integrally formed as a tubular body. A helical slot of the incandescent area 16 causes a relatively narrow, helical conductive tape 20 through which electrical current flows from a terminal conductor to the other, e.g., from conductor 12 to conductor 14.

Das Widerstandselement ist aus einem hitzebeständigen Material mit einem Skelett aus einem feinkörnigen, rekristallisierten Siliziumcarbid mit einem die Poren füllenden Zusatz von Molybdänsilicid hergestellt. Obwohl die Menge des Molybdänsilicids vorzugsweise etwa 35 Volumenprozent beträgt, wurde festgestellt, daß ihr Anteil in dem rohrförmigen Körper zwischen 20 und 50 Volumenprozent betragen kann. In das Widerstandselement 10 wird eine ausreichende Menge von diesem Zusatz eingesickert, um eine niedrige Porösität von höchstens 3 Volumenprozenten und vorzugsweise weniger als 1 Volumenprozent zu erreichen.The resistance element is made of a heat-resistant material with a skeleton made of a fine-grain, recrystallized silicon carbide with a the pore-filling addition made of molybdenum silicide. Although the amount of Molybdenum silicide is preferably about 35 percent by volume, it has been found that their proportion in the tubular body are between 20 and 50 percent by volume can. In the resistance element 10 is a sufficient amount of this additive infiltrated to a low porosity of at most 3 volume percent and preferably to achieve less than 1 percent by volume.

Um diese niedrige Porösität zu erreichen, wie auch ein Widerstandselement mit einer dünnen Wandstärke herzustellen, soll die Hauptteilchengröße der Siliziumcarbidkörner niedriger als etwa 44 Mikrcn und vorzugsweise niedriger als etwa 25 Mikron sein. Ein Widerstandselement dieser Zus.nBmensetzung zeigt eine hohe Festigkeit und Beständigkeit sowohl gegen Wärme als auch gegen mechanische Stöße mit einer Biegesteifigkeit bei 20°C von etwa 15 kp/mm2 oder mehr, einer hohen Oberflächenenergieabgabe und einer guten elektrischen und .Jämeleitfähigkeit. Verfahren zur Herstellung eines solchen eingesiclerten Materials sind in der US-PS 3 321 727 und der GB-PS 976 468 beschrieben.To achieve this low porosity, as well as a resistance element Manufacture with a thin wall thickness is said to be the main particle size of the silicon carbide grains be less than about 44 microns, and preferably less than about 25 microns. A resistance element of this composition shows high strength and durability both against heat and against mechanical impacts with a bending stiffness 20 ° C of about 15 kp / mm2 or more, a high surface energy output and a good electrical and jam conductivity. Process for the production of such Incorporated materials are described in U.S. Patent 3,321,727 and British Patent 976,468.

Das neue Widerstandselement 10 widersteht auch einem Nolybdänsilicum-Zerfall, der bei Temperaturen zwischen etwa 300 Oc und 800°C in Luft auftritt, einmal infolge der Porösität des Widerstandselenentes und zweitens infolge einer dünnen Schicht von Siliziumcarbid an der Außenfläche der Anschlußleiter 12 und 14 des Widerstandselementes, die die Wirkung von Sauerstoff auf das Silicid unterhalb der Carbidschicht verzögern. Diese Vorteile treten hauptsächlich auf, wenn die Stärke der Siliziumcarbid-Schicht zwischen etwa 5 und 50 Mikron und vorzugsweise zwischen etwa 5 und 25 Mikron liegt. Obwohl der weißglühende Bereich 16 ursprünglich mit einer dünnen Schicht aus Siliziumcarbid versehen werden kann, die anfänglich die beschriebene Schutzfunktion ausübt, wurde festgestellt, daß diese Schicht allmählich bei hohen Betriebstemperaturen zerstört wird und durch eine Oberflächenschicht von SiC+IIoSi2 mit einer Schutzschicht aus SiO2 ersetzt wird.The new resistor element 10 also resists nolybdenum silicon decay, which occurs at temperatures between about 300 Oc and 800 ° C in air, once in a row the porosity of the resistance element and, secondly, as a result of a thin layer of silicon carbide on the outer surface of the connecting conductors 12 and 14 of the resistance element, which retard the effect of oxygen on the silicide beneath the carbide layer. These advantages mainly occur when the thickness of the silicon carbide layer is between about 5 and 50 microns, and preferably between about 5 and 25 microns. Even though the incandescent area 16 originally with a thin Layer of silicon carbide can be provided, which is initially described Exercising protective function, it was found that this layer gradually increased at high Operating temperatures is destroyed and by a surface layer of SiC + IIoSi2 is replaced with a protective layer made of SiO2.

Beim Schutz der kältesten Teile des Widerstandselementes gegen einen Zerfall des Nolybdänsilicids ist zu berückpichtigen, daß diese Teile nicht den gleichen Temperaturen unterworfen werden wie die heißen Teile, so daß es wirtschaftlicher sein kann, den teuren und Molybdän enthaltenden Zusatz durch einen weniger teuren Porenfüllstoff, der leitend ist, zu ersetzen, wie z.B. durch Silicium oder Bor.When protecting the coldest parts of the resistance element against one Decomposition of the nolybdenum silicide must be taken into account that these parts are not the same Temperatures are subjected as the hot parts, making it more economical may be, the expensive and molybdenum-containing additive by a less expensive one Replace pore filler that is conductive, such as silicon or boron.

In Fig. 3 ist die Alterung eines Widerstandselementes in einem Ofen, der bei einer Temperatur von 1450 °C kontinuierlich betrieben wird, dargestellt. Um diese Temperatur aufrechtzuerhalten, gibt die Oberfläche des weißglühenden Bereichs des Widerstandselementes 7 R/cmS ab. Die Ordinate zeigt den prozentualen Anstieg des elektrischen Widerstands des Elementes. Die Abszisse gibt die Anzahl von 24 Stunden-Tagen an. Zu Anfang steigt der Widerstand ziemlich schnell an, bis ein relativ stabiler Zustand nach etwa 20 Tagen erreicht wird. Ein Anstieg von etwa 21% des ursprünglichen Widerstandswertes ist festzustellen. Danach zeigt der Widerstand einen langsamen Anstieg in der Größenordnung von 2,6% pro 1000 Stunden oder etwa 42 Tagen.In Fig. 3 is the aging of a resistor element in a furnace, which is operated continuously at a temperature of 1450 ° C. To maintain this temperature, the surface of the incandescent area gives of the resistance element from 7 R / cmS. The ordinate shows the percentage increase the electrical resistance of the element. The abscissa gives the number of 24 Hours-days. At the beginning the resistance increases pretty quickly until a relatively stable state is reached after about 20 days. An increase of about 21% of the original resistance value is to be determined. After that the resistance shows a slow increase on the order of 2.6% per 1000 hours or about 42 days.

In Fig. 4 ist der prozentuale Anstieg der Alterung in 1000 Stunden nach Erreichen des relativ stabilen Zustandes und bei einem dann vorgenommenen weiteren Betrieb als Funktion der Ofentemperatur dargestellt. Es wird angenommen, daß der stabile Zustand nach einem anfänglichen Betrieb von 20 Tagen erreicht wurde und daß danach der Anstieg in Abhängigkeit von der Zeit nahezu konstant ist. Die Kurve A gilt dabei für das neue Material, während di.e Kurve B für das bisher bekannte Material gilt. Aus den Kurven ist zu ersehen, daß die Alterung schnell mit der Ofentemperatur ansteigt, insbesondere, wenn eine Ofentemperatur von etwa 1550 ° überschritten wird. Die Kurve A zeigt bei dieser Temperatur eine Alterung von etwa 12%, während die Kurve eine Alterung von etwa 30% zeigt.In Fig. 4 is the percentage increase in aging in 1000 hours after the relatively stable state has been reached and when a further one is then carried out Operation shown as a function of furnace temperature. It is believed that the stable condition after an initial operation of 20 days achieved and that thereafter the increase as a function of time is almost constant. Curve A applies to the new material, while curve B applies to the previous one known material applies. It can be seen from the curves that aging is rapid increases with oven temperature, especially when an oven temperature of about 1550 ° is exceeded. Curve A shows aging at this temperature of about 12%, while the curve shows an aging of about 30%.

Das bekannte Material, wie auch andere bisher sich auf den Markt befindlichen Materialien zeigt nicht die gleiche Konstanz wie das neue Material hinsichtlich des Anwachsens des elektrischen Widerstandes pro Zeiteinheit, was durch ihre vergleichsweise große Porösität bedingt ist. Das neue iiaterial hat eine sehr niedrige Gesauitporosität, die kleiner als 3 Volumenprozente und vorzugsweise kleiner als 1 Volumenprozent ist.The known material, as well as others so far on the market Materials does not show the same constancy as the new material in terms of the increase in electrical resistance per unit of time, which is reflected in their comparative large porosity is due. The new material has a very low overall porosity, which are less than 3 percent by volume and preferably less than 1 percent by volume is.

Eine Bedingung zum Erreichen einer derartig niedrigen Porösität ist, daß die Siliziumcarbid-Struktur aus sehr kleinen Teilen aufgebaut ist, die innerhalb eines Bereichs von wenigen Mikron bis zu einem Bruchteil von einem Millimeter, vorzugsweise bis zu einer Teiler-Maschengröße von 325 oder 44 Mikron reicht.A condition for achieving such a low porosity is, that the silicon carbide structure is made up of very small parts that are inside a range from a few microns to a fraction of a millimeter, preferably up to a divider mesh size of 325 or 44 microns.

Die an das neue Material zu stellenden Forderungen sind dementsprechend relativ groß, wie z.B.: Bei Ofentemperaturen unterhalb von 155000 und einem kontinuierlichen Betrieb soll das Widerstandsolement einen elektrischen Widerstandsanstieg nach einer anfänglichen Betriebsdauer von höchstens 20 24-Stunden-Tagen haben, der konstant ist und in Prozent während einer Zeitdauer von 1000 Betriebsstunden gerechnet wird, wobei dieser Anstieg höchstens 15%' bei einer Ofentemperatur von 155000 und einer maximalen Abstrahlung von 4 W/cm2 und höchstens 5% bei einer Ofentemperatur von 142500 und einer Oberflächenabstrahlung von höchstens 8 Watt/cm2 beträgt.The demands to be made of the new material are accordingly relatively large, such as: At oven temperatures below 155000 and a continuous Operation is the resistance element an electrical resistance increase after a have an initial operating time of no more than 20 24-hour days, the constant and is calculated as a percentage over a period of 1000 operating hours, this increase being at most 15% for a Oven temperature from 155000 and a maximum radiation of 4 W / cm2 and a maximum of 5% at an oven temperature of 142500 and a surface radiation of no more than 8 watts / cm2.

Die anfängliche Widerstandsänderung, die praktischen Betrieb während der ersten zwei bis drei Wochen auftritt, , ist gewöhnlich nicht so groß, daß sie irgendwelche praktischen Nachteile bedingt. In bestimmten Fällen kann es jedoch bevorzugt werden, diese anfängliche änderung zu vermeiden, um damit die Widerstandsänderungen während des Betriebes des Widerstandselementes genauer bestimmen zu können.The initial change in resistance, the practical operation during occurs the first two to three weeks, is usually not so great that it occurs incurs any practical drawbacks. In certain cases, however, it can it is preferable to avoid this initial change in order to avoid the changes in resistance to be able to determine more precisely during the operation of the resistance element.

Entsprechend eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die se anfängliche Änderung annähernd oder ganz vermieden, werni das Element nach den Einsickerungsprozeß zuerst in einer Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1300 biz 1600°C erhitzt wird.According to a preferred embodiment, this is initial Change approximately or completely avoided, if the element after the infiltration process first in an oxygen atmosphere at a temperature in the range of 1300 biz 1600 ° C is heated.

Die Erhitzungszeit wird dann entsprechend dem Brhitzungsgrad eingestellt. Die Zeit soll mindestens eine Stunde betragen und kann auf einem oder mehrere 24-Stunden-Tage ausgedehnt werden. Bei dieser Behandlung wird eine schnelle Alterung erzielt, die das Element auf Bedingungen umwandelt, die denen entsprechen, die nach einer anfänglichen Änderung während einer entsprechend längeren Zeit in Luft entsprechen.The heating time is then set according to the degree of heating. The time should be at least one hour and can be on one or more 24-hour days be expanded. With this treatment, rapid aging is achieved converts the element to conditions that match those after an initial Change during a correspondingly longer time in air.

Nach dem Ende der ,Sauerstoffbehandlung wird die Oberfläche des Widerstandselementes mit einer dünnen Schicht aus Quarzglas bedeckt, die offensichtlich eine weitere Oxydation in Luft vermindert. Sind die Anschlüsse oder die Oberfläche des weißglühenden Bereichs mit einer dünnen Schicht von Siliziumcarbid bedeckt, so werden auch diese mit einem dünnen Film aus Quarzglas bei der Sauerstoffbehandlung bedeckt.After the end of the oxygen treatment, the surface of the resistance element becomes covered with a thin layer of quartz glass, which is obviously another Decreased oxidation in air. Are the connections or the surface of the incandescent Areas covered with a thin layer of silicon carbide, so will these too covered with a thin film of quartz glass during the oxygen treatment.

Beispiel 1 Ein Widerstands element wird lurch einen elektrischen Strom bei 1400°C in Sauerstoff erhitzt und bereits nach 24 Stunden hat sich der Widerstand um 19% erhöht, wonach jedoch der Widerstand bei einer weiteren Erhitzung in Sauerstoff merklich nicht weiter ansteigt. Danach wurde das Widerstandselement be einer Temperatur von 145000 in Luft betrieben.Example 1 A resistance element is generated by an electric current heated in oxygen at 1400 ° C and the resistance has already increased after 24 hours increased by 19%, after which, however, the resistance with further heating in oxygen noticeably no further increases. Thereafter, the resistance element was heated to a temperature of 145,000 operated in air.

Nach 14 24-Stunden-Tagen hatte sich der Widerstand nur un weitere 3,8% erhöht.After 14 24-hour days, the resistance only increased 3.8% increased.

Beispiel 2 Ein Widerstandselement wurde zuerst in Wasserstoff oder Argon bei einer Temperatur von 12000C und danach in Sauerstoff bei 1400°C während 14 Stunden erhitzt. Dann wurde das Element im praktischen Betrieb in einen Ofen bei 1400°C und bei einer Elementtemperatur von 1550°C geprüft. Während dar Erhitzungsdauer erhöhte sich der Widerstand sehr langsam, so daß nach 70 24-Stunden-Tagen die gesamte Alterung etwa 10,8% entsprach.Example 2 A resistance element was first placed in hydrogen or Argon at a temperature of 12000C and then in oxygen at 1400 ° C during Heated for 14 hours. Then the item was put into an oven in practical use tested at 1400 ° C and at an element temperature of 1550 ° C. During the heating period the resistance increased very slowly, so that after 70 24-hour days the entire Aging corresponded to about 10.8%.

Die besonderen Vorteile der Herstellung des Widerstandselementes 10 aus einem vorstehend beschriebenen Material werden durch bestimmte Verhältnisse in den Abmessungen des Widerstandselementes realisiert, so daß das neue Element n bereits bestehenden Öfen die herkömmlichen Elemente ersetzen kann.The particular advantages of producing the resistance element 10 from a material described above are given by certain proportions realized in the dimensions of the resistance element, so that the new element n existing ovens can replace conventional elements.

So wird z.B. ein herkömmliches Element als ein festes stangenförmiges Element ohne axiale Bohrung angenommen. Die folgenden Bezeichnungen werden zur Berücksichtigung dieser Parameter benutzt: a = die Wandstärke des Rohres und des leitenden Bandes in radialer Richtung w5 = der Abstand über und senkrecht zu benachbarten Windungen des Bandes 20 die Breite des leitenden Bandes 20, senkrecht zu diesem gemessen, b = ws/(wb+ws) d = der Außendurchmesser des rohrförmigen Elementes 10 und der Wendel 20 1 = die axiale Länge des wißglühenden Bereichs N = das Verhältnis der Oberflächen-Energieabstrahlung in Watt/mm2 für den weißglähenden Bereich 16 eines neuen Widerstandselementes, geteilt durch die entsprechende Oberflächen-Energiesbstrahlung eines herkönnlichen Widerstandselementes, A - der leitende Bereich des Bandes 20 des weißglühenden z Bereichs 16 At = der leitende Bereich der Anschlußleiterteile 12 und 14 P = At/Az r = der spezifische Widerstand bei 1500 0 des Materials des Widerstandselementes in Ohm-mm2/m S = die maximale mechanische Festigkeit des Elementes V = der Steigungswinkel der Längsachse des wendelförmigen Schlitzes, gemessen gegenüber einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Widerstandselementes 10 liegt.For example, a conventional element is defined as a solid rod-shaped Element assumed without axial hole. The following designations are used for consideration this parameter uses: a = the wall thickness of the pipe and the conductive tape in the radial direction w5 = the distance above and perpendicular to neighboring Turns of the tape 20 the width of the conductive tape 20, perpendicular to this measured, b = ws / (wb + ws) d = the outer diameter of the tubular element 10 and the helix 20 1 = the axial length of the glowing area N = the ratio the surface energy radiation in watt / mm2 for the whitish area 16 of a new resistance element, divided by the corresponding surface energy radiation of a conventional resistance element, A - the conductive area of the tape 20 of the incandescent z area 16 At = the conductive area of the connecting conductor parts 12 and 14 P = At / Az r = the specific resistance at 1500 0 of the material of the Resistance element in Ohm-mm2 / m S = the maximum mechanical strength of the element V = the angle of inclination of the longitudinal axis of the helical slot, measured opposite a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the resistance element 10.

Falls erforderlich, gibt ein Index n an, daß die jeweiligen Eigenschaften zu einem neuen Widerstandselement mit einem wendelförmigen Band gehören, und ein Index o gibt an, daß die Eigenschaften zu einem bekannten Widerstandselement herkömmlichen Aufbaues gehören, die einen nicht unterbrochenen, gleichmäßigen Körper ohne Schlitze aufweisen.If necessary, an index n indicates that the respective properties belong to a new resistance element with a helical band, and a Index o indicates that the properties of a known resistance element are conventional The structure includes an uninterrupted, uniform body without any slots exhibit.

Da das neue Widerstandselement eine vergleichsweise diinne Rohrwand hat, wird für die folgenden Gleichungen angenähert, daß die Oberflächen-Energieabstrahlung des Elementes unabhängig von der Wandstärke ist. Da der Widerstand der Anschlußleiter 12 und 14 vergleichsweise niedrig ist, wird außerdem der Einfluß des Widerstandes der Anschlußleiter vernachläßigt im Vergleich zu dem relativ großen Widerstand des weißglähenden Bereichs.Because the new resistance element has a comparatively thin pipe wall has, it is approximated for the following equations that the surface energy radiation of the element is independent of the wall thickness. Because the resistance of the connecting conductor 12 and 14 is comparatively low, the influence of the resistance also becomes the connection conductor is neglected compared to the relatively large resistance of the whitening area.

Die Gesautlänge L des wendelförmigen Bandes ist: L =. n (1) sin V Der elektrisch leitende Querschnitt in den Anschlußleitern At für ein dünnwandiges Rohr wird durch die Gleichung gegeben; At = a # (dn-a) (2) während der elektrisch leitende Bereich des weißglühenden Bereichs Az für ein dünnwandiges Rohr durch die folgende Uvlegung gegeben ist. Ein Steigungswinkel V ergibt für jede vollständige Windung der Wendel einen Zuwachs von # (d-a)tg V, der in koaxialer Richtung gezählt wird. Wird dieser Zuwachs auf eine Gerade projiziert, die senkrecht zum leitenden Band angeordnet ist, so entspricht dieses # (d-a)tg V . cos V = # (d-a) sin V. Der entsprechende leitende Bereich ist daher durch die Gleichung gegeben: Az = a # sin V (l-b) (dn-a) (3) Wird die Gleichung (2) durch die Gleichung (3) dividiert und vereinfacht, so ergibt sich für das Verhältnis P: sin Vv (4) Der elektrische Widerstand eines Widerstandselementes wird durch die Beziehung gegeben: R = rL/A (5) Worden die Gleichungen (1) und (3) in die Gleichung (5) eingesetzt, so ergibt sich der Widerstand eines neuen rohrförmigen Elementes 1?n mit einem wendelförmigen Band zu: rl @ @ Rn = (6) a # sin2V (l-b) (dn-a) Wird die Gleichung (5) für den Widerstand Ro für ein herkömmliches, festes, stangenförmiges Widerstandselement aufgelöst, so ergibt sich die Gleichung: 4 rolo Ro = (7) #do2 Wird die Oberflächen-Energieabstrahlung des neuen Widerstandselementes gleich der des alten Widerstandselementes gemacht, so ergibt sich der Ausdruck: lnN #d(nl-b2) = #dolo (8) wobei der Paktor (l-b2) die verminderte Strahlungsfläche angibt, die sich durch das Schneiden des wendelförmigen Schlitzes ergibt Diese Verminderung ist nicht so groß, wie sie allein durch die Verminderung der Außenfläche des wendelförmigen Bandes erwartet werden kann, da die Innenflächen des Bandes, die der Längsachse gegenüberliegen, im gewissen Grade durch die gegenüberliegenden offenen Schlitze ebenfalle Energie abstrahlen.The total length L of the helical band is: L =. n (1) sin V The electrically conductive cross-section in the connecting conductors At for a thin-walled Tube is given by the equation; At = a # (dn-a) (2) during the electrical conductive area of the incandescent area Az for a thin-walled tube through the the following interpretation is given. A slope angle V results for each complete Turn of the helix an increase of # (d-a) tg V, which is counted in the coaxial direction will. If this increase is projected onto a straight line that is perpendicular to the conducting one Band is arranged, this corresponds to # (d-a) tg V. cos V = # (d-a) sin V. The corresponding conductive area is therefore given by the equation: Az = a # sin V (l-b) (dn-a) (3) If equation (2) is replaced by equation (3) divided and simplified, the ratio P: sin Vv (4) is the electrical Resistance of a resistance element is given by the relationship: R = rL / A (5) When equations (1) and (3) are substituted into equation (5), it becomes the resistance of a new tubular element 1? n with a helical Tape too: rl @ @ Rn = (6) a # sin2V (l-b) (dn-a) Will equation (5) for the resistance Ro resolved for a conventional, solid, rod-shaped resistance element, this results in the equation: 4 rolo Ro = (7) # do2 becomes the surface energy radiation of the new resistance element made the same as that of the old resistance element, this results in the expression: lnN #d (nl-b2) = #dolo (8) where the factor (l-b2) is the Indicates reduced radiation area, which is achieved by cutting the helical This reduction is not as great as it alone by the reduction in the outer surface of the helical belt can be expected, because the inner surfaces of the belt, which are opposite the longitudinal axis, to a certain extent Also radiate energy through the opposite open slots.

Nach Vereinfachung und Gleichsetzung von 1o mit ln, ergibt sich: dn 1 (9) do N(l-b2) Gleiche Widerstände sowohl für das alte als auch für das neue Widerstandselement worden erhalten, wenn die Gleichung (6) gleich der Gleichung (7) gesetzt wird, und, nach dem Auflösen der Gleichung (9) nach do, do ersetzt wird, so daß sich ergibt: rnln 4 rolo = (10) a # sin2V (l-b)(dn-a) # N2 dn2 (l-b2)2 Diese ergibt nach Vereinfachung: Für eine gegebene Zusammensetzung des alten und neuen Widerstandselementes und für gegebene Abmessungsparameter des alten Elementes können die vorstehenden Gleichungen so auf gelöst werden, daß das neue Element einen elektrischen Widerstand und eine Oberflächen-@nergieabstrahlung hat, die gleich der des alten Elementes sind. Da der Ausdruck in der Gleichung (11) zwisdchen 1.00 und 1.09 für Wert@ vo@ b zwischen etwa 0,1 bis 0,5 fällt und einen maximalen Wert von 1,09 bei b = 0,33 hat, können Werte b von etwa 0,1 bis 0,5 ohne Materialänderungen für den Wert der Gleichung (11) gewählt werden. Der Wert für rn/rO ist eine Eigenschaft der benutzten Materialien, die nicht merklich geändert werden kann Is-t z.B. rn/ro konstant und gleich 0,015, so wird der Ausdruck dn/a gleich 9 angenommen und der Wert von N wird gleich 1,5 gesetzt, so daß dann die Gleichung (11) nach sin V aufgelöst werden kann zu: Die folgende Tabelle gibt verschiedene Kombinationen von b und sin V für ein Widerstandselement 10 an, das Ausgangsleistungen und Widerstände aufweist, die gleich denen eines herkömmlichen Elementes sind, das die zuvor angenommenen Werte für rn/rO und n erfüllt. Die entsprechenden Werte für P und das Verhältnis dn/do sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.After simplifying and equating 1o with ln, the result is: dn 1 (9) do N (l-b2) The same resistances for both the old and the new resistor element have been obtained if equation (6) is equal to equation (7 ) is set, and, after solving equation (9) for do, do is replaced so that we get: rnln 4 rolo = (10) a # sin2V (lb) (dn-a) # N2 dn2 (l- b2) 2 After simplification, this results in: For a given composition of the old and new resistance element and for given dimensional parameters of the old element, the above equations can be solved so that the new element has an electrical resistance and a surface energy emission equal to that of the old element. Because the expression in equation (11) between 1.00 and 1.09 for value @ vo @ b falls between about 0.1 to 0.5 and has a maximum value of 1.09 at b = 0.33, values b of about 0.1 to 0.5 can be selected for the value of the equation (11) without material changes. The value for rn / rO is a property of the materials used that cannot be changed appreciably If-t e.g. rn / ro is constant and equal to 0.015, the expression dn / a is assumed to be 9 and the value of N is 1 5 is set so that equation (11) can then be solved for sin V to: The following table gives various combinations of b and sin V for a resistive element 10 which has output powers and resistances which are the same as those of a conventional element which satisfies the previously assumed values for rn / r0 and n. The corresponding values for P and the ratio dn / do are also given in the table.

b sin V P dn/do 0,1 0,305 3,64 0,675 0,2 0,314 3,99 0,695 0,3 0,318 -4,50 0,730 0,33 0,320 4,70 0,750 0,4 0,317 5,26 0,795 0,5 0,310 6,45 0,890 Die maximale Belastung, die von dem Element 10 während seiner Lebensdauer ausgehalten werden muß, hat ebenfalls eine bestimmte Wirkung auf die Abmessungseigenschaften des Elementes. Die grundsätzliche Betriebsbelastung ergibt sich aus dem Gewicht des weißgluhenden Bereichs 16, da das Element 10 jeweils an seinen Anschlußleitern 12 und 14 an jeden Ende getragen wird, wobei der weißglühende Bereich die beiden Widerlager überbrückt. Werden die Anschlußleiter locker in keramischen Büchsen in der Ofenwand gehalten und angenommen, daß die Bruchbelastung im schlimmsten Fall am kleinston Querschnitt des leitenden Bandes 20 des weißglühenden Bereichs 16 auftritt, so ist die durch das Gewicht mg des weißglühenden Bereichs bedingte Belastung S durch folgende Gleichung gegeben: 2 mgl S = (13) 3 a2wb die sich vereinfachen läßt zu 12 S = IC - (14) a sin V Der Wert der Konstanten K ist eine Funktion des spezifischen Gewichts des das Element 10 bildenden Materials und für ein Material mit einem spezifischen Gewicht von etwa 4,0 g/cm) beträgt diese Konstante K etwa 2,7 x 10 G, Für ein erfindungsgemäß ausgebildetes neues Widerstandselement mit einer radi.alen Dicke a von 2,5 mm und einer Länge 1 von 500 mm wurde die Belastung 5 bei 0,84 k@/mm2 festgestellt, was selbst bei hohen Temperaturen einen ausreichend niedrigen Wert darstellt. Der Durchmesser dn für dieses Element betrug 22 mm, während der Abstand WS zwischen den Windungen des Bandes 6,5 mm betrug. b sin V P dn / do 0.1 0.305 3.64 0.675 0.2 0.314 3.99 0.695 0.3 0.318 -4.50 0.730 0.33 0.320 4.70 0.750 0.4 0.317 5.26 0.795 0.5 0.310 6.45 0.890 The maximum stress endured by the element 10 during its life also has a certain effect on the dimensional properties of the element. The basic operating load results from the weight of the incandescent area 16, since the element 10 is connected to its connecting conductors 12 and 14 is carried at each end, being the incandescent area bridged the two abutments. The connecting conductors become loose in ceramic Tins are held in the furnace wall and believed that the breaking load is in the worst Case at the smallest cross section of the conductive tape 20 of the incandescent area 16 occurs, it is due to the weight mg of the incandescent area Load S given by the following equation: 2 mgl S = (13) 3 a2wb which simplify admits 12 S = IC - (14) a sin V The value of the constant K is a function of the specific gravity of the material forming the element 10 and for a material with a specific weight of about 4.0 g / cm) this constant K is about 2.7 x 10 G, for a new resistance element designed according to the invention with a radial thickness a of 2.5 mm and a length 1 of 500 mm, the load was 5 at 0.84 k @ / mm2, which is sufficient even at high temperatures represents low value. The diameter dn for this element was 22 mm while the distance WS between the turns of the tape was 6.5 mm.

Es können viele Änderungen der zuvor erwähnten Abmessungsparameter vorgenommen werden, obwohl immer noch die Vorteile und Merkmale der Erfindung erhalten bleiben. Bestimmte bevorzugte Bereiche für diese Änderungen wurden aufgestellt, nachdem die Wirkungen jeder Veränderung auf das Widerstandselement insgesamt festgestellt wurden.There can be many changes to the aforementioned dimensional parameters while still retaining the advantages and features of the invention stay. Certain preferred areas for these changes have been established, after this the effects of any change on the resistance element were found in total.

Aus Herstellungsgründen wird das Verhältnis dl/a zwischen dem Durchmesser und der Wandstärke des weißglühenden Bereichs 16 des neuen Widerstandselementes innerhalb eines Bereiches zwischen etwa 8 und 12 festgelegt, obwohl jedoch festgestellt wurde, daß Werte für dieses Verhältnis zwischen etwa 6,5 und 15 immer noch voll befriedigend sind.For manufacturing reasons, the ratio dl / a between the diameter and the wall thickness of the incandescent area 16 of the new resistor element set within a range between about 8 and 12, although established that values for this ratio between about 6.5 and 15 were still full are satisfactory.

Die Gleichung (14) zeigt, daß die Belastung abnimmt, wenn der Wert für sin V ansteigt, so daß damit die Beständigkeit des Elementes für höhere Werte von sin V anwächst. Da jedoch die Werte für sin V und das Breitenverhältjnis b Funktionen voneinander sind, wie dieses aus der Gleichung (12) zu ersehen ist, können die Abmessungsbereiche für sin V nicht ohne Berücksichtigung des Wertes b festgelegt werden. Da andererseits das Gesamtgewicht des weißglühenden Bereiches 16 für jedes Kilowatt von Ausgangsenergie umgekehrt proportional sin2V ist und sin2V sich sehr wenig ändert, wenn das Verhältnis b sich zwischen 0,1 und 0,5 ändert, ist das Gewicht und die Ausgangsleistung des Elementes nahezu unabhängig vom Verhältnis b, wenn b sich zwischen 0,1 bis 0,5 ändert.The equation (14) shows that the load decreases as the value for sin V increases, so that the resistance of the element for higher values of sin V increases. However, since the values for sin V and the width ratio b functions from each other, as can be seen from the equation (12), the dimensional ranges for sin V cannot be determined without taking the value b into account. There on the other hand the total weight of the incandescent area 16 for each kilowatt of output power is inversely proportional to sin2V and sin2V changes very little when the ratio b changes between 0.1 and 0.5 is the weight and output power of the Element almost independent of the ratio b if b changes between 0.1 and 0.5.

Andererseits vermindert eine Vergrößerung des Wertes b die Gefahr eines elektrischen Überschlages, der ein überhitzen und eine Verunreinigung des weiglühenden Bereiches des Elementes bewirken kann und außerdem bewirkt, daß der Durchmesser des neuen Elementes (dn) ) nahezu den Durchmesser eines herkömmlichen Elementes do erreicht so daß das Verhältnis d sich 1 nähert. Der Wert für das Bereichsverhältnis P hängt ebenfalls hauptsächlich direkt von dem Wert für das Breitenverhältnis P ab, wie dieses aus der Gleichung (4) zu erkennen ist, in Verbindung mit dem relativ konstanten Wert von sin V für b innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 0,5.On the other hand, increasing the value of b reduces the risk electrical flashover, causing overheating and contamination of the can cause glowing area of the element and also causes the Diameter of the new element (dn)) almost the diameter of a conventional one Element reaches do so that the ratio d approaches 1. The value for the area ratio P also depends mainly directly on the value for the width ratio P from, as can be seen from equation (4), in connection with the relative constant value of sin V for b within the range 0.1 to 0.5.

Es wurde festgestellt, daß das Bereichsverhältnis P mindestens so niedrig wie 4,7 sein kann und daß bei einem Ersatz eines gegebenen Silikoncarbid-Elementes durch ein neues Element gleicher Länge, gleicher Ausgangsleistung und gleichen elektrischen Widerstandes, das Durchmesserverhältnis dn/do zufriedenstellend bei etwa 0,75 liegen könnte. Durch Benutzung dieser Zahlenwerte kann ein Widerstandselement aus der zuvor erwähnten Tabelle ausgesucht werden, bei dem das Verhältnis b bei etwa 0,33 und der Wert für den Winkel V bei etwa 18,7 ° liegt.It has been found that the area ratio P is at least so can be as low as 4.7 and that with replacement of a given silicon carbide element by a new element of the same length, the same output power and the same electrical Resistance, the diameter ratio dn / do satisfactorily be around 0.75 could. By using these numerical values, a resistance element can be derived from the previously mentioned table, in which the ratio b at about 0.33 and the value for the angle V is around 18.7 °.

Es wurde ebenfalls festgestellt, daß der Ausdruck NVrnro im Bereich von etwa 0,123 bis 0,274 liegen kann. Durch Einsetzen dieser Bereiche in die Gleichung (11) wurde festgestellt, daß das Verhältnis im Bereich von etwa 7,3 bis 16,3 und vorzugsweise im Bereich von etwa 8,1 bis 14,7 liegen kann.It has also been found that the term NVrnro can range from about 0.123 to 0.274. Substituting these ranges into equation (11), it was found that the relationship may range from about 7.3 to 16.3, and preferably range from about 8.1 to 14.7.

Um die erfindungsgemäßen Widerstandselemente näher zu erläutern, werden zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.In order to explain the resistance elements according to the invention in more detail two embodiments described.

Beispiel 1: Ein Element mit einer Zusammensetzung von 35 Volumenprozent von Molybdsidicid, wobei das übrige Volumen Silizimcarbid ist, wurde mit einem weißglühenden Bereich von einer Länge 1 von 150 mm und einem Durchmesser d von 22 mm @@fgebaut. Die Wandstärke a betrug 2,5 mm und der Steigungswinkel V wp-35°. Das Verhältnis b war gleich 0,1. Bei der Prüfung bei einer Spannung von 6,1 Volt betrug der Strom 190 Amp.Example 1: An element with a composition of 35 volume percent of molybdsidicide, with the remaining volume being silicon carbide, was treated with an incandescent Area of length 1 of 150 mm and a diameter d of 22 mm @@ f built. The wall thickness a was 2.5 mm and the slope angle V wp-35 °. The relationship b was equal to 0.1. When tested at a voltage of 6.1 volts, the current was 190 amp.

Beispiel 2: Ein rohrförmiges Widerstandselement. mit einer Zusammensetzung von 32 Volumenprozent von Molybdänsilicid und dem übrigen Bestandteil in Form von Siliziumcarbid hatte einen Außendurchmesser d von 32 mm und eine Wandstärke a von 3,5 Pam.Example 2: A tubular resistance element. with a composition of 32 volume percent of molybdenum silicide and the remaining component in the form of Silicon carbide had an outside diameter d of 32 mm and a wall thickness a of 3.5 Pam.

Der Steigungswinkel V betrug 180, während die Länge des weiß glühenden Bereichs 1 1000 mm war. Die relative Breite b des Abstandes zwischen den Windungen entsprach 0,25. Das Widerstandselement wurde bei 155000 betrieben, die bei einem Strom von 110 Ampere bei einer Spannrn:tg von 70 Volt über den Anschlußleitungen erzeugt wurde.The slope angle V was 180, while the length of the incandescent Range 1 was 1000 mm. The relative width b of the distance between the turns corresponded to 0.25. The resistive element was operated at 155,000 that at a Current of 110 amperes with a voltage of 70 volts over the connection lines was generated.

Ein unerwartetes Ergebnis der Ionstruktion eines geschlitzten Widerstandsolementes 10 liegt dar. in, daß das Widerstandselemeint eie bemerkenswert bessere Beständigkeit gegenüber mechanischem Verschleiß bei einem relativ niedrigeren Gewicht hat.An unexpected result of the ion construction of a slotted resistor element 10 shows that the resistance element means a remarkably better durability to mechanical wear at a relatively lower weight.

Obwohl der genaue Grund für diesen Anstieg der Beständigkeit bisher nicht vollständig erkannt wurde, wird angenommen, daß er durch die größere Elastizität der schlankeren Konstruktion und der höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Stößen und Schwingungen bedingt ist.Although the exact reason for this increase in persistence is so far was not fully recognized, it is believed that it was due to the greater elasticity the slimmer construction and the higher resistance to mechanical Shocks and vibrations is caused.

In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des neuen Widerstandselementes dargestellt, bei dem das Widerstandselement 22 zwei Anschlußleitungen 24 und 26 und zwei mit Abstand zueinander angeordnete weißglühende Bereiche 28 und 30 hat, die axial voneinander durch ein mittleres Rohrglied 36 getrennt sind, das eine nicht eingeschnittene zylindrische Fläche hat.In Fig. 5 is a second embodiment of the new resistance element shown, in which the resistance element 22 has two connecting lines 24 and 26 and has two spaced apart incandescent areas 28 and 30, axially separated from one another by a central tubular member 36, one not has incised cylindrical surface.

Falls gewünscht, können, obwohl dieses nicht gezeigt ist, die Schlitze 32 und 34 in entgegengesetzten Richtungen weisende Steigungswinkel haben. Infolge des größeren Leitungsquerschnittes ist das Mittelglied 36 etwas kühler während des Betriebes und mechanisch fester als die weißglühenden Bereiche 28 und 30. Dieses beides verstärkt das gesamte Widerstandselement 22 da die größten mechanischen Belastungen in Mittenteil des Elementes auftreten und bewirkt einen gleichmäßigeren Wärmegradienten in Längsrichtung für das Element 22.If desired, although not shown, the slots can 32 and 34 have angles of inclination pointing in opposite directions. As a result the larger line cross-section, the middle link 36 is slightly cooler during the Operational and mechanically stronger than the incandescent areas 28 and 30. This one both reinforce the entire resistance element 22 because the biggest mechanical loads occur in the middle part of the element and causes a more uniform longitudinal thermal gradient for element 22.

Eine weitere Ausführungsform eines Widerstandselementes ist in Fig. 6 dargestellt. Das rohrförmige Widerstandselement 33 ist einstückig hergestellt und weist ein Pear elektrisch isolierte Anschliißleiter 40 und 42 auf, die an gleichen Ende 44 des Elementes 33 angeordnet sind. Ein Paar von wendelförmigen Schlitzen 46 und 48 erstrecken sich in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander, um ein Paar leitender Bänder 50 und 52 über den weißglühenden Bereich 54 des Elementes 38 zu bilden. Die leitenden Bander 50 und 52 sind mit den Anschlußleitungen 40 und 42 jeweils verbunden.Another embodiment of a resistance element is shown in Fig. 6 shown. The tubular resistance element 33 is made in one piece and has a pear of electrically isolated terminal conductors 40 and 42 which are the same End 44 of element 33 are arranged. A pair of helical slots 46 and 48 extend circumferentially at a distance from one another by a pair conductive tapes 50 and 52 over the incandescent area 54 of the element 38 form. The conductive tapes 50 and 52 are connected to the connecting lines 40 and 42 each connected.

Ein Verbindungsteil 56 am anderen Ende 58 des rohrförmigen Elementes 38 wird nicht eingeschnitten, um eine elektrische Verbindung zwischen den leitenden Bändern 50 und 52 zu bewirken. Eine an die Anschlußleitungen 40 und 42 gegebene Spannung erzeugt daher einen Strom, der in Serie durch die leitenden Bänder 50 und 52 und den Verbindung-steil 58 hindurchgeht, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß alle elektrischen Verbindungen an einem Ende des Elementes 38 hergestellt werden können. Da das Widerstandsmaterial des Elementes 38 einen niedrigeren spezifischen Widerstand als die herkömmlichen Materialien für Widerstandselemente hat, die in erster Linie Siliziumcarbid sind, ist die Gefahr eines eleirtrischen überschlages im Widerstandselement 38 auf annehmbare Grenzen beschränkt.A connector 56 at the other end 58 of the tubular member 38 is not cut to provide an electrical connection between the conductive Bands 50 and 52 to effect. One given to the connecting lines 40 and 42 Voltage therefore creates a current that flows in series through conductive ribbons 50 and 52 and the connection steep 58 passes, which has the advantage that all electrical connections at one end of element 38 are made can. Since the resistance material of the element 38 has a lower specific Has resistance than the conventional materials for resistor elements used in are primarily silicon carbide, there is a risk of electrical flashover limited in resistance element 38 to acceptable limits.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Electrical resistance element for high temperatures with a incandescent formed by a conductive band having the shape of a helix Area and a pair of connecting conductors connected to that area, thereby It is indicated that the incandescent area is recrystallized from a structure Silicon carbide with a difficult-to-melt, metallically conductive addition of molybdenum silicide is formed, the additive at least 20 and at most 50 percent by volume of the Material forms, the incandescent area has a porosity of at most about 3 percent by volume and the ratio d / a of the outer diameter d of the filament of the incandescent Area and the radial thickness a of the band in the incandescent range from 6.5 to 15 lies.

2. Resistance element according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i it should be noted that the ratio d / a is within the range of about 8-12.

3. Resistance element according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the ratio b of the width of the distance W5 between adjacent Turns of the tape (20,50,52) divided by the width WD of the tape plus the width of this distance is within a range of about 0.1 to 0.5, where both the width of the spacing and the width of the tape in one die Longitudinal axis of the slot (18,32,46,48) having plane are measured.

4. Resistance element according to one of claims 1 to 3, characterized in that g e k e n n nz e i c h n e t- s that the tubular incandescent area (1G) two has opposite ends and only a single helical band (20), that one of the connecting conductors (12, 14) lt one end of the incandescent area and the other is connected to the other end of the incandescent area and that the connecting conductors have a non-incised cylindrical surface and integrally riveted and formed from the same material as the incandescent area are.

5. Resistance element according to claim 4, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the connecting conductors (12,14) with a thin, superficial layer are versshen, which consists essentially of silicon carbide.

6. Resistance element according to claim 5, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the layer of silicon carbide with a thin silicon dioxide layer is coated.

7. Resistance element according to one of claims 1 to 6, characterized in that g It is not noted that several incandescent area bands (28,30) in Form of a tubular helix are provided and that at least one central part (36) is provided with an uncut cylindrical surface that each the incandescent areas at a distance from each other.

8. Electrical resistance element for high temperatures, g e k e n n z e i h n e t by a tubular, incandescent area (54) with two Ends (44,58) and at least two helical, conductive strips (50,52), the extend between the ends in the circumferential direction at a distance from one another, through an electrical connector (56) to connect the straps at one end (58) of the incandescent area and through at least two connecting conductors (40,42), which are electrically connected to the other EiMe (44) of the incandescent area the conductive others are connected, the incandescent area having a structure recrystallized silicon carbide with a hard-to-melt, metallically conductive Addition of molybdenum silicide and the addition of at least 20 and at most 50 Volume percent of this material is formed and the incandescent area one Has a porosity of at most about 3 percent by volume.

9. Resistance element according to claim 8, characterized in that g e -k e n n s e i notwithstanding t 9 that the connecting piece (56) and the connecting conductors (40, 42) are made the same material as the incandescent area (54) and integral therewith are made.

10. Resistance element according to one of claims 1 to 9, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t 9 that the silicon carbide structure consists of particles with a Size built i'.st that within a range of a few microns up to one A fraction of a millimeter.

11. Resistance element according to claim 10, characterized in that g e -k e n n z e I do not know that the upper limit of this range is 44 microns.

12. Resistance element according to one of claims 1 to 11, characterized it is not noted that during continuous operation in air after an initial pre-treatment time in air of 480 hours or less constant increase in electrical resistance in percent over a period of time of 1000 operating hours occurs in air at a maximum of 15% an oven temperature of 1550 ° C and a maximum surface radiation of 4 Watt / cm2 and a maximum of 5% at an oven temperature of 1425 ° C and an energy emission does not exceed 8 watts / cm2.

15. Resistance element according to one of claims 1 to 11, characterized it is not noted that during continuous operation in air after an initial oxidation pretreatment period in an oxygen atmosphere at 1300 to 1600 ° C for at least one hour a constant increase in the electrical power Resistance in percent during a period of 1000 hours of operation in air occurs, this increase at most 15% at an oven temperature of 1550 ° C and a maximum energy output of 4 watts / cm2 and at least 5% at an oven temperature of 1425 ° C and an energy output of no more than 8 watt / cm2.

14. Process for the production of an electrical resistance element according to one of claims 1 to 13, characterized in that according to the infiltration of the conductive additive, the resistance element of a pre-oxidation treatment in oxygen for at least one hour at a temperature in the range of 1300 to 160900 is exposed.

L e r s e i t e