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Elektrisches Heizgerät für programmierte Wärmebehandlung Die Erfindung
betrifft elektrische Heizgeräte für programmierte Wärmebehandlung von Erzeugnissen
der Industrie, des Gewerbes und des Haushalts0 Bisher benutzte man für solche Zwecke
elektrische Öfen mit mehrstufiger Einstellbarkeit, also etwa einer ersten Heizstufe
zum Aufheizen mit hoher Leistung, einer zweiten Stufe zur Aufrechterhaltung einer
mittleren und einer dritten Stufe für die niedrigste Temperatur0 Diese Geräte waren
aber für die Einhaltung bestimmter Temperaturen mit programmiertem Verlauf des Temperaturabfalles
nur mangelhaft geeignet, besonders wenn der Ofen für verschiedene Zwecke benutzt
werden sollte, bei denen jedesmal für eine bestimmte Wärmebehandlung auch ein bestimmtes
schonendes Wärmebehandlungsspektrum
im Arbeitsraum mit Abkühlungswärme
verlangt amrdeO Aufgabe der Erfindung ist es, die Einhaltung derartiger Behandlungsprogramme
zu erleichtern und auch den Ubergang von einem auf ein anderes Programm durch wenige
Ein- und Umstellmaßnahmen zu ermöglichen0 Es soll mit anderen Worten in einem geschlossenen
Arbeitsraum, in welchen nach erfolgter elektrischer Aufheizung mittels Heizwiderständen
und der Trennung vom Netz das Behandlungserzeugnis eingebracht wird, der jeweils
gewünschte vorprogrammierte Verlauf des Temperaturabfalles einstellbar sein, und
zwar unter Verwendung einer kostensparenden elektrischen Installation, die im wesentlichen
eine einfache Schaltung und eine einfache Bedienung ohne hohen Aufwand an Regeleinrichtungen
oder Handbedienung erfordert4 Die Wandtemperatur des Behandlungsraumes soll dabei
sehr gleichmäßig sein, also keine Ubertemperaturen in der Nähe der Heizwendel und
keine Untertemperaturen an den nicht beheizbaren Stellen aufweisend Diese Aufgabe
wird bei einem elektrischen Heizgerät für programmierte Wärmebehandlung von Erzeugnissen
der Industrie, des Gewerbes und des Haushalts erfindungsgemäß gelöst durch
einen
zur Aufnahme des zu behandelnden Gutes geeigneten abzuschließenden Raum, dessen
sämtliche Wandungen von Gruppen keramischer Formkörper gebildet sind, die teilweise
Heizelemente mit in gesintertem keramischem Material eingebetteten elektrischen
Heizwiderständen, und teilweise Sinterkörper aus Wärmespeichermaterial mit einer
dem Behandlungszweck angepaßten Wärmeabgabefähigkeit während der nach dem Abschalten
der Heizung beim langsamen Abkühlen erfolgenden wirksamen Wärmebehandlung mit gewünschtem
Temperaturablauf darstellen.
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Die Heizwiderstände der Heizelemente können entweder unmittelbar in
dem gesinterten keramischen Wärmespeichermaterial, z.B.
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Olivin, eingebettet sein oder sie können in einer hochisolierenden,
nicht korrodierenden Zwischenschicht, zoBo aus Korund, eingebettet sein, die ihrerseits
mit dem Wärmespeichermaterial, z,B, Olivin, umpreßt ist, Die einerseits heizenden
und andererseits Wärme haltenden bzw.
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dosiert abgebenden Formkörper, die die Wandungen des Heizungsraumes
bilden, können in Anpassung an die jeweilig durchzuführende Behandlungsart in dem
mit Abkühlungswärme arbeitenden Behandlungsraum gegen andere Formkörper gleicher
Bestimmung, aber abweichender Abmessungen bzw. abweichender stofflicher Zusammensetzungen
austauschbar sein,
Wenn man immer wieder dieselbe programmierte
Wärmebehandlung durchzuführen hat, so genügt es, den Temperaturverlauf im Arbeitsraum
für die betreffende Behandlung durch Wahl der Größe, Anzahl und Stellung der verwendeten
Heizelemente und Wärmespeicherelemente unter Aufnahme von Kurven des Temperaturverlaufes
einzustellen und festzulegen und dann nach diesen Kurven die schonende Behandlung
vorzunehmen. Das Gerät wird auf die nach der Programmkurve festgestellte günstigste
Wand-und Raumtemperatur aufgeheizt und die Zeitdauer der Wärmeeinwirkung durch den
Speichereffekt des keramischen Materials entsprechend seiner spezifischen Wärme
geregelt, Die Heizelemente fur die Öfen nach der Erfindung bestehen aus Heizleitern
der bekannten hitzebeständigen Heizleiterlegierungen, wie z.B0 Nickel-Chrom oder
Eisen-Aluminium-Chrom in Form von Spiraldrähten, Bändern oder flachen, aus Heizdrähten
und Isolierfäden gewebten Heizgittern, die in einem keramischen, hitzebeständigen
Isoliermaterial mit hoher spezifischer Wärme eingebettet sind0 Solche Heizelemente
sind z¢B. zur Verwendung in Wärmespeicheröfen bekannt, Die Kenndaten einiger bekannter
Stoffe sind: SpezOWäree Raum.3GewO kcal/kg 0 kg/dm Sintermagnesit 0,27 2,6-2,8 Olivin
0,24-0,25 2,6 Korund 0,24-0,25 3,8-4
die schon erwähnt, können die
Heizleiter entweder unmittelbar in das keramische Wärmespeichermaterial, z.BO Olivin,
eingebettet sein oder sie können, vor allem wenn hohe elektrische Leistungen verlangt
werden, in einer inneren Schicht eingelegt sein, die die Heizdrähte allseitig umgibt
und die aufgrund ihrer Zusammensetzung einen hohen elektrischen Widerstand auch
bei erhöhter temperatur und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, d.h. eine geringe
chemische Wechselwirkung zwischen Heizleitermetall und inbettmaterial hat, z.B.
Korund0 Die keramische Technologie ermöglicht eine wirtschaftliche Fertigung derartiger
Heizelemente, zOB. nach dem stufenweisen Pressen der Unterschicht aus Sintermaterial,
dem Aufpressen der Isolierschicht mit Nuten zur Aufnahme der Reizwendel, dem Aufpressen
der Isolierstoffdeckschicht nach Einlegen der Heizwendel in die Nuten und dem Aufpressen
der Deckschicht aus Speichermaterial0 Entsprechend kann die Herstellung auch durch
stufenweises Spritzgießen oder Schlickergießen erfolgen Die Heizelemente werden
nach der Formgebung durch einen Brand verfestigt. Sie können, falls erforderlich,
mit einer Glasur
überzogen werden, die eine Abdichtung der Oberfläche
bewirkt, so daß Feuchtigkeit, Gase und Dämpfe nicht in das Gefüge der Keramik eindringen
können. Eine weitere Möglichkeit der Oberflächenvergütung besteht darin, die Oberflächen
mit einem Metallüberzug, s.B. aus Aluminium, zu überziehen. Dies bedeutet, ebenso
wie die Glasur-Beschichtung, eine Abdichtung der Oberfläche und die Möglichkeit
der Anwendung von Schutzschaltungen. Bei iileingeräten ohne Warmeisolierung kann
die Beschichtung mit Metall das Gehäuse ersetzen.
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Es kann je nach Verwendungszweck des Gerätes nützlich sein, die Heizwiderstände
nicht in der Mitte des Heizelementes anzuordnen, sondern in der Nähe der wärmeabgebenden
Oberfläche, wodurch eine bessere Wärmeabgabe in den Innenraum erreicht wird0 Außerdem
wird hierdurch die Möglichkeit einer thermischen Nachverbrennung von Ablagerungen
organischer Art auf den Ofenwänden ermöglicht.
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Der aus den Einzelelementen zusammengebaute Ofen kann jeweils ein
oder mehrere Heizelemente im Boden, den Seitenwänden und in der Ofendecke enthalten,
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist zwischen Ofengehäuse und den Heizelementen
eine Wärmeisolierschicht in der bekannten Art vorzusehen.
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Zur Steuerung der allmählichen Wärmeabgabe wird die Wärmekapazität
entsprechend dem benötigten Wärmebedarf und dem zeitlichen Ablauf der Wärmebehandlung
eingestellt0 Dies kann geschehen durch die Wahl der Menge des Speichermaterials
oder durch die richtige Wahl seiner spezifischen Wärme, Die neuartigen Geräte können
z.B. dazu dienen, den Wärmebedarf für endothermische Reaktionen in chemischen Produkten,
wie zeBo Kunstharzen oder Lacken, für den Garungsprozeß von Nahrungsmitteln, für
schonende Trocknungs- und Reifungsvorgänge in einem gleichmäßigen Wärmefeld zu decken,
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf den ZeichT nungen veranschaulicht0
In diesen stellen dar Sigo 1 die schaubildliche Ansicht eines Heizelementes für
ein elektrisches Heizgerät nach der Erfindung, Fig, 2 ein etwas dickeres Heizelement
im Querschnitt, Fig. 3 einen aus derartigen Heizelementen und aus Wärmespeicherelementen
zusammengebauten Muffelofen oder Trockenschrank, Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch
einen Ofen nach der Erfindung mit Gehäuse und Isolierschicht und
Figo
5 und 6 zwei Kurven des Temperaturverlaufes im Arbeitsraum von zwei verschiedenen
bzwo verschieden eingestellten Öfen für verschieden lange Wärmebehandlungen, die
von der gleichen Aufheiztemperatur ausgehen, Das in Figur 1 dargestellte Heiz- und
Speicher-Einzelelement 1 stellt einen keramischen Sinterkörper dar, aus welchem
die Anschlußdrähte 2 der inneren elektrischen Heizwiderstände herausragen. Diese
Anschlußdrähte können als Steckverbindungselemente ausgebildet oder mit solchen
ausgerüstet sein.
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Der Querschnitt der Figur 2 zeigt ein Heizelement 1i, in welchem ganz
innen die Heizwendel 5 in der Isolierschicht eingeschlossen liegen. Das Ausführungsbeispiel
zeigt um diese Heizwendel herum eine innere Hüllschicht 3, z.B. aus Korund und außerhalb
dieser Schicht die keramische Außenhülle 4 mit hoher Wärme speicherkapazität0 Durch
die genannte Hüllschicht wird eine Korrosion der Heizwiderstände beim Gebrauch vermieden,
Die Figur 3 zeigt einen aus derartigen Speicherelementen und Heizelementen zusammengebauten
Muffelofen oder Trockenschrank, dessen vordere Verschlußtür angehoben ist. Wenn
man die Abkühlungseigenschaften
dieses Ofens ändern will, so kann
man z.B. statt dieser verhältnismäßig flachen keramischen Sinterkörpertür eine dickere
Tür einsetzen. Im Innern des Ofens sieht man Horden zur Aufnahme des zu behandelnden
ErzeugnissesO Die Figur 4 zeigt einen Teilquerschnitt durch einen Ofen nach der
Erfindung, in welchem innen die Heizelemente 1 bzwO 11 liegen. Sie sind an ihren
Außenflächen mit einer Aluminiumschicht 8 versehen, die die Sinterkörper gegen mechanische
Verletzungen schützen soll. Statt dieser Metallbeschichtung können die Heizelemente
auch mit einer Glasur versehen sein, die noch wirksamer eine Abdichtung gegen Feuchtigkeit,
Dämpfe oder Gase bildet, Außerhalb liegt dann eine thermische Isolierschicht 7,die
z¢BO aus gesinterten, keramischen Speichersteinen bestehen kann, und ganz außen
ist ein Metallgehäuse 6 zum Schutz der Wandungen angebracht0 Im Gegensatz zu den
bisher verwendeten elektrischen Öfen, Küchenherden und dergieichen, bei denen die
Heizwiderstände oft wenig geschützt lagen, bieten die elektrischen Heizgeräte nach
der Erfindung durch die völlig eingeschlossene Lage der
Heizwiderstände
in den keramischen Heizelementen, zumal wenn diese noch zusätzlich durch Glasur
oder Metallbeschichtung nach außen geschützt sind, völlige Sicherheit gegen schädliche
einflüsse von Dämpfen und dergleichen auf die Heizwiderständc und damit eine weit
höhere Lebensdauer für die Geräte, Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele
für den Arbeitsraum eines elektrischen Heizgerätes nach der Erfindung, der einmal
mit 32 mm starken Olivin-Värmespeicherm steinen und das andere Mal mit 20 mmstarken
Speichersteinen gleicher Art isoliert ist0 In dem ersten Falle verläuft die Abkühlungskurve
des schonenden Wärmebehandlungsspektrums bedeutend flacher als in dem zweiten Falle.
In beiden Fällen wa rd die Aufheizung bei 225 °C abgebrochen0 In dem ersten Ofen,
dessen Temperaturverlauf in Figur 5 gegeben ist, steigt nach dem Abschalten die
Temperatur dann noch bis. auf 250 00, während Sie im zweiten Falle nach dem Abschalten
nur noch bis etwa 250°C steigt, In beiden Fällen findet dann die wesentliche We
mebehandlung bei abfallender Temperatur statt, die im angenommenen Arbeitsbeispiel
bis 60 °O verläuft0 Dieser Zustand wird im ersten Falle nach 12 Stunden, im zweiten
Falle aber schon nach 8 Stunden erreicht, Je nach dem gewünschten Behandlungszweck
kann man sich also anhand dieser Kurven den jeweils gewünschten Zustand des Behandlungsraumes
aussuchen und herstellen, Patentansprüche: