DE2523200A1 - Elektrisches heizgeraet fuer programmierte waermebehandlung - Google Patents

Elektrisches heizgeraet fuer programmierte waermebehandlung

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DE2523200A1
DE2523200A1 DE19752523200 DE2523200A DE2523200A1 DE 2523200 A1 DE2523200 A1 DE 2523200A1 DE 19752523200 DE19752523200 DE 19752523200 DE 2523200 A DE2523200 A DE 2523200A DE 2523200 A1 DE2523200 A1 DE 2523200A1
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Germany
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heating
heat treatment
heat
heating elements
treatment device
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DE19752523200
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English (en)
Inventor
Christoph Von Hoesslin
Andreas Dipl Chem Dr Sarkany
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Stettner and Co
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Stettner and Co
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/02Furnaces of a kind not covered by any preceding group specially designed for laboratory use
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/28Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/283Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor embedded in insulating material the insulating material being an inorganic material, e.g. ceramic

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Description

  • 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.
  • Die Heizwiderstände der Heizelemente können entweder unmittelbar in dem gesinterten keramischen Wärmespeichermaterial, z.B.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:

Claims (6)

  1. Patentansprüche 3 Elektrisches Heizgerät für programmierte Wärmebehandlung von Erzeugnissen der Industrie, des Gewerbes und des Haushalts, gekennzeichnet durch einen zur Aufnahme des zu behandelnden Gutes geeigneten abzuschließenden Raum, dessen sämtliche Wandungen von Gruppen keramischer Formkörper gebildet sind, die teilweise Heizelemente (1) mit in gesintertem keramischem Material eingebetteten elektrischen Heizwiderständen, und teilweise Sinterkörper (7) aus Wärmespeichermaterial mit einer dem Behandlungszweck angepaßten Wärmeabgabefähigkeit während der nach dem Abschalten der Heizung beim langsamen Abkühlen erfolgenden wirksamen Wärmebehandlung mit gewünschtem Temperaturablauf darstellen0 2o Wärmebehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände der Heizelemente (1) unmittelbar in dem gesinterten keramischen Wärmespeichermaterial, z.B.
  2. Olivin, eingebettet sind (Fig0 1).
  3. 3o Wärmebehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (5) der Heizelemente (11) in einer hochisolierenden, nicht korrodierenden Zwischenschicht (3), z.B. aus Korund, eingebettet sind, die ihrerseits mit dem Wärmespeichermaterial (4), zOB.
  4. Olivin, umpreßt ist (Figo 2)o 4o Wärmebehandlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wandungen des Behandlungsraumes bildenden Formkörper (Heizelemente und Wärmespeicherelemente) gegen andere Formkörper gleicher Bestimmung, aber abweichender Amessungen bzwO abweichender stofflicher Zusammensetzung austauschbar sind.
  5. 5. Wärmebehandlungsgerät nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1, 11) auf ihrer Oberfläche eine Glasur zur Abdichtung gegen Feuchtigkeit, Dämpfe oder Gase tragen.
  6. 6 e Wärmebehandlungsgerät nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1, t1) auf ihrer Oberfläche eine Metallbeschichtung (8), z.BO aus Aluminium, zum Schutz gegen mechanische Verletzungen tragens 7 o Wärmebehandlungsgerät nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Behandlungsraumes innen aus den Heizelementen (11) mit Oberflächenschutz (8), darüber einer thermischen Isolierschicht (7) und außen einem Metallgehäuse (6) bestehen (Fig. 4).
    Leerseite
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2828785A1 (fr) * 2001-08-14 2003-02-21 Bernard Peyronny Corps de chauffe electrique noye dans un bloc accumulateur de calories

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2828785A1 (fr) * 2001-08-14 2003-02-21 Bernard Peyronny Corps de chauffe electrique noye dans un bloc accumulateur de calories

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