DE3113347A1 - Formkoerper aus isoliermaterial mit einem elektrischen widerstands-heizelement - Google Patents

Description

PATENTAN WALTE

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · dr. P. WEINHOLD · München DIPL.-ING. G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL · dipl-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

GROSSE ESCHENHEIMER STR. 39 6OOO FRANKFURTAM MAIN 1

TELEFON : (0611) 281134 + 28 7014 TELEX: 413110

1. April 1981 Case: D-003-DE Gu/ki

Bulten-Kanthal AB
S-73401 Hallstahammar
Schweden

Formkörper aus Isoliermaterial mit
einem elektrischen Widerstands-Heizelement

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Formkörper aus Isoliermaterial mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement, das über im Formkörper befestigte Halteelemente mit dem Formkörper lösbar verbunden ist, dessen aktiver Teil zumindest zum größten Teil einen Abstand von der Oberfläche des Formkörpers einhält und dessen Anschlußleiterenden aus dem Formkörper vorstehen.

Einen derartigen Formkörper mit Widerstands-Heizelement beschreibt die schwedische Offenlegungsschrift 7 802 109-4. In die Fugen zwischen die aneinander angrenzenden Formkörper sind dort Haken eingesetzt, die in den Formkörpern mittels durchgehenden Stangen gehalten sind. Die freien, in den Ofen ragenden Enden der Haken tragen die mäanderförmig geführten Widerstands-Heizelemente.

Tritt ein Schaden an einem der Heizelemente auf, su muß hierbei aber der Ofen über viele Stunden, gegebenenfalls bis zu einem Tag und länger, stillgelegt werden, bis er sich nämlich ausreichend abgekühlt hat, so daß das Innere des Ofens zugänglich ist und das betreffende Heizelement ausgewechselt werden kann. Ein Herausziehen des beschädigten Heizelementes nach außen ohne Beeinträchtigung der benachbarten Formkörper bzw. Heizelemente ist dort nicht möglich, weil zum einen die Haltestangen für die Haken dort durch eine ganze Reihe von Haken hindurchgehen und zum anderen weil die mäanderförmigen Heizelemente sich auch in der Höhe über mehrere, aneinander anstoßende Formkörper erstrecken. Aus einem weiteren Grunde ist dort eine einfache

-a-

Reparatur nicht möglich, nämlich weil ein Anschlußleiterpaar dort einem so groß dimensionierten Widerstands-Heizelement zugeordnet ist, daß dieses stets eine Gruppe von mehreren, nebeneinander angeordneten Formkörpern abdeckt.

Derselbe Nachteil besteht bei einem Formkörper mit elektrischem Widerstands-Heizelement nach der US-PS 4 088 825. Die Widerstands-Heizelemente sind dort bandförmig ausgebildet und mäanderförmig über Rollen gelegt, die an Stangen gehalten sind, deren andere Enden mit einer gemeinsamen Platte verbunden sind. Diese Platte ist in dem Formkörper verankert. Auch hier ist eine Reparatur bzw. ein Austausch eines beschädigtön Widerstands-Heizelementes nur möglich, wenn der Ofen vorher abgekühlt wurde. Es wurde bereits erwähnt, daß dies mehrere Stunden dauert und auch das nachfolgende Anheizen des Ofens bis auf die Betriebstemperatur dauert entsprechend lange.

Denselben Nachteil weist schließlich ein Formkörper mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement auf, wie ihn die DE-PS 1 942 645 beschreibt. Dort ist ein Rohr an der Innenwand des aus den Formkörpern hergestellten Ofens befestigt, wobei auf das Rohr omegaförmige Halteelemente unter Abständen aufgeschoben sind, auf deren Schenkeln die Widerstands-Heizelemente aufliegen. Auch hierbei ist es nicht möglich, ein beschädigtes Heizelement allein aus dem Ofen zu entfernen, ohne diesen vorher soweit abkühlen zu lassen, daß sein Inneres zugänglich ist.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper aus Isoliermaterial mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement vorzuschlagen, wobei die Widerstands-Heizelemente auch in noch warmem Zustand des Ofens bzw. der Elemente ausgetauscht und

gegebenenfalls repariert werden können.

Ausgehend von einem Formkörper der eingangs genannten Art gelingt dies gemäß der Erfindung dadurch, daß das Widerstands-Heizelement für sich oder zusammen mit dem das Heizelement haltenden Formkörper von der Außenseite eines aus derartigen Elementen aufgebauten Ofens her leicht auswechselbar ist.

Stellt man ein defektes Widerstands-Heizelement fest, so kann dieses leicht dadurch ausgetauscht werden, daß es als Ganzes und alleine, d.h. ohne seinen Formkörper, nach außen aus dem Ofen herausgezogen wird. Abschließend wird ein neues Heizelement an die Stelle des alten gebracht, nach dessen Anschluß der Ofen wieder betriebsbereit ist. Dieser Austausch geht in sehr kurzer Zeit vor sich. Alternativ wird nicht das Heizelement alleine, sondern das betreffende Heizelement zusammen mit dem es haltenden Formkörper ausgetauscht, was ebenso leicht und schnell von statten geht. In keinem Fall muß der Ofen vorher abkühlen oder von innen zugänglich sein, weil der Austausch stets von außen erfolgt.

Soll das Widerstands-Heizelement alleine ausgetauscht werden, so wird dieses vorzugsweise von einem Stopfen gehalten, der seinerseits leicht auswechselbar in den Formkörper eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform kann sich ein Heizelement mit seinen Anschlußleitern über einen oder mehrere Formkörper erstrecken.

Bei einer anderen, bevorzugten AusfUhrungsform erstreckt sich der aktive Teil des Widerstands-Heizelementes innerhalb der Umrißlinie des ihn tragenden Formkörpers derart, daß der gesamte Formkörper dann zusammen mit diesem Heizelement

ausgetauscht werden kann. Zu diesem Zweck sind die Anschlußleiter enden geeignet geführt, und zwar je nach der Anordnung im Gesamtaufbau des Ofens, d.h. in Richtung der LängserStreckung des blockförmigen Formkörpers, in einem rechten Winkel hierzu nach außen geführt oder in einem anderen, geeigneten Winkel, je nach speziellem Ofenaufbau. Um die Formkörper leicht auswechselbar halten zu können, sind diese vorzugsweise durch Anker miteinander verbunden, wie sie die DE-PS 2 811 369 der Anmelderin beschreibt.

Die Halteelemente sind, wie erwähnt, in ihrem Formkörper verankert. Um zu erreichen, daß die Heizelemente von den Halteelementen leicht auswechselbar gehalten werden können, wird bevorzugt, wenn die Halteelemente als Platten mit Hinterschneidungen oder Löchern für die Widerstands-Heizelemente ausgebildet sind. Die Heizelemente werden hierbei also seitlich in die Hinterschneidungen oder Löcher eingeführt und dann gehalten.

Zur Verankerung der Halteelemente in den Formkörpern wird es bevorzugt, wenn die Halteelemente seitliche Fortsätze und/oder Löcher zu ihrer Verankerung im Formkörper haben. In die Löcher werden dann Stangen eingesteckt, die ihrerseits wiederum im betreffenden Formkörper eingebettet sind.

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente in einen von einer Seite frei zugänglichen Aufnahmeraum des Formkörpers geschützt eingesetzt sind. Dadurch wird eine sichere Halterung der empfindlichen Heizelemente und gleichzeitig ein guter Schutz vor Beschädigungen während des Transports, der Montage usw. erreicht.

Falls die Widerstands-Heizelemente mäanderförmig gebogen sind, wie es bevorzugt wird, läßt sich eine besonders Leistungsdichte, gemessen in aufgenommener elektrischer Energie pro Flächeneinheit, erzielen. Die Heizelemente können aber auch beispielsweise als gerade Stäbe ausgebildet sein oder auf andere, dem Jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Weise ausgebildet sein.

Weil die Halteelemente durch ihren direkten Kontakt mit den Heizelementen bedingt sehr stark erhitzt werden, wird es bevorzugt, wenn sie aus Platten aus hitzebeständigem, keramischem Material bestehen. Auch die Formkörper bestehen aus hitzebeständigem, keramischem Material, wie es unter dem Warenzeichen FIBROTHAL der Anmelderin bekannt ist.

Bedingt durch die starke Erhitzung der Heizelemente werden diese verhältnismäßig weich. Insbesondere bei einer lotrechten Aufhängung der mäanderförmig verlaufenden Heizelemente wird es daher bevorzugt, wenn zusätzlich zu den Halterungen stabförmige Stützen aus keramischem Material vorgesehen sind, die die Biegungen der Mäander stützen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch und schematisch eine erste Ausführungsform eines Formkörpers mit elektrischem Widerstands-Heizelement nach der Erfindung, das an einem Stopfen gehalten ist;

Fig. 2 eine geschnittene Stirnansicht des blockförmigen Formkörpers nach Fig. 1;

Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht des Fonnkörpers nach Fig. 1;

Fig. 4

bis 7 Ansichten verschiedener Ausführungsformen der Halteelemente mit eingesetzten Widerstands-Heizelementen;

Fig. θ perspektivisch eine Ansicht eines Formkörpers, wobei ein an einem Stopfen gehaltenes Widerstands-Heizelement sich über mehrere Formkörper erstreckt;

Fig. 9A eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform mit rechtwinkligem Abgang der Anschlußleiter;

Fig. 9B eine Draufsicht auf den Formkörper von Fig. 9A, von der Innenseite des Ofens her gesehen;

Fig. 10 eine abermals abgeänderte Ausführungsform eines Halteelementes mit eingesetztem Heizleiter;

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Formkörpers mit einem stabförmigen Heizelement;

Fig. 12 eine Seitenansicht des Formkörpers mit Heizelement nach Fig. 11;

Fig. 13 eine Ansicht des bei der AusfUhrungsform nach Fig. 11 und 12 verwendeten Halteelementes mit eingesetztem Heizelement;

Fig. 14 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Formkörpers mit mäanderförmig geführtem Heizelement in lotrechter Anordnung;

Fig. 15 eine horizontale Schnittansicht durch den Formkörper nach Fig. 14;

Fig. 16 perspektivisch einen Teil eines Ofens, dessen Mantel aus den neuartigen Formkörpern mit Heizelementen zusammengesetzt ist;

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 16 bei einer anderen Ausführungsform, wobei die Decke des Ofens mit einem neuartigen Formkörper mit Heizelement versehen ist.

Figur 1 zeigt einen blockförmigen Formkörper 1 aus keramischem Fasermaterial mit einem Aufnahmeraum 5. Halteelemente 4A, 4b aus hoch temperaturfestem Material sind im Formkörper befestigt. Teile der Halteelemente stehen in den Aufnahmeraum 5 vor. Diejenigen Teile der Halteelemente, die sich im Formkörper befinden, haben Löcher 7, in die Stangen 6A, 6b eingesteckt sind. Die Halteelemente tragen ein Widerstands-Heizelement 2, das mäanderförmig gebogen ist und zwei Schenkel hat. Das Heizelement besteht aus Molybdänsilizium. Anschlüsse 8A, 8B des Heizelementes erstrecken sich durch einen Stopfen 3, der aus demselben keramischen Fasermaterial besteht wie der Formkörper 1. Soll das Heizelement ausgetauscht werden, so kann es aus dem Formkörper zusammen mit dem Stopfen herausgezogen werden.

Figur 2 ist eine geschnittene Stirnansicht der Vorrichtung nach Figur 1. Figur 2 zeigt noch deutlicher die Schenkel des Heizelementes, die in Hinterschneidüngen oder Ausschnitten 9 der Halteelemente angeordnet sind*

Figur 3 ist eine geschnittene Seitenansicht dieser Vorrichtung. In Figur 3 ist der Stopfen 3 nicht eingezeichnet.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Halteelemente. Figur 4 zeigt ein solches Halteelement, wie es zusammen mit der Vorrichtung nach Figuren 1 bis 3 verwendet wird. Das Halteelement ist im Formkörper bedingt durch seine unregelmäßige Gestalt befestigt, wie auch durch Stangen, die durch die Löcher 7 mehrerer Halteelemente hindurchgesteckt sein können. Die Halteelemente können auch so konstruiert werden, daß sie Heizelemente mit einer abweichenden Anzahl von Schenkeln tragen. Für jeden Schenkel ist eine Hinterschneidung 9 im Halteelement vorgesehen.

Figur 5 zeigt ein Halteelement, das zum Halten eines geraden, stangenförmigen Heizelementes gedacht ist. Dieses wird in ein kreisförmiges Loch 9 des Halteelementes eingeführt. Dieses Halteelement wie auch dasjenige nach Figur 6 wird im Formkörper durch durch die Löcher 7 hindurchgesteckte Stangen gehalten.

Figur 6 zeigt ein ähnliches Halteelement, das für ein U-förmiges oder haarnadelförmiges Heizelement konstruiert ist.

In Figur 7 ist ein Halteelement gezeigt, das zwei Heizelemente 2A, 2B trägt, Es ist natürlich auch möglich, die Halteelemente so auszubilden, daß drei oder mehr Heizelemente von jedem Halteelement getragen werden.

Figur 8 zeigt, daß ein einziges Heizelement von vier Formkörpern 1A, 1B, 1C und 1D gehalten wird, die jeweils die erwähnten hoch temperaturfesten Halteelemente haben. Bei der gezeigten AusfUhrungsform nach Figur 8 hat jeder der vier Formkörper ein Halteelement 4A bis 4D. Jeder Formkörper kann natürlich auch mehrere solcher Halteelemente haben. Die beiden mittleren Formkörper sind gleich

-rf-

ausgebildet. Der erste Formkörper 1A ist mit einem herausziehbaren Stopfen 3 ausgerüstet, so daß das Widerstandselemente leicht ausgetauscht werden kann. Die ersten Formkörper 1A-1C haben durchgehende Aufnahmeräume. Der letzte Formkörper 1D hat einen Aufnahmeraum, der sich nicht über dessen ganze Länge erstreckt.

Die Abmessungen der Haltevorrichtung variieren je nach den jeweils gegebenen Bedingungen. Die Länge eines Formkörpers in Richtung parallel zum Widerstandeelement liegt im allgemeinen zwischen 0,3 und 1m. Der Durchmesser der Widerstandselemente liegt etwa bei 3 bis 15 mm. Die Länge schwankt zwischen etwa 0,1 m und mehreren Metern. Mäanderförmige Widerstandselemente können mehrere Mäanderwindungen haben.

Nach Flg. 9A und Fig. 9B sind die Anschlußleiterenden 8A und 8B (vgl. auch Fig. 1) rechtwinklig 2ur LängserStreckung der mäanderförmigen Heizelemente nach außen geführt.

Figur 10 zeigt ein Halteelement 4 mit einem Langloch 9 zur Aufnahme der Heizelemente 2.

Die Figuren 11 bis 13 zeigen eine andere Ausführungsform, wobei ein gerades Heizelement 2 in die Aufnahme 5 des Formkörpers eingesetzt ist. Dieser Formkörper kann beispielsweise das Dach des Ofens nach Fig. 17 ausbilden, weil er als Ganzes mit seinem Heizelement leicht ausgewechselt werden kann, beispielsweise unter Verwendung eines Ankers nach der erwähnten DE-PS 2 811 369.

Die Ausführungsform nach Figuren 14 und 15 ist für die Wand eines Ofens geeignet. Hier sind zusätzliche stabförmige Stützen 10 in das keramische, faserförmige Material des

/3
-γέ-

Formkörpers 1 eingesteckt, und zwar anliegend an dem oberen Halteelement 2. Die Stützen 10 legen sich an die Abbiegungen des Mäanders des Heizelementes an und stützen dieses besonders gut. Auch bei dieser Ausführungsform ist kein Stopfen 3 vorgesehen, so daß dieser Formkörper ähnlich wie in Fig. 16 angedeutet als Ganzes mit seinem Heizelement ausgwechselt werden kann. Abweichend von der AusfUhrungsform nach Fig. 8 erstreckt sich daher das Heizelement mit seinen Anschlußleitern nur über einen einzigen Formkörper.

Figur 16 zeigt als Beispiel den Aufbau eines Ofens mit den neuartigen Formkörpern mit Heizelementen. Hler sind nur die Wände des Ofens beheizt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 ist nur die Decke beheizt. Es sind natürlich auch Kombinationen möglich, so daß der Ofen gegebenenfalls allseitig bzw. an beliebig vorgegebener Stelle beheizt wird. Wesentlich ist es, daß stets ein Auswechseln eines beschädigten Heizelementes von außen möglich ist, ohne daß dazu - mit Ausnahme des beschädigten Heizelementes - der Ofen abgeschaltet werden muß. Das beschriebene keramische Fasermaterial ist so gut wärmeisolierend, daß es mit einem Schutzhandschuh von Hand an der Rückseite gefaßt und nach außen herausgezogen werden kann, und zwar zusammen mit seinem Heizelement. Alternativ wird das Heizelement zusammen mit dem Stopfen 3 nach außen herausgezogen. Nach dem Austausch des beschädigten Heizelementes bzw. Formkörpers wird das neue Heizelement, gegebenenfalls mit seinem Stopfen bzw. Formkörper, wieder eingesetzt und eingeschaltet. Dies ist in wenigen Minuten möglich.

Claims (1)

1. Patent- bzw. Schutzansprliche

   1./Formkörper aus Isoliermaterial mit einem elektrischen Widerstands-Heizelement, das über im Formkörper befestigte Halteelemente mit dem Formkörper lösbar verbunden ist, dessen aktiver Teil zumindest zum größten Teil einen Abstand von der Oberfläche des Formkörpers einhält und dessen Anschlußleiterenden aus dem Formkörper vorstehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands-Heizelement (2) für sich oder zusammen mit dem das Heizelement (2) haltenden Formkörper (1) von der Außenseite eines aus derartigen Elementen aufgebauten Ofens her leicht auswechselbar ist.

   2« Formkörper nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstands-Heizelement (2) an einem Stopfen (3) gehalten ist, der leicht auswechselbar in den Formkörper (1) eingesetzt ist.

   3. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil des Widerstands-Heizelementes (2) sich innerhalb der Umrißlinie des ihn tragenden Formkörpers (1) erstreckt.

   4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (4) als Platten mit Hinterschneidungen (9) oder Löchern für die Widerstands-Heizelemente (2) ausgebildet sind.

   5. Formkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (4) seitliche Fortsätze und/oder Löcher (7) zu ihrer Verankerung im Formkörper (1) haben.

   6. Formkörper nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente (2) in einen von einer Seite frei zugänglichen Aufnahmeraum (5) des Formkörpers (1) geschützt eingesetzt sind.

   7. Formkörper nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Heizelemente (2) mäanderförmig gebogen sind.

   8. Formkörper nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (4) aus Platten aus hitzebeständigem, keramischem Material bestehen.

   9. Formkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stangen (6) durch die Löcher (7) gesteckt sind.

   Formkörper nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Halteringen (4) stabförmige Stützen (10) aus keramischem Material vorgesehen sind.

   Der Patentanwalt

   Dr. d{ Gudel