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1. Beschreibung
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Titel: Elektrische Heizplattenmodule Anwendungsgebiete: Elektrische
Heizplattenmodule werden als Fertigbauteile für die Herstellung von Industrieöfen
eingesetzt. So können z.B.
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Kammeröfen, Tunnelöfen, Schachtöfen, Tiegelöfen, Brennöfen, Diffusionsöfen
und andere industrielle Beheizungseinrichtungen hiermit ausgerüstet werden. Die
Aufstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
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Zweck: Elektrische Heizplattenmodule sind vorgefertigte Heizelemente,
die sich besonders dazu eignen, energiesparende Leichtbaukonstruktionen in optimaler
Ausführung herzustellen. Sie werden in verschiedenen Größen, Leistungs- und Temperaturbereichen
hergestellt. Bei der Konstruktion und dem Bau von Industrieöfen
sind
elektrische Heizplattenmodule zeit- und kostensparende Bauelemente.
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Stand der Technik: Nach dem Stand der Technik werden elektrische Heizplattenmodule
aus vakuumverformten keramischen FaserbJöcken hergestellt, in denen die elektrischen
Heizspiralen eingebettet sind. Die Fasern bestehen aus Aluminiumsilikat mit einer
Anwendungsgrenze von 12600C , in höheren Qualitäten maximal bis 14800C. Die maximale
Anwendungsgrenze an der Oberfläche der Kombination von Fasern und eingebetteten
Heizelementen beträgt 1150°C. Die Dichte der Faser beträgt ca. 200-300 Kg/cm. Die
Dicke der Heizplatten beträgt aus Gründen der Eigenstabilität 125 mm.
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Kritik am Stand der Technik: Die im Handel erhöältnlichen Heizplatten
weisen folgende Nachteile auf: 1. Die Anwendungstemperatur ist aufgrund der Art
der Einbettung in die Faser auf 11500C begrenzt.
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2. Bereits bei diesen Oberflächentemperaturen sind neben der eigentlichen
Ofenreglung zusätzliche Überwachungstemperaturfühler am Heizwendel erforderlich,
da der dort auftretende Wärmestau eine plötzliche Überhitzung und damit den Bruch
des Heizwendels zur Folge haben könnte.
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3. Wegen der erforderlichen Eigenstabilität des Faserkerns werden
die Heizelemente auf 125 mm Dicke hergestellt. Dies hat in vielen Fällen eine unwirtschaftliche
Anwendung des relativ teuren Fasermaterials zur Folge. Hinzu kommt, daß auch der
gesamte Wandaufbau, wie auch die gesamte Ofenkonstruktion von dieser vorgegebenen
Dicke nachteilig beeinflußt ist.
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4. Fasermaterialien unterliegen einer stetigen, temperaturabhängigen
linearen Schrumpfung. Dies führt bereits kurz- und mittelfristig zu unerwünschten
Fugen und Wärmedurchbrüchen.
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5. DA die Heizspirale an der Oberfläche des Faserkerns eingebettet
ist, müssen Mindestabstände zwischen den einzelnen Spiralen eingehalten werden.
Ebenso muß der Spiraldurchinesser möglichst klein gehalten werden, damit eine Wärmeabfuhr
an der Oberfläche und nicht im Faserkern auftritt. Da jedoch der Spiraldurchrrtesser
in einem konstruktiven Abhängigkeitsverhältnis zur Drahtstärke steht, ist die Unterbringung
der elektischen Leistung wie auch die Betriebssicherheit des Elementes aus diesen
Zusammenhängen nachteilig beeinflußt.
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6. Bei einem eventuellen Heizleiterbruch muß der teure Faserkern (ca.
80 % der Gesamtkosten) mit ersetzt werden.
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7. Die horizontale Anordnung der vakuumverformten Fasermodule birgt
die Gefahr in sich, daß nach Schrumpfen der Faser die Spirale herausfällt und damit
mechanisch und elektrisch instabil wird.
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8. In reduzierender Atmosphäre ist die Faserheizplatte bis 950 0C
einsetzbar. Für den Einbau der Faserplattenmodule sind spezielle Haken und Verbindungsmittel
erforderlich.
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Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichtes, elektrisches
Heizplattenmodul zu bauen, das die wesentlichen Vorteile der Leichtbau-Wärmetechnik
beinhaltet und darüber hinaus alle kritisierten Nachteile ausschließt, Lösung: Die
Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß elektrische Heizplattenmodule
nach Abb. 1 hergestellt werden.
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Der Vorteil dieser Module besteht im wesentlichen darin, daß die Heizspiralen
(2) auf keramischen Tragrohren (3) aufgezogen und in einen stabilen Feuerleichtsteinrahmen
eingebaut werden.
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Der Kern des elektrischen Heizplattenmodules besteht aus der vakuumverformten
Faserplatte (7) und der Fasermatte (6). Je nach Einsatzgebiet können diese beiden
Schichten auch durch andere zweckmäßige Materialien substituier4 werden Die eigentlichen
Tragrohre werden von keramischen Stiften (4) gehalten. Da die relativ kleinen Bohrungen
der Stifte den Tragrahmen (1) nur unwesentlich in seinem konstruktiven Querschnitt
beeinflussen, können die Tragrohre sehr dicht beieinander liegen, was eine exterme
Leistungsdichte möglich macht. Die Heizspirale kommt nicht mit der Faser in Berührung
und kann ihre gesamte Wärme allseitig direkt oder indirekt abstrahlen. Durch diese
Art der Konstruktion sind durch die Wahl geeigneter
WErkstoffe auch
höchste Temperaturen erreichbar. Auf zusätzliche Heizdrahtüberwachungseinrichtungen
kann verzichtet werden.
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Durch den leichten Faserkern (6) und (7) liegt die Gesamtdichte nur
unwesentlich über den herkömmlichen Heizplattenmodulen.
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Durch eine gezielte Hinterisolierung können elektrische Heizplattenmodule
(ABB. 1) optimal an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden. Des hat
auch Einfluß auf die äußere Gestaltung des Ofens und führt in der Regel zu einer
Materialeinsparung von ca. 10%. Ein entscheidender Vorteil der Heizplattenmodule
besteht darin, daß der Heizdraht gewechselt werden kann, ohne daß der Tragrahmen
und die Hinterisolierung ersetzt werden müßte. Durch die Art der Unterbringung der
Heizspiralen im Tragrahmen, können die Platten bedenkenlos horizontal eingebaut
werden. Durch die Anordnung des Faserkerns (6+7) im Tragrahmen treten keine Spalten
und Wärmedurchbrüche auf. Die so gewählte Kombination von Tragrahmen und Faserplatte
ergibt ein stabiles und sIcheres Heimo«ul, welches mit entsprechender Hinterisolierung
optimalen wärmetechnischen Leichtbau mit Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit
verbindet. Durch die Wahl geeigneter Werkstoffe können derartige elektrische Heizplattenmodule
auch im höheren Temperaturbereich bei reduzierender Ofenatmosphäre eingesetzt werden.
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Weitere Ausgestaltung: Die elektrischen Heizplattenmodule können sowohl
quadratische wie auch rechteckige und andere geometrischen Formen haben. Je nach
Ofenatmosphäre und Temperaturbereich können unterschiedliche Materialien die Einsatzbedingungen
verändern.
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Erzielbare Vorteile: Zusammenfassend werden folgende Vorteile erzielt:
1. Die Anwendungsgrenze beträgt in der Regel 1350 0C bei gleichzeitig geringer Oberflächenbelastung.
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2. ES ist keine Heizspiralenüberwachung erforderlich.
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3. Geringe Baudicke, dadurch optimaler wärmetechnischer Leichtbau
und Materialeinsparung möglich.
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4. Formstabiles Heizplattenmodul ohne nennenswerte Schrumpfung 5.
Hohe Leistungsdichte und gleichmäßige Wärmeabgabe 6. Heizspirale kann gewechselt
werden, ohne daß der Rahmen mit Isolationskern ersetzt werden muß.
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7. Unproblematischer Horizontaleinbau 8. Verwendbar in reduzierender
Atmosphäre. Modulbauweise in Serienfertigung kostengünstiger als vergleichbare Verfahren.
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Beschreibung der Ausführung: In der Abbildung Fig. 1 ist die Ausführung
eines elektrischen Heizplattenmodules dargestellt. Der Tragrahmen (1) besteht aus
feuerfesten Steinzuschnitten, die an den Ecken mit entsprechend feuerfestem Mörtel
verklebt werden. Auf der Vorderseite der Heizplattenmodule sind die Tragrohre (3)
mit den Heizspiralen (2) untergebracht. Die Tragrohre werden von keramischen Stiften
(4)
gehalten. Der Kern des elektrischen Heizplattenmodules besteht
aus der keramischen Faserplatte (7) und der keramischen Fasermatte (6). Die elektrischen
Anschlüsse (5) der Heizspirale (2) können seitlich oder rückseitig herausgeführt
werden.