DE342637C - Elektrischer Gluehofen fuer Haerte- und sonstige metallurgische Zwecke mit als Widerstand dienendem Heizmantel - Google Patents

Description

Elektrisch geheizte Widerstandsöfen, bei denen als Heizwiderstände solche aus festen Stoffen, z. B. Graphit, Siliziumkarbid, Platin, Eisen, Nickelin te. dgl'., in Röhren-, Ring-, Tiegel- oder Topffonm verwendet werden, konnten bisher im allgemeinen nur für einphasigen Anschluß an ein Mehrphasennetz ausgeführt werden.

Da jedoch fast alle Mehrphasenstromzentralen einphasigen Anschluß nur bis zu einer gewissen, meist sehr beschränkten Höhe gestatten, war man oft genötigt, zum Betrieb derartiger elektrischer öfen besondere rotierende Umformer aufzustellen, was sowohl erhöhte Anschaffungskosten als auch geringere Wirtschaftlichkeit mit sich brachte.

Man hat daher versucht, das Widerstandsmaterial eines derartigen Ofens zu unterteilen und es in Platten-, Stab-, Segment- oder Ringform aluf die verschiedenen Phasen des Mehrphasennetzes zu verteilen. Dieses hat aber zunächst den Nachteil, daß die in sich geschlossene Rohr- oder Tiegelform aufgegeben werden muß, wodurch die Verwendung des Ofens für verschiedene Zwecke, insbesondere für Schmelzzwecke, meist unmöglich wird. Sodann fallen derartige Öfen, da sie Verspannungsvorrichfcungen nötig haben, um die einzelnen Teile fest miteinander zu verbinden, verhältnismäßig kompliziert aus. Handelt es sich um Öfen, deren Heizmäntel in bestimmter Abwechslung mittels Steinen aus leitendem und isolierendem· Material aufgebaut sind, so kommt hinzu, daß durch die verschiedene Erwärmung der stromführenden Schichten gegenüber den isolierenden eine ungleichmäßige Ausdehnung und allmähliche Lockerung des Gefüges eintreten· muß.

Der Glühofen gemäß der Erfindung besteht, um alle diese Übelstände zu vermeiden, aus mehreren ineinandergeschachtelten Widerstandselementen von einfacher geschlossener Form, wie beispielsweise Röhren, Ringen, Muffeln, Spiralen, Tiegeln, Töpfen aus Eisen oder auch anderem¹ Material, die in je eine Phase eines Mehrphasennetzes und an eine so geringe Spannung gelegt sind, daß zu ihrer Trennung eine schwache Isolation oder ein Luftspalt genügt. Ein solcher Ofen, der als Muffel-, Glüh-, Härte-, Schmiede-, Schmelz-, aber amch als Anlaß- und Vergütungsofen benutzt werden kann, wird insbesondere bei Verwendung handelsüblicher Eisenrohre o. dgl. besonders einfach, billig und wirtschaftlich, ergibt eine gleichmäßige Verteilung der Wärme und gestattet die leichte Einhaltung bestimmter Temperaturen. Da der Widerstand der in Frage kommenden Elemente in der Regel klein sein wird, so· empfiehlt sich die Anwendung möglichst niedriger Spannungen, gegebenenfalls unter Einschaltung eines Reguliertransformators. Niedrige Spannungen sind aber auch günstig, weil dann die Isolation zwischen den ineinandergeschalteten Elementen, z. B. konzentrisch angeordneten Eisenrohren, gering gehalten werden kann, wodurch die Wärmeübertragung von den äußeren Elementen erleichtert ist. Weiterhin

besteht bei niedrigen Spannungen der Vorteil großer Betriebssicherheit und geringer Gefahr für das bedienende Personal. Bei der Ausbildung gemäß der Erfindung sind ferner die angewandten Heizelemente leicht auswechselbar und billig, so daß auch die Erneuerungs- und Instandhaltungskosten auf ein denkbar geringes Maß zurückgeführt sind.

Eine zweckmäßige Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß lediglich zwei Eisenrohre oder ähnliche Widerstandselemente angewandt sind, die an ein Dreiphasennetz unter Zwischenschaltung eines Transformators in Skott-Schaltung gelegt sind. Ein Ofen dieser Art ist in Abb. 1 beispielsweise veranschaulicht. Abb. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform eines solchen Ofens, Abb. 3 das· zugehörige Ende. In Abb. 4 ist ein tiegelförmiger Ofen entsprechend der Erfindung dargestellt, der ebenfalls in Skott-Schaltung-an ein Dreiphasennetz angeschlossen ist.

Bei der Ausführungsfoim der Abb. 1 sind a, b zwei Widerstandselemente, beispielsweise aus handelsüblichem! Eisenrohr. Sie sind konzentrisch angeordnet und voneinander durch Isoliermaterial· c getrennt. Das Isoliermaterial kann weich sein, so daß es ReIativbewegungen der beiden Rohre bei verschiedener Wärmeäusdehniung ohne weiteres gestattet. Es kann aber auch fest sein, beispielsweise aus Rohren aus Porzellan, Schamotte •; 0. dgl. bestehen, deren·Außen- und Innendurchmesser so bemessen ist, daß einerseits Radialdehnungen der Rohre möglich sind, ohne die Isolation zu zerstören, und daß sie anderseits Achsialverschiebungen der Rohre gegeneinander gestatten. Diese Isolation hat nur den Zweck, die Rohre voneinander elektrisch zu trennen, so jedoch nicht den Wärmeübergang zwischen beiden· wesentlich erschweren. Es ist möglich, an ihrer Stelle eine Luftisolation zu verwenden, wenn die beiden Rohre durch sonstige Anordnungen in ihrer konzentrischen Läge gesichert sind.

Durch diese konzentrische Anordnung der beiden' Widerstandselemente ist ein äußerst einfacher Aufbau des Ofens gegeben. Jedes Widerstandselement kann — bei dieser Aüsführungsform mittels der Skott-Schaltung — in eine Phase eines Mehrphasenstroms gelegt werden, wobei die beiden Widerstandselemente so bemessen werden, daß die Strom- bzw. Energieaufnahme der beiden Widerstandselemente gewöhnlich gleich groß ist. Diese gleichmäßige Phasenbelastung durch die angeschlossenen Widerstands elemente kann jedoch auch automatisch erzwungen werden, indem etwa die Zuleitungen zu den Widerstandselementen miteinander in an sich bekannter Weise magnetisch verkettet werden, etwa durch Drosselspulen in jeder Zuleitung, welche auf gleichem Magnetkern in Ziokzackschaltung angeordnet sind. Bei gleicher Größe der Widerstände in den beiden Sekundärpltasen ist bei Anwendung der Skott-Schaltung aber auch die Belastung der drei Phasen des Prilmärnetzes gleich. Die Skott-Schaltung bringt jedoch den besonderen Vorteil mit sich, daß die Anzahl der anzuordnenden Widerstandselemente von drei auf zwei verringert wird.

Die Außenisolation d muß so gewählt sein, daß sie in der Hauptsache den Abfluß der Wärme nach außen hindert; nebenbei muß sie natürlich auch elektrisch isolieren. Durch Zwischenschaltung eines Reguliertransformators zwischen Netz und Ofen -sind jedoch die Anforderungen an die elektrischen Isolationen äußerst gering. Infolgedessen können die konzentrisch angeordneten Widerstandselemente sehr nahe aneinandergebraicht werden, so daß der Wärmeübergang zwischen diesen beiden such äußerst günstig gestalten kann. Gegebenenfalls können Spiralfedern benutzt werden, oder es können die Röhren in längeren Spiralwindungen aufgeschnitten sein, derart, daß zwei' in gleicher Fläche liegende koachsiale Spiralen entstehen, deren jede dann in einer anderen Phase liegt und an der Erwärmung des Ofenraums unbedingt gleichen Anteil hat.

Die Stromzuführung erfolgt im Ausführungsbeispiel in der Weise, daß an die Enden der Rohre Ringe / aufgeschweißt sind, an die wiederum Stromzuführungen angeschweißt sind. Diese ringförmige Stromzuführung bietet gleichzeitig eine Gewähr dafür, daß die Stromverteilung über den gesamten Querschnitt des Rohres gleichmäßig ist. Andersei^!ts wird hierdurch der Anschluß der Zuleitung besonders einfach gestaltet.

Der linke Teil der Zeichnung der Abb. 1 zeigt im Prinzip einen Längsschnitt durch den Ofen, der rechte Teils der Zeichnung einen ¹⁰S Querschnitt durch diesen.

Die Abbildung läßt auch die angewandte Skott-Schaltung erkennen. In das Drehstromnetz V₁ U₁ W sind zwei Regulierspulen h¹, h² eines Reguiliertransformators in F-Sparschaltung geschaltet, an deren Anzapfungen i¹, i- der dazugehörige Haupttransformator g· in Skott-Schaltung liegt. Die Primärspulen dieses Haupttransformators weisen die bekannte Schaltung auf. Die Anschluß- "5 punkte an das Netz sind ebenfalls mit U₁ V₁ W bezeichnet. Die beiden Sekundärspulen sind mit k¹, k² bezeichnet. Die der Primärspule entsprechenden Anechlüßpunkte der Sekundärspulen sind mit u-x, vw bezeichnet und mit den gleichen Buchstaben auch die Anschlußpunkte an die

Widerstandselemente α, b. An Stelle des Regulierschalters i¹, i² und der Regulier spulen h^%, h" des Reguliertransformators¹ könnte auch eine regelbare Drosselspule mit verschiebbarem Kern, evtl. auch ein Potentialregler angewandt werden. Die Sekundärspannung kann hierbei meist sehr niedrig gewählt werden, je nach Art und Form des· Widerstandes etwa mit 5 bis· io Volt, so daß sich der Betrieb für die Bedienung absolut ungefährlich gestaltet und es auch sehr leicht ist, das Glühgut usiw. von den Heizwiderständen elektrisch zu isolieren. Ein weiterer Vorteil der dargestellten. Schaltung besteht darin, daß die Temperatur in weiten Grenzen allmählich gesteigert und verringert werden kann, wie dies bei vielen Gl'ühprozessen erforderlich ist.

In Abb. 2 ist ein Längssichnrt'ti durch einen Ofen grundsätzlich gleicher Anordnung wie in Abb. ι gezeichnet, bei¹ dem die beiden Heizelemente a, b durch Kugellager I gegeneinander zentriert sind. Die Kugellager sind in entsprechender Entfernung voneinander in beliebiger Zahl angeordnet. Die Kugeln des Lagers und gegebenenfalls die Schale können aus wärmebeständigem Isoliermaterial bestehen, während die sonstige Isolierung der beiden Rohre gegeneinander durch Luft gebildet ist. Durch diese Anordnung ist die gegenseitige Beweglichkeit der Widerstandselemnte bei verschiedener Wärmedehnung gewährleistet; gleichzeitig wird dadurch verhindert, daß sich die beiden Heizrohre, falls sie sich infolge starker Erwärmung etwa durchbiegen sollten, gegenseitig berühren.

In Abb. 3 ist im> Prinzip als Beispiel ein Längsschnitt und eine teilweise Ansicht durch einen Verschluß des Heizrauimes eines Ofens nach Abb. 2 dargestellt. Der Abschluß erfolgt mittels eines, z. B. durch Schraube ο angepreßten Deckels in; die Schraube ο kann in einem sich gegen den Ring/ stützenden Bügel η gelagert sein. Auch andere Verschlüsse, z. B. Kniehebelverschlüsse, sind denkbar. Wird Eisen als Widerstandsmaterial verwendet, so kommen handelsübliche gezogene Gasrohre in Betracht und bei besonders hohen Anforderungen Eisen mit möglichst hohem Schmelzpunkt. Die dem Heizrauttn zügewandte Fläche des Widerstandselementes wird zweckmäßig mit einer Auskleidung e (Abb. i) versehen werden, welche die Oxydation des Eisens durch die gelegentlich neuer Beschikkung in den Ofenraum eindringende Luft hintanhalten soll. Gleichzeitig soll diese Auskleidung das Glühgut gegen das stromführende Innenheizrohr elektrisch isolieren. Sie ist jedoch nicht stets erforderlich, da einerseits ungefährliche niedrige Spannungen verwendet werden können, so daß elektrische Isolationen nicht immer erforderlich sind, und anderseits eine etwa eingetretene.Oxydation nicht von allzu großem Nachteil ist, da die Widerstandselemente aus billigem· Material hergestellt sind und daher nach entsprechender Zeit ohne Schaden für die Ökonomie des Betriebes ausgewechselt werden können. Auch kann durch Verwendung reduzierender Mittel oder durch Anwendung eines Aluminiumbelages oder durch Benutzung indifferenter Gase die Oxydation verringert werden. Ebenso kann durch eine entsprechende Betriebsweise dafür gesorgt werden, daß der Zutritt von frischer Luft während des Betriebes möglichst gering ist

' Es ist grundsätzlich gleichgültig, ob der Ofen nach der Erfindung mit horizontaler oder senkrechter Hauptachse verwendet wird.

Die äußere Wänmeisolation wird entsprechend der Form der angewandten Heizelemente gestaltet werden. Sie wird also wie diese ebenfalls rohren-, tiegel-, topfförmig usw. sein. Zweckmäßig wird hierzu Schamotte, Kieselgur o. dgl. gewählt unter Zwischenlage von Asbest. Werden Heizwiderstände aus Graphitton verwendet, so können Stücke aus demselben Material auch zur elektrischen Isolation der Heizwiderstände benutzt werden, wozu dieses durch Ausglühen des Graphits elektrisch nicht leitend gemacht wird.

In Abb. 4 ist ein Widerstandsofen in Topfform dargestellt. Die Stromzuführung erfolgt hierbei, wie aus dem Schema ohne weiteres zu ersehen ist, einerseits' am Boden der als Heizkörper dienenden Gefäße α und b und anderseits am oberen Rande derselben. Bestehen die Widerstandselemente α und b aus Eisen, so können ähnlich wie in Abb. 1 angeschweißte Ringe f die Stromzuführung ver- 100 ' mitteln. Die weitere Ausbildung des Ofens kann in analoger Weise zu dem zuerst beschriebenen erfolgen. Der obere Teil der Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch das äußere Widerstandselement b und die Zwischenisolation c und eine Ansicht des inneren Widerstandselementes α. Der untere Teil der Zeichnung gibt eine Draufsicht aiuf den Ofen wieder. Die Schaltung ist ohne weiteres verständlich.

Auch hier ist eine konzentrische Anordnung gewählt.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche :

   i. Elektrischer Glühofen für Härte- und sonstige metallurgische Zwecke mit als Widerstand dienenden Heizmantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmantel aus mehreren ineinandergeschachtelten Widerstandselementen von einfacher geschlossener Form·, wie beispielsweise

   Eisenröhren, besteht, die in je eine Phase eines. Mehrphasennetzes und an eine so geringe Spannung· geschaltet sind, daß zu ihrer Trennung eine schwache Isolation oder ein Luftspalt genügt.
2. 2. Elektrischer Glühofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich zwei Wijderstandselemente oder Gruppen von solchen vorgesehen und an ein Dreiphasennetz unter Zwischenschaltung eines Transformators in Skott-Schaltung gelegt sind.
3. 3. Elektrischer Glühofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Widefstandselemente, z. B. Eisenrohre, lediglich mittels mehrerer aus Isoliermalterial gebildeter Kugellager gegeneinander abgestützt sind.
4. 4. Elektrischer Glühofen nach Anspruch i_f der an ein zwei- oder mehrphasiges FTetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen zu den in den einzelnen Phasen liegenden Widerstandselementen in an sich bekannter Weise untereinander magnetisch derart verkettet sind, daß die Strombelästung der einzelnen Phasen zwangläufig auf das gleiche Maß geregelt wird, gegebenenfalls durch Verwendung von Drosselspulen mit verschiebbarem Kern ο. dgl.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

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