DE4014246C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
- H05B3/44—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor arranged within rods or tubes of insulating material
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- Resistance Heating (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit
einem in einem keramischen Schutzrohr angeordneten Heizelement.
Eine derartigen elektrische Heizeinrichtung ist aus der US-PS 41 03 277
bekannt. Bei dieser bekannten Heizeinrichtung besteht
das Schutzrohr aus einer reinen bzw. hochreinen
Aluminiumkeramik. Durch diese Materialauswahl ist das
Schutzrohr dieser Heizeinrichtung bis ca. 1850°C erhitzbar.
Aus dem US-B: L. S. O'Bannon "Dictionary of Ceramic Science and
Engineering", Plenum Press, New York, London, 1984, Seite 10,
ist es bekannt, daß monokristallines Aluminiumoxid für
Hochtemperatur- und mechanisch beständige Produkte geeignet
ist.
Die CH-PS 1 92 687 offenbart eine elektrische Heizeinrichtung
mit einem gasdichten Behälter bzw. Schutzrohr, das z. B. aus
dicht gesintertem Aluminiumoxid, d. h. aus einem
polykristallinen Keramikmaterial, besteht. Der Behälter kann
mit einer Zuleitung für ein inertes brennbares Gas und einer
Ausströmdüse für dieses Gas versehen sein.
Einen Wärmestrahler, der insbes. für Therapiezwecke vorgesehen
ist, beschreibt die DE-PS 8 39 396. Dieser gasdicht
abgeschlossene Wärmestrahler weist ein Schutzrohr auf, das
bspw. aus Siliziumdioxid besteht. Das Heizelement in Form eines
Heizdrahtes ist dort auf einem Heizelementträger angeordnet,
der z. B. aus Quarzglas oder Quarzgut besteht.
Die DE-AS 18 13 264 offenbart eine elektrische Heizeinrichtung,
bei welcher ein gewellter Heizleiter zur Anwendung gelangen
kann.
Eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Heizrohr, das
geeignet gebogen ausgebildet sein kann, ist aus der DE-OS 16 15 291
bekannt. Das Heizrohr besteht dort aus glasartigem Material
wie Quarzglas und ist bis ca. 1400°C erhitzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische
Heizeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für
Anwendungen in oxidierender, reduzierender und/oder chemisch
aktiver Atmosphäre bis zu Temperaturen in der Größenordnung um
2000°C geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2
gelöst.
Das Heizelement kann aus einer Chrom-Eisen-Aluminium-Legierung,
aus Molybdän, Wolfram, Graphit, Molybdändisilizit, Zirkonoxid
o. dgl. bestehen. Durch die Verwendung monokristallinen
Keramikmaterials für das Schutzrohr ergibt sich der Vorteil,
daß das Schutzrohr bis nahe an die Schmelztemperatur des
monokristallinen Keramikmaterials eine sehr hohe Festigkeit
besitzt. Bei diesen hohen Temperaturen wird das mit einem
solchen Schutzrohr aus monokristallinem Keramikmaterial
kombinierte Heizelement bereits weich, so daß das Heizelement
in vorteilhafter Weise durch das Schutzrohr aus
monokristallinem Keramikmaterial eine ideale mechanische
Unterstützung findet.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, das Schutzrohr
aus monokristallinem Aluminiumoxid herzustellen. Ein derartiges
Schutzrohr weist eine sehr gute Infrarotstrahlen-Durchlässigkeit
auf, so daß die vom Heizelement emittierte
Strahlungsenergie quasi ungehindert das Schutzrohr durchdringen
kann. Dadurch ergibt sich eine ausgezeichnete Energieausbeute.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Wärmeleitfähigkeit
bei einem Schutzrohr aus einem derartigen monokristallinen
Material näherungsweise der Wärmeleitfähigkeit von Metallen
entspricht, wobei hier jedoch im Gegensatz zu Metallen
ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften bei guten
Wärmeleiteigenschaften gegeben sind. Des weiteren weisen
derartige Materialien für das Schutzrohr eine ausgezeichnete
chemische Beständigkeit bis zu höchsten Temperaturen bei einer
ausgezeichneten Härte- und Abriebfestigkeit auf, so daß
Heizeinrichtungen mit einem Schutzrohr aus einem solchen
monokristallinen Material einen sicheren Schutz des
Heizelementes gegen aggressive und/oder abrasive Medien
ergeben.
Um die Strahlendurchlässigkeit durch das Schutzrohr hindurch
gezielt zu beeinflussen, d. h. um gewisse Spektralbereiche der
vom Heizelement emittierten Strahlung bspw. zu verstärken, kann
das Schutzrohr aus einem dotierten monokristallierten
Aluminiumoxid bestehen. Zur Dotierung des monokristallinen
Aluminiumoxids des Schutzrohres kommen vorzugsweise Oxide zur
Anwendung.
Eine erhebliche Verbesserung der Dauerstandsfestigkeit der
Heizeinrichtung bei Verwendung in einer oxidierenden und/oder
chemisch aktiven Atmosphäre bis zu höchsten Temperaturen in der
Größenordnung bis zu 2000°C ergibt sich, wenn das Schutzrohr
der Heizeinrichtung einen Einlaß und einen Auslaß für ein
Schutzgas aufweist. Eine derartige Heizeinrichtung kann in
einfacher Weise mit einem Schutzgas gespült werden, so daß sich
ein weiter verbesserter Schutz insbes. des im Schutzrohr
angeordneten Heizelementes ergibt.
Um das Heizelement der Heizeinrichtung, das bei
Betriebstemperaturen um größenordnungsmäßig 2000°C erweicht,
abzustützen und positioniert zu halten, ist es vorteilhaft,
wenn das Heizelement auf einem Heizelementträger angeordnet
ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Heizelementträger aus
einem dem Material des Schutzrohres ähnlichen Material besteht.
Das Heizelement kann gewendelt oder gewellt ausgebildet sein.
Das Schutzrohr der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung kann
geradlinig oder schraubenlinienförmig um einen Zentralkörper
herum oder beliebig anders geformt sein. Die äußere Gestalt der
Heizeinrichtung ist von der jeweiligen Anwendung bzw. vom
Einsatz der Heizeinrichtung abhängig.
Infolge seiner oben beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften
kann das erfindungsgemäße Heizelement problemlos in einer
oxidierenden, reduzierenden bzw. chemisch aggressiven
Atmosphäre zur Erhitzung auf eine Temperatur bis 2000°C
Verwendung finden.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen
Heizeinrichtung. Es zeigt
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Heizeinrichtung mit
einem einseitig offenen Schutzrohr,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Heizeinrichtung mit
einem zweiseitig offenen Schutzrohr,
Fig. 3 eine Ausführungsform der Heizeinrichtung mit einem
um einen Zentralkörper herumgewendelten Schutzrohr,
Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ausbildung der
Heizeinrichtung mit einem modifizierten
Heizelementträger,
Fig. 5 eine Ausbildung der Heizeinrichtung mit einem
gewellten bandförmigen Heizelement,
Fig. 6 einen Schnitt durch die Heizeinrichtung gem. Fig. 5
entlang der Schnittlinie VI-VI, und
Fig. 7 eine räumliche Darstellung einer weiteren
Ausbildung der Heizeinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Heizeinrichtung 10 mit einem Schutzrohr 12,
das geradlinig ausgebildet und an seinem einen Ende 14
verschlossen ist. Das andere Ende 16 des Schutzrohres 12 ist
offen; ein Deckel 18 ist zum hermetisch dichten Verschließen
des Schutzrohres 12 an dessen offenem Ende 16 angeordnet. Zur
Abdichtung zwischen dem Schutzrohr 12 und dem Deckel 18 ist ein
um das Schutzrohr 12 umlaufendes Dichtungselement 20
vorgesehen.
Im Inneren des Schutzrohres 12 ist ein Heizelement 22 an einem
Heizelementträger 24 vorgesehen. Das Schutzrohr 12 besteht aus
einem monokristallinen Keramikmaterial, vorzugsweise aus einem
monokristallinen Aluminiumoxid. Das monokristalline
Aluminiumoxid des Schutzrohres 12 kann eine bestimmte Dotierung
besitzen, um eine gewünschte Strahlendurchlässigkeit durch das
Schutzrohr 12 hindurch zu erzielen. Der Heizelementträger 24
für das Heizelement 22 besteht vorzugsweise aus einem ähnlichen
Material wie das Schutzrohr 12 der Heizeinrichtung 10. Der
Heizelementträger 24 ist bspw. rohrförmig ausgebildet, um den
Rückleiter 26 gegen den aktiven Teil des Heizelementes 22
elektrisch zu isolieren. Hermetisch dichte Durchführungen 28
sind zum dichten Durchleiten der Anschlüsse 30 für das
Heizelement 22 vorgesehen. Das Heizelement 22 mit seinem
Rückleiter 26 besteht bei dem in dieser Figur gezeichneten
Ausführungsbeispiel der Heizeinrichtung 10 aus einem
Drahtmaterial, bei dem es sich bspw. um eine
Chromeisenaluminium-Legierung, um Molybdän, Wolfram, Graphit,
Molybdändisilizit o. dgl. handeln kann.
Das hermetisch abgedichtete Schutzrohr 12 kann in seinem
Inneren mit einem Schutzgas gefüllt sein, um die
Heizeinrichtung 10 ohne Beeinträchtigung des Heizelementes 22
auch in einer oxidierenden, reduzierenden und/oder chemisch
aktiven Atmosphäre bis größenordnungsmäßig 2000°C anwenden zu
können.
In Fig. 2 ist eine Ausbildung der Heizeinrichtung 10
schematisch dargestellt, bei welcher das Schutzrohr 12 aus
monokristallinem Keramikmaterial, vorzugsweise aus
monokristallinem Aluminiumoxid, d. h. aus Saphir, besteht. Das
geradlinig ausgebildete Schutzrohr 12 ist an seinen beiden
Enden 14 und 16 offen ausgebildet und durch je einen Deckel 18
hermetisch dicht verschlossen. Im hermetisch abgedichteten
Innenraum 32 des Schutzrohres 12 ist ein Heizelement 22 an
einem Heizelementträger 24 vorgesehen, wobei der
Heizelementträger 24 auch bei dieser Ausbildung der
Heizeinrichtung 10 aus einem ähnlichen Material besteht wie das
Schutzrohr 12. Dichtungselemente 20 dienen zur hermetischen
Abdichtung des entsprechenden Deckels 18 und des zugehörigen
Endes 14 bzw. 16 des Schutzrohres 12. Die Dichtungselemente 20
können aus einem geeigneten Kitt- oder Klebermaterial bestehen.
Das Klebermaterial kann ein Keramikkleber sein. Jeder Deckel 18
ist mit einer Durchführung 28 zum Durchleiten der Enden des
Heizelementes 22 versehen. Mit der Bezugsziffer 30 sind auch in
dieser Figur die elektrischen Anschlüsse des Heizelementes 22
bezeichnet. Jeder der beiden Deckel 18 ist außerdem mit einem
Einlaß 34 bzw. mit einem Auslaß 35 ausgebildet, um in den
Innenraum 32 ein Schutzgas einleiten und aus dem Innenraum 32
ausleiten zu können. Bei dem zur Anwendung gelangenden Spülgas
kann es sich bspw. um mindestens ein Edelgas, um Stickstoff
oder um trockenen Wasserstoff handeln.
Während in den Fig. 1 und 2 Heizeinrichtungen 10 mit
geradlinigem Schutzrohr 12 angedeutet sind, zeigt die Fig. 3
eine Ausbildung der Heizeinrichtung 10, bei welcher das
Schutzrohr 12 aus monokristallinem Keramikmaterial wendelförmig
um einen Zentralkörper 38 herumgewunden ist. Im Schutzrohr 12
ist ein Heizelement 22 vorgesehen, das ebenfalls gewendelt ist.
Zur hermetischen Abdichtung des Schutzrohres 12 sind an seinen
beiden Enden 14 und 16 Deckel 18 angeordnet, wobei jeder Deckel
18 eine Durchführung 28 für einen zugehörigen elektrischen
Anschluß 30 zum Heizelement 22 sowie einen Einlaß 34 bzw.
einen Auslaß 36 für Spülgas aufweist. Das das gewendelte
Schutzrohr durchströmende Schutzgas dient zum Schutz des
Heizelementes 22 gegen oxidierende und/oder chemisch aktive
Atmosphäre, was insbes. bei den sehr hohen
Betriebstemperaturen, bis zu welchen eine solche
Heizeinrichtung 10 angewandt wird, von großer Wichtigkeit ist,
um eine entsprechende Lebensdauer des Heizelementes 22 zu
gewährleisten.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Heizeinrichtung 10, die
sich von der in Fig. 2 gezeichneten Ausbildung insbes. dadurch
unterscheidet, daß der Heizelementträger 24 für das
Heizelement 22 mit einer schraubenlinienförmigen Rille versehen
ist, in welcher das Heizelement 22 angeordnet ist. Im übrigen
entspricht die Heizeinrichtung 10 gemäß Fig. 4 der in Fig. 2
gezeichneten Heizeinrichtung, so daß es sich erübrigt, alle
Einzelheiten, die in Fig. 4 mit denselben Bezugsziffern
bezeichnet sind wie in Fig. 2, noch einmal detailliert zu
beschreiben.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform der
Heizeinrichtung 10 mit einem Schutzrohr 12 aus monokristallinem
Keramikmaterial, vorzugsweise aus monokristallinem
Aluminiumoxid, an dessen offenen Enden 14 und 16 je ein Deckel
18 vorgesehen ist. Die Deckel 18 sind mittels
Dichtungselementen 20, die ringförmig um das Schutzrohr 12
umlaufen, am Schutzrohr 12 abdichtend angeordnet. Im hermetisch
abgedichteten Innenraum 32 des Schutzrohres 12 der
Heizeinrichtung 10 ist ein bandförmiges Heizelement 22
vorgesehen, das gewellt ausgebildet ist. Jeder Deckel 18 weist
eine Durchführung 28 für das Heizelement 22 auf, das mit
elektrischen Anschlüssen 30 ausgebildet ist. Des weiteren ist
jeder Deckel 18 mit einem Einlaß 34 bzw. mit einem Auslaß 36
ausgebildet, um in den hermetisch abgedichteten Innenraum 32
des Schutzrohres 12 ein Schutzgas einleiten und nach der
Umspülung des Heizelementes 22 aus der Heizeinrichtung 10
wieder ausleiten zu können.
Fig. 7 zeigt in einer räumlichen Darstellung eine Ausbildung
der Heizeinrichtung 10 mit einem Schutzrohr 12 aus
monokristallinem Keramikmaterial, wobei das Schutzrohr 12 einen
hermetisch abgedichteten Innenraum 32 aufweist, in welchem ein
Heizelementträger 24 vorgesehen ist, der einen kreuzförmigen
Querschnitt aufweist. Um den Heizelementträger 24 ist ein
Heizelement 22 herumgewickelt, das gewendelt ausgebildet ist.
Das Heizelement 22 ist durch Durchführungen 28 der
Heizeinrichtung 10 hermetisch dicht durchgeführt, um das
Heizelement 22 an seinen Anschlüssen 30 mit elektrischer
Energie versorgen zu können. Zur Spülung des Innenraumes 32 der
Heizeinrichtung 10 ist diese mit einem Einlaß 34 und einem
Auslaß 36 ausgebildet.
In den Fig. 1 bis 7 sind diverse Ausbildungen der
Heizeinrichtung 10 schematisch dargestellt, es versteht sich
jedoch, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten
Ausbildungen begrenzt ist, sondern für jede beliebige Form des
Schutzrohres, jede beliebige Ausbildung des Heizelementes und
jede beliebige Gestalt des möglicherweise vorhandenen
Heizelementträgers 24 gilt.
Claims (3)
1. Elektrische Heizeinrichtung mit einem in einem
keramischen Schutzrohr (12) angeordneten Heizelement
(22),
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schutzrohrmaterial ein monokristallines
Keramikmaterial verwendet wird.
2. Elektrische Heizeinrichtung mit einem in einem
keramischen Schutzrohr (12) angeordneten Heizelement
(22), das auf einem keramischen Heizelementträger (24)
angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Schutzrohr- und Trägermaterial ein
monokristallines Keramikmaterial verwendet wird.
3. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das monokristalline Keramikmaterial Aluminiumoxid
ist.
Priority Applications (1)
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DE19904014246 DE4014246A1 (de) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Heizeinrichtung |
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DE19904014246 DE4014246A1 (de) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Heizeinrichtung |
Publications (2)
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DE4014246A1 DE4014246A1 (de) | 1991-11-07 |
DE4014246C2 true DE4014246C2 (de) | 1992-05-14 |
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ID=6405660
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19904014246 Granted DE4014246A1 (de) | 1990-05-04 | 1990-05-04 | Heizeinrichtung |
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Families Citing this family (2)
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US3417230A (en) * | 1966-12-15 | 1968-12-17 | Gen Electric | Electric heat lamp and electric devices |
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1990
- 1990-05-04 DE DE19904014246 patent/DE4014246A1/de active Granted
Also Published As
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DE4014246A1 (de) | 1991-11-07 |
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