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Elektrischer Ofen Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind elektrische
Öfen, insbesondere derjenigen Art, wie solche beispielsweise für die Wärmebehandlung
von Schnellschneidstählen verwendet werden, und wo die täglichen Kosten des Energieverbrauches
weniger ins Gewicht fallen als eine lange Lebensdauer und gleichbleibende Arbeitsweise
des Ofens.
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Solche Öfen arbeiten gewöhnlich mit Widerstandserhitzung unter Verwendung
von Carborundumstäben. Diese Stäbe sind gewöhnlich an den Enden verstärkt. Diese
ragen durch die Wandungen des Ofens nach außen und sind dort leitend mit der Zuleitung
verbunden.
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Die Widerstandsstäbe dieser Art haben den Nachteil, daß bei hohen
Temperaturen, etwa um i3oo° C herum, das Carborundum sich teilweise zersetzt und
oxydiert, was zur Folge hat, daß der Widerstand der Stäbe mit der Dauer der Benutzung
ständig wächst.
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Infolge dieses ständigen Anwachsens des Widerstandes ist man gezwungen,
bei neuen Carborundumstäben die Energieaufnahme herabsetzende Einrichtungen einzubauen,
um zu verhüten, daß die Erhitzung zu stark und dadurch der Ofen beschädigt wird.
Eine weitere Folge dieses stets anwachsenden Widerstandes besteht darin, daß die
Heizwirkung des Ofens bei Benutzung älterer Carborundumstäbe so herabgesetzt wird,
daß die Stäbe ausgewechselt werden müssen, ehe sie tatsächlich verbraucht sind.
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Es ist nun möglich, die Heizwirkung dadurch zu regulieren, daß vor
dem Ofen ein Regulierwiderstand eingebaut wird, welchen man allmählich in dem Grade,
wie der Widerstand der Stäbe wächst, ausschaltet. Die den Ofen bedienende Person
muß dazu jedoch den Ofen überwachen, und es werden an diese Anforderungen in bezug
auf die Beurteilung der Ofenverhältnisse gestellt, welche man nicht ohne weiteres
voraussetzen kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Regulierung in weitgehendstem
Maße dadurch automatisch vorgenommen, daß in Serie mit den Widerstandsstäben ein
fester Belastungswiderstand oder ein Impedanzwiderstand bestimmter Größe geschaltet
wird.
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Der Einbau eines solchen Widerstandes wirkt sich in der Weise aus,
daß die Energieaufnahme des Ofens ausgeglichen wird trotz des Alterns der Widerstandsstäbe
und des
Anwachsens des Widerstandes, sowie in der Weise, daß die
Heizwirkung in ihrer Größe bei Verwendung neuer oder alter Heizstäbe weniger schwankt.
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Zur Veranschaulichung der Wirkung möge einmal angenommen werden, daß
der Vorschaltwiderstand ebenso groß ist wie der Anfangswiderstand des Ofens. Nimmt
der Widerstand des Ofens im Laufe der Zeit zu, so nimmt die Stromstärke ab, und
der durch den Ofen bewirkte Spannungsabfall nimmt zu, so daß die Verringerung der
Heizwirkung des Ofens erheblich geringer ist, als sie ohne Vorschaltwiderstand sein
würde.
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Der Anfangswiderstand eines Widerstandsstabes betrage in einem speziellen
Falle i oo Ohm und wachse im Laufe der Zeit bis Zoo Ohm; die aufgewendete Spannung
sei ioo Volt. Die von den Heizstäben in neuem Zustande umgesetzte Energie ist dann
Watt, die im Endzustande umgesetzte Energie
Watt, d. h. ioo Watt bzw. 5o Watt. Dies entspricht einem Rückgang um 50 °1o.
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Wenn nun ein Vorschaltwiderstand von ioo Ohm mit dem Ofenwiderstand
in Serie geschaltet wird und die Spannung verdoppelt wird, so ist die Anfangsspannung
am Ofen ioo Volt und die Endspannung % von Zoo Volt, also 133 Volt. Die umgesetzte
Energie ist dann im Anfangszustande
und im Endzustande
Watt, also ioo bzw. 88 Watt. In diesem Falle beträgt also die Abnahme der Energieumsetzung
nur noch 12"1".
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Beträgt der Widerstand des Vorschaltwiderstandes nur 5o Ohm, so ist
eine elektromotorische Kraft von 15o Volt erforderlich, um noch ein Spannungsgefälle
von ioo Volt an den Ofen zu legen. Die sich bei verbrauchten Heizstäben an den Ofenklemmen
einstellende Spannungsdifferenz ist dann 4/, von 15o, also i2o Volt, und die Energieaufnahme
ist dann entsprechend im Anfangs- und Endzustand
und also ioo Watt und
72 Watt. Die Energieaufnahme des Ofens erleidet also unter diesen Verhältnissen
nur noch eine Abnahme von 28 °@o. Wächst der elektrische Widerstand des Vorschaltwiderstandes
auf 65 °/a, so sinkt die Energieaufnahme des Ofens nur um 2o °/o, so daß also dem
Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist, daß durch den Gedanken der vorliegenden
Erfindung ein beträchtlicher technischer Fortschritt erreicht wird.
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Der Vorschaltwiderstand kann aus einer gewöhnlichen Widerstandsspule
bestehen. Es kann jedoch auch beispielsweise eine Drosselspule bei .Anwendung von
Wechselstrom verwendet werden, was zugleich den Vorteil größerer Wirtschaftlichkeit
haben würde.
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Auf der beiliegenden Zeichnung ist der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung näher dargestellt.
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Abb. i zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Schaltplans.
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit.
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Abb. 3 ist ein Kurvendiagramm.
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In der Abb. i sind die vier Widerstandsstäbe aus Carborundum gewöhnlicher
Gestalt mit verstärkten Enden, an denen die Zuführungsleitungen angeschlossen sind,
mit A', A2, A3 und A4 bezeichnet. Je zwei Stäbe sind hintereinandergeschaltet. Der
Ström wird von einem Generator B erzeugt und durchläuft einerseits den unveränderlichen
Widerstand C und anderseits den Regulierwiderstand D.
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In Abb. 2 ist eine andere Form des Widerstandes in Gestalt einer Drosselspule
mit Eisenkern dargestellt, welche zweckmäßig bei Benutzung von Wechselströmen angewendet
wird.
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Das Diagramm (Abb. 3) enthält drei Kurvenzüge A, B und C. Diese
zeigen die Energieaufnahme in Abhängigkeit von der Anzahl der Betriebsstunden der
Heizstäbe unter den verschiedenen Bedingungen. Die Kurve A entspricht der Energieaufnahme
eines solchen Ofens ohne Widerstand. Die Kurve B ist an einem Ofen aufgenommen,
welchem ein Widerstand vorgeschaltet wurde, dessen elektrischer Widerstand 50 °/o
des Ofenwiderstandes betrug. Die Kurve C. wurde an einem Ofen ermittelt, dessen
Vorschaltwiderstand einen ebenso großen elektrischen Widerstand aufwies als der
Ofen selbst.
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Aus der Kurve A ist ersichtlich, daß die Energieaufnahme sehr schnell
nach der Inbetriebnahmedes Ofens absinkt, da die Kurve des Ofenwiderstandes (welche
dem reziproken Werte der Kurve A entspricht) bekannterweise sehr steil nach der
Inbetriebnahme des Ofens ansteigt.
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Geht man von der Voraussetzung aus, daß die Widerstandsstäbe nur so
lange verwendbar sind, als ihre Energieaufnahme go °/a der Anfangsaufnahme beträgt,
so ergibt sich aus der Kurve A, daß dieser Zeitpunkt bereits nach weniger als 5o
Betriebsstunden erreicht ist, und daß die Energieaufnahme nach ioo Arbeitsstunden
nur noch So °/o der Anfangsaufnahme beträgt.
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Mit Vorschaltwiderständen mit 5o bzw. ioo °/o des Ofenwiderstandes
(Kurven B und C) wird die entsprechende Anzahl der
Arbeitsstunden
erheblich erhöht. Die entsprechenden Werte sind zur Veranschaulichung in der nachstehenden
Tabelle zusammengestellt.
| Größe des Vorschaltwiderstandes ....... 00/0 500/0 100 0/0 |
| des Ofenwiderstandes |
| Abfall der Energieaufnahme um =o 0/0 tritt weniger als |
| ein nach Arbeitsstunden. . . . . . . . . . . . 50
zoo 4250 |
| Energieabnahme um 2o 0/0 . . . . . . . . . . . . =00
1400 sehr hoch |
Die Vorteile der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind sehr beträchtlich,
wenn es bei einem Ofen in allererster Linie auf die Stetigkeit der Energieaufnahme
ankommt.
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Es ist dabei zu bemerken, daß es bereits früher bekannt war, in gewissen
Fällen unveränderliche sowie Regulierwiderstände in den Stromkreis von Ofen einzuschalten,
auch zu dem Zwecke, ähnliche Verhältnisse zu erzielen. Auf solche Anordnungen erstreckt
sich die vorliegende Erfindung nicht. Diese Widerstände hatten bisher nur eine geringe
Größe im Verhältnis zu dem Widerstand des Ofens. Diese Widerstände haben auch keinen
so erheblichen Wert auf die Dauer der Verwendungsmöglichkeit der Heizkörper. In
den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen jedoch Widerstände in der Größenordnung
von etwa 5o bis zoo °/o des Ofenwiderstandes und darüber. Nur diese Widerstände
haben einen wirklich praktischen Wert bei der erwähnten Ofenart. Sie wirken automatisch
und erhöhen die Dauer der Arbeitsperiode eines Ofens, während welcher die Heizstäbe
nicht ausgewechselt zu werden brauchen in einem wirtschaftlich allein in Betracht
kommenden Ausmaße.
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Obgleich der Erfindungsgedanke in erster Linie sich bei kleinen Ofen
vorteilhaft auswirkt, so ist doch seine praktische Anwendbarkeit nicht auf solche
kleine Ofen allein beschränkt, er ist vielmehr auch anwendbar bei Ofen größerer
Abmessungen, beispielsweise bei keramischen Öfen.