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Verfahren zum Herstellen von Heizwiderständen; insbesondere für hohe
Temperaturen Heizkörper für- hohe Temperaturen (über 1400° C) stellt man z. B, in
der Weise- her, daß man, den metallischen Heizwiderstand mit einer nicht bleibenden
Schicht überzieht und ihn dann nach keramischen Methoden mit einer Schutzhülle umgibt:
Das Ganze wird im Vakuum oder im Wässerstöffstrom in einem. Ofen durch Erwärmen
von außen gebrannt: Die Stärke der nicht bleibenden Schicht ist dabei so- gewählt,
daß :sie der Schwindurig .der keramischen Hülle beim Brande entspricht-. Nach dem
Brennen liegt die- keramische Hülle; die selbst gasdicht ist, auch gasdicht auf
dem Heizwiderstand auf und schützt, ihn beim späteren Gebrauch gegen Oxydation.
Das dichte Anliegen der Schutzhülle auf' dem . Heizwiderstand gibt eine guter Wärmeübertragung
und einen günstigen Wirkungsgrad des Heizkörpers. .
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Die Herstellung solcher Heizkörper bietet jedoch Fabrikationssch-,viexigkeiten.
Insbesondere bedarf es teurer Einrichtungen zum Brennen: der auf den Heizleiter
aufgebrachten keramischen Hülle.
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-Es ist- am sich bekannt, Heizwiderstände dadurch herzustellen, daB
man einen stabförmigen metallischen Heizleiter mit einer keramischen Schutzhülle
aus Oxyden oder Silicaten umgibt. Bei diesen bekannten Heizwiderständen sind aber
die t Metallheizleiter bereits. während des Brennens der keramiscehen Schutzhülle
von dieser umschlössen. Das. Brennen niüß daher, um ein Verbrennen der Heizleiter
zu verhüten, im Vakuum öder im Wasserstoffstrom vorgenommen werden, was umständlich
ist und kostspielige zusätz-"liche Einrichtungen.nötig macht, Die Erfindung betrifft
:ein Verfahren zum Herstellen von Heizwiderständen,. insbesondere für hohe Temperaturen,
die aus einem stäbförmigen metallischen Heizleiter und einer keramischen Schutzhülle
aus Oxyden
oder Silicaten bestehen. Gemäß der Erfindung werden die
erwähnten Nachteile dadurch vermieden, daß der Innenquerschnitt der vorher gebrannten
Schutzhülle im Verhältnis zum Querschnitt des nicht erhitzten Heizleiters so - zweckmäßig
nicht über 25°/0 größer, als der Heizleiterquerschnitt - gewählt wird, däß der Heizleiter
nach dem Aufschieben der Schutzhülle und Erhitzen durch Stromwärme auf die in Aussicht
genommene Betriebstemperatur sein Volumen infolge kekristallisation unter Beibehaltung
der Stabform so weit vergrößert, daß der Heizstab -gegebenenfalls mit Ausnahme seiner
Enden -gasdicht an der Innenwand der Schutzhülle anliegt._ Beim Gegenstand der Erfindung
sind die genannten kostspieligen zusätzlichen Einrichtungen nicht erforderlich,
weil hier die keramische Schutzhülle erst nach dem Fertigbrennen auf den metallischen
Heizleiter aufgeschoben und dann mit .diesem zusammen durch Stromwärme lediglich
bis zur Rekristallisationstemperatur - des Heizleitermetalls erhitzt wird, wofür
ein einfacher Luftabschluß genügt. Das durch diese Erhitzung bedingte Kristallwachstum
des Heizleiters bringt eine Querschnittsvergrößerung mit sich, die bei richtiger
Wahl des Innenquerschnitts der Schutzhülle und des Querschnitts des nicht erhitzten
Heizleiters zum gasdichten Anliegen des Heizleiters an der Innenwand der Schutzhülle
führt: Für den Heizleiter verwendet man zweckmäßigerweise Wolfram oder Molybdän
oder Legierungen dieser Metalle, während die keramische Schutzhülle aus schwer schmelzbaren
Oxyden, wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd o. dgl.., oder aus Massen besteht, die
im wesentlichen Aluminiumsilicat oder Magnesiumsilicat enthalten. Wird dann der
Heizleiter durch Stromwärme auf Temperaturen erhitzt, die über r5oo° C liegen, rekristallisiert
der Heizstab, was mit einer durch- Kristallwachstum verursachten Volumenvergrößerung
verbunden ist. Der verbleibende Zwischenraum im Schutzrohr wird vollständig ausgefüllt,
Zoobei u. U. ein geringer Teil des Metalls in das Rohr hineinsublimiert. Von Wichtigkeit
ist hierbei, .daß der Zwischenraum zwischen dem Metallstab und der Innenwand der
Schutzhülle nicht so groß ist, daß sich gegebenenfalls in dem Heizleiter Lunker
bilden oder daß u. U. im Inneren des Schutzrohres ein rohrförmiges metallisches
Gebilde mit ungleichmäßigem Querschnitt entstehen kann. Infolgedessen würde der
Heizleiter an einzelnen Stellen überhitzt werden, und die ganze Anordnung würde
nach kurzer Zeit unbrauchbar werden. Man wählt deshalb den lichten Querschnitt der
Schutzhülle nur wenig größer als den Heizleiterquerschnitt, und zwar zweckmäßigerweise
so, daß der lichte Querschnitt der Schutzhülle nicht über 25 °/o größer ist als
der Querschnitt des Heizleiters. Auf diese Weise er-`-hält man Heizwiderstände,
bei denen das durch die Rekristallisation etwas aufgelockerte Metall sich mit der
keramischen Schutzhülle so fest verbindet,-daß der Zusammenhang beider Teile selbst
bei Temperaturen erhalten ,bleibt; bei denen die Schutzhülle erweicht und sich bei
freier Aufhängung durchbiegt. In dieseln Fall macht das Metall die Durchbiegung
mit, ohne daß Risse in der keramischen Schutzhülle entstehen. Der Zusammenhalt der
beiden Teile ist größer als dies beim Aufschrumpfen der Schutzhülle auf den Heizleiter
zu erreichen wäre. Auch Längenänderungen des Heizkörpers beim Anheizen und Abkühlen
werden ohne Nachteil aufgenommen.
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Sollen die Heizstäbe mit Wasserkühlung an den Enden betrieben werden,
so setzt man in bekannter Weise Abschlußkappen auf, die den Luftzutritt verhindern.
Die etwa eingeschlossene geringe Luftmenge ist unschädlich für den beschriebenen
Vorgang. Ja, es ist sogar möglich, den Rekristallisationsvorgang erst nach Einbau
des Heizstabes in den Ofen, in dem er später verwendet werden soll, vor sich gehen
zu lassen.
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Für gewisse Verwendungszwecke ist es aber von Vorteil, den Heizstab
ohne Wasserkühlung zu betreiben. Dies ergibt eine erhebliche Stromersparnis, da
dem Heizstab an den Enden weniger Wärme entzogen wird. Wird der Heizstab im Vakuum
oder im Wasserstoff mit Strom ,belastet, bis das Metall durch Rekristallisation
den Hohlraum des keramischen Rohres ausgefüllt hat, so ist der Heizstab auf diese
Länge, d. h. auf die Länge der dicht anliegenden keramischen Umhüllung, vor dem
Zutritt des Luftsauerstoffes geschützt. Die Enden des Heizstabes. werden aber nicht
so heiß wie der mittlere Teil, und infolgedessen ist die Rekristallisation und Volumenzunahme
an den Enden geringer oder gar nicht vorhanden, so daß hier das Rohr keinen,dichten
Abschluß bildet.'Um die Möglichkeit der- Oxydierung der Enden im Betrieb auszuschalten,
ohne sie besonders abzuschließen, werden die Enden mit Edelmetall (Platin, Rhodium
o, dgl.) oder' Chrom, beispielsweise elektrolytisch, überzogen. Dieser Oberzug muß
soweit in das Innere der Schutzhülle hineinreichen, als der Luftzutritt zum Heizstab
infolge seiner geringeren oder überhaupt unterbliebenen Volumenvergrößerung noch
möglich ist. An den freien Enden werden die Stromanschlüsse aus zunderfreiem Material
befestigt, die noch mit Kühlrippen versehen sein können.