DE876875C - Elektrisches Widerstandsheizelement - Google Patents

Description

• Elektrisches Widerstandsheizelernent Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige, besonders günstige Ausführungsform der metallischen Heizleiter für elektrische, widerstandsbeheizte Laboratoriums- und Industrieöfen, bei welchen der Heizleiter über einen zylindrischen oder prismatischen Träger gewickelt wind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen solchen Heizleiter für elektrische Widerstandsöfen, beispielsweise L:aboratoriumsrohräfen, wo sehr höhe Temperaturen gefordert werden.
• Bei den bisher bekannten Ausführungen der Heizleiter hat man schon verschiedene, mehr oder weniger befriedigende Wicklungsformen angewandt. Bei älteren Bauarten wurde einfach ein glatter Runddraht in Schraubenform auf den keramischen Träger aufgewickelt. In der Wärme hebt sich jedoch bei dieser Ausführungsform der Heizleiter wegen der gegenüber (dem Trägermaterial größeren Wärmeausdehnung von dem Träger ab, so daß der Wärmekontakt unterbrochen wird, wobei der Heizleiter eine erhebliche Übertemperatur annimmt und zudem die Gefahr der Berührung benachbarter Windungen besteht.
• Zur Behebung dieses Nachteils hat man den metallischen, runden Heizleiterdraht gemäß anderer Vorschläge zunächst gewendelt und, sodann diese Wendel wieder in Schraubenform um :den. keramischen Heizleiterträger gewickelt. Die Wendel ist in der Lage, die in der Wärme auftretenden Längendehnungen in sich aufzunehmen und damit ,das Abheben vom keramischen Träger zu vermeiden; es ist jedoch nachteilig, daß nur die innen, d. h. am Träger liegenden Teile der Wendel einen unmittelbaren Wärmekontakt mit der Unterlage haben, so daß der Wärmeübergang insgesamt unbefriedigend ist. Bei der meistgebräuchlichen Verwendung einer keramischen Einbettmasse wird zwar dieser Nachteil bis zu einem gewissen Grad aufgehoben, jedoch ergibt sich dabei eine verhältnismäßig dicke Schicht der Einbettmasse und damit eine beträchtliche Wärmekapazität Um einen möglichst intensiven Wärmekontakt der Heizwicklung mit dem keramischen Träger zu erzielen, wurde schon frühzeitig der Vorschlag gemacht, den Heizleiter in Basndförm auszubilden. Bei glatter Wicklung in Schraubenform hat indessen auch diese Ausführung den Nachteil der glatten Drahtwicklung, indem sich in der Wärme der Heizleiter wegen .der gegenüber dem Trägermaterial größeren Wärmeausdehnung vom keramischen Träger abhebt: Bei Ausbildung des Heizleiters als sehr dünnes Band oder Folie tritt dieser Nachteil zwar nicht auf, da das dünne Band oder die Folie infolge der großen Berührungsfläche mit ,dem keramischen Träger und .der sich damit auswirkenden Adhäsion die Längenausdehnung durch Bildung geringfügiger Falten in sich ausgleicht. Jedoch kommen bei der größeren Oberfläche des Heizleiters oxydierende Einflüsse wirksamer zur Geltung, .die in Versbindung mit der geringen Materialstärke zu einer relativ kurzen Lebensdauer führen.
• Die neuartige Ausführungsform des Heizleiters gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizleiter aus einem vergleichsweise gegenüber den vorerwähnten Widerstandsfolien dickeren. Band eines üblichen metallischen Heizleiterwerkstoffes Anwendung findet, das ein wellenförmiges Längsprofil besitzt und beispielsweise in Sohraubenforln auf den keramischen Träger aufgewickelt ist.
• An Hand der Zeichnung sei die Erfindung erläutert.
• Die Abb. i his 3 stellen ;bandförmige, noch nicht auf den keramischen Träger aufgewickelte metallische Heizleiter dar, die gemäß der Erfindung in verschiedenen Wellenformen geprägt sind.
• Die Abb: 4 stellt in perspektivischer Ansicht das eine Ende eines Rohrheizkörpers dar mit einem aufgelegten .gewellten Heizleiterband gemäß der Erfindung.
• In Abb. 5 ist .der Rohrheizkörper im Querschnitt dargestellt. Dicke und Breite sowie die Länge des gewellten Heizleiterbandes sind abhängig von der zu übertragenden elektrischen Leistung sowie .der vorliegenden Anschlußspannung. In der Regel wird der Heizleiter einige Zehntel Millimeter bis einige Millimeter .dick; die Bandbreite beträgt ein Vielfaches davon, beispielsweise- das Fünf- bis Dreißfigfache der Banddicke.
• Die Wellenform wird dem Heizleiterband nach bekannten Verfahren aufgeprägt, beispielsweise dadurch, .daß man das Band in Stirnrichtung zwischen zwei zahnradähnlichen Scheiben hindurchlaufen läßt, deren Zähne ineinaadergreifen und das gewünschte Wellenprofil aufweisen. Nach der Erfin-,duug sind verschiedenste Wellenformen gemäß einfacher periodischer Funktionen ohne weiteres anwendbar. Im allgemeinen genügt eine normale sinüsförmige Ausführungsform, wie sie in Abb. i dargestellt ist: Abb. 2 zeigt ein Heizleiterband mit Sinuswellen verhältnismäßig - geringer, Höhe, in A11. 3 ist ein sinusförmiges Wellenband mit einer überhöhten Amplitude dargestellt. Statt einer sinusförmigen Kurve läßt sich auch eine Wellenform einer anderen periodischen Funktion verwenden, die beispielsweise aus zusammengesetzten Kreisbogen besteht. Jedenfalls sollen zackige Kurvenformen vermieden werden, weil dadurch im Heizleiter Beanspruchungen auftreten, die die Festigkeit des gewellten Bandes beeinträchtigen und seine Elastizität herabsetzen.
• Der keramische Träger für die Heizwicklung ist üblicherweise ein rundes oder ovales Rohr; er kann jedoch auch aus einem prismatischen Hohlkörper bestehen, beispielsweise mit vieleckigem Profil. Die Abb. 4 und 5 zeigen einen; keramischen Träger :2 in Form eines zylindrischen Rohres, wie es beispielsweise in Laboratori.umsrohröfen Verwendung findet. Als Werkstoffe für den Träger kommen die in vielfältiger Auswahl zur Verfügung stehenden hochhitzebeständigen keramischen Materialien in Betracht. Auf den Träger ist das gewellte Heizleiterband i in den Üblichen Formen, z. B. schraubenförmig, aufgewickelt. Zur Stromzuführung sind an beiden Enden :des Bandes Anschlüsse 3 in einer der bekannten Ausführungsformen angebracht.
• Als Werkstoffe für das gewellte Heizleiterband kommen die bekannten unedlen .und edlen Metalle oder Metallegierungen in Frage, beispielsweise Chrom-Aluminium-Eisen-Legierung oder Platin bzw. Platinlegierungen.
• In vielen Fällen ist es empfehlenswert, den Heizleiter noch in einer keramischen Masse 4 einzubetten. Durch sie werden oxydierende Einflüsse bis zu einem gewissen Grade ferngehalten und vor allem die Verschiebung und .gegenseitige Berührung einzelner Windungen, besonders bei vertikaler Lage der Längsachse des. Trägers, verhindert. Das letztgenannte Ziel läßt sich jedoch auch dadurch erreichen, daß der keramische Träger mit gewindeartigen Rillen zur Aufnahme des Heizleiterbendes versehen wird oder daß Abstandsstücke aus geeignetem Material zwischen den einzelnen Windungen des Heizleiters angebracht sind. Auch für Innenwicklung kann -las gewellte Heiileiterband verwandt werden. Wegen seiner Elastizität preßt es sich fest gegen cbie--Innenwände des Trägers, und man benötigt keine weiteren Stützorgane mehr.
• Der Vorzug der neuartigen gewellten Heizbänder liegt darin, daß infolge ihrer eigenen Elastizität kein Abheben des Bandes vom keramischen Träger durch die Längenausdehnung in der Wärme erfolgt. Sie besitzen ferner einen außerordentlich guten Wärmekontakt mit der Trägeroberfläche. Wegen ihrer im Vergleich zum Querschnitt großen Oberfläche ergibt sich eine geringe Oberflächenbelastung des Heizleiters; was wiederum zu einer geringen Übertemperatur und somit hohen Lebensdauer führt. Das geringere Volumen des Heizleiters aus gewelltem Band ist auch wegen der dadurch möglichen Gewichtsersparnis an teurem Heizleitermaterial, wie Platin, in wirtschaftlicher Hinsicht von Vorteil.
• Im Vergleich zu gewendelten Runddrähten sind die Schichtdicke und das Gewicht der keramischen Einbettmasse und somit auch die Wärmekapazität des gesamten Heizkörpers viel geringer als bei gewendelten Heizleitern bekannter Art.
• Bisherige Erfahrungen haben .gezeigt, daß mit den neuartigen Heizleiterwicklungen im Vergleich zu früheren Ausführungsformen wesentlich höhere Temperaturen im Nutzraum der Öfen erzielt werden konnten bei weit geringerem I-cistungsbed,arf, ohne damit die Beanspruchungen des Heizleiters selbst zu erhöhen und die Lebensdauer zu verkürzen. Infolge der geringeren Wärmekapazität ergab sich außerdem eine bedeutend kürzere Anheiz.zeit. Durch diese Tatsache dürfte der Erfindung eine große praktische Bedeutung zukommen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter, @dadurch gekennzeichnet, @daß der metallische Heizleiter aus einem flachen Metallband besteht, das in Längsrichtung einen wellenförmigen Verlauf zeigt, beispielsweise nach einer periodischen, stetigen und glatten Funktion. z. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen; keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenprofil sinusförmig i,st. 3. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, .dadurch gekennzeichnet, daß Wellenlänge und Wellenamplitude im Vergleich zur Bandbreite und -dicke klein sind. q.. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenprofil aus zusammengesetzten Halbkreisen besteht. 5. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmg aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter in einer keramischen Einbettmasse eingebettet ist. 6. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, keramischen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger flache, passende Einfräsungen zum Einlegen des Heizbandes besitzt. 7. Elektrisches Widerstandshei.zelement mit einem prismatischen oder zylindrischen, herami:schen Träger und beispielsweise schraubenförmig aufgewickeltem metallischem Heizleiter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Windungen des wellenförmigen Heizleiters den Abstand haltende Leisten, Klötze od. dgl. auf den Träger aufgesetzt sind. B. Anwendung des elektrischen Widerstandsheizelementes nach Anspruch i bis 7 in Rohröfen für hohe Temperaturen. 9. Anwendung des elektrischen Widerstandsheizelementes nach Anspruch i bis 7 für stabförmige Heizkörper. io. Anwendung des elektrischen Widerstandsheizelementes nach Anspruch i bis 7 für Heizkörper mit spiralig oder schraubenförmig gewundenen keramischen Trägern.