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Elektrischer Widerstandsofen Die Erfindung bezieht sich auf elektrischeWiderstandsöfen.
Das Ziel der Erfindung ist ein neuartiger Träger für die Widerstandselemente, und,
in dieser Hinsicht ist die Erfindung eine Verbesserung eines bekannten elektrischen
Ofens.
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Die Erfindung wird aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der
Zeichnungen verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen.
Der Bereich der Erfindung wird durch den Rahmen der Patentansprüche bestimmt.
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In den Zeichnungen ist Fig. i ein Schnitt nach Linie i-i der Fig.
2 eines elektrischen Ofens gemäß der Erfindung, Fig. 2 bzw. 3 bzw. q. ein Schnitt
nach Linie 2-2 bzw. 3-3 bzw. 4-4 der Fig. i, wobei Fig. q. ein Teilschnitt im vergrößerten
Maßstabe ist, Fig. 5 ein Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 4., Fig. 6 eine Teildraufsicht
der Teile nach Fig. 4., Fig. 7 ein Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. .4, Fig. 8 ein
Teilschnitt nach Linie 8-8 .der Fig. 3 im vergrößerten. Maßstake, Fig. 9 eine Ansicht
der in Fi:g. 8 gezeigten Teile, Fig. io .eine abgeänderte Durchführungsform der
Erfindung entsprechend einem Teilschnitt nach Linie 3-3 ,d-°r Figg. i, Fig. i i
eine Ansicht eines Widerstandsstabes nach Fig. io, Fig. 12 ein Schnitt nach Linie
12-12 der Fig. i i, Fig. i3 ein Teilschnitt im vergrößerten Maßstabe nach Linie
13-13 der Fig. io, ' Fig. 14. ein Schnitt nach Linie 14-14 der Fig. 13 und Fig.
15 eine Draufsicht ,der Teile gemäß den Fig. 13 und 14..
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Der dargestellte Ofen, mit Ausnahme des Widerstandes, .der Träger
für,die Widerstände und deren zugehörige Teile, ist im wesentlichen identisch mit
dem wiedergegebenen Ofen, jedoch sind zur Vereinfachurig
-der Darstellung
gewisse Teile mehr oder weniger schematisch dargestellt. Der Ofen wird also nur
so weit beschrieben, als zum Verständnis .der vorliegenden Verbesserungen notwendig
ist.
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Der Ofen nach den Fig. i his 9 besteht aus einem Ofenkörper mit einem
Metallgehäuse i und aus einer Kappe mit einem Metallgehäuse 3. An den vier Seitenwänden
des Gehäuses i werden nahe ihren oberen Kanten Winkeleisen 5 angebracht, die sich
ohne Unterbrechung um die Wände herumerstrecken. Von -diesen Winkeleisen werden
winkeleisenähnliche Teile getragen mit unteren waagerechten Stegen 7 und aufwärts
gerichteten Stegen 9. Auf den Stegen 7 sitzen .im Abstand von den Stegen 9 aufwärts
gerichtete Trennwände i i. Die Stege 7 und, 9 und die Trennwände i i erstrecken
sich ebenfalls ohne Unterbrechung um die vier Seitenwände des Gehäuses i herum.
An den vier Seitenwänden des Gehäuses 3 sind Doppel-T-Träger 13 vorgesehen, an deren
außenliegenden Flanschen lange senkrechte Platten 15 in Abstand von diesen Wänden
sitzen. An ihren oberen Kanten tragen diese Platten 15 lange waagerechte Platten
17, die abwärts gerichtete Trennwände i9 aufweisen. Die Doppel-T-Träger 13, die
Platten 15 und 17 sowie die Trennwände i9 erstrecken sich ohne Unterbrechung um
die vier Seitenwände des Gehäuses 3herum. Sobald die Kappe in der in Fig. i dargestellten
Weise auf den Ofenkörper aufgesetzt ist, ragen die Trennwände r9 in die zwischen-die
Stege 9 und d'ieTrennwände i i bestehenden Räume ein, während die Platten 15 in
die zwischen den Trennwänden i i und die Seitenwände des Gehäuses i vorhandenen
Zwischenräume vorstehen. Der gegenseitige Eingriff der Teile bildet eine Labyrinbhdichtung,
die mit Dichtungsmaterial, z. B. Öl, bis nahe :der Ebene der Oberkante der Seitenwände
des Gehäuses i gefüllt werden kann. Die Teile dieser Abdichtung, .die aus den Gehäusewänden,
den Winkeleisen 5 und den Doppel-T-Trägern 13 besteht, sind vorzugsweise durch Schweißen
miteinander verbunden, um eine luftdichte Verbindungsstelle zwischen diesen Teilen
zu bilden.
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Innerhalb des Gehäuses i sind- massive Koh.lenstoffblöcke 21 vorgesehen,
die die Sohle der Ofenkammer bilden: Auf diesen Blöcken ruhen die massiven Kohlenstoftblöcke
a3 auf, die die Endwände der Ofenkammer bilden. Massive Kohlenstoffblöcke 25 bilden
die Seitenwände. ,der Kammer. Zwischen den Koblenstoffblöcken 21 und der Bodenwand
des Gehäuses i -und zwischen den Blöcken 2:3 und. 25 und an den Seitenwänden dieses
Gehäuses ist feuerfestes Material 27 bzw. 29 eingelegt.
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Die die Seitenwände -der Ofenkammer bildenden Blöcke 23 und 25 bilden
nahe ihren oberen Kanten Schultern 31, auf .denen eine Reihe von abnehmbaren Graphitplatten
33 liegt, die die Decke der Ofemkamm,er bilden. Wie aus Fig. 14 erkenntlich, sind
die benachbarten Längskanten -dies-eT Platten vorzugsweise überlappt, so daß zwischen
ihren senkrechten Anschlußflächen Zwischenräume 35 sind, um die durch Ausdehnung
und Zusammenziehung der Ofenwände entstehenden Beanspruchungen der Platten zu verhüten,
wähnend ein .dichter Abschluß zwischen nebeneinanderliegenden Platten geschaffen
wind, weil. ihre waagerechten Flächen 37 in Berührung sind,.
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Die Ofenkammer wird mit geschmolzenem Metall durch eine Leitung 39
hindurch beschickt, deren Auslauf 41 in die Vertiefung 43 .des innerhalb der Ofenkammer
liegenden becherförmiggen Einsatzes 45 vorsteht. Das Ende des Auslaufes liegt unterhalb
der Oberkante d es Einsatzes 45, so,daß das flüsslibe Metall das Ende dies Auslaufs
abschließt. Das einfließende Metall fließt über die Oberkante .&s Einsatzes
45 und füllt die Ofenkammer beispielsweise bis zum Spiegel L mit Metall. Zum Ablassen
des Metalls aus der Ofenkammer dient eine Leitung 47, die für gewöhnlich, durch
den mit Schraubengewinde versehenen Stöpsel 49 vemschlossen ist, der mittels eines
Schraubenschlüssels entfernt werden kann, der in die Leitung 47 von ihrem Außenende
her nach Abnehmen ,der Abdeckplatte 51 eingesetzt wird. Zum Ableiten von Dampf aus
der Ofenkammer dient eine Leitung 52, die sich durch eine Seitenwand des Ofens hindurch
erstreckt.
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Innerhalb des zur K appe des Ofens gehörigen Gehäuses 3 .ist ein gewölbeartiger
Aufbau vorgesehen, der aus massiven Kohlenstoff blöcken 53 gebildet wird, wobei
-die Zwischenplatten bei 55 miteinander verkeilt -sind', während dlie Endplatten
auf den keilförmigen Kohlenstoffblöcken 57 aufruhen, die, sobald die Kappe angehoben
.ist, durch lange Winkeleisen 59 getragen wenden, auf :denen -die Blöcke 57 aufruhen.
Diese Winkeleisen 59 sind! an die Seitenwände des Gehäuses 3 neben den. unteref
Kanten derselben angeschweißt und reichen vollständig um die Wände herum. Die Blöcke
53 sind, wie dargestellt, so geformt, daß eine Vertiefung 61 zwischen -den oberen
Wänden. .der die Ofenkammerdecke bildenden Platten, 33 -und den unteren Wänden
63 dieser Blöcke 53 entsteht. Zwischen den Platten oder Blöcken 53 und 57 und der
Deckenwand des Gehäuses 3 liegen Schichten 65 aus feuerfestem Material.
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Die Widerstände haben die Form langer Stäbe 67 aus wärmefestem, elektrisch
leitendem Material, vorzugsweise Graphit. Diese Stäbe erstrecken sich quer über
den oberen Teil .der Ofenkammer. Wie dargestellt, sind diese Stäbe mit Schraubengewinde
tragenden Endteilen 69 von etwas vergrößertem Durchmesser versehen. Diese Endteile
ragen durch Öffnungen 71 von Verbinderplatten 73 hindurch, die aus ,dem gleichen
Materialbestehen wie die Widerstände. An dien mit Gewinde versehenen Endteilen 69
liegen an den Enden der Verbinderplatten mit Gewindeversehene Muttern oder Ringe
75, zwischen denen die Verbinderplatten festgeklemmt wenden. Die Öffnungen 71 (Fig.
5) sind in Längsrichtung der Ofenkammer etwas verlängert, so daß die Widerstände
relativ zu den Verbinderplatten gleiten können, sobald der aus der Reihe der Widerstände
und Verbinderplatten gebildete Aufbau auf Grund der Temperaturänderungen sich ausdehnt
und zusammenzieht. Die Ringe 75, die von verhältnism a Uil# Z> -roßer Fläche sind
und fest gegen d ie Verbinderplatten
geklemmt «-erden, können -doch
ziemlich gut gegeneinandergleiten, da der Graphit, aus dem diese Teile bestehen,
gute Schmiereigen:schafteil hat, besonders wenn er auf hohe Temperaturen erwärmt
ist.
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Jeder am Ende liegende Widerstandsstab der Reihe ist durch eine Kupplungsmuffe
79 an einem vorzugsweise aus Graphit bestehenden starren Anschlußstück 8i verbunden,
wobei die angrenzenden Enden des Widerstandsstabes und des Anschlußstücke.s in diese
Kupplungsmuffe eingeschraubt sind. Jedes Anschlußstück 81 reicht durch eine Öffnung
83 in der Seitenwand der Ofenkammer hindurch auf die Außenseite des Gehäuses i.
Wie aus Fig. 8 erkenntlich, trägt -das vorstehende Ende des Anschlußstückes 81 Schraubengewinde
und wird in einen mit Schraubenigewinde versehenen Sockel 85 ;des Fußes einer vorzugsweise
aus Kupfer bestehenden Klemmfassung eingeschraubt. Die Klemmfassung hat einen mit
Schraubengewinde versehenen, im Durchmesser kleineren Teil 87, an dem die Stromleitung
für die Widerstände angeschlossen wird.
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Von dem Teil 87 jeder Klemmfassung wird eine Platte 89 aus warmfestem,
elektrisch isolierendem Material getragen, wie es vorzugsweise für Schalttafeln
von Radioempfängern o.d..dgl. verwendet wird-. Diese Platte 8.9 liegt gegen den
Schulterteil 9i der Klemmfassung an und wird an dieser letzteren durch .die Unterleg
scheibe 9s3 und,die Mutter 95 gesichert, die auf ,dem Schraubenteil 87 aufgeschraubt
wird. Die Platte &9 hat neben ihrer oberen Kante eine Öffnung 97 zur Aufnahme
eines Hakens 99 eines Spannschlosses ioi,dessen Gegenende einen Haken 103 aufweist,
der in eine Öffnung iso5 eines Henkels 107 eingreift, der an :dem Steg oder der
Platte 9 der beschriebenen Labyrinthdichtung angeschweißt ist. Durch diesen Aufbau
werden die Klemmfassungen und Widerstandsanschlußstücke 8,1 getragen, und es werden
unzulässige Beanspruchungen verhütet, herrührend von den an den Klemmfassungen befestigten
Teilen.
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Um den freien Raum zwischen .den Wänden des Ofens und jedem Widerstandsanschlußstück
81 abzudichten, ist dieser freie Raum mit einer nachgiebig en Schicht aus Asbest
oder einem anderen nachgiebigen, warmfesten, elektrisch isolierenden Material zugestopft.
Eine Schicht i i i des gleichen Materials liegt zwischen,den Enden :des Sockels
85 ,der Klemmfassung und der Wand des Gehäuses i. Die Schicht i-11 liegt innerhalb
eines Halteringes 113, der an das Gehäuse i angeschweißt ist. Da diese Abdichtungsschichten
nachgiebig sind, bleiben die Anschluß.stücke 8i trotz dieser Schichten .in einem
arbeitsschlüssigen Abstand mit Bezug auf die umgebenden Wände der Öffnungen 83 in.,dem
Sinne, daß Relativbewegungen zwischen den Anschlußstücken und den quer und längs
der Anschlußstücke verlaufenden Wänden sowie das Ausdehnen ,der Anschlußstücke in
irgendeiner Richtung nicht behindert wird. Die durch das Spannschloß ioi und die
zugehörigen Teile erfolgte Aufhängung am Ende der Anschlußstücke ermöglicht leicht
ein derartiges Bewegen. Uni eine übermäßige Längsbewegung der Anschlußstücke relativ
zu den Wänden des Ofens sowie über die Bewegung hinaus, die durch das Ausdehnen
der in Reihe liegenden Widerständee oder der Wände verursacht ist, zu verhüten.,
ist der untere Teil jeder Platte 89 mit einer Öffnung i 15 versehen, durch .die
eine starre Stange 117 lose hindurchgesteckt ist, die mit einem Ende starr am Gehäuse
angeschweißt ist. Das freie Ende dieser Stange hat Schraubengewinde und trägt verstellbar
zwei Muttern i 19 an gegenüberliegenden Seiten der Platte 89. Jede Mutter steht
in einem gewissen Abstand von .der angrenzenden Fläche der Platte 89, so daß dieser
Abstand z'us'ammen mit dem losen Sitz der Stange in der Öffnung 115 eine in Längsrichtung
und in Querrichtung erfolgende Bewegung sowie eine Schwingbewegung der zugehörigen
Anschlußstücke 8i relativ zu den Ofenwänden zuläßt.
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Um die in Reihe geschalteten Widerstände im Ofen zu tragen, ruhen
gemäß den Fi:g. i bis 7 die Verbindungsplatten 73 gleitbar auf vorzugsweise aus
Graphit bestehenden Schienen 121, zu deren Aufnahme die unteren Kanten der Widerstandsplatten
mit Rasten 123 versehen sind. In diese Schienen 121 sind vorzugsweise aus Graphit
hergestellte senkrechte Stangen iz5 eingeschraubt, -die auf beiden Seiten der Verbinderplatten
in einem gewissen Abstand von ihr liegen. Diese Stangen reichen aufwärts .durch
Öffnungen 1.27 der die Decke der Ofenkammer bildenden Platten 33 hindurch in die,
Ausnehmung 61 der Blöcke 53 ,der Kappe des Ofens hinein. An .den oberen Enden der
Stangen sind mit Gewinde versehene Ringe oder Muttern i29 aufgeschraubt, die ebenfalls
aus Graphit geformt sind. Lose um jede Stange 12,5 herum liegt ein Block IV, der
auf der oberen Seite,der Platte 33 aufruht. Dieser Block besteht vorzugsweise aus
porösem Kohlenstoff, der hoch warmfest und ein verhältnismäßig geringer Wärmeleiter
ist. Auf jedem Block IV liegt ein Block 133 aus warmfestem, elektrisch isolierendem
Material, auf dem die Muttern 129 ruhen. Diese letzterwähnten Blöcke 133 sind vorzugsweise
aus gesintertem Aluminium (A12 03) und von hoher Reinheit, z. B. etwa 99,5 % rein,
beispielsweise aus dem Stoff, der unter dem Warenzeichen Alfrax verkauft wird.
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Es ergaben sich große Schwierigkeiten bei der Herstellung eines elektrisch
isolierenden Widerstandsträgers, der den hohen Temperaturbedingungen widersteht,
die in einem Ofen ,der beschriebenen Art auftreten und die gewöhnlich im Bereich
von. 155o bis 2ioo° C liegen. Obwohl das in Verbindung mit dem Isolierblock 133
erwähnte Isoliermaterial ungefähr das warmfesteste Material ist, das im Handel erhalten
werden kann, kann es unter einitgen Betriebszuständen erweichen und versagen, sobald
es im Innern. der Ofenkammer verwendet wird. Wird das Material auf die Außenseite
!der Ofenkammer, wie oben beschrieben, gelegt, wo die Temperaturen niedriger sind
als in der Ofenkammer und wird zwischen das Material und die Wände des Ofens ein
Block aus; porösem Kohlenstoff
vorgesehen, der, wie oben erläutert,
hoch warmfest und, verglichen mit festem Kohlenstoff oder Graphit, ein verhältnismäßig
geringer Wärmeleiter ist, so werden die elektrisch isolierenden Blöcke verhältnismäßig
kühl gehalten, wenigstens verglichen mit den erwähnten Temperaturen, und widerstehen
wirksam dem Erweichen oder anderen Zerstörungen. Gleichzeitig ermöglicht die beschriebene
Konstruktion den Verbinderplatten 73, auf Graphitflächen aufzuliegen, die, wie oben
erläutert, sehr gute Schmiereigenschaften bei hoher Temperatur haben, so daß -die
Teile relativ zueinander auf Grund der durch die Temperaturänderungen verursachten
Ausdehnung und Zusammenziehung leicht sich bewegen können.
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Zur Isolierung der Decke der Ofenkammer dient eine Masse 135 aus aufgebrochener
Holzkohle, die auf die Deckplatten 33 der Ofenkammer aufgehäuft wird und im wesentlichen
die Ausnehmung 61 in der Kappe der Ofenkammer ausfüllt. Damit diese Holzkohle nicht
mit den Tragstangen 125, den Muttern 12,9 und den Blöcken 131 in Berührung kommt
und diese Teile mit Bezug auf die aus Graphit bestehenden Deckplatten 33 kurzschließt,
sind die oberen Enden der Stangen durch Wände umgeben, die von Blöcken 137 aus Kohlenstoff
oder anderem hoch wärmefestem Material gebildet sind. Diese Blöcke 137 ruhen abnehmbar
auf den Deckplatten 33. auf.
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Bei der in den Fig. io bis 15 dargestellten Abänderung sind die vorzugsweise
aus Graphit geformten Widerstände 139 im allgemeinen quadratisch im O_uerschnitt
und sind neben ihren unteren Ecken in Längsrichtung genutet, um Flächen 141 und
143 zu bilden, die die Wärmestrahlleistung der Widerstände, insbesondere abwärts
gegen den im Ofen liegenden Metallsumpf hin, erhöhen. Diese Widerstände sind an
den Enden mit Schraubengewinde tragenden, zylindrischen Anschlußstücken 145 versehen,
die sich durch Öffnungen 147 der aus Graphit bestehenden Verbinderplatten 14,9 hindurch
erstrecken. Auf die Anschlußstücke sind auf beiden Seiten der Verbinderplatten Muttern
oder Ringe 75 aufgeschraubt, die gleich den im Zusammenhang mit den Fig. i bis 9
beschriebenen Muttern sind.
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Wie Fig. io erkennen läßt, sind die Widerstände 139 so dicht zusammengelegt,
daß die in der Ausführung gemäß Fig.4 und 5 verwendeten Tragstangen hier nicht zwischen
die Ringe 75 eingesetzt werden können. Die in den beiden letzterwähnten Figuren
gezeigte Ausführung kann daher nicht bei den Widerständen verwendet werden, die
in der in Fig. io dargestellten Weise auf Abstand stehen, ohne wesentlich die Widerstände
zu verkürzen. Demgemäß wird hier, wie in den Fig. io, 13 und 14 erkenntlich, in
Verbindung mit jeder Verbinderplatte nur eine einzige Tragstange 151 verwendet,
die wie die bereits beschriebenen Tragstangen vorzugsweise aus Graphit besteht.
Wie die Fig. 13 und 14 zeigen, ist das untere Ende jeder Stange 15r in eine Öffnung
einer Schiene 153 eingeschraubt, die die Stangen mit einem seitlich vorstehenden
Ansatz versieht, auf dem die zugehörige Verbinderplatte gleitbar aufruht. Wegen
des geringen Abstandes der Muttern oder Ringe 75 kann die untere Kante der Verbinderplatten
nicht genutet werden, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Um einen freien Raum
für die Schiene 153 zu schaffen, ist der nebenliegende Block i55 der Ofenwand mit
einer Ausnehmung 157 versehen.
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Jede Tragstange erstreckt sich durch eine in der zugehörigen Deckenplatte
33 der Ofenkammer befindliche Öffnung 159 hindurch in die Ausnehmung 61 hinein,
die durch die Blöcke 53 der Kappe für den Ofen gebildet wird. Um jede Tragstange
an der angrenzenden Deckenplatte zu tragen, ist ein Ring oder eine Mutter 161 auf
das obere Ende der Stange aufgeschraubt, und zwischen diese Mutter und die Deckenplatte
ist ein elektrisch isolierender Block 163 des gleichen Materials wie der Block
133
(Fig. 4 und 5) und ein Block 165 aus porösem Kohlenstoff gelegt, von denen
der letztere auf der Deckenplatte aufruht. Gleich der in den Fig. i bis io dargestellten
Ausführung umgibt eine von Blöcken 137 geformte Wand das obere Ende jeder Tragstange,
um dieses Ende der Stange von der Holzkohlenmasse 135 zu isolieren.
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Beim Zusammenbau der in Reihe geschalteten Widerstände nach den Fig.
i bis g können die Widerstände vor dem Auflegen der Deckenplatten 3'3 innerhalb
der Ofenkammer aufgebaut werden, wobei die Kupplungsmuffen 79 und die Verbinderplatten
73 von hölzernen Blöcken getragen werden, die auf dem Sims 155 der Gehäusekammerwände
aufruhen und wobei die Tragstangen i25 mit den Schienen 121 verbunden sind und die
Verbinderplatten umfassen. Die Schienen i--i ruhen ebenfalls, auf diesem Sims. auf.
Die Widerstandsanschlußstücke 8i können dann durch die in den Ofenwänden befindlichen
Öffnungen 83 eingeschoben und in die Kupplungsmuffen eingeschraubt werden, worauf
die Klemmen und die zugehörigen Teile mit den Anschlußstücken verbunden und mittels
der Spannschlösser ioz mit dem Gehäuse verbunden werden. Die Deckenplatten 33 werden
dann- fortschreitend oder nach und nach aufgesetzt, wobei von einem Ende der Ofenkammer
aus angefangen wird. Die die Öffnungen zur Aufnahme der Tragstangen besitzenden
Platten werden so aufgelegt, daß die Stangen sich durch diese Öffnungen hindurch
erstrecken. Da die Platten fortschreitend aufgelegt werden, können die Blöcke 131
und 133 sowie die Muttern 129 auf die Verlängerungsstangen aufgesetzt und die Muttern
aufgeschraubt werden, wobei die obenerwähnten hölzernen Blöcke nach und nach herausgenommen
werden. Beim Abbauen der Teile werden die hölzernen Blöcke so in Stellung gebracht,
wie die Platten 33 fortschreitend abgenommen werden. Das gleiche Verfahren wird
beim Zusammenbau und beim Abbau der Teile gemäß den Fig. i-o bis 15 befolgt.
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Unter dem Ausdruck warmfestes kohlenstoffhaltiges .Material sind Stoffe
handelsüblicher Art zu verstehen, die als Kohlenstoff und Graphit im Ofenbau beka4nt
sind.
Innerhalb des Umfanges der Ansprüche können weitgehende Änderungen
von den beschriebenen Formen der Erfindung vorgenommen werden, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.