-
Halterung und Stromzuführung für elektrische Öfen und Heizeinrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung und Stromzuführung für elektrische
Öfen, z. B. Drehschmelzöfen, und ähnliche Heizeinrichtungen unter Verwendung von
stabförmigen, aus Kohle, Graphit oder ähnlichen Stoffen bestehenden Hochtemperaturheizleitern.
Bei solchen Einrichtungen bereitet die Ausbildung der Kontaktkörper besondere Schwierigkeiten.
In der Regel werden die Kontaktkörper durch in den beiden Seitenwandungen des Ofens
gelagerte Kohleblöcke gebildet, wobei der Heizstab mit dem einen Ende in einen dieser
Kontaktklötze eingeschraubt und mit dem anderen Ende gegen eine z. B. kugelige Ausnehmung
des entsprechenden Kontaktklotzes federnd angepreßt wird. An die aus der Ofenwand
herausragenden Enden dieser Kontaktklötze sind dann die Stromzuführungsteile angeschlossen.
Um eine genügende Wärmeableitung zu bewirken, müssen diese ,aus Kohle od. dgl.
be-
stehenden Kontaktklötze unverhältnismäßig- große Abmessungen erhalten,
so daß es praktisch bisher nicht möglich war, in einem Ofen zwei oder mehrere solcher
Heizstäbe parallel zueinander anzuordnen, da die durch die großen Kontaktkörper
bedingten Abstände der Stäbe zu groß werden. Man gelangt zwar zu k'eineren Abmessungen
der Kontaktkörp-er, wenn man flüssigkeitsgekühlte Metallkontakte verwendet, doch
haben sich derartige Kontakte insbesondere in Verbindung mit aus weichen Stoffen,
we Kohle oder Graphit, 'bestehenden Heizstäben nicht bewährt, weil, abgesehen von
dem
durch die Kühlung bedingten hohen Kraftverbrauch, die Metallkontakte
den hohen Temperaturen solcher Öfen. nicht standhielten. Dabei waren Lichtbogenbildungen
unvermeidlich, die zur schnellen Zerstörung der metallischen Kontaktflächen führten.
-
Die Erfindung geht zur Vermeidung der geschilderten Nachteile von
einer Einrichtung aus, bei welcher in der Ofenwand angeordnete, durch gasförmigge
oderflüssige, unter Druck stehende Medien gekühlte Metallkontakte verwendet werden,
und kennzeichnet sich dadurch, daß dem Metallkontaktkörper in mit diesem durch Verzapfung
verbundenes und das Heizstabende aufnehmendes; in der Ofenwand angeordnetes Kupplungsstück
vorgeschaltet ist, welches aus gleichem oder ähnlichem Werkstoff wie der Heizstab
besteht und welches im Durchmesser .etwa dem Metallkontaktkörper entspricht und
in der Querschnittsfläche und seinen Kontaktflächen größer als der Heizstabquerschnitt
bemessen ist.
-
Durch das von der Erfindung eingeschaltete Kupplungsstück wird der
empfindliche Metallkontaktkörper so weit .aus der größten Ofenhitze herausgebracht,
daß eine nennenswerte Verzunderung nicht mehr eintreten kann. Andererseits ist eine
Licht-bog enbildung an der Berührungsstelle zwischen Heizstab und Kupplungsstück
ohne sonderlichen Nachteil, da beide Teile aus Kohle oder ähnlichem Werkstoff bestehen.
Das Kupplungsstück wirkt sich also bezüglich des Metallkontaktes im Sinne einer
Wärmedämpfung aus, beispielsweise derart, daß die im Ofenraum herrschende Temperatur
von etwa zaoo- bis zum Metallkontakt auf etwa i goo" herabgemindert wird: Die von
der Erfindung vorgesehene Einschaltung des Kupplungsstückes bringt weiterhin den
Vorteil mit sich, daß die empfindliche Verbindung mit dem Metallkontakt .außerhalb
des Ofens unter sorgsamer Pflege hergestellt werden kann, während eine besondere
Pflege des Kontaktes zwischen Heizstab und Kupplungsstück wegen der verhältnismäßigen
Unempfindlichkeit dieses Kontaktes nicht erforderlich ist.
-
Damit die angegebenen Vorteile und Wirkungen erreicht werden, muß
dass Kupplungsstück in seinem Querschnitt und seinen zum Heizstab- und Metallkörper
gehörigen Kontaktflächen größer, und zwar wesentlich größer als der Heizstabquersclinitt
bemessen sein. Dia aber andererseits das Kupplungsstück nur :einen geringen Teil
der Gesamtwärme ableiten soll, braucht sein Durchmesser nicht oder nicht wesentlich
,größer als der des Metallkontaktkörpers zu sein. Insgesamt wird bei der Anordnung
nach der Erfindung der Raumbedarf gegenüber den bisherigen, nur mit Metallkontakten
arbeitenden Vorrichtungen nichtoder nur unwesentlich vergrößert, während gegenüber
den bisherigen Kohlenkontakten eine ganz erhebliche Verringerung der Abmessungen
eintritt. Auf diese Weise wird es praktisch zum ersten Male ermöglicht, mehrere
Heizstäbe parallel nebeneinander im Ofen unter Einhaltung der erforderlichen geringen
Abstände anzuordnen und dadurch einen Ofen von gesteigerter Leistung zu schaffen.
Die durch die Vorschaltung des Kupplungsstückes bedingte Zurückverlegung des Metallkontaktes
hat ferner den Vorteil, daß bei einer etwaigen Beschädigung des Metallkontaktkörpers
das unter Druck stehende gasförmige, oder flüssige Kühlmittel nicht sofort in den
Ofen hineinströmen kann.
-
Bei Verwendung von aus weichem Werkstoff, wie Kohle oder Graphit,
bestehenden Heizstäben ist es zweckmäßig, wenn. -die Metallkörper so ausgeführt
werden, daß ihre Wandung an der Kontaktstelle eine die mechanische Unversehrtheit
der Kontaktfläche gewährleistende geringe Stärke besitzt, so daß also die bislang
bei solchen Kontakten angestrebte Erweichung des Metalls an der Kontaktfläche vermieden
wird. Da der Metallkontaktkörper nach der Erfindung nicht mehr unmittelbar der Hitze
des Ofeninnern ausgesetzt ist, ist es aber auch möglich, die Wandstärke des Kontaktkörpers
größer zu bemessen, insbesondere wenn. der Kontaktkörper aus Werkstoffen mit guter
Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, besteht. Die Verwendung solcher Werkstoffe ist
auch dann zweckmäßig, wenn die Verbindung des Metallkontaktes mit dem Kupplungsstück
durch Gewindeverzapfung geschieht; da man nämlich hierbei zweckmäßig sehr grobes
Geivinde -verwendet, ergeben sich im Gewinde erhebliche Differenzen in der Wandstärke
des Metallkontaktes, so daß bei Verwendung von Werkstoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit
an den Stellen der größeren Wandstärke des Gewindes erhebliche Erweichungen eintreten
können.
-
Die Anwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei solchen
Öfen, bei welchen der Heizstab auf der einen Seite derart mit dem Kontakt verbunden
ist, daß er mit diesem aus dem Ofen herausgezogen werden kann, wobei der Kontakt
auf der anderen Ofenseite in der Ofenwand verbleibt. Bei derartigen an sich bekannten
Anordnungen wird der Erfindungsgedanke zweckmäßig in der Weise verwirklicht; daß
das Kupplungsstück mit einem Heizstabende ,auf der Herausziehseite ebenfalls durch
Verzapfung gekuppelt ist, derart, daß beim axialen Herausziehen des zugehörigen
Metallkontaktkörpers der Heizstab in an sich bekannter Weise mit aus dem Ofen gezogen
wird, während das dem anderen Heizstabende zugeordnete Kupplungsstück eine kugelartige
oder steilkonische Ausnehmung für dieses Heizstabende besitzt.
-
Die Verzapfung zwischen Heizstab, Kupplungsstück und Kontaktkörper
kann verschiedenartig ausgebildet sein. So kann man die Verzapfung derart schlank-konisch
ausbilden, daß beim axialen Herausziehen des Metallkontaktkörpers Kupplungsstück
und Heizstab durch Reibung mitgenommen werden. Die Verzapfung kann aber auch in
an sich bekannter Weise durch Gewinde erfolgen, wobei es gleichgültig ist, ob die
Verzapfung selbst zylindrisch oder konisch ist.
-
Eine gute Ausführung des Kupplungsstückes erhält man, wenn dieses
muffenartig ausgebildet und mit zwei entgegengesetzt gerichteten, vorzugsweise gleich
großen schlank-konischen, gegebenenfalls Gewinde tragenden Bohrungen versehen wird,
von
denen eine zum Einstecken. bzw. Einschrauben eines schlank-konischen
Heizstab@endes und die andere zum Aufstecken bzw. Aufschrauben auf einen entsprechenden
metallischen Hohlzapfen des gekühlten Metall'kontaktkörpers dient. Die gleichartige
Ausbildung beider Seiten vereinfacht vor allen Dingen die Herstellung und .auch
den Einbau des Kupplungsstückes. Wie Versuche gezeigt haben, ist man mit einer solchen
Verzapfung zwischen Heizstab, Kupplungsstück und Metallkontakt in der Lage, ohne
Schwierigkeiten Heizstäbe von etwa i m Länge aus dem Ofen herauszuziehen, obwohl
dieselben nur einseitig an denn Metallkontaktkörper befestigt sind.
-
Bei einer konischen Ausbildung der Verzapfung sollen die verhältnismäßig
großen Mantelflächen als Kontraktflächen dienen; erfolgt dagegen die Verbindung
von Metallkontakt und Kupplungsstück durch einen zylindrischen Gewindezapfen, so
ist es zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, daß durch den Anzug des Gewindes
zusätzlich noch mindestens eine Stirnfläche des Metallkontaktes zur kontaktgebenden
Anpressung gegen das Kupplungsstück gebracht wird. Die gleiche Anordnung empfiehlt
sich auch bezüglich der kontaktgebenden Flächen zwischen Kupplungsstück und Heizstab,
wenn man hier eine Gewindeverzapfung wählt.
-
Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß nur der Hohlzapfen
und die dem Kupplungsstück zugekehrten Endflächen des gekühlten Metallkontaktkörpers
aus hitzebeständigem Werkstoff und die übrigen Teile des Kontaktkörpers aus Eisen
od. dgl. hergestellt sind. Durch die Ausgestaltung des metallischen Kontaktkörpers
als in das Kupplungsstück hineingreifender Hohlzapfen wird aber auch die Kühleinrichtung
wesentlich vereinfacht, und zwar dadurch, daß die Kühlmittelzu- bzw. -ableituui,g
durch ein einfaches Rohr gebildet wird, welches unter Belassun,g einer Ringkammer
bis etwa an das Ende des Hohlzapfens des Metallkontaktkörpers geführt ist.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an verschiedenen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
-
Fig. i und 2 zeigen einen Schmelzofen mit drei Heizstäben im Längsschnitt
und Querschnitt; Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Heizstabhalterung bei beidseitiger
Verwendung von Metallkontaktkörpern; Fig.4 bis 7 zeigen in größerem Maßstab verschiedene
Verzapfungsarten des Kupplungsstückes mit dem Metallkontaktkörper und den Heizstabenden.
-
Gemäß den Fig. i und 2 sind in dem Schmelzofen i drei Heizstäbe 2
parallel zueinander und nur mit geringem Abstand voneinander angeordnet. Jeder Heizstab
ist an beiden Enden mit einem Kupplungsstück 3 verbunden, welches seinerseits mit
einem herausziehbaren Metallkontakt 4 ,gekuppelt ist. Das eine Ende des Heizstabes
wird mit dem Kupplungsstück durch Verzapfung derart verbunden, daß beim Herausziehen
des Metallkontaktes das Kupplungsstück einschließlich Heizstab mit herausgezogen
wird (Herausziehseite). Dias andere Ende; (Lösungsseite) des Heizstabes wird dagegen
in einer in dem mit dem Metallkontaktkörper verzapften Kupplungsstück vorgesehenen
Ausnehmung leicht lösbar .abgestützt. Wie insbesondere aus den Fig. i und 3 zu erkennen
ist, ist das Kupplungsstück im Durchmesser nicht größer bemessen als der Metallkontaktkärper
und mit diesem gemeinsam, und zwar in Hintereinanderschaltung, in der Ofenwand 5
angeordnet. Das Kupplungsstück 3, welches aus dem gleichen oder aus ähnlichem Werkstoff
wie der Heizstab 2 besteht, ragt dabei mit der zum Ofen gerichteten Stirnfläche
nicht über die Ofeninnenwand hinaus.
-
Das Kupplungsstück selbst kann verschiedenartig ausgebildet und in
verschiedener Weise mit dem Metallkontakt und dem Heizstab verbunden sein. Gemäß
den Fig. i und 4,ist das für die Herausziehseite des Heizstabes verwendete Kupplungsstück
3 muffenartig ausgebildet und mit zwei gleich groß bemessenen, nach den Enden sich
schlank-konisch erweiternden Bohrungen 6 versehen. S@elbstverständlich können diese
Bohrungen auch unterschiedlich bemessen und mit Gewinde versehen werden. In die
zum Ofen hin gerichtete Bohrung ist der Heizstab 2 mit einem entsprechend konisch
geformten Ende 7 eingesteckt; mit der nach außen zeigenden Bohrung ist das Kupplungsstück
,auf einen entsprechend schlank-konisch geformten Hohlzapfen 8 des Metallkontaktkörp;ers
¢ aufgesteckt. Das Kupplungsstück 3 ist an allen Stellen so groß bemessen, daß die
Querschnittsfläche stets größer ist als die des Heizstabes 2. Außerdem :ist die
die Kontaktfläche bildende Mantelfläche jeder Bohrung 6 größer als der Querschnitt
des Heizstabes 2. Die Neigung der konischen Bohrungen des Kupplungsstückes sowie
die des Heizs.tabendes 7 und die des am metallischen Kontaktkörper 4 angebrachten
Hohlzapfens 8 ist so gewählt, daß beim Herausziehen des Kontaktkörpers 4 in Achsrichtung
des Heizstabes Kupplungsstück 3 und Heizstab 2 durch Reibung mitgenommen werden.
Der konische Hohlzapfen 8 sowie die dem Kupplungsstück 3. zugekehrten Flächen 9
des Kontaktkörpers 4 sind aus hitzebeständigem Werkstoff hergestellt und bei i o
mit dem aus Eisen oder ähnlichem Werkstoff bestehenden, nach außen gerichteten hülsenförmigen
Teil des Kontaktkörpers 4 durch Schweißen od. dgl. verbunden.
-
Das in Fig. i auf der Lösungsseite des Heizstabes vorgesehene, in
Fig. 5 vergrößert dargestellte Kupplungsstück 3 entspricht in bezug auf seine Befestigung
dem in Fig. 4 veranschaulichten. Auf der dem Heizstab 2 zugekehrten Seite ist jedoch
nur eine steilkonische oder kugelförmige Ausnebmung i i vorgesehen, in welcher sich
das Heizstabende 12 abstützt, derart, daß beim Herausziehen des auf dem gegenüberliegenden
Ende befindlichen Metallkontaktkörpers eine Trennung zwischen Kupplungsstück 3 und
Heizstabende 12 leicht möglich ist.
-
Die Kupplungsstücke entsprechend den Fig. 3 und 6 unterscheiden sich
von den vorgenannten nur durch die Verwendung zylindrischer, mit Gewinde versehener
Bohrungen 13 zum Verzapfen mit dem entsprechenden, mit Gewinde versehenen Zapfen
8 des Metallkontaktkärpers 4. Die dem Heiz-
Stab: zugekehrte Seite
des Kupplungsstückes kann entweder mit Ausnehmungen i i für das Heizstabende i2
oder mit schwachkonischen Bohrungen 6 für das Heizstabende 7 versehen sein. Auch
kann die Verbindung von fleizstabende 7 und Kupplungsstück 3 durch Gewindeverzapfung
erfolgen. Bei der Verwendung einer Gewindeverzapfung zwischen Kupplungsstück und
Metallkontakt 4 wird zweckmäßig entsprechend der Fig. 3 außer der Mantelfläche der
Verzapfung 8, 13 mindestens eine der Stirnflächen 9 des Zapfens 8 des Metallkontaktkärpers
zur Vergrößerung der gesamten Kontaktfläche gegen das Kupplungsstück zur Anpressung
gebracht. In der gleichen Weise kann bei einer Gewindeverzapfung zwischen Heizstab
und Kupplungsstück die gesamte Kontaktfläche vergrößert werden.
-
Fig. 7 zeigt die Ausbildung des Kupplungsstückes 3 mit einem Zapfen
14, welcher in einem Hohlzapfen 15 des Metallkontaktkörpers gelagert ist: Die Verzapfung
kann, `vie dies dargestellt ist, durch schwachkonische Ausbildung von Zapfen 14
und Hohlzapfen 15 erfolgen. Es kann aber genau so wie in anderen Ausführungsbeispielen
eine Gewindeverzapfung vorgesehen -werden. Heizstab 2 und Kupplungsstück 3 können
in Kegel- oder Kugelflächen gegeneinander abgestützt oder verbund,en sein. Die Zeichnung
zeigt das Abstützen des Heizstabendes 12 in einer kugeligen Ausn ehmung i i. Die
Abstützung kann auch entsprechend der strichpunktierten Linie in der Kegelfläche
r i erfolgen.
-
Der metallische Kontaktkörper kann an der Außenseite ,des Ofens in
bekannter Weise auf einem nicht dargestellten, in Achsrichtung des Heizstabes v:er
schiebbaren Wagen angeordnet . sein und wird während des Betriebes des Ofens mit
Hilfe von ebenfalls nicht gezeichneten Federn oder anderen Spannmitteln gegen das
Heizstabende gedrückt.
-
Die Kühlmittelzu- oder -ableitung wird entsprechend den Fig. 1 bis
3 durch ein über die gesamte Länge gleichbleibendes einfaches Rohr 16 gebildet,
welches bis etwa an die Spitze des Hohlzapfens 8 unter Belassung,eines Ringraumes
17 hineinragt.
-
Die Halterung und Stromzuführung ist bei allen Arten von elektrischen
öfen und Heizeinrichtungen mit Heizstäben verwendbar. Hierzu gehören sowohl Drehschmelzöfen
wie auch Herdschmelzöfen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei solchen Einrichtungen,
bei welchen zwei oder mehrere Heizstäbe in der Decke parallel zueinander angeordnet
werden, da die Halterungen ohne Schwierigkeit wegen ihres geringen -Platzbedarfs
mit geringem Abstand angeordnet werden können.