SE530968C2 - Insats och värmeelement för elektriska ugnar - Google Patents

Description

40 45 50 55 60 65 530 BBB utvidgas och krymper i beroende av förekommande temperaturvari- ationer. Som en tumregel gäller att tråden expanderar åtminsto- ne l % då temperaturen höjs från rumstemperatur till driftstem- peratur, vilken vanligen ligger över l00O°C. Med andra ord för- längs tråden minst 10 mm per löpmeter, innebärande att exempel- vis en tråd med 50 meters längd utvidgas (och kontraheras) hela 500 mm. Om tråden vore fritt rörlig skulle dylika längdvaria- tioner kunna upptas genom såväl axiell som radiell expansion.

Emellertid är den inuti isoleringsskalet monterade trädens rör- lighet begränsad på olika sätt. Om densamma är förhindrad att öka sin diameter utmed en del av sin axiella utsträckning, mås- te expansionen, som normalt är jämnt fördelad, tas upp såsom en lokalt större deformation. Detta kan leda till att tråden an- tingen deformeras plastiskt eller trycks ut i isoleringsmateri- alet. I vissa ugnskonstruktioner, tex diffusionsugnar, är tråd- slingan monterad på ett visst radiellt avstånd innanför en cy- lindrisk insida på skalet. För att indela trådslingan i värme- zoner sticker påsvetsade strömuttag, tex plattjärn, ut radiellt fràn trådslingan och sträcker sig radiellt ut genom isolering- en. I detta fall kräver trådslingans strävan att expandera ra- diellt att expansionsutrymmet i riktning mot skalets insida är tillräckligt stort, medan en strävan att expandera axiellt le- der till spänningar i anslutning till strömuttagen.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda brister i tidigare kända ugnsinsatser och skapa en för- bättrad insats. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa en ugnsinsats vars värmetråd är så monterad inuti isoleringsskalet att ackumulering av den ofrànkomliga längdut- vidgningen i hela tråden motverkas, närmare bestämt i syfte att undvika kontakt mellan värmetråden och isoleringsskalet, och att undvika pàkänningar pà förekommande strömuttag. 70 75 80 85 90 95 NO 539 BBB Enligt uppfinningen nås ovannämnda syfte medelst de sär- drag, som är angivna i den kännetecknande delen av de själv- ständiga patentkraven l respektive 7. Fördelaktiga utföranden av den uppfinningsenliga insatsen är vidare angivna i de osjälvständiga patentkraven 2-6 samt 8.

I en ytterligare aspekt hänför sig uppfinningen även till ett värmeelement som sådant. Särdragen hos detta värmeelement framgår av de självständiga patentkraven 9 respektive 13. För- delaktiga utföranden av det uppfinningsenliga värmeelementet är vidare angivna i de osjälvständiga kraven 10-12.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Genom US 4553246 är tidigare känd en elektrisk ugn med cylindrisk grundform i vilken är monterade ett antal generellt meanderformiga värmeelement. I detta fall är emellertid mean- derformen ej orienterad axiellt, utan tangentiellt, varvid de enskilda meanderparterna är raka och icke böjda.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en delvis skuren perspektivvy visande en ugnsinsats med ett cylindriskt isoleringsskal och ett värmeelement inuti detta, Fig 2 en planvy ovanifrån av insatsen, Fig 3 en sidovy av enbart värmeelementet, Fig 4 en sidovy av en hållare för värmeelementet, Fig 5 en schematisk planvy visande värmeelementet i ett tänkt, utbrett tillstånd, Fig 6 en planvy av ett alternativt utförande av värmeelementet, Fig 7 en skuren sidovy av värmeelementet enligt fig 6, Fig 8 en perspektivvy av ett ytterligare alternativt utförande av värmeelementet, och Fig 9 en sidovy av värmeelementet enligt fig 8.

WS HO H5 H0 H5 BO 530 958 Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen Den i fig 1-4 visade ugnsinsatsen inbegriper ett iso- lerande skal l och ett inuti detta anordnat värmeelement 2, som båda har en kring en geometrisk centrumaxel C rotationssymmet- risk grundform. Isoleringsskalet l är i detta fall genuint cy- lindriskt såtillvida icke blott dess insida 3, utan även dess utsida 4, är cylinderformade, varvid skalet är öppet vid sina axiellt motsatta ändar. I detta sammanhang skall dock påpekas att den geometriska formen hos skalets utsida 4 saknar betydel- se i samband med uppfinningen.

Värmeelementet 2 har i exemplet formen av en tråd, som sträcker sig ett flertal varv i en slinga med cylindrisk hel- hetsform. Inom fackmannakretsar benämns denna slinga oftast he- lix. I detta fall är värmetrâden 2 placerad på ett visst av- stånd innanför isoleringsskalets l insida 3. Med andra ord är värmetràden och isoleringsskalet åtskilda av en ringformig spalt 5. Till värmetråden är anslutna strömuttag 6, tex plattjärn, vilka sticker ut radiellt från tråden och genomskär isoleringsskalet 1.

Materialet i isoleringsskalet l är icke blott värmeiso- lerande utan även eldfast. I praktiken kan materialet utgöras av keramik eller keramiska fibrer. Materialet i värmetråden 2 kan utgöras av vilket som helst elektriskt ledande material, som lämpar sig att bilda ett motståndselement, vanligen i form av någon speciallegering, såsom Fe-Cr-Al, eller en cermet, så- som Mo-Siz. Tråden kan - men behöver ej - ha rund tvärsnittsform med en diameter, som för många trådar varierar inom området 3- 10 mm (i beroende av insatsens dimensioner). I det visade ex- emplet har insatsen en jämförelsevis begränsad axiell utsträck- ning och bildar en modul, som kan byggas samman med ett önskat antal moduler av samma slag. Diametern kan variera exempelvis inom området 100-400 mm, medan längden kan ligga inom området 100-1200 mm. Givetvis varierar värmetrådens 2 totala längd i H5 M0 M5 H0 US M0 M5 539 988 beroende av insatsens dimensioner. I många fall har emellertid tråden en längd av mellan lO m och l0O m eller mer.

Så långt den visade insatsen hittills beskrivits är den- samma i allt väsentligt tidigare känd.

Nytt och karaktäristiskt för det i fig 1-4 visade utfö- randet av den uppfinningsenliga insatsen, är att värmetråden 2 är utformad med ett flertal åtskilda böjar 7, vilka i detta fall är U-formiga och länkar av slingan i parvis närbelägna sektioner, vilka löper i motsatta riktningar från den enskilda U-böjen. I fig 3 är tre dylika U-böjar betecknade 7a, 7b, 7c.

Från U-böjen 7b löper dels en trådsektion 2d till U-böjen 7a, dels en trådsektion 2e till U-böjen 7c. På så sätt förlänas trådslingan formen av en meander, närmare bestämt en meander med krökt, cylindrisk helhetsform. I denna cylindriska konfigu- ration är de närbelägna trådsektionerna 2d, 2e i huvudsak loka- liserade i inbördes parallella plan, vilka är vinkelräta mot cylinderns centrumaxeln och axiellt åtskilda från varandra.

Närmare bestämt är två närbelägna trådsektioner åtskilda av ett mellanrum, som bestäms av U-böjarnas 7 bågradier.

För att ytterligare förtydliga värmetrådens geometriska form hänvisas till fig 5, där tråden visas i ett utbrett till- stånd i vilket den ännu ej givits sin slutliga cylinderform. Av figuren framgår att de enskilda trådsektionerna 2d, 2e, samtli- ga är lika långa, varför samtliga U-böjar 7a,7b,7c, etc, är be- lägna på lika stora avstånd från ett gemensamt mittplan P, var- vid tråden sträcker sig meanderformigt mellan axiellt motsatta ändar. De facto tillverkas tråden genom att först ges den plana meanderformen enligt fig 5, och därefter - genom varmbearbet- ning - den cylindriska helhetsformen enligt fig l och 3. I det sistnämnda tillståndet har tråden sålunda samma rotationssym- metriska helhetsform som isoleringsskalet 1, dvs cylindrisk.

Av fig 3 framgår att ett gap eller mellanrum 8 förefinns mellan de mot varandra vända U-böjarna 7. Detta har åstadkom- mits genom att den enskilda tràdsektionen, tex sektionen 2d, 170 175 H0 NS WO WS NO 530 BBB har en båglängd som är något mindre än ett varv. Värmetråden hålls på plats inuti isoleringsskalet l med hjälp av en hållare 9, som är tillverkad av ett elektriskt isolerande material, och som i det visade, föredragna exemplet utgörs av en skena med rälsliknande tvärsnittsform. Denna skena är införd i gapen 8, närmare bestämt på så sätt att trådslingans olika U-böjar hålls ansatta mot motsatta sidor på skenan. Såsom framgår av fig 4 kan skenan med fördel vara utformad med ett mot antalet U-böjar svarande antal säten eller försänkningar 10 i vilka U-böjarna griper in. Dessa säten motverkar sålunda förskjutning av U- böjarna och bestämmer därmed trådslingans läge utmed skenan.

Ehuru ugnsinsatsen visas i ett vertikalt eller upprätt- stående tillstånd i fig l, kan densamma även lokaliseras i ett horisontellt eller liggande tillstånd. I detta fall bör den hållande eller bärande skenan 9 vara lokaliserad i cylinderns undre del, lämpligen lodrätt under centrumaxeln C. I det sist- nämnda fallet kan skenan helt sonika vara inlagd i isolerings- skalet utan att vara förankrad i detta.

Nu hänvisas till fig 6 och 7 som schematiskt illustrerar ett alternativt utförande av värmetrådslingan. I detta fall är varannan trådsektion längre än närbelägna trådsektioner. Exem- pelvis är trådsektionen 2d kortare än den närbelägna sektionen 2e, vilket får till följd att närbelägna U-böjar 7b, 7a, för- läggs på olika stora avstånd från ett mot trådsektionerna vin- kelrätt referensplan P. När därför den plana, meanderformiga tråden förlänas cylindrisk form bildar gapen en slits 8a, som sträcker sig skruvformigt i förhållande till cylinderns cent- rumaxeln C (istället för axiellt, såsom i det tidigare fallet).

I den beskrivna värmetràden tas den ofrånkomliga expan- sionen upp lokalt i den enskilda U-böj till vilken ett par trådsektioner ansluter sig, varvid krafterna i detta par repel- lerar varandra i U-böjarna och därför strävar att hålla trädens stigning jämn. Med andra ord kommer expansionen att isoleras till enskilda par av trådsektioner med begränsad längd, utan 2% Zm Zß H0 H5 230 530 BBB att kunna fortplanta sig till och ackumuleras i de övriga tråd- sektionerna.

I fig 8 och 9 visas ett ytterligare alternativt utförande av en värmetràd enligt uppfinningen. I detta fall är den sam- manhängande tråden 2 skruvformig och utformad med ett flertal Z-formiga böjar ll, vilka delar in tråden i ett motsvarande an- tal enskilda sektioner eller parter 2a, Zb, etc. I detta fall isoleras den i tråden uppkommande värmeutvidgningen till de en- skilda sektionerna. Med andra ord upptas den enskilda trådsek- tionens värmeutvidgning i den enskilda Z-böjen ll utan att fortplanta sig till och ackumuleras i de övriga sektionerna.

I utförandet enligt fig 8 och 9 hålls värmetråden på plats inuti isoleringsskalet med hjälp av ett flertal hàllaror- gan i form av märlor 12, vilka är förankrade i isoleringsskalet och sticker ut från dettas insida. Dessa märlor 12 är placerade vid tràdböjarna ll, varvid de sistnämnda löper fritt genom mär- lorna, dvs utan att vara fixerade vid dessa.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda kan värmetràden ha en orund tvärsnittsform och inbegripa en bredaste yta som är vänd inåt mot ugnsutrymmets mitt. Exempelvis kan tråden vara tvärsnittsvis rektangulär. På så sätt optimeras trädens värme- stràlning mot ugnens inre. Värmeelementet kan även utföras så att mot varandra vända u-böjar lokaliseras mittför varandra, istället för att vara axiellt förskjutna på det sätt som visats i exemplet.

Claims (13)

235 240 245 250 255 260 265 530 SEB Patentkrav

1. Insats för elektriska ugnar, innefattande dels ett iso- lerande skal (1) med en utsida (4) och en insida (3) av vilka åtminstone den sistnämnda har en kring en geometrisk centrum- axel (C) rotationssymmetrisk form, dels ett inuti skalet an- ordnat värmeelement (2), som sträcker sig ett flertal varv i en sammanhängande slinga med en mot skalets rotationssymmet- riska form svarande helhetsform, kännetecknad därav, att slingan innefattar ett flertal åtskilda böjar (7,11), vilka delar in densamma i ett flertal enskilda sektioner (2a, 2b, 2d, 2e, etc) till vilka förekommande värmeutvidgning isoleras lokalt varvid böjarna (7) är U-formiga för att länka av sling- an i parvis närbelägna sektioner, vilka löper i motsatta rikt- ningar från den enskilda U-böjen och förlänar slingan meander- form betraktat i dess axiella utsträckning.

2. Insats enligt krav 1, kännetecknad därav, att varandra (11) är åtskilda av ett gap (8) anordnat ett av ett elektriskt isolerande material förfärdigat hållarelement mötande U-böjar i vilket är (9) mot vilket U-böjarna är ansatta.

3. Insats enligt krav 2, kännetecknad därav, att hållarele- mentet (9) är långsmalt för att tjäna såsom stöd för flera ut- med detsamma åtskilda par av U-böjar (7).

4. Insats enligt krav 2 eller 3, kännetecknad därav, att i hàllarelementet (9) är försänkta säten (10) med uppgift att lägesbestämma U-böjarna (7) utmed detsamma.

5. Insats enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att två värmeelementsektioner (2d, 2e), som löper från en 270 275 280 285 290 295 300 530 9GB gemensam U-böj (7) till två andra U-böjar, är lika långa, var- vid de enskilda gapen (8) mellan paren av varandra mötande U- böjar tillsammans bildar en làngsmal slits, närmare bestämt en rak slits, som löper parallellt med centrumaxeln (C).

6. Insats enligt något av kraven 1-4, kännetecknad därav, att två sektioner (2d, 2e), som löper från en gemensam U-böj (7) till två andra U-böjar, är olika långa, varvid de enskilda gapen (8) mellan paren av varandra mötande U-böjar tillsammans bildar en slits (8a), som löper skruvformigt relativt centrum- axeln (C).

7. Insats för elektriska ugnar, innefattande dels ett iso- lerande skal (l) med en utsida (4) och en insida (3) av vilka åtminstone den sistnämnda har en kring en geometrisk centrum- axel (C) rotationssymmetrisk form, dels ett inuti skalet an- (2), en sammanhängande slinga med en mot skalets rotationssymmet- riska form svarande helhetsform, kännetecknad därav, att ordnat värmeelement som sträcker sig ett flertal varv i slingan innefattar ett flertal åtskilda böjar (7,ll), vilka delar in densamma i ett flertal enskilda sektioner (2a, 2b, 2d, 2e, etc) till vilka förekommande värmeutvidgning isoleras lokalt, varvid slingan (2) är skruvformig, och den enskilda böjen (ll) är generellt Z-formig.

8. Insats enligt krav 7, kännetecknad därav, att slingan (2) är inhängd i isoleringsskalet (ll) med hjälp av märlor (12), som var och en genomlöps av en Z-böj (ll).

9. För elektriska ugnar avsett värmeelement av det slag som sträcker sig ett flertal varv i en sammanhängande slinga, som har en kring en geometrisk centrumaxel (C) rotationssymmetrisk helhetsform och är öppen vid motsatta ändar, kännetecknat där- av, att slingan innefattar ett flertal åtskilda böjar (7,ll), 305 M0 315 320 325 330 335 530 SEB 10 vilka delar in densamma i ett flertal enskilda sektioner (2a,2b,2d,2e) till vilka förekommande värmeutvidgning isoleras varvid böjarna (7) är U-formiga för att länka av slingan i parvis närbelägna sektioner (2d, 2e), vilka löper i motsatta riktningar från den enskilda U-böjen och förlänar slingan me- anderform betraktat i dess axiella utsträckning.

10. Värmeelement enligt krav 9, kännetecknat därav, att var- andra mötande U-böjar (7) är åtskilda av ett gap.

11. ll. Värmeelement enligt krav 9 eller 10, kännetecknat därav, att två elementsektioner, som löper från en gemensam U-böj (7) till två andra U-böjar, är lika långa, varvid de enskilda ga- pen mellan paren av varandra mötande U-böjar tillsammans bil- (8), löper parallellt med centrumaxeln dar en làngsmal slits närmare bestämt en rak slits som (C).

12. Värmeelement enligt krav 9 eller 10, kännetecknat därav, (7) till två andra U-böjar, är olika långa, varvid de enskilda gapen att två sektioner, som löper från en gemensam U-böj mellan paren av varandra mötande U-böjar tillsammans bildar en slits (8a), som löper skruvformigt relativt centrumaxeln (C).

13. För elektriska ugnar avsett värmeelement av det slag som sträcker sig ett flertal varv i en sammanhängande slinga, som har en kring en geometrisk centrumaxel (C) rotationssymmetrisk helhetsform och är öppen vid motsatta ändar, kännetecknat där- (7,ll), vilka delar in densamma i ett flertal enskilda sektioner av, att slingan innefattar ett flertal åtskilda böjar (2a,2b,2d,2e) till vilka förekommande värmeutvidgning isoleras varvid slingan (2) är skruvformig, och den enskilda böjen (ll) är generellt Z-formig.