WO1987007811A1 - Heating element - Google Patents

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WO1987007811A1
WO1987007811A1 PCT/DE1987/000267 DE8700267W WO8707811A1 WO 1987007811 A1 WO1987007811 A1 WO 1987007811A1 DE 8700267 W DE8700267 W DE 8700267W WO 8707811 A1 WO8707811 A1 WO 8707811A1
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WO
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heating element
heating
section
element according
connecting part
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Application number
PCT/DE1987/000267
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English (en)
French (fr)
Inventor
Fritz Petzi
Original Assignee
Riedhammer Gmbh Und Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riedhammer Gmbh Und Co. Kg filed Critical Riedhammer Gmbh Und Co. Kg
Publication of WO1987007811A1 publication Critical patent/WO1987007811A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/62—Heating elements specially adapted for furnaces
    • H05B3/64—Heating elements specially adapted for furnaces using ribbon, rod, or wire heater
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders

Definitions

  • the invention relates to a heating element, in particular one for the electrical heating of industrial furnaces.
  • the term "industrial furnace” means any type of continuously and discontinuously operating industrial furnace.
  • tunnel and roller furnaces for example, hearth furnace furnaces, chamber furnaces, hood furnaces, for example for the ceramic industry but also shaft furnaces, billet heating furnaces, forging furnaces for the metal industry and furnaces for the glass industry.
  • billet heating furnaces forging furnaces for the metal industry and furnaces for the glass industry.
  • the invention is preferably directed to heating elements to achieve higher oven temperatures, in particular above 1200 ° C, preferably above 1500 ° C.
  • molybdenum disilicide MoSi n
  • metallic materials with good electrical and thermal conductivity molybdenum disilicide is considered to be particularly suitable for the application mentioned, although heating elements made from it also have disadvantages.
  • MoSi is an intermetallic, brittle material from which molded bodies such as heating elements are not only difficult to manufacture, but also in which the finished products are very difficult to handle. Especially when used in industrial furnace construction, where the heating elements have to be guided and fastened through the furnace wall, it often happens that heating elements are destroyed by striking the furnace housing.
  • cermet materials made from molybdenum disilicide with a relatively easily melting glass are known. Above 1,500 or 1,600 ° C the glass component melts, which can make up to 20 percent by volume, which results in a certain plastic deformability.
  • molybdenum disilicide with a lower silicon content (M ⁇ , _Si_).
  • This "protective layer” adheres extremely well and does not detach automatically if the heating element is cooled. However, the heating element then remains in a temperature range below 800 °, in particular in a tempera ture range between 600 and 800 ° C, then the protective layer dissolves and in particular no new protective layer is formed. So-called “molybdenum disilicone pest" occurs, a peeling off of individual layers little by little with intermediate oxidation, the element becoming increasingly thinner until it finally breaks.
  • the heating elements usually consist of the actual heating wire (the heating loop) and the preferably welded connectors.
  • the actual heating part has a smaller diameter than the connecting part, so that lower temperatures are set in the latter due to the increased specific electrical resistance.
  • the diameter of the heating part is 6 to 9 mm, while that of the connecting parts is between 12 and 18 mm.
  • the shape of the heating part can be any, for example
  • the heating elements are attached in such a way that their connecting pieces are placed in the wall of the furnace, the outer wall, and only the heating part projects into the furnace space to be heated.
  • the above-mentioned critical temperature range between 600 and 800 ° C is approximately in the middle of the longitudinal extension of the connecting pieces, and thus in the brickwork.
  • the above-mentioned molybdenum disilicide plague then preferably forms here.
  • the heating elements often break in this area and then have to be replaced, and their removal or replacement can be relatively difficult if there is a complete break.
  • the invention is based on the object of offering a heating element which has a longer service life and, in particular, is stable in the temperature range below 800 ° C.
  • the heating element should be designed in such a way that an easier and less expensive exchange and easier handling as a whole is made possible.
  • the heating element should be one preferred embodiment can also be designed so that connections with adjacent heating elements can be carried out more easily.
  • the invention is based on the knowledge that an electrical heating element, in particular one made of molybdenum-silicon compounds, does not necessarily have to consist of one and the same material; there are rather possibilities to connect such a heating element also with connecting parts made of other materials.
  • the invention proposes an electrical heating element consisting of a heating part and a connecting part, the heating part and the connecting part at least partially consisting of different, electrically conductive materials.
  • the connecting part can either consist of a partial section, preferably with its rear free end section facing away from the heating part, or it can consist entirely of a different material than the heating part.
  • connection between the heating and the connecting part can be made either directly or indirectly, an indirect connection, for example by an intermediate piece, being preferred for reasons of manufacture and handling.
  • the section arranged in the furnace wall or the furnace masonry namely the connection section of the heating element, can be produced from a material which, although likewise electrically conductive, is more thermal and atmospheric Load is less sensitive than the material of the heating part.
  • heating element consisting of molybdenum-silicon compounds, in particular molybdenum disilicide
  • molybdenum disilicide especially molybdenum-silicon compounds, in particular molybdenum disilicide
  • only the heating part and, if appropriate, a partial section of the adjoining connecting part should consist of molybdenum disilicide, while the rear, free connecting part can consist of a different material.
  • the "critical temperature range" for molybdenum disilicide namely the temperature range below 800 ° C., in particular between 600 and 800 ° C., is shifted above all to the section of the connecting part which is not made of molybdenum disilicide, so that the input described corrosion (molybdenum disilicide plague) can no longer occur.
  • Oarüber also offers the particular embodiment in which the heating and, optionally, a first section z HNIT * of the connecting part with the rest of A ⁇ schlußteil by a releasable clamping or fferverbindu ⁇ g is connected, the decisive advantage that no longer is that there are suitable plete heating element needs to be replaced, but only its front section, which carries the heating part, while the rear connecting section is reusable.
  • connection between the connecting part or the corresponding section of the connecting part and the heating part can be made in a wide variety of ways.
  • a clamp connection made of z-shaped pipe section in the open end of which there is arranged an outwardly widening and outwardly projecting clamping sleeve, which is connected to the cylindrical pipe section by means of a pulling device and fixes one in the clamping sleeve inserted heating section or connecting section can be fixed.
  • This can be done, for example, via a pull rod, which has an external thread at its end facing the clamping sleeve, which can be screwed into an internal thread arranged in the clamping sleeve, the end position of the pull rod and clamping sleeve being predetermined by appropriate flanges on these components.
  • the electrical connection can then be made to the outwardly projecting section of the pull rod.
  • connection types are available to the person skilled in the art, for example a screw connection.
  • the connecting piece which is made of a different material, can be made relatively thin-walled and thus light, which further favors handling as a whole.
  • connecting part or connecting part section A multitude of materials are also available to the person skilled in the art, from which he can produce the connecting part or connecting part section.
  • a temperature-resistant steel preferably in the temperature range up to 1200 ° C.
  • a chromium-nickel steel for example a chromium-nickel steel.
  • a chromium-nickel steel quality with 18 to 25 percent by weight of chromium and 8 to 20 percent by weight of nickel is proposed as an example.
  • cobalt for example, can also be used as the alloying element in order to achieve the desired temperature resistance of the steel.
  • the design according to the invention also results in a cost advantage in addition to the savings mentioned due to longer service life and lower breaking sensitivity of the components
  • the inventive design of a heating element also makes it possible, in an advantageous embodiment of the invention, to design the connecting part or connecting partial section, which consists of a different material, in such a way that an electrical connecting piece is formed at a distance from its free rear end.
  • This connector should preferably be arranged so that when the heating element is installed in a furnace wall or ceiling, it still runs in the wall or ceiling, so that the electrical connection to the adjacent connector takes place within the furnace wall or furnace wall. As a result, the electrical and thermal losses can be further minimized.
  • the connecting part or connecting part section is designed such that it can be sealed at its free rear end with an electrically and thermally insulating component, for example a refractory ceramic insulating brick.
  • FIG. 2 an embodiment of a device according to the invention
  • Figure 3 a clamp connection of an inventive
  • Figure 4 a Heidelberganordnu ⁇ g for a plurality of heating elements according to the invention
  • Figure 5 another embodiment of a circuit of a plurality of heating elements according to the invention.
  • the heating element shown in FIG. 1 consists of a U-shaped heating part 10 with two legs 12, 14 "and two connecting parts 16, 18 adjoining them, at the free ends 20, 22 (not electrical connections shown can be connected.
  • the heating element consists entirely of molybdenum disilicide.
  • the heating part 10 has a diameter of 6 mm, while the connecting parts 16, 18 each have a diameter of 12 mm.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a heating element according to the invention. This in turn has a U-shaped heating part 30 with two leg sections 32, 34, which, analogous to the embodiment according to FIG. 1, pass over a conically widening section 36, 38 into the connecting part 40, 42 consisting of two parts.
  • connection parts 40, 42 are each formed in two parts, the sections facing the heating part 30
  • heating part 30 consist of molybdenum disilicide
  • rear free connecting part sections 48.50 consist of a chrome-nickel steel of the quality 25/15.
  • the sections 44, 46 of the connecting parts 40, 42 are electrically conductively connected to the rear connecting sections 48, 50, each via a clamp connection 52, 54.
  • the arrangement is selected so that at a temperature of the heating part 30 of approximately 1,400 ° C., the rear connection sections 48, 50 are arranged in the part of the open wall in which temperatures below 1000 ° C. prevail.
  • the rear connecting part sections 48, 50 made of chromium-nickel steel are thus also in the range at which the heating element has a temperature of 600 to 800 ° C., that is to say in the critical range for molybdenum-oisilicide construction. However, this temperature range does not affect the strength of the steel in any way.
  • the heating element which consists of the heating part 30 and the front connection eilabschnit en 44.46, is used, only these parts need to be loosened in relation to the clamp connections 52, 54 and a new insert must be defined on the remaining rear connecting part sections 48, 50 . This results in considerable cost advantages.
  • the rear part of the heating element which is used by mechanical loads, is made from the mechanically less sensitive steel, so that overall there is less susceptibility to brittle fracture.
  • FIG. 3 shows a clamp connection according to the invention.
  • the connecting part 60 consists of a cylindrical pipe section 62, into the front free end 63 of which a clamping sleeve 64 protrudes, which widens towards the free front end 63 of the pipe section 62 and protrudes outwards, and has an end-side flange edge 65.
  • the clamping sleeve 64 has a tapered section 66 with an internal thread, into which a pull rod 68 projects, which has at its front free end 70 an external thread corresponding to the internal thread of the clamping sleeve.
  • the pull rod 68 protrudes rearward through a cylindrical opening in spaced partitions 72, 80 of the pipe section 62 and has an outside flange 74 between them.
  • the outside electrical connection is provided at 76.
  • the pull rod 68 By screwing the pull rod 68 in relation to the slotted clamping sleeve 64, for example, the latter is pulled backwards (arrow direction F) and clamps the front connecting portion 76 of a heating element 78.
  • the heating element 78 can be released and then removed by rotating the pull rod 68 in the opposite direction and thus releasing the clamping sleeve 64 relative to the latter.
  • the flange 74 is supported on the intermediate walls 72, 80 in each case.
  • FIGS. 4 and 5 Various heating elements according to the invention are shown in series (FIG. 4) or star connection (FIG. 5) in FIGS. 4 and 5, each with an electrical connection 81 of two heating elements in the area of the corresponding rear and shortened connecting pieces 48, 50 of the heating elements.
  • the overall arrangement of the heating elements is such that the corresponding connection area 81 within the furnace wall
  • a refractory ceramic insulating brick 82 (not shown) is arranged.
  • a refractory ceramic insulating brick 82 can be placed from the outside. »
  • U-shaped heating elements instead of the U-shaped heating elements shown, differently shaped heating elements can of course also be designed in the manner proposed according to the invention. For example, double-hairpin-shaped heating parts or angled heating parts are mentioned here.

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Description

Heizelement
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Heizelement, insbesondere ein solches zur elektrischen Beheizung von Iπdustrieöfen .
Unter der Bezeichnung "Industrieofen" wird jede Art von kontinuierlich und diskontinuierlich arbeitendem Industrie- ofen verstanden. Beispielsweise seien Tunnel- und Rollen- Öfen, Herdwageπöfen , Kammeröfen, Haubenöfen, zum Beispiel für die keramische Industrie aber ebenso Schachtöfen, Knüppelwärmöfen , Schmiedeöfen für die Metallindustrie und Öfen für die Glasindustrie genannt. Eine Beschränkung besteht insoweit aber nicht.
Die Erfindung ist bevorzugt auf Heizelemente zur Erzielung von höheren Ofentemperatureπ , insbesondere über 1.200° C, vorzugsweise über 1.500° C gerichtet.
Im Stand der Technik sind verschiedene derartige Heizele¬ mente bekannt. Bevorzugt werden solche aus Molybdändisilicid (MoSin) , insbesondere wegen ihror guten iderstandsfähig- keit gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen. Unter allen metallischen Materialien mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit gilt Molybdändisilicid als für den genannten Einsatzzweck besonders geeignet, obwohl daraus hergestellte Heizelemente auch Nachteile aufweisen.
MoSi ist ein intermetallisches, sprödes Material, aus dem sich nicht nur schwer Formkörper, wie Heizelemente, herstellen lassen, sondern bei dem auch die fertigen Pro¬ dukte nur sehr schwer zu handhaben sind. Gerade beim Ein¬ satz im Industrieofenbau, wo die Heizelemente durch die Ofeπwandung geführt und befestigt werden müssen, kommt es häufig vor, daß Heizelemente durch Anschlagen am Ofen¬ gehäuse zerstört werden.
Insbesondere um die Sprödigkeit zu verringern, sind Cermet- Materialien aus Molybdändisilicid mit einem relativ leicht schmelzenden Glas bekannt. Oberhalb von 1.500 oder 1.600° C schmilzt die Glaskomponente, die bis zu 20 Volumenprozent ausmachen kann, wodurch sich eine gewisse plastische Ver¬ formbarkeit ergibt.
Bei Kontakt mit der Umgebungsluf bildet sich eine ober¬ flächliche Glasschicht und unter dieser eine dünne Schicht von Molybdändisilicid mit geringerem Siliciumanteil (Mα,_Si_) Diese "Schu zschicht" haftet außerordentlich gut und löst sich nicht automatisch, falls das Heizelement abgekühlt wird. Bleibt das Heizelement danach allerdings in einem Temperaturbereich unter 800° , insbesondere in einem Tempera turbereich zwischen 600 und 800° C, so löst sich die Schutz¬ schicht doch und es wird insbesondere keine neue Schutz¬ schicht gebildet. Es kommt zur sogenannten "Molybdändisilici Pest" , einem Abblättern einzelner Schichten nach und nach mit jeweils Zwischenzei iicher Oxidierung, wobei das Ele¬ ment immer dünner wird, bis es schließlich bricht.
Die Heizelemente bestehen in der Regel aus dem eigentlichen Heizdraht (der Heizschleife) und den daran vorzugsweise angeschweißten Anschlußstücken. Der eigentliche Heizteil weist dabei einen geringeren Durchmesser auf als der An¬ schlußteil, damit in letzterem aufgrund des erhöhten spezi¬ fischen elektrischen Widerstandes geringere Temperaturen eingestellt werden.
Normalerweise beträgt der Durchmesser des Heizteiles 6 bis 9 mm, während der der Anschlußteile zwischen 12 und 18 mm liegt.
Die Form des Heizteils kann beliebig sein, beispielsweise
U- oder maanderförmig , rechtwinklig oder gekrümmt abgebogen, auf jeden Fall sind jedoch pro Heizelement zwei Anschluß-, stüc e notwendig.
In der Regel erfolgt die Anbringung der Heizelemente derart, daß sie mit ihren Anschlußstückeπ in der Qfenwand, dem 0feπ auerwerk einliegeπ, und nur der Heizteil in den zu beheizenden Ofenraum hineinragt.
Entsprechend stellt sich dann zwischen Innen- und Außen¬ fläche des Mauerwerks, in dem die Anschlußstücke im Abstand zueinander einliegen, ein Temperaturgefälle von innen nach außen ein .
Beispielsweise bei einer Temperatur des Heizleiters von 1.400° C liegt dann der vorstehend genannte kritische Temperaturbereich zwischen 600 und 800° C etwa in der Mitte der Läπgserstreckung der Aπschlußstücke , und damit im auerwerk.
Die erwähnte Molybdändisilicidpest bildet sich dann bevor¬ zugt hier aus. Die Heizelemente brechen häufig in diesem Bereich und müssen dann ausgetauscht werden, wobei sich ihre Entnahme beziehungsweise der Ersatz relativ schwierig darstellen kann, falls es zu einem vollständigen Bruch gekommen ist .
Abgesehen von den hohen Kosten für ein neues Heizelement entsteht so bei verringerter Lebensdauer auch noch ein ^erhöhter Reparaturaufwand.
Man hat zwar versucht, durch eine Art Adapter, mit dem die Anschlußenden parallel zueinander ausgerichtet werden, insoweit eine Erleichterung zu schaffen, die beschriebene Schwierigkeit der Oxidation im Temperaturbereich unter 800° C kann damit jedoch nicht beseitigt werden.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement anzubieten, das eine längere Lebensdauer auf¬ weist und insbesondere auch im Temperaturbereich unterhalb 800° C stabil ist. Ferner soll das Heizelement so gestal- tet sein, daß ein leichterer und kostengünstigerer Aus¬ tausch sowie eine leichtere Handhabung insgesamt ermög¬ licht wird. Schließlich soll das Heizelement n einer bevorzugten Ausführungsform auch so gestaltet sein, daß Anschlüsse mit benachbarten Heizelementen leichter durch¬ führbar sind.
Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß ein elek¬ trisches Heizelement, insbesondere ein solches aus Molybdän- Silicium-Verbindungen , nicht zwangsweise aus ein und dem¬ selben Material bestehen muß; es vielmehr Möglichkeiten gibt, ein derartiges Heizelement auch mit Aπschlußteilen aus anderen Materialien zu verbinden.
Insoweit schlägt die Erfindung ein elektrisches Heizelement, bestehend aus einem Heizteil und einem Aπschlußteil vor, wobei der Heizteil und der Anschlußteil zumindest teil- weise aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Materialie bestehen. Dabei kann der Anschlußteil entweder mit einem Teilabschnitt, vorzugsweise mit seinem dem Heizteil abge¬ wandten hinteren freien Eπdabschnitt oder auch vollständig aus einem gegenüber dem Heizteil unterschiedlichen Material bestehen.
Die Verbindung zwischen Heiz- und Anschlußteil kann dabei entweder unmittelbar oder mittelbar erfolgen, wobei schon aus Gründen der Herstellung und Handhabbarkeit eine mittel¬ bare Verbindung, zum Beispiel durch ein Zwischenstück, bevorzugt wird.
Auf diese Art und Weise kann insbesondere der in der Ofen¬ wand beziehungsweise dem Ofenmauerwerk angeordnete Abschnitt nämlich der Anschlußabschπitt des Heizelementes, aus einem Material hergestellt werden, das zwar ebenfalls elektrisch leitend ist, aber gegenüber thermischer und atmosphärischer Belastung weniger empfindlich als das Material des Heiz¬ teils is .
Insbesondere bei einem aus Molybdäπ-Silicium-Verbiπdungen , insbesondere Molybdändisilicid bestehenden Heizelement soll erfindungsgemäß nur noch der Heizteil und gegebenen¬ falls ein Teilabschnitt des sich daran anschließenden Anschlußteils aus Molybdändisilicid bestehen, während der hintere, freie Aπschlußteil aus einem unterschiedlichen Material bestehen kann.
Dabei wird bei entsprechender konstruktiver Gestaltung vor allem auch der "kritische Temperaturbereich" für Molybdändisilicid, nämlich der Temperaturbereich unter- halb 800° C, insbesondere zwischen 600 und 800° C, auf den nicht aus Molybdändisilicid bestehenden Abschnitt des Anschlußteiles verlagert, so daß die eingangs beschrie¬ bene Korrosion (Molybdändisilicidpest) nicht mehr auftreten kann .
Oarüber hinaus bietet insbesondere die Ausführungsform, bei der der Heizteil und gegebenenfalls ein erster Absc *hnit des Anschlußteiles mit dem übrigen Aπschlußteil durch eine lösbare Klemm- oder Schraubverbinduπg angeschlossen ist, den entscheidenden Vorteil, daß nicht mehr das kom¬ plette Heizelement ausgetauscht werden braucht, sondern nur noch dessen vorderer, den Heizteil tragender Abschnitt, während der hintere Aπschlußteilabschnitt wiederverwendbar is .
Hierdurch wird nicht nur das teure Material für den Heiztei eingespart, sondern gerade im bruchempfindlichen Lagerab- schnitt des Heizelementes, zum Beispiel in der Wand oder der Decke eines Industrieofens, ist jetzt ein Abschnitt des Heizelementes angeordnet, der zwar ebenso temperatur¬ beständig, jedoch sehr viel weniger bruchempfindlich ist als der in den Ofen hineinragende Teil des Heizelementes. Insoweit wird die Gefahr einer Zerstörung des Heizelemen¬ tes bei der Montage, aber auch beim Transport aufgrund der geringeren Bauteillänge, deutlich vermindert.
Die vorzugsweise lösbare Verbindung zwischen dem Anschlu߬ teil beziehungsweise dem entsprechenden Abschnitt des Aπschlußteils und dem Heizteil kann auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Klemmverbindung aus einem z linderförmigeπ Rohrab- schπitt vorgeschlagen, in dessen einem offenen Ende eine sich nach außen erweiternde und nach außen vorstehende Klemmhülse angeordnet ist, die über eine Zugeinrichtung gegen den zylindrischen Rohrabschπitt unter Festlegung eines in die Klemmhülse eingelegten Heizteil- oder Anschlu߬ teilabschnittes festlegbar ist. Dies kann zum Beispiel über eine Zugstange erfolgen, die an ihrem der Klemmhülse zugewandten Ende ein Außengewinde aufweist, das in ein in der Klemmhülse angeordnetes Innengewinde srhraubbar ist, wobei die Endstellung von Zugstange und Klemmhülse durch entsprechende Flansche an diesen Bauteilen vorgegeben wird. Am nach außen vorragenden Abschnitt der Zugstange kann dann der elektrische Anschluß erfolgen.
Selbstverständlich stehen dem Fachmann eine Vielzahl wei¬ terer Verbindungsarteπ zur Verfügung, zum Beispiel eine Schraubverbindung. Dabei kann das aus einem anderen Material bestehende An¬ schlußstück relativ dünnwandig und damit leicht ausgebildet werden, was die Handhabbarkeit insgesamt weiter begünstigt.
Dem Fachmann stehen darüber hinaus eine Vielzahl von Werk¬ stoffen zur Verfügung, aus denen er den Aπschlußteil be¬ ziehungsweise Anschlußteilabschπitt herstellen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein temperaturbeständiger, vorzugsweise im Temperatur¬ bereich bis 1.200° C beständiger Stahl vorgeschlagen, zum Beispiel ein Chrom-Nickel-Stahl. Beispielhaft wird eine Chrom-Nickel-Stahlqualität mit 18 bis 25 Gewichts¬ prozent Chrom und 8 bis 20 Gewichtsprozent Nickel vorge- schlagen. Anstelle von Nickel kann beispielsweise auch Kobalt als Legierungselemeπt eingesetzt werden, um die gewünschte Temperaturbeständigkeit des Stahls zu erzielen.
Durch die erfiπdungsgemäße Ausbildung wird neben der bes- seren Handhabbarkeit und leichteren Montage sowie der Möglichkeit des Einsatzes preiswerterer und leichterer Materialien auch ein geringerer elektrischer/Wärmever¬ lust erreicht.
Da bei Heizelementen nach dem Stand der Technik, die voll¬ ständig aus Molybdändisilicid bestehen, der Heizleiter ein Drittel und jedes Anschlußende ein weiteres Drittel der Kosten ausmacht, ergibt sich aufgrund der erfindungs- gemäßeπ Ausbildung auch insoweit ein Kostenvorteil neben den genannten Ersparnissen durch längere Lebensdauer und geringere Bruchempfindlichkeit der Bauteile
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Heizelementes ermöglicht es in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch, den Anschlußteil beziehungsweise Anschlu߬ teilabschnitt, der aus einem anderen Material besteht, so auszubilden, daß im Abstand vor seinem freien hinteren Ende ein elektrisches Anschlußstück ausgebildet wird. Dieses Aπschlußstück soll dabei vorzugsweise so angeordnet werden, daß es bei der Montage des Heizelementes in einer Ofenwand oder -decke noch in der Wand oder Decke verläuft, so daß die elektrische Verbindung zum benachbarten Anschlu߬ stück innerhalb der Ofenwand beziehungsweise des Ofenmauer¬ werkes erfolgt. Hierdurch können die elektrischen und thermischen Verluste weiter minimiert werden.
Als zusätzliche Maßnahme zur Förderung des vorgenannten Zwecks sieht die Erfindung vor, daß der Anschlüßteil oder Anschlußteilabschπitt so ausgebildet ist, daß er an seinem freien hinteren Ende mit einem elektrisch und thermisch isolierenden Bauteil, beispielsweise einem feuerfesten keramischen Isolierstein, abgedichtet werden kann.
So können sowohl Stern- als auch Reihenschaltungen der verschiedenen Heizelemente ohne weiteres leicht vorgenommen werden .
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weitere Patentansprüchen sowie den übrigen Beschreibuπgsunterlageπ.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Ansicht in Figur 1: ein Heizelement nach dem Stand der Technik
Figur 2: eine Ausführuπgsfor eines erfiπdungsgemäßen
Heizelementes ?
Figur 3: eine Klemmverbindung eines erfindungsgemäßen
Heizelementes
Figur 4: eine Schaltanordnuπg für eine Mehrzahl erfindungs- gemäßer Heizelemente
Figur 5: eine weitere Ausführungsform einer Schaltung einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Heizelemente.
Das in Figur 1 dargestellte Heizelement nach dem Stand der Technik besteht aus einem U-förmig abgebogenen Heizteil 10 mit zwei Schenkeln 12,14" und zwei sich an diese an¬ schließenden Anschlußteilen 16,18, an deren frei« Enden 20,22 (nicht dargestellte) elektrische Anschlüsse anklemm- bar sind.
Das Heizelement besteht vollständig aus Molybdändisilicid Der Heizteil 10 weist einen Durchmesser von 6 mm auf, während die Anschlußteile 16,18 einen Durchmesser von jeweils 12 mm besitzen.
Der Übergangsbereich zwischen den Schenkeln 12,14 des Heizteils 10 zu den Anschlußteilen 16,18 ist konisch sich erweiternd ausgebildet. Der Heizteil 10 ist an den Anschlu߬ teil (die Anschlußteile 16,18) angeschweißt. In Figur 2 ist eine erste Ausführungs orm eines erfindüπgs- gemäßen Heizelementes dargestellt. Dieses weist wiederum einen U-förmig gestalteten Heizteil 30 mit zwei Schenkel¬ abschnitten 32,34 auf, die analog der Ausführuπgsform gemäß Figur 1 über einen konisch sich erweiternden Abschnit 36,38 in den aus zwei Teilen bestehenden Anschlußteil 40,42 übergehen.
Die Anschlußteile 40,42 sind jeweils zweiteilig ausgebil- de , wobei die dem Heizteil 30 zugewandten Abschnitte
44,46 wie der Heizteil 30 aus Molybdändisilicid bestehen, während die hinteren freien Anschlußteilabschnitte 48,50 aus einem Chrom-Nickel-Stahl der Qualität 25/15 bestehen.
Oie Abschnitte 44,46 der Anschlußteile 40,42 sind mit den hinteren Aπschlußabschnit en 48,50 über jeweils eine Klemmverbindung 52,54 elektrisch leitend angeschlossen.
Die externen elektrischen Anschlüsse erfolgen 'wie beim Stand der Technik.
Die Anordnung ist so gewählt, daß bei einer Temperatur des Heizteiles 30 von circa 1.400° C die hinteren Anschlu߬ abschnitte 48,50 in dem Teil der Ofeπwand angeordnet sind, in dem Temperaturen unterhalb von 1.000° C herrschen. Damit liegen die hinteren Anschlußteilabschnitte 48,50 aus Chrom-Nickel-Stahl auch in dem Bereich, bei dem das Heizelement eine Temperatur von 600 bis 800° C aufweist, also in dem für Molybdäπ-Oisilicid-Bau eile kritischen Bereich. Dieser Temperaturbereich beeinflußt die Festigkeit des Stahls jedoch in keiner Weise. Bei einem Verbrauch des Heizelementes, das hier also aus dem Heizteil 30 sowie den vorderen Anschluß eilabschnit en 44,46 besteht, brauchen nur noch diese Teile gegenüber den Klemmverbindungen 52,54 gelöst und ein neuer Einsatz auf den verbleibenden hinteren Aπschlußteilabschnitteπ 48,50 festgelegt werden. Dadurch ergeben sich erhebliche Kostenvorteile. Außerdem ist gerade der durch mechanische Belastungen in Anspruch genommene hintere Teil des Heiz¬ elementes aus dem mechanisch unempfindlicheren Stahl herge¬ stellt, so daß sich auch insgesamt eine geringere Spröd- bruchempfiπdlichkeit ergibt.
In Figur 3 ist eine erfinduπgsgemäße Klemmverbindung dar¬ gestellt. Der Anschlußteil 60 besteht dabei aus einem zylinderförmigeπ Rohrabschnitt 62, in dessen vorderes freies Ende 63 eine Klemmhülse 64 hineinragt, die sich zum freien vorderen Ende 63 des Rohrabschnittes 62 hin erweitert und nach außen vorsteht sowie einen endseitigen uπvlaufendeπ Flaπschrand 65 aufweist. An ihrem rückwärtigen Ende weist die Klemmhülse 64 einen verjüngten Abschnitt 66 mit einem Innengewinde auf, in den eine Zugstange 68 hineinragt, die an ihrem vorderen freien Ende 70 ein zum Innengewinde der Klemmhülse korrespondierendes Außengewinde aufweist .
Die Zugstange 68 ragt nach hinten über je eine zylindrische Öffnung in im Abstand stehenden Zwischenwänden 72,80 des Rohrabschπittes 62 vor und weist zwischen diesen einen außenseitigen Flansch 74 auf. Der außenseitige elektrische Anschluß ist bei 76 vorgesehen.
Durch Verschrauben der Zugstange 68 gegenüber der zum Beispiel geschlitzten Klemmhülse 64 wird diese nach hinten (Pfeilrichtung F) gezogen und klemmt dabei den vorderen Aπschlußteilabschnitt 76 eines Heizelementes 78 fest. Das Heizelement 78 kann durch Drehung der Zugstange 68 in umgekehrte Richtung und damit Freigabe der Klemmhülse 64 gegenüber dieser wieder gelöst und dann herausgenommen werden. Dabei stützt sich der Flansch 74 jeweils an den Zwischenwänden 72,80 ab.
In den Figuren 4 und 5 sind verschiedene erfindungsgemäße Heizelemente in Reihen- (Figur 4) beziehungsweise Stern- schaltung (Figur 5) dargestellt, wobei jeweils eine elek¬ trische Verbindung 81 von zwei Heizelementen im Bereich der hinteren korrespondierenden und jeweils verkürzten Anschlußstücke 48,50 der Heizelemente erfolgt. Dabei ist die Anordnung der Heizelemente insgesamt so, daß der ent- sprechende Verbindungsbereich 81 innerhalb der Ofenwand
(nicht dargestellt) angeordnet ist. Zur besseren Isolierung kann von auß^n noch ein feuerfester keramischer Isolierstein 82 vorgesetzt werden. »
Anstelle der dargestellten U-förmigen Heizelemente können selbstverständlich auch anders geformte Heizelemente auf die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weise gestaltet werden. Beispielsweise werden hier doppel-haarnadelförmig gestaltete Heizteile oder abgewinkelte Heizteile genannt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrisches Heizelement, bestehend aus einem Heiz¬ teil (30) und einem Anschlußteil (40,42,60,76), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Heizteil (30) und der Aπschlußteil (40,42,60,76) zumindest teilweise aus unterschiedlichen, elektrisch leitenden Materialien bestehen.
2. Heizelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anschlußteil (40,42,60) mit seinem dem Heiz¬ teil (30) abgewandten hinteren freien Endabschnitt (48,50,60,76) aus einem anderen Material besteht.
3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Heiz- und Aπschlußteil unmittelbar miteinander verbunden sind.
4. Heizele ent nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Heizteil (30) und gegebenenfalls ein sich daran anschließender erster Abschnitt (44,46,76) des Anschluß- teils (40,42,60,76) über ein Zwischenstück (52,54,64) mit dem Anschluß eil (abschnit ) (48,50,60,76) verbunden sind .
5. Heizelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Heizteil (30) über eine lösbare Klemmverbindung (52,54,60,64) mit dem Anschlußteil (abschnitt) (48,50,60, verbunden ist. •
6. Heizelement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Heizteil über eine Schraubverbinduπg mit dem
Anschlußteil (abschnitt) verbunden ist.
7. Heizelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Klemmverbindung (52,54,60,64) aus einem zylinder förrπigeπ Rohrabschnit (62) mit darin angeordneter konisch sich nach außen erweiternder und nach außen vorstehender Klemmhülse (64) besteht, die über eine
Zugeinrichtung (68) gegen den z lindrischen Rohrabschnit (62) unter Festlegung eines eingelegten Heizteil- oder Anschlußteilabschπittes (76,78) festlegbar ist. - 16 -
8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anschlußteil(abschnitt) (48,50) im Abstand vor seinem freien hinteren Ende mit einem elektrischen Anschlußstück (81) versehen ist.
Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der aus einem anderen Material bestehende Anschlu߬ teil(abschnitt) (40,42,60,76) und/oder das Zwischen¬ stück (52,54,64) aus einem temperaturbeständigen Ma¬ terial bestehen.
10. Heizelement nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anschlußteil(abschπitt) (40,42,60,76) und/oder das Zwischenstück (52,54,64) aus einem temperaturbe¬ ständigen, vorzugsweise im Temperaturbereich bis 1.200° temperaturbeständigen Stahl besteht.
11. Heizelement nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Anschlußteil(abschnitt) (40,42,60,76) und/oder das Zwischenstück (52,54,64) aus einem Chrom-Nickel- Stahl oder Chrom-Kobalt-Stahl besteht.
12. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Heizteil (30) aus Molybdän, einer Molybdän-. Q Silicium-Legieruπg, vorzugsweise MoSi„ , Siliciumcarbid, Wolframcarbid, Graphit oder anderen elektrisch leitenden Materialien besteht.
5
13. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Aπschlußteil(abschnitt) (40,42,60,76) so ausge¬ bildet ist, daß er an seinem freien hinteren Ende mit einem elektrisch und thermisch isolierenden Bauteil (82) abdichtbar ist.
14. Heizelement nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Bauteil (82) ein feuerfester keramischer Iso¬ lierstein ist.
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