AT526909A1 - Heating device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (1) umfassend zumindest ein Heizregis- ter (3) mit mehreren Widerstands-Heizelementen, die als Plattenelemente (4) aus- gebildet sind.The invention relates to a heating device (1) comprising at least one heating register (3) with several resistance heating elements which are designed as plate elements (4).
Description
mit mehreren Widerstands-Heizelementen. with several resistance heating elements.
Weiter betrifft die Erfindung eine Thermoprozessanlage umfassend eine Prozesskammer für einen zu prozessierenden Gegenstand und mit einer Heizvorrichtung, The invention further relates to a thermal processing system comprising a process chamber for an object to be processed and with a heating device,
die zumindest teilweise in der Thermoprozessanlage angeordnet ist. which is at least partially arranged in the thermal processing plant.
Die elektrische Beheizung von Industrieöfen mit einer Widerstandsheizung ist bekannt. Dazu durchfließt elektrischer Strom ein Heizelement mit einem entsprechenden elektrischen Widerstand, wobei Wärme frei wird. Sehr oft werden dazu stabförmige Heizelemente eingesetzt. Bei einigen Ofentypen, wie beispielsweise dem Stoßofen, sind hohe Energiedichten notwendig. Für diese Öfen werden daher normalerweise Gasheizungen bevorzugt. Aufgrund von Umweltschutzgründen bzw. der Verfügbarkeit von Brenngas ist man aber bestrebt, Gasheizungen mög-The electrical heating of industrial furnaces with a resistance heater is well known. For this purpose, electrical current flows through a heating element with a corresponding electrical resistance, releasing heat. Rod-shaped heating elements are very often used for this purpose. For some types of furnaces, such as pusher furnaces, high energy densities are necessary. Gas heating is therefore normally preferred for these furnaces. However, due to environmental reasons and the availability of fuel gas, efforts are being made to use gas heating wherever possible.
lichst durch andere Heizsystem zu ersetzen. to be replaced by other heating systems if possible.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Versorgung einer Ther-It is the object of the invention to provide a possibility for supplying a thermal
moprozessanlage mit Heizenergie zu schaffen. moprocessing plant with heating energy.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit der eingangs genannten Heizeinrichtung ge-The object of the invention is achieved with the heating device mentioned at the beginning.
löst, bei der die Widerstands-Heizelemente als Plattenelemente ausgebildet sind. in which the resistance heating elements are designed as plate elements.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Thermopro-Furthermore, the object of the invention is achieved with the thermopro-
zessanlage gelöst, bei der die Heizeinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist. process plant in which the heating device is designed according to the invention.
Von Vorteil ist dabei, dass mit den Plattenelementen ein Heizregister aufgebaut werden kann, das einem durchströmenden Gas einen relativ geringen Strömungs-The advantage here is that the plate elements can be used to build a heating register that imposes a relatively low flow rate on a gas flowing through it.
widerstand entgegensetzt. Somit kann der aufgrund des Heizregisters auftretende resistance. This means that the heat generated by the heating register can
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hen Anteil an Konvektion aufweisen, wie beispielsweise bei Haubenöfen, etc. have a high proportion of convection, such as in hood furnaces, etc.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eines, mehrere oder alle Plattenelemente einen mäanderförmigen Verlauf aufwei-According to an embodiment of the invention, it can be provided that one, several or all plate elements have a meandering course.
sen. Es ist damit möglich, einerseits eine höhere Heizleistung bereitzustellen, andererseits aber nach wie vor eine relativ kompakte Bauweise zu ermöglichen. Zudem ist damit eine einfachere Anpassung der Heizvorrichtung an Bauräume in ei-This makes it possible to provide a higher heating output, while still allowing a relatively compact design. In addition, it is easier to adapt the heating device to the installation space in a
ner bestehenden Thermoprozessanlage erreichbar. an existing thermal processing plant.
Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass der mäanderförmige Verlauf mehrere Biegungen aufweist und dass gegebenenfalls Abschnitte der Plattenelemente zwischen den Biegungen eine zueinander parallelen Verlauf aufweisen. Insbesondere letztge-To further improve these effects, it can be provided according to embodiment variants of the invention that the meandering course has several bends and that, if necessary, sections of the plate elements between the bends have a parallel course. In particular, the latter
nannte Ausführungsvariante ermöglicht eine verbesserte Raumausnutzung. This design variant enables improved use of space.
Zur besseren Einbindung der Heizvorrichtung bzw. der Plattenelement in die Thermoprozessanlage kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass in mehreren oder allen der Biegungen Aufnahmeelemente für Befestigungselemente angeordnet sind. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Heizvorrichtung ohne die Gefahr eines unbeabsichtigten Kontakts von Abschnitten eines Plattenelementes bzw. von Plattenelementen. Es sind damit auch höhere For better integration of the heating device or the plate element into the thermal processing system, according to an embodiment of the invention, it can be provided that receiving elements for fastening elements are arranged in several or all of the bends. This enables a compact design of the heating device without the risk of unintentional contact between sections of a plate element or plate elements. This also allows for higher
Strömungsgeschwindigkeiten in der Thermoprozessanlage möglich. Flow velocities in the thermal processing plant are possible.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mäanderförmige Verlauf als Doppelmäander ausgebildet ist, womit eine einfachere Kontaktierung der Plattenelemente in einem einzigen Bereich des Heizregis-According to a variant of the invention, it can be provided that the meandering course is designed as a double meander, which allows easier contacting of the plate elements in a single area of the heating register.
ters und auch eine Erhöhung der Heizleistung pro Plattenelement erreichbar sind. ter and also an increase in the heating output per plate element can be achieved.
Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Plattenelemente schaufelförmig gebogen sind, womit die Plattenelemente neben der Funktion „Heizung“ auch die Funktion einer Strömungsleitung According to another embodiment of the invention, it can be provided that the plate elements are bent in a shovel shape, whereby the plate elements, in addition to the “heating” function, also have the function of a flow line
übernehmen können. can take over.
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ment. ment.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Plattenelemente eine Plattendicke zwischen 0,5 mm und 5 mm aufweisen, womit der voranstehend beschriebene Effekt des geringen Druckverlusts wei-According to a further embodiment of the invention, it can be provided that the plate elements have a plate thickness between 0.5 mm and 5 mm, whereby the above-described effect of the low pressure loss is further
ter verbessert werden kann. ter can be improved.
Neben der voranstehend genannten Doppelmäander-Ausbildung zur Verlängerung der Heizleiterlänge kann nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass mehrere oder alle Plattenelemente zur Ausbil-In addition to the aforementioned double meander formation for extending the heating conductor length, according to another embodiment of the invention it can also be provided that several or all plate elements are used to form
dung einer Heizgruppe elektrisch in Serie geschaltet sind. connection of a heating group are electrically connected in series.
Dabei kann entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die in Serie geschalteten Plattenelemente übereinander gestapelt angeordnet sind, wobei zwischen den Plattenelementen elektrische Isolierelemente an-According to an embodiment variant of the invention, it can be provided that the plate elements connected in series are stacked one above the other, with electrical insulating elements being arranged between the plate elements.
geordnet sind. Die Stapelung ermöglicht wieder eine kompakte Bauweise. are arranged in order. The stacking again enables a compact construction.
Es kann gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass drei Heizgruppen in einer Sternschaltung oder Dreieckschaltung elektrisch miteinander kombiniert sind, womit die Gesamtheizleistung des Heizregisters er-According to an embodiment variant of the invention, it can also be provided that three heating groups are electrically combined with one another in a star connection or delta connection, whereby the total heating output of the heating register is increased.
höht werden kann. can be increased.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Thermoprozessanlage kann zur besseren Übertragung der Heizenergie vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung in einem Strömungskanal für ein gasförmiges Medium, insbesondere einem Umluftkanal, According to a variant of the thermal processing system, for better transmission of the heating energy, it can be provided that the heating device is arranged in a flow channel for a gaseous medium, in particular a circulating air channel.
angeordnet ist. is arranged.
Dabei kann der Strömungskanal auch durch einen Leitapparat mit Leitapparat-The flow channel can also be provided with a guide vane with guide vane
schaufeln gebildet sein, sodass nach einer weiteren Ausführungsvariante der blades, so that according to a further design variant of the
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von weiteren Leitschaufeln wirken. of additional guide vanes.
Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Thermoprozessanlage kann vorgesehen sein, dass diese zusätzlich noch eine gasbetriebene Heizvorrichtung aufweist. Durch die Kombination „elektrische Heizung“ „Gasheizung“ ist eine Reduktion des NOx-Anteils in den Abgasen während der nicht-optimalen Phasen, wie beispielsweise in Haltephasen mit reduzierte Brennerleistung, erreichbar. Mit der hybriden Ausgestaltung der Thermoprozessanlage ist es möglich, diese Phasen mit reduzierter Brennerleistung mittels der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zu bedienen und den Gasbrenner in diesen Phasen nicht zu betreiben. Es ist damit auch möglich, die Gesamtheizleistung des Gasbrenners zu reduzieren und die fehlende Heizleistung über die Heizvorrichtung bereitzustellen. Dadurch arbeitet der Gasbrenner über längere Phasen im optimalen Bereich, womit wiederum NOx-According to another design variant of the thermal processing system, it can be provided that it also has a gas-operated heating device. The combination of "electric heating" and "gas heating" makes it possible to reduce the NOx content in the exhaust gases during non-optimal phases, such as in holding phases with reduced burner output. With the hybrid design of the thermal processing system, it is possible to operate these phases with reduced burner output using the heating device according to the invention and not to operate the gas burner in these phases. It is also possible to reduce the total heating output of the gas burner and to provide the missing heating output via the heating device. As a result, the gas burner operates in the optimal range over longer phases, which in turn reduces NOx emissions.
Anteile des Abgases reduziert werden können. proportions of the exhaust gas can be reduced.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Thermoprozessanlage ist According to another design variant of the thermal processing plant,
diese als StoRofen, Haubenofen oder Kammerofen ausgebildet. These are designed as stoRofen, hood furnace or chamber furnace.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden For a better understanding of the invention, it is explained in the following
Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer Heizvorrichtung in Schrägansicht; Figures are explained in more detail. They each show in a simplified, schematic representation: Fig. 1 an embodiment of a heating device in an oblique view;
Fig. 2 eine Ausführungsvariante eines Plattenelementes der Heizvorrichtung Fig. 2 a variant of a plate element of the heating device
in Schrägansicht; in oblique view;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante eines Plattenelementes der Heizvor-Fig. 3 shows a further variant of a plate element of the heating device
richtung; direction;
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menden Gases; escaping gas;
Fig. 6 ein Detail einer Heizvorrichtung; Fig. 6 shows a detail of a heating device;
Fig. 7 ein weiteres Detail einer Heizvorrichtung; Fig. 7 shows a further detail of a heating device;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante einer Thermoprozessanlage; Fig. 8 shows a section of a variant of a thermal processing plant;
Fig. 9 eine Ausführungsvariante eine Thermoprozessanlage im Längsschnitt; Fig. 9 shows a variant of a thermal processing plant in longitudinal section;
Fig. 10 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsvariante einer Ther-Fig. 10 shows a section of another variant of a thermal
moprozessanlage; moprocess plant;
Fig. 11 einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsvariante einer Ther-Fig. 11 shows a section of another variant of a thermal
moprozessanlage. moprocess plant.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-To begin with, it should be noted that in the variously described embodiments, identical parts are provided with identical reference symbols or identical component designations, whereby the disclosures contained in the entire description can be transferred analogously to identical parts with identical reference symbols or identical component designations. The position information chosen in the description, such as top, bottom, side, etc., also refers to the figure directly described and shown, and these position
angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. In Fig. 1 ist eine Heizvorrichtung 1 dargestellt. information to be transferred to the new position in the event of a position change. A heating device 1 is shown in Fig. 1.
Die Heizvorrichtung 1 kann insbesondere in elektrisch beheizten Konvektionsöfen oder auch für Umbauten von Öfen mit Brennerbeheizung in zumindest teilweise elektrisch beheizte Öfen eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung 1 kann beispiels-The heating device 1 can be used in particular in electrically heated convection ovens or for converting ovens with burner heating into at least partially electrically heated ovens. The heating device 1 can, for example,
weise in sogenannten Standöfen oder in Durchlauföfen eingesetzt werden, also in be used in so-called standing ovens or in continuous furnaces, i.e. in
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zessanlagen 2 sind in den Fig. 8 bis 11 wiedergegeben. Process plants 2 are shown in Figs. 8 to 11.
Ein Industrieofen im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Ofen, der in der Metallurgie oder der Verarbeitung von anorganischen Gegenständen bzw. Gegenständen die ausschließlich aus anorganischen Rohstoffen hergestellt werden oder An industrial furnace within the meaning of the invention is in particular a furnace which is used in metallurgy or in the processing of inorganic objects or objects which are manufactured exclusively from inorganic raw materials or
worden sind, eingesetzt wird. have been used.
Nur beispielhaft sei auch angemerkt, dass die Heizvorrichtung 1 für Gegenstände aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bzw. generell Nichteisenmetallen Just as an example, it should also be noted that the heating device 1 for objects made of aluminium or an aluminium alloy or generally non-ferrous metals
oder aus Stahl verwendet werden kann. or made of steel.
Die Heizvorrichtung 1 umfasst zumindest ein Heizregister 3. Das Heizregister 3 umfasst mehrere Widerstands-Heizelemente bzw. besteht daraus. Darin wird aufgrund des elektrischen Widerstands beim Durchleiten von elektrischem Strom Wärme erzeugt. Da dieses Prinzip an sich bekannt ist, sei zur Vermeidung von The heating device 1 comprises at least one heating register 3. The heating register 3 comprises or consists of several resistance heating elements. Heat is generated in it due to the electrical resistance when electrical current is passed through. Since this principle is known per se, in order to avoid
Wiederholungen auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen. Repetitions refer to the relevant state of the art.
Die Widerstands-Heizelemente sind als Plattenelemente 4 bzw. Blechelemente The resistance heating elements are available as plate elements 4 or sheet elements
ausgebildet. Ein derartiges Plattenelement 4 ist in Fig. 2 dargestellt. Such a plate element 4 is shown in Fig. 2.
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ten ebenen Fläche begrenztes Stück eines metallischen Werkstoffes. A piece of metallic material confined to a flat surface.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass alle oder mehrere der Widerstands-Heizelemente der Heizvorrichtung 1 gleich ausgebildet sein können. Obwohl dies die bevorzugte Ausführungsvariante der Heizvorrichtung 1 ist, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass in der Heizvorrichtung 1 auch unterschiedliche Plattenelemente 4 verbaut sein können. Diese können innerhalb dergleichen Heizvorrichtung 1 oder bei Vorhandensein von mehreren Heizvorrichtungen 1 in einer Thermoprozessanlage 2 in verschiedenen Heizvorrichtungen 1 angeordnet sein. Der Unterschied kann in einer Plattendicke 5, in einer stromdurchflossenen Länge, in der Anzahl an Biegungen, im Material, etc., bzw. in Kombinationen daraus lie-It should be mentioned at this point that all or several of the resistance heating elements of the heating device 1 can be designed in the same way. Although this is the preferred embodiment of the heating device 1, it is possible within the scope of the invention that different plate elements 4 can also be installed in the heating device 1. These can be arranged within the same heating device 1 or, if there are several heating devices 1 in a thermal processing system 2, in different heating devices 1. The difference can be in a plate thickness 5, in a length through which current flows, in the number of bends, in the material, etc., or in combinations thereof.
gen. gen.
Im Folgenden wird nur ein Plattenelement 4 näher beschrieben. Die Ausführungen dazu können jedoch auf weitere oder alle Plattenelemente 4 der Heizvorrichtung 1 In the following, only one plate element 4 is described in more detail. However, the explanations can be applied to other or all plate elements 4 of the heating device 1
übertragen werden. be transferred.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante des Plattenelementes 4 ist eine bevorzugte. Das Plattenelement 4 kann aber auch gänzlich anders aussehen. Beispielsweise kann das Plattenelement 4 in der einfachsten Form ein gerader, flacher Stab sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante weist das Plattenelement 4 jedoch einen mäanderförmigen Verlauf auf mit Biegungen 6 (auch als Scheitelbereiche bezeichenbar) und Abschnitten 7 zwischen den Biegungen 6. Die in Fig. 2 konkret dargestellte Anzahl an Biegungen 6 und dementsprechend an Abschnitten 7 ist nicht einschränkend zu verstehen. Die konkrete Anzahl kann sich u.a. an der gewünschten Gesamtheizleistung und/oder an der Einbausituation der Heizvorrichtung 1 richten. Beispielsweise kann ein Plattenelement 4 zwischen zwei und 50, insbesondere zwischen 6 und 45, beispielsweise zwischen zehn und 40, The embodiment of the plate element 4 shown in Fig. 2 is a preferred one. However, the plate element 4 can also look completely different. For example, the plate element 4 can be a straight, flat bar in its simplest form. In the preferred embodiment, however, the plate element 4 has a meandering course with bends 6 (also referred to as apex areas) and sections 7 between the bends 6. The number of bends 6 and corresponding sections 7 shown in Fig. 2 is not to be understood as limiting. The specific number can depend on the desired total heating output and/or the installation situation of the heating device 1, among other things. For example, a plate element 4 can have between two and 50, in particular between 6 and 45, for example between ten and 40,
derartige Biegungen 6 aufweisen. have such bends 6.
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den Biegungen 6 eine zueinander parallelen Verlauf aufweisen. the bends 6 have a parallel course to each other.
Der Abstand 8 zwischen den Abschnitten 7 kann zwischen 1 mm und 50 mm be-The distance 8 between the sections 7 can be between 1 mm and 50 mm.
tragen. carry.
Eine Breite 9 der Abschnitte 7 kann zwischen 2 mm und 100 mm, insbesondere A width 9 of the sections 7 can be between 2 mm and 100 mm, in particular
zwischen 10 mm und 60 mm, betragen. between 10 mm and 60 mm.
Die Plattendicke 5 kann zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 2 mm, betragen. Die Plattenelemente 4 sind also relativ dünn ausgebildet, sodass sie einen geringen Strömungswiderstand aufweisen. Es sei dazu auf die Fig. 5 verwiesen, die die Heizvorrichtung 1 in Strömungsrichtung (senkrecht The plate thickness 5 can be between 0.5 mm and 5 mm, in particular between 1 mm and 2 mm. The plate elements 4 are thus relatively thin, so that they have a low flow resistance. Reference is made to Fig. 5, which shows the heating device 1 in the flow direction (vertical
auf die Papierebene) darstellt. to the paper plane).
Eine Gesamtlänge eines Plattenelements 4 in Stromflussrichtung kann zwischen A total length of a plate element 4 in the direction of current flow can be between
100 mm und 3 m betragen. 100 mm and 3 m.
Das Plattenelement 4 kann durch entsprechende Umformung eines geraden Rohlings hergestellt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Plattenelement 4 in die gewünschten Form gegossen wird. Bevorzugt wird das Plattenelement 4 jedoch aus einem Blech mittels eines Trennverfahrens herausgeschnitten, beispiels-The plate element 4 can be produced by appropriate forming of a straight blank. It is also possible for the plate element 4 to be cast in the desired shape. Preferably, however, the plate element 4 is cut out of a sheet metal by means of a separation process, for example
weise mit einem Laser oder einem Wasserstrahl. for example with a laser or a water jet.
Das Plattenelement 4 umfasst zumindest einen metallischen Werkstoff bzw. besteht daraus. Beispielsweise kann es aus einer Kanthal®-Legierung, einer The plate element 4 comprises or consists of at least one metallic material. For example, it can be made of a Kanthal® alloy, a
Nikrothal®-Legierung oder einer Inconel®-Legierung bestehen. Nikrothal® alloy or an Inconel® alloy.
Wie die Fig. 3 und 4 beispielhaft verdeutlichen, kann der mäanderförmige Verlauf des Plattenelements 4 auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise können an-As shown in Fig. 3 and 4, the meandering course of the plate element 4 can also be designed differently. For example,
stelle der runden Biegungen 6 rechtwinkelige Übergänge 10 zwischen den Ab-place of the round bends 6 right-angled transitions 10 between the
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mentes 4 nebeneinander angeordnet sind. mentes 4 are arranged next to each other.
Zur Ausbildung des Heizregisters 3 können die Plattenelemente 4 in einem Aufnahmeelement, wie z.B. einem Rahmenelement 11, angeordnet sein, wie dies in den Fig. 1, 5 und 6 beispielhaft dargestellt ist. Prinzipiell können die Plattenelemente 4 auf unterschiedlichste Art und Weise mit dem Aufnahmeelement verbunden bzw. darin oder daran angeordnet sein. Das Aufnahmeelement kann beispielsweise mit rillenförmigen Ausnehmungen versehen sein, in die die Plattenelemente 4 eingreifen können. Gegebenenfalls können diese Ausnehmungen hinter-To form the heating register 3, the plate elements 4 can be arranged in a receiving element, such as a frame element 11, as shown by way of example in Figs. 1, 5 and 6. In principle, the plate elements 4 can be connected to the receiving element in a variety of ways or arranged in or on it. The receiving element can, for example, be provided with groove-shaped recesses into which the plate elements 4 can engage. If necessary, these recesses can be
schnitten ausgeführt sein. cuts must be carried out.
In der dargestellten Ausführungsvariante sind die Plattenelemente 4 jedoch übereinander gestapelt bzw. je nach Einbaulage in einer Anordnung nebeneinander im Rahmenelement 11 aufgehängt. Dazu können die Plattenelemente 4 gemäß einer Ausführungsvariante mit Aufnahmeelementen 12 für Befestigungselemente 13 (auch als Halteelemente bezeichenbar) des Rahmenelements 11 versehen sein. Die Aufnahmeelemente 12 können als Aufnahmefahnen ausgebildet sein, die z.B. in den Scheitelbereichen der Biegungen 6 angeordnet sind, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei kann bevorzugt jede Biegung 6 mit einem derartigen Aufnahmeelement 12 versehen sein, sodass das Plattenelement 4 an jeder Biegung 6 mit dem Rahmenelement 11 verbunden werden kann. Zur Verbindung bzw. Anbindung kann das Rahmenelement 11 stabförmige Befestigungselemente 13 aufweisen, wobei diese Befestigungselemente 13 durch Durchbrüche der Aufnahmeelemente 12 der Plattenelemente 4 hindurchragen. Mit anderen Worten können die Plattenelemente 4 auf das Rahmenelement 11 aufgefädelt werden, wie dies z.B. aus Fig. 5 oder Fig. 6 ersichtlich ist. Die stab- bzw. stangenförmigen Befestigungs-In the embodiment shown, however, the plate elements 4 are stacked on top of one another or, depending on the installation position, are suspended in an arrangement next to one another in the frame element 11. For this purpose, the plate elements 4 can, according to one embodiment, be provided with receiving elements 12 for fastening elements 13 (which can also be referred to as holding elements) of the frame element 11. The receiving elements 12 can be designed as receiving lugs which are arranged, for example, in the apex areas of the bends 6, as shown in Fig. 2. In this case, each bend 6 can preferably be provided with such a receiving element 12 so that the plate element 4 can be connected to the frame element 11 at each bend 6. For connection or attachment, the frame element 11 can have rod-shaped fastening elements 13, wherein these fastening elements 13 protrude through openings in the receiving elements 12 of the plate elements 4. In other words, the plate elements 4 can be threaded onto the frame element 11, as can be seen, for example, from Fig. 5 or Fig. 6. The rod- or bar-shaped fastening
elemente 13 können von Endplatten 14 des Rahmenelementes 11 gehalten sein. elements 13 can be held by end plates 14 of the frame element 11.
Die Aufnahmeelement 12 der Plattenelemente 4 können auch anders ausgebildet The receiving element 12 of the plate elements 4 can also be designed differently
sein, wie dies beispielsweise aus Fig. 11 ersichtlich ist. as can be seen, for example, from Fig. 11.
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Bevorzugt sind die Aufnahmeelemente 12 einstückig mit dem Rest der Plattenele-Preferably, the receiving elements 12 are integral with the rest of the plate elements
mente 4 ausgebildet. ments 4 trained.
Für die gestapelte Anordnung von Plattenelementen 4 sind zwischen den Plattenelementen 4 Isolierelemente 15 vorgesehen. Die Isolierelemente 15 können sich durch die die Aufnahmeelemente 12 hindurcherstreckend angeordnet sein, wozu die Durchbrüche in den Aufnahmeelementen 12 entsprechend groß ausgeführt sein können. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind die Isolierelemente 15 hülsenförmig ausgebildet, sodass die Befestigungselemente 13 sich durch die Isolierelemente 15 hindurcherstreckend angeordnet sein können. Damit kann über die Isolierelemente 13 nicht nur die elektrische Isolierung zwischen benachbarten Plattenelementen erreicht werden, sondern auch die elektrische Isolierung zum Rahmenelement 11 (bzw. generelle zum Aufnahmeelement für die Plattenele-For the stacked arrangement of plate elements 4, insulating elements 15 are provided between the plate elements 4. The insulating elements 15 can be arranged to extend through the receiving elements 12, for which purpose the openings in the receiving elements 12 can be made correspondingly large. In the preferred embodiment, the insulating elements 15 are sleeve-shaped, so that the fastening elements 13 can be arranged to extend through the insulating elements 15. This means that not only the electrical insulation between adjacent plate elements can be achieved via the insulating elements 13, but also the electrical insulation to the frame element 11 (or generally to the receiving element for the plate elements).
mente 4). ments 4).
Die Isolierelemente 15 können aus den für elektrische Isolierelemente 15 bekannten Werkstoffen bestehen, mit der Einschränkung, dass diese Werkstoffe auch die Temperaturen in der Thermoprozessanlage 2 standhalten müssen. Aus diesem The insulating elements 15 can be made of the materials known for electrical insulating elements 15, with the restriction that these materials must also withstand the temperatures in the thermal processing system 2. For this reason
Grund werden die Isolierelemente 15 bevorzugt als Keramikelemente ausgebildet. For this reason, the insulating elements 15 are preferably designed as ceramic elements.
Wie aus Fig. 5 bzw. Fig. 6 ersichtlich ist, können zwei baulich verschiedene, hülsenförmige Isolierelemente 15 eingesetzt werden, die ineinandergesteckt werden können. Es kann damit der Zusammenbau der Heizvorrichtung 1 und die Zentrie-As can be seen from Fig. 5 and Fig. 6, two structurally different, sleeve-shaped insulating elements 15 can be used, which can be inserted into one another. This makes it possible to assemble the heating device 1 and to center
rung der Plattenelemente 4 vereinfacht werden. The assembly of the plate elements 4 can be simplified.
Für den bevorzugten Zusammenbau der Heizvorrichtung 1 kann in einem ersten Schritt das Rahmenelement 11 bereitgestellt werden, das aber an zumindest einer Seite noch keine Endplatte 14 aufweist. Danach werden auf jedes der Befestigungselemente 13 ein erstes Isolierelement 15 aufgesetzt. Diese ersten Isolierelemente 15 stützen sich an einer der Endplatten 14 ab und stellen die elektrische Isolierung zu dieser/diesen Endplatte(n) 14 her. Danach wird ein erstes Plattenelement 4 aufgeschoben, sodass die Befestigungselemente 13 durch die Aufnahmeelemente 12 hindurchragen. Die Zentrierung dieses Plattenelementes 4 erfolgt mit For the preferred assembly of the heating device 1, the frame element 11 can be provided in a first step, but this does not yet have an end plate 14 on at least one side. A first insulating element 15 is then placed on each of the fastening elements 13. These first insulating elements 15 are supported on one of the end plates 14 and provide electrical insulation to this/these end plate(s) 14. A first plate element 4 is then pushed on so that the fastening elements 13 protrude through the receiving elements 12. This plate element 4 is centered with
zweiten Isolierelementen 15, die einen zylinderförmigen Fortsatz aufweisen, der second insulating elements 15, which have a cylindrical extension, the
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von den ersten Isolierelementen 15 aufgenommen werden kann, wie dies am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist. Der weitere Aufbau des Heizregisters 3 erfolgt durch can be accommodated by the first insulating elements 15, as can best be seen in Fig. 6. The further construction of the heating register 3 is carried out by
die Wiederholung dieser Schritte. repeating these steps.
Prinzipiell kann die elektrische Kontaktierung der Plattenelemente 4 auf gegenüberliegenden Seiten der Heizvorrichtung 1 erfolgen. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind diese Anschlüsse aber auf der gleichen Seite der Heizvorrichtung 1 angeordnet. Insbesondere können dazu auch sogenannte Anschlussfahnen 16, 17 vorgesehen bzw. angeordnet und mit den Plattenelementen 4 verbunden sein. Für die elektrische Anschließbarkeit auf nur einer Seite können beispiels-In principle, the electrical contacting of the plate elements 4 can take place on opposite sides of the heating device 1. In the preferred embodiment, however, these connections are arranged on the same side of the heating device 1. In particular, so-called connection lugs 16, 17 can also be provided or arranged and connected to the plate elements 4. For electrical connection on only one side, for example,
weise als Doppelmäander ausgeführte Plattenelemente 4 eingesetzt werden. Plate elements 4 designed as double meanders can be used.
Nach einer anderen Ausführungsvariante kann auch vorgesehen sein, dass mehrere oder alle Plattenelemente 4 einer Heizvorrichtung 1 zur Ausbildung einer Heizgruppe 18 elektrisch in Serie geschaltet sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante der Heizvorrichtung 1 weist diese drei derartige Heizgruppen 18 auf. Die Heizgruppen 18 können auch auf demselben Rahmenelement 11 an-According to another embodiment, it can also be provided that several or all plate elements 4 of a heating device 1 are electrically connected in series to form a heating group 18. In the embodiment of the heating device 1 shown in Fig. 1, it has three such heating groups 18. The heating groups 18 can also be mounted on the same frame element 11.
geordnet sein, z.B. durch Zwischenplatten 19 getrennt (siehe Fig. 5). arranged, e.g. separated by intermediate plates 19 (see Fig. 5).
Zur Ausbildung der Serienschaltung der Plattenelemente 4 sind in den Endbereichen der Plattenelemente 4 alternierend (am Anfang und am Ende eines Plattenelements 4) metallische Stromverbindungselemente 19 vorgesehen, die den To form the series connection of the plate elements 4, metallic current connection elements 19 are provided alternately (at the beginning and at the end of a plate element 4) in the end regions of the plate elements 4, which
elektrischen Strom von einem Plattenelement 4 in einer ersten Ebene in ein Plattenelement 4 der darauffolgenden Ebene einleitet. Die Heizgruppe 18 wird daher introduces electrical current from a plate element 4 in a first level into a plate element 4 of the following level. The heating group 18 is therefore
„Zick-Zack“ artig vom elektrischen Strom durchflossen. Electric current flows through it in a “zig-zag” pattern.
Die Stromverbindungselemente 19 sind ebenfalls bevorzugt hülsenförmig ausgebildet. Sie können ein- oder beidseitig zylinderförmige Fortsätze aufweisen, die von benachbart angeordneten Isolierelementen 15 aufgenommen werden können. Die Stromverbindungselemente 19 können ebenfalls eine Zentrierwirkung für die The power connection elements 19 are also preferably sleeve-shaped. They can have cylindrical extensions on one or both sides, which can be accommodated by adjacently arranged insulating elements 15. The power connection elements 19 can also have a centering effect for the
Zentrierung der Plattenelemente 4 aufweisen. Centering of the plate elements 4.
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Wie in Fig. 2 anhand eines Abschnittes 7 ersichtlich ist, kann nach einer Ausführungsvariante der Heizvorrichtung 1 vorgesehen sein, dass in den Plattenelementen 4 zumindest in einzelnen Abschnitten 7, insbesondere in allen Abschnitten 7, Sicken 20 angeordnet bzw. ausgebildet sind. Die Sicken 20 können durch Umformung der Abschnitte 7 hergestellt sein. Die Sicken 20 können eine Tiefe aufwei-As can be seen in Fig. 2 based on a section 7, according to a variant of the heating device 1, it can be provided that beads 20 are arranged or formed in the plate elements 4 at least in individual sections 7, in particular in all sections 7. The beads 20 can be produced by forming the sections 7. The beads 20 can have a depth
sen, die zwischen 0,5 mm und 3 mm beträgt. which is between 0.5 mm and 3 mm.
Sämtliche Plattenelemente 4 einer Heizvorrichtung 1 können in Serie geschaltet sein. Zur Erhöhung der Gesamtheizleistung kann jedoch nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung 1 drei Heizgruppen 18 aufweisen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Diese drei Heizgruppen 18 können dabei in einer Sternschaltung oder Dreieckschaltung elektrisch miteinander kombiniert sein. Es sei dazu auf die Fig. / verwiesen, die eine Sternschaltung der drei Heizgruppen 18 zeigt. Zu sehen sind elektrische Anschlüsse 21 bis 23 für die drei Phasen P1, P2 und P3, sowie eine Sternpunktverbindung 24. Über diese elektrischen Anschlüsse 21 bis 23 erfolgt in weiterer Folge die Verbindung mit einer Stromversorgungseinheit 25 (siehe Fig. 1), über die das Heizregister 3 mit Strom versorgt All plate elements 4 of a heating device 1 can be connected in series. However, in order to increase the total heating output, according to one embodiment, the heating device 1 can have three heating groups 18, as shown in Fig. 1. These three heating groups 18 can be electrically combined with one another in a star connection or delta connection. Reference is made to Fig. 1, which shows a star connection of the three heating groups 18. Electrical connections 21 to 23 for the three phases P1, P2 and P3 can be seen, as well as a star point connection 24. These electrical connections 21 to 23 are then used to connect to a power supply unit 25 (see Fig. 1), via which the heating register 3 is supplied with power.
werden kann. can be.
Eine Thermoprozessanlage 2 kann je nach geforderter Heizleistung eine Heizvorrichtung 1 oder mehrere Heizvorrichtungen 1 aufweisen. Beispielsweise kann eine A thermal processing system 2 can have one heating device 1 or several heating devices 1 depending on the required heating power. For example, a
Thermoprozessanlage 2 zwischen einer und 20 Heizvorrichtungen 1 aufweisen. Thermoprocessing plant 2 may have between one and 20 heating devices 1.
Wie bereits voranstehend ausgeführt, wird die Heizvorrichtung 1 in einer Thermoprozessanlage 2 eingesetzt, um damit ein gasförmiges Medium, wie beispielsweise Umluft, aufzuwärmen bzw. zu erhitzen. Über dieses gasförmige Medium er-As already explained above, the heating device 1 is used in a thermal processing system 2 in order to warm up or heat a gaseous medium, such as circulating air.
folgt dann der Energieeintrag in den wärmezubehandelnden Gegenstand. then the energy is introduced into the object to be heat treated.
Eine erste Ausführungsvariante der Thermoprozessanlage 2 ist ausschnittsweise A first variant of the thermal processing plant 2 is shown in detail
in Fig. 8 dargestellt. Diese umfasst eine Prozesskammer 26 für die Aufnahme zu-shown in Fig. 8. This comprises a process chamber 26 for receiving
mindest eines zu prozessierenden Gegenstandes. Weiter umfasst die Thermoprozessanlage 2 zumindest eine der Heizvorrichtungen 1 nach der Erfindung (vor-at least one object to be processed. Furthermore, the thermal processing system 2 comprises at least one of the heating devices 1 according to the invention (preferably
zugsweise mehrere). Die Heizvorrichtung 1 kann innerhalb der Prozesskammer 13 preferably several). The heating device 1 can be arranged inside the process chamber 13
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und/oder außerhalb der Prozesskammer 13 und diese zumindest teilweise umgebend angeordnet sein. Die zumindest eine Heizvorrichtung 1 kann in einem Strö-and/or outside the process chamber 13 and at least partially surrounding it. The at least one heating device 1 can be arranged in a flow
mungskanal 27 zumindest teilweise, vorzugsweise zur Gänze innerhalb eines Gehäuses 28 der Thermoprozessanlage 2 angeordnet sein. In der dargestellten Aus-channel 27 can be arranged at least partially, preferably entirely, within a housing 28 of the thermal processing system 2. In the illustrated embodiment,
führungsvariante ist die Thermoprozessanlage 2 ein sogenannter Stoßofen. In the control variant, the thermal processing plant 2 is a so-called pusher furnace.
Der Strömungskanal 27 kann zur Gänze von der Prozesskammer 26 getrennt The flow channel 27 can be completely separated from the process chamber 26
sein, beispielsweise über ein Gasleitblech 29. for example via a gas baffle 29.
Die Thermoprozessanlage 2 kann auch noch weitere, dem Stand der Technik entsprechende Bauteile aufweisen, die jedoch in dieser Beschreibung nicht weiter erwähnt werden. Der Fachmann wird sie bei Bedarf entsprechend in der Thermopro-The thermal processing system 2 can also have other components that correspond to the state of the art, but which are not mentioned further in this description. The expert will, if necessary, identify them accordingly in the thermal processing system 2.
zessanlage 2 anordnen. process plant 2.
Je nach thermischen Prozess in der Thermoprozessanlage 2 kann das zu erhitzende gasförmige Medium ausgewählt bzw. zusammengesetzt sein. Auch dies ist Depending on the thermal process in the thermal processing system 2, the gaseous medium to be heated can be selected or composed. This is also
dem Fachmann bekannt, sodass sich weitere Erörterungen dazu erübrigen. known to the expert, so that further discussion is unnecessary.
Generell wird die Heizvorrichtung 1 vorzugsweise in Thermoprozessanlagen 2 mit einer Energiedichte von mindestens 0,5 W/cm?, insbesondere zwischen 0,5 W/cm?* bis 25 W/cm?®?, eingesetzt. Die Energiedichte ist dabei abhängig vom strömenden Medium, insbesondere der Art des Mediums, der Geschwindigkeit des Mediums In general, the heating device 1 is preferably used in thermal processing systems 2 with an energy density of at least 0.5 W/cm?, in particular between 0.5 W/cm?* and 25 W/cm?®?. The energy density depends on the flowing medium, in particular the type of medium, the speed of the medium
und der Temperatur des strömenden Mediums. and the temperature of the flowing medium.
In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsvariante einer Thermoprozessanlage 2 ausschnittweise dargestellt. Diese ist in Form eines Haubenofens gebildet. Wie auch beim StoRofen bzw. generell in der Thermoprozessanlage 2 kann ein Ventilator 30 bzw. eine Turbine vorgesehen sein, mit der das gasförmige Medium in der Prozesskammer 26 umgewälzt wird. Die Heizvorrichtung 1 kann in dem mittig und Fig. 9 shows a detail of another embodiment of a thermal processing system 2. This is designed in the form of a hood furnace. As with the StoRofen or generally in the thermal processing system 2, a fan 30 or a turbine can be provided with which the gaseous medium is circulated in the process chamber 26. The heating device 1 can be arranged in the central and
oberhalb des Ventilators 30 ausgebildeten Strömungskanal 27 angeordnet sein. be arranged in the flow channel 27 formed above the fan 30.
Die Heizvorrichtung 1 bzw. eine oder mehrere zusätzliche Heizvorrichtung(en) 1 The heating device 1 or one or more additional heating devices 1
kann/können auch in einem anderes ausgebildeten Strömungskanal 27 angeordnet sein. Beispielsweise ist dazu in Fig. 10 ein Leitapparat für ein umzuwälzendes Medium dargestellt. Der Leitapparat weist Leitapparatschaufeln 31 auf, zwischen can also be arranged in a different designed flow channel 27. For example, a guide device for a medium to be circulated is shown in Fig. 10. The guide device has guide device blades 31, between
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denen Strömungskanäle 27 ausgebildet sind. Die Leitapparatschaufeln 31 sind entsprechend gebogen ausgeführt, um damit einen entsprechenden Strömungs-which flow channels 27 are formed. The guide vanes 31 are designed to be curved accordingly in order to achieve a corresponding flow
verlauf zu erreichen. course to achieve.
Zwischen den Leitapparatschaufeln 31 bzw. zwischen zumindest einigen der Leitapparatschaufeln 31 sind nun Plattenelemente 4 der Heizvorrichtung 1 angeordnet. Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, sind die Plattenelemente 4 schaufelförmig gebogen ausgeführt. Insbesondere bilden sie zumindest annähernd die Krümmung der Leitapparatschaufeln 31 nach, womit die Plattenelemente 4 auch zur Strö-Plate elements 4 of the heating device 1 are now arranged between the guide vanes 31 or between at least some of the guide vanes 31. As can be seen from Fig. 10, the plate elements 4 are designed to be curved in the shape of a blade. In particular, they at least approximately reproduce the curvature of the guide vanes 31, whereby the plate elements 4 also serve to
mungsleitung und nicht nur zur Erhitzung des gasförmigen Mediums beitragen. conduction and not only to the heating of the gaseous medium.
Bei der Ausführungsvariante der Thermoprozessanlage 2 nach Fig. 10 sind die Plattenelemente 4 stehend zwischen den Leitapparatschaufeln 31 angeordnet, sodass sich der mäanderförmige Verlauf in vertikaler Richtung erstreckt. Zum Unterschied dazu ist in Fig. 11 dargestellt, dass die Plattenelemente 4 auch liegend angeordnet werden können. Diese Fig. 11 zeigt zudem, wie bereits voranstehend ausgeführt, dass die Plattenelemente 4 auch anders aussehen bzw. gestaltet sein können als jenes in Fig. 2. Es besteht auch hier wiederum die Möglichkeit, mehrere Plattenelemente 4 in vertikaler Richtung übereinander zu stapeln und mit Isolierelementen 15 voneinander elektrisch zu isolieren. Zusammengehalten kann der Stapel wieder über Befestigungselemente 13 werden, wie dies bereits voranste-In the variant of the thermal processing system 2 according to Fig. 10, the plate elements 4 are arranged upright between the guide vanes 31, so that the meandering course extends in the vertical direction. In contrast, Fig. 11 shows that the plate elements 4 can also be arranged horizontally. This Fig. 11 also shows, as already explained above, that the plate elements 4 can also look or be designed differently than that in Fig. 2. Here, too, it is possible to stack several plate elements 4 vertically on top of each other and to electrically insulate them from each other with insulating elements 15. The stack can again be held together using fastening elements 13, as already explained above.
hend ausgeführt wurde. was carried out.
Mit dieser Ausführungsvariante kann auch die Variabilität und Anpassbarkeit der Heizvorrichtung 1 an unterschiedlichste Gegebenheiten in bereits bestehenden This design variant also allows the variability and adaptability of the heating device 1 to a wide variety of conditions in existing
Thermoprozessanlagen 2 verdeutlicht werden. Thermoprocessing systems 2 are illustrated.
Die Heizvorrichtung 1 kann für sich alleine, in einer Gruppe von mehreren Heizvorrichtungen 1 und/oder in einer Hybridanwendung mit zumindest einem Gasbren-The heating device 1 can be used alone, in a group of several heating devices 1 and/or in a hybrid application with at least one gas burner.
ner zur Erhitzung eines gasförmigen Fluids angeordnet bzw. betrieben werden. ner for heating a gaseous fluid.
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Neben den dargestellten Beispielen „Stoßofen“ und „Haubenofen“ kann die Thermoprozessanlage 2 auch ein Kammerofen oder generell bevorzugt eine Ofenanlage mit konvektiver Erwärmung sein, wie beispielsweise auch Konvektionsöfen In addition to the examples shown, “pusher furnace” and “hood furnace”, the thermal processing system 2 can also be a chamber furnace or generally preferably a furnace system with convective heating, such as convection furnaces
für kontinuierlich laufende Bänder oder Rollenherdöfen. for continuously running belts or roller hearth furnaces.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Heizvorrichtung 1 bzw. der Thermoprozessanlage 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich The embodiments show possible variants of the heating device 1 or the thermal processing system 2, whereby it should be noted at this point that combinations of the individual variants are also possible.
sind. are.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Heizvorrichtung 1 bzw. der Thermoprozessanlage 2 For the sake of order, it should finally be pointed out that for a better understanding of the structure of the heating device 1 or the thermal processing system 2
diese nicht notwendigerweise maßstäblich dargestellt sind. these are not necessarily shown to scale.
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Heizvorrichtung Heating device
16 16
Bezugszeichenliste List of reference symbols
31 Leitapparatschaufeln 31 guide vanes
Thermoprozessanlage Thermoprocessing plant
Heizregister Plattenelement Plattendicke Biegung Abschnitt Abstand Heating register Plate element Plate thickness Bending Section Distance
Breite Width
Übergang Rahmenelement Transition frame element
Aufnahmeelement Recording element
Befestigungselement Fastener
Endplatte Isolierelement Anschlussfahne Anschlussfahne End plate Insulating element Terminal lug Terminal lug
Heizgruppe Heating group
Stromverbindungselement Power connector
Sicke Anschluss Anschluss Bead Connection Connection
Anschluss Connection
Sternpunktverbindung Star point connection
Stromversorgungseinheit Power supply unit
Prozesskammer Strömungskanal Gehäuse Gasleitblech Process chamber Flow channel Housing Gas baffle
Ventilator Fan
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