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Heizpatrone für Elektroöfen Die Erfindung betrifft eine Heizpatrone
für Elektroöfen, z. B. Muffelöfen, die bei verhältnismäßig hohen Temperaturen um
180Ö° C und höher im wesentlichen als Strahlungsheizkörper betrieben wird.
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Für Heizelemente von Widerstandsöfen mit hohen Betriebstemperaturen
werden im allgemeinen Siliciumverbindungen wie Siliciümcarbid oder Molybdänsilicid
als Werkstoffe verwendet. Alle diese und ähnliche Elemente werden als stab- oder
schleifenförmige Vollkörper hergestellt. Für Temperaturen über 1800° C sind jedoch
auch diese Werkstoffe nicht geeignet, zumal bei Heizstäben als Molybdänsilicid noch
als weiteres Problem die Erscheinung hinzutritt, daß bei Temperaturen zwischen 400
und 700° C unter dem Einfiuß von Sauerstoff ein oxydativer Zerfall eintritt.
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Es ist auch bereits bekannt, derartige Glühschleifen in keramisches
Material einzubetten, um die bei sehr hohen Temperaturen eintretende plastische
Verformung des Heizelementes unwirksam zu machen. Wegen der schlechten Wärmeableitung
der keramischen Einbettmasse tritt jedoch hierbei eine starke Überhitzung des Heizteiles
ein, die zu einer raschen Zerstörung des Elementes führt.
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Schließlich sind auch aus einem Stück gefertigte, aus Verbindungen
des Siliciums mit Elementen der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems hergestellte
Heizteile bekanntgeworden. Da auch bei diesen Heizelementen die Gefahr der Überhitzung
des Glühteilkernes und des Entstehens von Gasen im Inneren unvermindert besteht,
hat man versucht, diesem durch rohrförmige Ausbildung und Vorsehen von Schlitzen
sowie Öffnungen im Rohrelement zu begegnen.
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Abgesehen davon, daß die Reaktion des Siliciums mit Oxyden zu flüchtigen
Siliciumoxyden dadurch nicht verhindert werden kann, wird durch die Schlitze und
Öffnungen ein unterschiedlicher Widerstand über die Länge und den Querschnitt des
Heizelementes erzeugt, was vielfach unerwünscht ist, so daß meist besondere Vorkehrungen
getroffen werden müssen, um dem entgegenzuwirken.
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Es sei noch bemerkt, daß bei Schmelzöfen in das Schmelzgut eintauchende
Heizkörper verwendet werden, die aus einem in einem Schutzgehäuse an gekühlten Stromzuführungen
aufgehängten Heizwiderstand mit darüberliegenden gestaffelt angeordneten Querwänden
bestehen. Es ist ohne weiteres verständlich, daß der Werkstoff für das Schutzgehäuse
bei derartigen Heizkörpern im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit gegen Metallschmelzen
bestimmt werden muß, wie sich überhaupt der Gesamtaufbau dieses Heizkörpers auf
das Eintauchen in das Schmelzgut ausrichten muß.
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Im Gegensatz hierzu liegt der Erflndung die Aufgabe zugrunde, für
Elektroöfen eine Heizpatrone zu schaffen, die im wesentlichen als Strahlungsheizkörper
bei Temperaturen um 1800° C betrieben werden kann, ohne daß die vor allem bei den
auf Siliciumbasis hergestellten Heizkörpern vorstehend erläuterten Nachteile auftreten.
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Gemäß der Erfindung besteht das Gehäuse der Patrone aus rekristallisierter
Tonerde. Eine derartige Heizpatrone wird mit einem an sich bekannten Heizelement
aus Molybdän oder Wolfram ausgerüstet, wobei in dem rohrförmigen Gehäuse eine Schutzgasatmosphäre
aufrechterhalten wird.
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Man gewinnt somit einen widerstandsfähigen Strahlungskörper, der nur
relativ geringe Mengen von Schutzgas benötigt und bei dem trotzdem nicht die Gefahr
der Oxydation des Heizleitermaterials besteht. Die Oberfläche des Heizelementes
ist gleichmäßig, und es kann daher nicht die Gefahr von örtlichen Überhitzungen,
unterschiedlicher Abstrahlung usw. wie bei den bisher bekannten Elementen auftreten.
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Das Gehäuse ist mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Umwälzen
des Schutzgases im Gehäuse versehen. Es ist möglich, das Gehäuse an seinem einen
Ende geschlossen, am anderen Ende offen zu halten und mit einer Verschlußkappe zu
versehen, in die eine zum Umwälzen des Schutzgases im Gehäuse bestimmte Schutzgasröhre
eingesetzt wird. Die Kappe kann aus Kupfer, Messing oder Stahl bestehen
und
gegen das Gehäuse durch einen federnden Dichtungsring, z. B. aus hitzebeständigem
Gummi oder Kunstgummi, abgedichtet sein. Das Gehäuse soll verhältnismäßig lang und
das Heizelement näher an dem geschlossenen Gehäuseende als an der Kappe angeordnet
sein. Hierdurch ergibt sich eine so niedrige Kappentemperatur, daß eine Beschädigung
des Dichtungsringes durch die Wärme vermieden wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Heizpatrone nach der Erfindung
wird das Schutzgas nicht umgewälzt, sondern in das Gehäuse eingeschlossen. Hierbei
kann das Gehäuse mit einem Gasbehälter in Form eines Tanks verbunden werden, der
groß genug ist, um einen wesentlichen Druckanstieg, als Folge eines Temperaturanstiegs
der Heizvorrichtung bis zu einem Wert der Größenordnung von 1800° C und darüber
auszuschließen.
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Vorteilhaft ist es, das Gehäuse mit einem einzigen Gasanschluß zu
versehen, durch den es mit einem Schutzgas gefüllt werden kann. Das Gehäuse wird
dabei mit einem pulverförmigen oder körnigen Stoff gefüllt, der sich zu dem Gehäusematerial
indifferent verhält und das Heizelement vollständig umgibt. Durch das Pulver in
dem Gehäuse wird das verfügbare Volumen für das Schutzgas in dem heißeren Teil des
Gehäuses, in dem das Heizelement liegt, herabgesetzt und dadurch der als Folge der
hohen Temperatur auftretende Druckanstieg gemildert.
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Das Heizelement kann als Wendel ausgebildet sein, wobei diese entweder
selbsttragend ist oder federnd gegen die Innenfläche des Gehäuses drückt. Es kann
aber auch als aufgerolltes Blech, als geschlitztes oder wendelförmig eingeschnittenes
Rohr ausgebildet sein. Sofern das Gehäuse an beiden Enden offen ist, ist es günstig,
das Heizelement als gerade Röhre oder als geraden Stab auszubilden. Es kann auch
auf die Schutzgasröhre oder eine andere vorzugsweise röhrenförmige Haltevorrichtung
aufgewickelt sein.
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Der Innenraum des Ofens kann bei Verwendung , von Heizpatronen nach
der Endung im Vergleich zum Rauminhalt der Heizpatrone groß sein.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegen-Standes nach den Ansprüchen
werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, , F i g.1 und 2 zeigen zweifach un;terbrocheneLängsschnitte.
durch zwei verschiedene Ausführungsformen von Heizpatronen nach der Erfindung.
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Irr F i g. 1 ist ein hohles röhrenförmiges Gehäuse dargestellt, das
an. seinem Unterende geschlossen und an seinem oberen offenen Ende mit einer Metallkappe
2 versehen ist. Die Kappe ist gegen das Gehäuse mit Hilfe eines Dichtungsringes
ä, abgeschlossen, der an das Gehäuse durch eine überwurfmutter4 angedrückt wird.
Die Kappe 2 weist einen stach ollen ragenden, mit Imengewinde versehenen Stutzen
S auf, in den eine Schraubhülse 6 mit Hilfe eines an ihrem unteren Ende vorgesehenen
Außengewindes eingeschraubt ist und dort eineu Dichtungsring 7 gegen eine Schutzgasröhre
8 drückt, die aus schwer schmelzbarem Stoff besteht und von der Kappe gegen das
untere Ende des Gehäuses 1 verläuft. Die Kappe weist einen unteren Gasanschluß 9
und einen oberen Gasanschluß 10 auf. Der Anschluß 10 steht mit dem Innern der Röhre
8 in Verbindung.
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Das Gehäuse l enthält ein wendelförmiges Heizelement 11, dessen eines
Ende elektrisch mit der Kappe 2 verbunden ist und dessen anderes Ende nach oben
durch die Schutagasfhm 8 und durch einen Dichtungsstöpsel 12 geftrt ist, der im
oberen Ende der Schraubhülse 6 sitzt. Der Stöpsel 12 kann aus keramischem Stoff,
aus Gummi oder aus Kunstgummi bestehen. Das Ende des Heizelementes ist im Stöpsel
12 abgedichtet. Falls erwünscht, kann das Heizelement 11 auf die Schutzgasröhre
8 aufgewickelt sein, und diese Schutzgasröhre kann einen größeren als den in F i
g.1 dargestellten Durchmesser haben.
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Das Gehäuse ist aus rekristallisierter Tonerde, einem hohen Temperaturen
standhaltenden Werkstoff, hergestellt, der auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und
eine niedrige elektrische Leitfähigkeit innerhalb seines Arbeitstemperaturbereiches
besitzt.
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Die Schutzgasröhre 8 soll eine Temperaturbeständigkeit und Isolationseigenschaften
haben, die nicht unter denen des Gehäuses 1 liegen, Wird andererseits die Schutzgasröhre
$ aus schwer schmelzbarem Material, z. $. Molybdän, hergestellt, dann muß, das Heizelement
gegen die Röhre isoliert und die elektrische Verbindung des Heizelementes in der
Kappe isoliert werden.
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Wie die Zeichung zeigt, hat das Heizelement 11 einen beträchtlichen
Abstand vom Oberende des Gehäuses 1. Dieses ist daher erheblich kälter als das untere
Ende, was für die Dichtungsringe 3 und 7 vorteilhaft ist.
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Die Schutzgasröbre 8 steht über das untere Ende des Heizelementes
11. hervor, damit sichergestellt wird, daß Glas Schutzgas über das ganze Heizelement
strömt, das ein gutes Steck oberhalb des Gehäusebodens endet, damit Wärmespannungen
am Gehäuseboden auf einen Mindestwert herabgesetzt werden.
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Sofern das Heizelement 11 aus Molybdän oder Wolfram besteht,
kann das durch das Gehäuse 1 umgewälzte Schutzgas Wasserstoff sein, Besteht das
Heizelement 11. aus Tautal, so kann als Schutzgas Argon: verwendet werden.
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Falls erwünscht, kann eine Wasserkühlung für die Kappe vorgesehen
werden. Das Gehäuse 1 kann auch an beiden Enden offen und an jedem Ende mit einer
geeigneten Verschlußkappe versehen sein.
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Eine weitere Ausführungsform der Reizpatrone nach der Erfuidung ist
in. F i g, 2 dargestellt Diese weist ein röhrenförmiges Gehäuse 2(i mit geschlossenem
unterem Ende auf. An ihrem offenen oberen Ende trägt sie eine Verschlußkappe 21
mit einem durch ein Ventil verschließbaren Anschluß 22, durch den das Gehäuse mit
einem Schutzgas, wie Wasserstoff oder Argon, gefüllt werden kann. Anstatt hin;-durchzuströmen,
verbleibt das Schutzgas im Gehäuse 20. Das Gehäuse 20 enthält ein gewendeltes Heizelement
23, dessen eines Ende elektrisch mit der Kappe 21 verbunden ist und dessen anderes
Ende nach oben durch die Kappe 21 hindurchgeführt und in dieser durch einen Schmelzpfropfen;
24 abgedichtet ist.
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Das untere Ende des Gehäuses 20 enthält eins Pulver 2$, das sich gegenüber
dem Gehäusematerial aus rekristallisierter Tonerde indifferent verhält und in das
das Heizelement 23 eingepackt ist.
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Die Zwischenräume in denn Pulver werden. von dem Schutzgas ausgefüllt.
Das Gasvolumen. in dem vom Pulver altgefüllten Gehäuseteil ist jedoch klein, und
da dies der heißeste Teil des Gehäuses ist, wird durch das Vorhandensein des Pulvers
der von der ansteigenden Temperatur im Gehäuse hervorgerufene Druckanstieg erheblich
gemildert.
Patentschutz wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit
der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich einer Rückbeziehung.