Anordnung der Heizelemente in einem elektrisch beheizten Ofen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung der Heizelemente in einem elektrisch beheizten Ofen, mit einem festen Boden und einem außen angeordneten Traggerüst, sowie mit einem Ofenraum, an dessen senkrechten Innenwänden stabförmige Heizelemente horizontal parallel übereinander liegen, wobei sich die Enden der Heizelemente auf Tragvorrichtungen abstützen, die mit muldenartigen Vertiefungen versehen sind und aus feuerfestem Material bestehen.

[0002] Eine Anordnung der Heizelemente vorstehend bezeichneter Art in einem elektrisch beheizten Ofen ist aus der DE-A 2 754 034 bekannt. Wegen der geringen Bauhöhe der Retorten-Heizkammer liegen bei diesem Ofen an den Seitenwänden jeweils nur zwei Heizelemente parallel übereinander. Die Hauptheizleistung wird am Boden und an der Decke aufgebracht. Die seitlich angeordneten Heizleiter liegen in E-förmigen Tragsteinen. Derartige Tragsteine können aber wegen der Wärmeausdehnung und wegen hoher Produktionskosten nicht mit beliebig vielen Mulden versehen sein.

[0003] Zum Stand der Technik ist auch die DE-C 372 789 zu nennen, die eine Anordnung mit auswechselbaren, stabförmigen Heizelementen beschreibt, wobei Heizplattenelemente, in deren Nuten Widerstandsleiter liegen, auf Köpfen von Doppel-T-förmigen Schienenstücken ruhen, die mit ihren Füßen frei verschiebbar in den die Ofenwandungen durchlaufenden Nuten lagern. Die letztgenannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Lagerung der Schienenstücke nur in sehr festem Material erfolgen kann. Die dazu geeigneten Werkstoffe, beispielsweise Schamotte, sind jedoch relativ kostspielig. und erfordern hohe Stundenleistungen bei Einbau (Mauerung) und Abbau bei Verschleißerscheinungen.

[0004] Weiterhin ist aus der US-A 1 472138 eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Heizelement-Anordnung bekannt, bei der eine Vielzahl von Ziegeln oder Blöcken für die Aufnahme von Heizelementen übereinander in Rücksprüngen der inneren Ausmauerung befestigt ist. Diese Ziegel oder Blöcke sind nur in Verbindung mit der genannten inneren Ausmauerung verwendbar, nicht jedoch vertikal stapelbar als selbsttragende Elemente. Dies bedeutet, daß ein nicht-tragendes, wenig festes Isoliermaterial in diesem Ofentyp nicht verwendbar ist.

[0005] Bekannt ist außerdem ein Heizwiderstandsträger (DE-C 509 287), bei dem perlenartig Tragklötze auf einem Stab aufgereiht sind. Genutete Fugen verlaufen zwischen den einzelnen Tragklötzen quer zur Richtung des Aufhängestabes. Nachteilig ist hierbei, daß es in der derartig geschichteten Anordnung nur sehr umständlich möglich ist, einzelne defekte Teile herauszunehmen.

[0006] Schließlich wird auf die US-A 3 705 253 als bekannte Konstruktion verwiesen. Keramische Teile sind bei dieser übereinander angeordnet und jeweils einzeln über Bolzen mit der Ofenhülle (« shell ») verbunden. Diese Anordnung der Heizelemente erfordert einen hohen Montageaufwand. Weiterhin ist anzunehmen, daß über die Verbindung zur Ofenhülle Wärmebrucken geschaffen werden, über die erhebliche Wärmeverluste eintreten.

[0007] Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Anordnung von Heizelementen zu schaffen, bei der die Tragelemente für die Heizstäbe selbsttragend und stapelbar sind ohne feste Verbindung mit der Ofenwand und bei der das in der Ofenwand liegende Isolationsmaterial aus nicht-tragendem, relativ wenig festem Material bestehen kann. Trotzdem soll die Anordnung die Möglichkeit bieten, daß die Seitenwände des Ofens eine gleichmäßige Beheizung aufweisen. Daneben soll eine einfache Konstruktion es ermöglichen, bei Aufbau und Reparatur die Heizelemente in einfacher Weise auswechselbar zu machen.

[0008] Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Anordnung von Heizelementen in einem elektrisch beheizten Ofen der eingangs genannten Art, bei der bei Verwendung von nichttragendem Faser-Isoliermaterial als Wandisolation die Tragvorrichtungen als stapelbare Einzelelemente mit L- oder T-förmiger Gestalt ausgebildet sind, die zu stehenden Säulen zusammengestellt sind, die auf dem Boden des Ofens ohne tragende Verbindung mit einer Wand ruhen, wobei die Einzelelemente unter Zuhilfenahme eines Versteifungselementes zu einer tragenden Säule gestapelt sind.

[0009] Im Gegensatz zum eingangs zitierten Stand der Technik bilden die Tragvorrichtungen freie stehende Säulen, die Mulden aufweisen, in denen die Heizelemente in Abstand voneinander ruhen. Die Einzelemente benötigen keine tragende Verbindung mit der Wand. Wesentlich ist, daß die aus Tragelementen sich zusammensetzenden Säulen auf der Basis des Ofens ohne tragende Verbindung mit der Wand ruhen. Damit können die Seitenwände des Ofens aus nicht-tragendem Isoliermaterial bestehen, beispielsweise gepreßtem Fasermaterial und dergleichen, welches wesentlich preisgüngstiger einzubauen ist, als feuerfestes Steinmaterial, wie es insbesondere bei dem Ofen gemäß DE-A 372 789 verwendet worden ist.

[0010] Um den Stapel zu verfestigen, sind, wie bereits angedeutet, Versteifungselemente wie Bolzen oder Stäbe, geeignet. Vorzugsweise sind daher die Einzelelemente mit Bohrungen und/oder Nuten versehen, die im Stapel fluchten. Derartige Nuten, vorzugsweise an der dem Ofeninneren abgewandten Seite angebracht, dienen auch als Kabelschächte für die Zuführungen der Stromleitungen.

[0011] Bei größeren Stapelhöhen ist es erforderlich, das Zusammenfallen der Säulen dadurch zu verhindern, daß nichttragende Verbindungsstreben zu dem außenliegenden Ofengerüst eingebaut werden.

[0012] Als Halteelemente eignen sich insbesondere diejenigen, die auch bereits in der eingangs genannten DE-A 2 754 034 beschrieben worden sind, nämlich röhrenförmige Elemente, auf die in Spiralform ein Widerstandsdraht locker gewickelt ist. Die Trageelemente bestehen aus einem Hochfeuerfest-Material auf Schamotte-Basis mit Beimischungen von Alumunium- und Zirkon-Oxiden. Ein solches Material ist beispielsweise unter dem Warenzeichen « LUCARIET » der Firma Nederlandse Keramische Bedrijven im Handel.

[0013] Das Trageelement soll vorzugsweise so geformt sein, daß es im Preßverfahren aus verformbarer Keramikmasse hergestellt und später gebrannt werden kann. Hierbei können auch später im Stapel fluchtende Bohrungen und/oder Nuten eingelassen sein. In diese Vertiefungen können dann Versteifungselemente, wie Stangen und dergleichen, hineingeschoben oder elektrische Leitungen eingelassen sein.

[0014] Weitere Eigenschaften der Anordnung von Heizelementen gemäß Erfindung werden Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind, die Figuren der Zeichnung zeigen :

Figur 1 einen mit Heizelementen bestückten Glühofen;

Figur 2 einen Schnitt durch den Ofen gemäß Figur 1 entlang der Linie A... A ;

Figur 3 einen Schnitt längs einer horizontalen Ebene durch den Ofen gemäß Figur 1 ;

Figur 4 in perspektivischer Darstellung ein Trageelement zur Halterung der Heizelemente.

[0015] In Figur 1 ist ein Ofen gemäß Erfindung im Schnitt dargestellt. Es handelt sich um einen stationären Einkammer-Wärmebehandlungsofen für den diskontinuierlichen Betrieb. Der Ofen hat äußerlich eine etwa quaderförmige Gestalt ; Einlaßtüren sind nicht dargestellt. Hierzu kann beispielsweise eine der Wandungen getrennt von den übrigen verfahrbar sein, so daß die gesamte Höhe des Ofens als Einlaßhöhe genutzt werden kann.

[0016] Der geschlossene Heizteil 1 des Ofens ruht auf einer Basis 2. Die äußere Festigkeit des Ofens wird im wesentlichen vermittelt durch ein Gerüst 3, welches im Bereich der Basis 2 in einem Fußgestell 4 endet. Die Streben des Fußgestells sind durch eine Bodenplatte 5 miteinander verbunden, auf die zunächst eine feste erste Isolierschicht 6 sowie feste zweite und dritte Isolierschichten 7, 8 aufgelegt sind. Die Isolierschichten bestehen aus verschiedenen feuerfesten Isoliersteinen.

[0017] Auf dem durch die Isolierschichten 6-8 gebildeten Boden sind in Abstand stehende Säulen 10, 10', 11, 11' gestellt, die aus Einzelelementen 12 bestehen, die zu einem Stapel geschichtet sind. Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, haben die Säulen 10, 10' einen Abstand, der durch die Länge der Heizelemente 14, 15 bestimmt ist. Letztere sind als runde Hohlstäbe aus hochfeuerfestem Material gefertigt und mit lose gewickelten Heizdrahtspiralen umwickelt. Die Enden der Heizelemente 14, 15 stützen sich in den Einzelelementen 12 ab, wobei letztere also Tragevorrichtungen bilden. Hierzu sind sie mit muldenförmigen Vertiefungen 16 bzw. 16' versehen (vgl. Figur 4).

[0018] Wesentliche Eigenschaft der Einzelelemente bzw. Tragvorrichtungen 12 ist, daß diese untereinander alle gleich gestaltet sind, als Körper aus keramischer Masse im Preßverfahren herstellbar sind und sowohl in einem links- als auch rechtsliegenden Stapel 10, 10' ohne Änderung verwendet werden können. Gemäß Figur 1 können beispielsweise ohne weiteres zehn Einzelelemente 12 übereinander gestapelt werden. Im dargestellten Fall ist dann eine Unterbrechung eingebaut, um eine Strebe 18 nach außen zu führen, wobei mit Hilfe einer Verschraubung und Einrastung die weiter höher gestapelte Säule vor einem Zusammenfallen bewahrt wird. Die WandIsolation des Ofens wird aus Faserisoliermaterial gebildet, d. h. aus einem nichttragendem Material ; im vorliegenden Falle handelt es sich um geschnittene, keramische Fasern, bei denen die Fasern mit ihren Abschnitten in Richtung der Heizquelle zeigen oder untereinander verfilzt sind. Die Fasern bestehen aus einem Gemisch von Aluminium- und Siliziumoxiden. Für höhere Wärmebeanspruchung können sie auch aus Zirkonoxid oder aus A1₂0₃ oder Zr0₂-Gemischen hergestellt sein. Damit können Temperaturen bis 1 400 °C bewältigt werden. Die Steifigkeit und die Tragfähigkeit des Isolierteiles wird durch die Gerüst- und Binderkonstruktion gewährleistet, an der das Isoliermaterial gehalten ist. Dies geschieht vorzugsweise durch durch das Gerüst hindurchgeführte Bolzen, die mit Andrückscheiben versehen sind. Wesentlich ist, daß die Säulen der Trageelemente lediglich auf dem Boden ruhen und daß ihr Gewicht nicht von der Wandung des Ofens gehalten werden muß.

[0019] Figur 4 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Heizelement bzw. eine Tragvorrichtung, wie sie bei dem Ofen gemäß Erfindung Verwendung findet. Das Einzelelement 12 besteht einstückig aus einem feuerfestem Material, das als Einzelstück gepreßt ist. Die einzelnen Teile werden anschließend gebrannt. In die Wandung des L-förmigen Einzelelementes sind dabei auf dem den Heizelementen abgewandten Seiten Leiter-Führungsnuten 22, 22' eingelassen. Es ist damit möglich, entlang der Höhe des Elementstapels and jeder beliebigen Stelle Stromzuführungen zu den Heizelementen zu bringen, so daß der Ofen beispielsweise in der Höhe verschiedene Heizzonen besitzt. Im Knickbereich der beiden Schenkel 23, 24 des Einzelelementes ist eine durchgehende Bohrung 26 vorgesehen, in der beispielsweise ein temperaturfester Stab 25 eingesetzt werden kann, der den Stapel als Einzelelement hält. Selbstverständlich ist möglich, statt einer Bohrung 26 auch mehrere vorzusehen. Gleiches gilt für die dargestellten Nuten 22, 22'. Ferner können auch quer zur Grundfläche liegende Nuten oder Bohrungen vorgesehen sein, um die Drahtzuführung zu gewärleisten. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es güngstiger ist, beim Zusammenbau an bestimmten Stellen mit einem Steinbohrer nachträglich Bohrungen wie gewünscht anzubringen. Auch sind andere Herstellungsverfahren für die Einzelstücke möglich, z. B. Strangpreßverfahren mit Nachbearbeitung.

[0020] Das Einzelelement weist, wie bereits kurz erwähnt, eine muldenförmige Vertiefung 16 auf, die Teil einer etwa ovalen Senke 27 ist, die mit einem nach außen führenden Einsatzkanal 28 verbunden ist. Der Einsatzkanal 28 hat eine Weite, so daß die Heizelemente 14 mit ihren Enden gerade eingeschoben werden können und dann in der muldenförmigen Vertiefung 16 einzulegen sind. Dabei ist die Senke 27 mit zwei Vertiefungen 16, 16' ausgestaltet, so daß das Einzelelement 12 auch auf den Kopf gestellt werden kann (Rechts-Links-Vertauschung).

[0021] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß anstelle eines diskontinuierlich arbeitenden Kammerofens auch ein Retortenofen mit Wand mit derartigen Heizelement-Auflage-Vorrichtungen versehen werden kann. Wesentlich ist, daß die Heizelemente die Möglichkeit eröffnen, ohne Rücksicht auf die Tragfähigkeit der Ofenwandungen zahlreiche Heizelemente unterzubringen, die eine gleichmäßige Beheizung des Ofeninneren ermöglichen.

[0022] Darüber hinaus ist selbstverständlich auch möglich, Boden und Decke mit Heizelementen zu bestücken. Hierfür sind beispielsweise Aufhängemöglichkeiten bekannt, die der eingangs genannten Offenlegungsschrift 2754034 entnommen werden können. Die Auflage- und Heizelemente können auch in einfacher Weise eingebaut und ausgewechselt werden, wobei es lediglich erforderlich ist, daß das Versteifungselement aus dem Stapel herausgezogen wird und dieser dann bis zu einer bestimmten Höhe abgebaut wird.

Ansprüche

1. Anordnung der Heizelemente in einem elektrisch beheizten Ofen, mit einem festen Boden (5, 6, 7, 8) und einem außen angeordneten Traggerüst (3), sowie mit einem Ofenraum, an dessen senkrechten Innenwänden stabförmige Heizelemente (14, 15) horizontal parallel übereinanderliegen, wobei sich die Enden der Heizelemente auf Tragvorrichtungen abstützen, die mit muldenartigen Vertiefungen (16, 16') versehen sind und aus feuerfestem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von nichttragendem Faserisoliermaterial als Wandisolation die Tragvorrichtungen als stapelbare Einzelelemente (12) mit L- oder T-förmiger Gestalt ausgebildet sind, die zu stehenden Säulen (10, 10', 11, 11') zusammengestellt sind, die auf dem Boden (5, 6, 7, 8) des Ofens ohne tragende Verbindung mit einer Wand (23, 24) ruhen, wobei die Einzelelemente (12) unter Zuhilfenahme eines Versteifungselementes (25) zu einer tragenden Säule gestapelt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente Bohrungen (26) und/oder Nuten (22, 22') besitzen, die im Stapel (10, 10') fluchten.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (23, 24) des Einzelelementes (12) auf den den Heizelementen abgewandten Seiten Leiter-Führungsnuten (22, 22') tragen.

4. Anordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelsäule aus Einzelelementen mit nicht-tragenden Verbindungsstreben mit dem außerhalb der Wärmeisolationsschicht liegenden Ofengerüst (3) starr verbunden ist.

Claims

1. Arrangement of the heating elements in an electrically heated furnace, comprising a solid bottom (5, 6, 7, 8) and an exteriorly arranged supporting frame (3), as well as a furnace compartment the vertical inner walls of which have horizontally disposed thereon rod-shaped heating elements (14, 15) one above the other in parallel with each other, with the ends of the heating elements resting on support devices provided with trough-shaped recesses (16, 16') and formed of a refractory material, characterized in that, when using non-supporting fibrous insulation material as the wall insulation, the support devices are formed as stackable separate elements (12) of an L- or T-shaped configuration, which are assembled into upright columns (10, 10', 11.11'), said columns resting on the bottom (5, 6, 7, 8) of the furnace without any supporting connection or joint to a wall (23, 24) with the separate elements (12) being stacked to form a supporting column with the aid of a reinforcing element (25).

2. The arrangement according to claim 1, characterized in that the separate elements are provided with bores (26) and/or grooves (22, 22') which are aligned with each other in the stack (10, 10').

3. The arrangement according to claims 1 or 2, characterized in that the walls (23, 24) of the separate element (12) include guide grooves (22, 22') for electrical conductors in the sides opposite from the heating elements.

4. The arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the stacked column formed of separate elements is rigidly joined to the furnace frame (3) located exteriorly of the thermal insulation layer by non-supporting connecting struts.

Revendications

1. Agencement des élements chauffants dans un four chauffé électriquement comportant un fond fixe (5, 6, 7, 8) et une ossature-support (3) agencée extérieurement, une chambre de four près des parois verticales intérieures de laquelle des éléments chauffants en forme de barre (14, 15) sont disposés horizontalement et parallèlement, les uns au-dessus des autres, les extrémités de ces éléments chauffants prenant appui sur des dispositifs-supports munis de cavités (16, 16') en forme de cuvette et faits d'une matière thermiquement réfractaire, caractérisé en ce que, de la matière isolante non porteuse faite de fibres étant utilisée comme isolation de paroi, les dispositifs-supports sont réalisés sous forme d'éléments individuels empilables (12) ayant une forme de L ou de T, lesquels sont assemblés en colonnes verticales (10, 10', 11, 11') reposant sur le fond (5, 6, 7, 8) du four, sans assemblage à une paroi (23, 24) pour les supporter, les éléments individuels (12) étant empilés en une colonne portante avec l'assistance d'un élément d'étayage (25).

2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments individuels possèdent des trous (26) et/ou des rainures (22, 22') qui sont alignés dans la pile (10, 10').

3. Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les parois (23, 24) de l'élément individuel (12) portent des rainures (22, 22') de passage de conducteurs sur les côtés non tournés vers les éléments chauffants.

4. Agencement selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la colonne formée par une pile d'éléments individuels est rigidement liée, par des jambes d'assemblage, à l'ossature (3) du four située à l'extérieur de la couche d'isolation thermique.

Zeichnung