Halterungselement aus Graphit für Heizstäbe in Industrieöfen

Abstract

 Halterungselement für Heizstäbe in Industrie­öfen müssen möglichst flexibel sein, damit sie die thermische Ausdehnung der Heizstäbe aufnehmen können. Man verwendet hierfür mit Bohrungen versehene Kreis­ringe oder Kreisringsektoren aus einer flexiblen Graphitlaminatplatte.

Beschreibung

[0001] In Industrieöfen, insbesondere in Schutzgas- und Vakuumöfen, dienen Heizstäbe aus Graphit als Heiz­elemente. Vorzugsweise sind die Heizstäbe als Graphit­rohre ausgebildet, die äquidistant über den Ofen­umfang verteilt axial in Richtung der Ofenachse ange­ordnet sind. Zur Befestigung und zur Stromzuführung werden die Heizstäbe jeweils in ihrem mittleren Bereich in einem verschraubbaren Graphitklotz gehalten. Diese Befestigungsart hat den Vorteil, daß sich während der Erwärmung die Heizstäbe frei nach den Stirnseiten des Ofens ausdehnen können. Der Stromfluß von Heizstab zu Heizstab erfolgt über Verbindungsstücke, die ent­weder aus U-förmig gebogenen Graphitrohren oder aus massiven Graphitkörpern bestehen.

[0002] Bei bestimmten Industrie-Ofentypen müssen aufgrund konstruktiver und themischer Gegebenheiten die Graphit­heizstäbe jeweils an ihren Enden, also nahe den Stirn­flächen der Ofenkammer, befestigt werden. Als Befesti­gungselemente können wiederum Graphitklötze verwendet werden. Es kommen auch Graphitringe bzw. in mehrere Sektoren geteilte Graphitringe (bei Parallelschaltung von Graphitheizstäben) zum Einsatz. Klötze und Ringe bewirken sowohl die mechanische Befestigung als auch die elektrische Zuleitung. Dadurch sind jedoch die Heizstäbe beidseitig fest eingespannt. Die thermische Längenausdehnung der Heizrohre führt daher oft zum Bruch der Graphitringe.

[0003] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Halterungselemente aus Graphit für Heizstäbe in Industrieöfen zu entwickeln, die die thermische Ausdehnung der Heizstäbe im Ofenbetrieb ohne Bruch aufzunehmen vermögen und gleichzeitig eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie aus mit entsprechenden Bohrungen versehenen Kreisringen oder Kreisringsektoren aus einer flexiblen Graphitlaminatplatte bestehen, wobei der Schichtenaufbau des Laminats senkrecht zur Heizstabachse verlaufen muß.

[0005] Die Abmessungen der Kreisringsektoren werden derart gewählt, daß die Höhe H der Kreisringsektoren größer ist als die Breite B, gemessen in Richtung der Heizstäbe. Vorzugsweise gilt 2 ≦ H/B ≦ 8.

[0006] Diese Halterungselemente aus Graphitlaminat widerstehen den Bedingungen des Ofenbetriebs, sind flexibel genug, um die thermische Ausdehnung der Heizstäbe aufzunehmen, ohne daß die mechanische Belastbarkeit dadurch verringert wird. Außerdem sind sie elektrisch gut leitfähig, so daß sie auch als Stromleiter fungieren können.

[0007] Die Halterungselemente werden derart hergestellt, daß man aus handelsüblichen Graphitlaminatplatten entsprechende Ringe herausschneidet und gegebenenfalls in Sektoren unterteilt, so daß die Heizstäbe sektionsweise unabhängig voneinander beheizt werden können. Mit Hilfe entsprechender Bohrungen in den Halterungselementen werden die Heizstäbe befestigt. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung mittels Mutter und Kontermutter.

[0008] Da der spezifische elektrische Widerstand in Preßrichtung des Graphitlaminats um den Faktor 1/65 kleiner ist als quer zur Preßrichtung, werden die Laminatstreifen so geschnitten, daß Stromflußrichtung mit der Laminatlängenorientierung zusammenfällt. Da überdies der spezifische elektrische Widerstand des Graphitlaminats in Schichtrichtung gleich dem von Massivgraphit ist (

10Ω µm), verändern sich elektrische Kennwerte des Ofens nicht.

[0009] Durch den Laminatschichtenaufbau des Haftleitungselements senkrecht zur thermischen Dehnungsrichtung der Heizstäbe, ist des Halterungselement flexibel genug, um Auslenkungen von unterschiedlichem Betrag und unterschiedlicher Richtung an den Einspannstellen der Heizstäbe zu widerstehen.

[0010] Durch geeignete Wahl des Querschnitts der Kreisringsektoren (im Rahmen der Variationsseite von H und B), läßt sich der Ohm'sche Widerstand der Sektoren relativ zum Ohm'schen Widerstand der Heizleiter einstellen. Damit kann die dem Ofen an den Stirnflächen zugeführte Heizleistung variiert werden, d.h. die Befestigungselemente als zusätzliche Heizelemente im Ofenraum.

[0011] Die Abbbildung zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungselemente. Zwei Heizstäbe (2) sind an beiden Enden in je einem Halterungselement (1) aus Graphitlaminat mittels Mutter (3) und Kontermutter (4) befestigt, wobei die Halterungselemente (1) an diesen Stellen Bohrungen aufweisen. Die Halterungselemente (1) sind ihrerseits über Graphitklötze (5), die die Ofenisolation (6) durchdringen, an der Ofenwandung befestigt. Der Schichtenaufbau des Graphitlaminats verläuft senkrecht zur Heizstabachse.

Ansprüche

1. Halterungselemente aus Graphit für Heizstäbe in Industrieöfen,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus mit entsprechenden Bohrungen versehenen Kreisringen oder Kreisringsektoren aus einer flexiblen Graphitlaminatplatte bestehen, wobei der Schichtenaufbau des Laminats senkrecht zur Heizstabachse verlaufen muß.

2. Halterungselemente nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe H und die Breite B in Heizstabrichtung der Kreisringsektroen durch die Formel 2 ≦ H/B ≦ 8 festgelegt ist.

Zeichnung