DE202004015135U1 - Tauchheizer für die Warmhaltung von Aluminiumschmelzen - Google Patents

Abstract

Tauchheizer für die Warmhaltung von Aluminiumschmelzen in der Gießereitechnik, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Heizdraht, gekennzeichnet durch eine in dem Gehäuse (10) vorgesehene elektrische, den Draht in seiner Lage fixierende Isolierung aus einem den Heizdraht (12) umgebendem mineralischem Pulver.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Tauchheizer für die Aluminiumschmelzen in der Gießereitechnik.
• Bisher werden für die Warmhaltung von Schmelzen in der Gießereitechnik im wesentlichen vier verschiedene Heizmethoden verwandt.
• So wurden bisher Strahlungsheizer um die Tiegel herum angeordnet, wobei jedoch eine Isolierwandung nach außen hin den Strahlungsheizer und den zu beheizenden Tiegel umgeben muss. Nachteilig ist dabei weiter, dass um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, der Tiegel aus einem äußerst gut wärmeleitenden Material bestehen sollte. Dieses Tie gelmaterial ist dann erfahrungsgemäß aber sehr spröde, so dass es leicht zu einem Bruch des Tiegels kommen kann, wobei zusätzlich auch die Heizung zerstört wird. Das bedeutet Ausfallzeiten oder erhebliche zusätzliche Kosten zur Sicherung der Heizung. Weiter sind durch die hohen Wärmeverluste nur geringe Wirkungsgrade erzielbar und damit die Energiekosten hoch. Zudem besteht durch die lange Regelungszeit ein weiterer Nachteil.
• In einer anderen Variante wird die Badoberfläche der Schmelze zur Einstrahlung von Wärmeenergie von oben genutzt, wobei ein solches Verfahren jedoch nur bei geringen Badtiefen und großen Badoberflächen möglich ist. Durch die erhöhte Temperatur an der Oberfläche ist die Gefahr des Abdampfens von Legierungselementen mit geringem Dampfdruck ein wesentlicher Nachteil einer derartigen Strahlungsheizung.
• Für die Warmhaltung von Aluminiumschmelzen sind zwei weitere prinzipiell mögliche Verfahren, die Gasbeheizung und die Induktionsheizung, einer Rinne oder eines Tiegels denkbar, für Aluminium jedoch nicht relevant. Wünschenswert ist eher, einen Tauchheizer zu verwenden, der direkt in der Schmelze angeordnet wird und damit den Wirkungsgrad des Systems als solches erhöht.
• Probleme mit dem Einsatz eines Tauchheizers ergeben sich weiter dadurch, daß für den Einsatz in Niederdrucköfen eine Druckdichtigkeit gefordert ist und eine Überhitzung auch bei einem Betreiben an freier Luft nicht zur Zerstörung der Heizung führen sollte.
• Weiter sollte der Heizer gasdicht sein, damit er keine Feuchtigkeit anzieht. Bisher bekannte Tauchheizungen hatten dieses Problem und mussten vor Inbetriebnahme passiv vorgeheizt und ausgetrocknet werden.
• Weiter ist durch mechanische Anforderungen in der Gießereitechnik bei Verwendung eines Keramikgehäuses ein großzügiger Rohrdurchmesser von mehr als 40 mm anzustreben, um eine gewisse Stabilität zu erreichen. Um nicht einen Kurzschluss mit der Schmelze zu erzeugen, sollte zudem eine elektrische Isolierung gegeben sein.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Tauchheizer zu schaffen, der bei großer Energieeffizienz und einem robusten Design elektrisch isoliert und gasdicht ist. Gelöst wird dies durch einen Tauchheizer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungen an.
• Vorteilhaft ist dabei, dass der eigentliche Heizdraht durch ein mineralisches Pulver isoliert ist, das durch seine Materialwahl in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verhindert, dass sich die Konstruktion bei Einhaltung bestimmter Grenzwerte nicht überhitzt.
• Die Verwendung eines Heizdrahtes mit kalten Enden (z.B. THERMOCOAX^® Heizleiter Typen TET und TUT, d.h. mit einem elektrischen Aderwiderstand, der im Verhältnis zum Heizteil im kalten Teil um einen Faktor 80 – 160 niedriger ist). Wenn also zum Beispiel im Heizteil ein Widerstand zwischen 1,5 und 5,5 Ohm/m bei 20° C herrscht, sind es im kalten Teil nur 0,02-0,07 Ohm/m, je nach Heizleiterlänge und Außendurchmesser.
• Um eine optimale Wärmeübertragung bei schon niedrigen Temperaturen zu garantieren, ist das Siliziumcarbidpulver aus mehreren einer Kornfraktion zusammengestellt worden, so daß sich ein besonderes dichter Verbund ergibt, dessen Eigenschaften besser als die nur feinen Pulvers sind.
• Durch diese Wahl der Kornfraktion lässt sich erreichen, dass das Pulver nach einem Pressen in seinem gepressten Zustand verbleibt und gleichzeitig eine Wärmeleitung auch schon bei niedrigen Temperaturen gut gewährleistet ist.
• Das äußere Gehäuse wird durch ein Siliziumnitridrohr mit einer möglichst großen Oberfläche (D ≥ 50 mm) gebildet, daß die erforderliche Stabilität bietet und die Leistung unmittelbar an die Schmelze abgeben kann. Ein Abschlussflansch weist ein Halterrohr auf, in dem die elektrischen Anschlüsse und ein Norm-Steckkontakt vorgesehen sind. Selbst an freier Luft kann mit dem erfindungsgemäßen mineralisolierten Heizer bei 890 °C der Heizer ohne Gefahr einer Zerstörung betrieben werden.
• Durch Verwendung sogenannter kalter Heizleiterenden ist es möglich, die benötigte Heizleistung am unteren Ende des Rohres zu gewährleisten, während im oberen Bereich sowie an den Heizanschlüssen relativ geringe Temperaturen auftreten.
• Dadurch kann sichergestellt werden, daß bei einer verbleibenden Restschmelze in einem nur teilweise gefüllten Tiegel diese noch immer genügend geheizt wird, wodurch sich ein höherer Produktionssausschuß pro Tiegelfüllung ergeben kann.
• Durch die überhitzungssichere Konstruktion ist es nicht nötig, bei einem Tiegelwechsel den Heizer vom Stromnetz zu nehmen, da er in freier Luft weiter glühen kann. Dadurch kann im Produktionsprozess eine Zeitverzögerung durch das Vorheizen leerer Tiegel oder erneutes Hochfahren der Heizeinrichtung vermieden werden.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:
• 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Tauchheizer.
• Der in der 1 dargestellte Tauchheizer zeichnet sich durch ein in dem Gehäuse 10 vorgesehenes, den Heizdraht 12 umgebendes mineralisches Pulver aus, das den Draht 12 in seiner Lage fixiert und elektrisch gegenüber dem Gehäuse isoliert. Der Heizdraht 12 ist dabei als Spirale zur Bildung einer Heizdrahtwendel vorgesehen.
• Das das Pulver umgebende, vorteilhafterweise durch ein Siliziumnitridrohr mit abgerundetem und geschlossenem Ende ausgebildete Gehäuse 12, in dem neben dem Heizdraht mittig ein Thermoelement 14 fest verbunden ist, stellt die mechanische Stabilität her, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass stets ein wärmeleitender Kontakt der Heizwendel zum Außengehäuse eingehalten wird.
• Beispielsweise können zwischen 50 und 100 Windungen des Heizdrahts in dem Gehäuse vorgesehen werden.
• Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführung betrachtet, bei der die Heizdrahtwendel am unteren Ende des angerundet endenden Rohrgehäuses mit Windungen anderen Spiralabstands im gleichen Rohrbereich zur erhöhten Abgabe von Heizleistung ausgebildet sind.
• Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Befestigungsmuffe, die auf ein ringförmiges Teil 18, das um das Gehäuse gelegt ist, zur Befestigung an einem Rohraufnahmeflansch dient.

Claims (6)

1. Tauchheizer für die Warmhaltung von Aluminiumschmelzen in der Gießereitechnik, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Heizdraht, gekennzeichnet durch eine in dem Gehäuse (10) vorgesehene elektrische, den Draht in seiner Lage fixierende Isolierung aus einem den Heizdraht (12) umgebendem mineralischem Pulver.
2. Tauchheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizdraht (12) mit kalten Enden vorgesehen ist.
3. Tauchheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mineralische Pulver Siliziumcarbid ist.
4. Tauchheizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumcarbidpulver in einem am Ende geschlossenen Siliziumnitridrohr als Gehäuse unter Einbettung der Heizdrahtwendel (12) eingepresst ist.
5. Tauchheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (12) mit einer von Metallflexschlauch umgebenen Anschlußleitung elektrisch kontaktiert ist.
6. Tauchheizer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdrahtwendel (12) durch variierende Spiralabstände am unteren Ende des angerundet endenden Rohrgehäuses zur erhöhten Abgabe von Heizleistung eingerichtet ist.