DE3224612A1

DE3224612A1 - Stuetzvorrichtung fuer elektrische widerstandselemente

Info

Publication number: DE3224612A1
Application number: DE19823224612
Authority: DE
Inventors: Ewald R. 53122 Elm Grove Wis. Werych
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Technologies Inc
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1983-01-27
Also published as: CA1167509A; JPS6338554Y2; JPS5844787U; US4403329A

Description

3 TER meer . Müller ■ STEiNMEisfEÄ : - : - General: Signal Corp

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Stützvorrichtung für elektrische Widerstands- oder Heizelemente gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Stützvorrichtungen schließen ein wärmeisolierendes Material ein, mit dem die Wände eines Ofens oder dergleichen ausgekleidet sind und das die Heizelemente trägt. Aus Gründen der Energieersparnis sind industrielle Prozeßwärme-Öfen mit einer Wärmeisolierung von geringem Gewicht versehen, die üblicherweise durch eine Art Keramikfaser-Material gebildet ist. Eine bestimmte Ausführungsform derartiger Isolierungen ist durch matten- oder bahnförmiges Keramikfasermaterial gebildet, während eine andere Art durch sogenannte vakuumgeformte Keramikfaser-Elemente oder Module gebildet ist.

Bei der Konstruktion elektrisch beheizter öfen besteht ein wesentliches Problem darin, ein drahtförmiges Widerstandselement an den Schichten des Keramikfaser-Isolationsmaterials zu befestigen, das das Innere des Ofens auskleidet. Bisher sind die meisten Keramikfaser-Isolationen durch ^{das er}~ wähnte matten- oder bahnförmige Isolationsmaterial gebildet, das an der inneren Oberfläche des Ofenmantels angebracht ist.

Die elektrischen Widerstandselemente werden in verschiedenen Formen hergestellt. Die gebräuchlichste Form ist die eines mäander- oder schlangenförmig gebogenen Stabes oder Drahtes, der an den Seitenwänden des Isolationsmaterials abgestützt oder aufgehängt ist. Da das elektrische Widerstandselement ein erhebliches Gewicht aufweist, muß die Stützvorrichtung verhältnismäßig aufwendig sein. Dies liegt zum Teil auch daran, daß vermieden werden muß, daß die Widerstandselemente mit dem äußeren Stahlrr.antel des Ofens kurzgeschlossen werden.

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Eine spezielle Art der Anbringung der Widerstandselemente ist durch eine Veröffentlichung der Firma Sanders Industries mit dem Titel "Pyroblock Electric Element Systems" bekannt. Die darin beschriebene Stütz- oder Aufhängevorrichtung kann als Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Die in der genannten Veröffentlichung beschriebene Stützvorrichtung umfaßt jedoch eine Ofenauskleidung, die durch das zuvor erwähnte bahnförmige feuerfeste Material oder Fasermaterial gebildet ist. Diese Vorrichtung umfaßt keramische Röhren oder Stäbe/ die in die feuerfesten Matten aus Fasermaterial eingebettet sind. Die Rohre oder Stäbe werden von Haken auf einer Anzahl von in Abstand angeordneten Stäben erfaßt, deren andere Enden ähnliche Haken zum Erfassen der in Abstand zueinander verlaufenden Schleifen des schlangenförmigen elektrischen Widerstandselements aufweisen.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Befestigung von Heizelementen an Isolierungen, die durch Keramikfaser-Elemente oder Module gebildet sind, wie sie beispielsweise unter dem Warenzeichen "Moldatherm" der Fa. L±ndberg- Inc. vertrieben werden. Diese Keramikfaserelemente weisen eine verhältnismäßig große Dichte von etwa 0,2 Gramm pro Kubikzentimeter gegenüber 0,09 bis 0,12 Gramm pro Kubikzentimeter bei bahn- oder mattenförmigem Keramikmaterial auf. Die keramischen Elemente werden durch ein Bindemittel in ihrer Form gehalten, das dem feuerfesten Fasermaterial eine wesentlich größere mechanische Festigkeit verleiht, so daß die elektrischen Widerstandselemente auf den keramischen Elementen abgestützt werden können.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine kostengünstig herzustellende Stützvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine sehr einfache Befestigung der elektrischen Widerstandselemente an den Keramikfaser-Elementen gestattet.

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Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Eine erfindungsgemäße Stützvorrichtung umfaßt in die Keramikfaser-Elemente der Isolierung einführbare Stifte, an denen jeweils eine Haltedraht befestigt ist. Die Haltedrähte umgeben jeweils eine um 180 ° gebogene Schleife des schlangenförmigen Widerstandselements. Die Stifte sind ferner mit Einrichtungen zur festen Verankerung in dem Keramikfaser-Element versehen.

In einem speziellen Ausführungsbexspiel erstreckt sich der Haltedraht durch eine öffnung des Stiftes. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem Haltedraht an dem Stift eine durch einen gebogenen Draht gebildete Klammer vorgesehen, deren Enden zusammengedrückt sind und die teilweise in den rohrförmig ausgebildeten Stift eingeführt ist. Der Haltedraht ist zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß er durch die Klammer verläuft und somit die Klammer verankert, wenn diese soweit wie möglich in den rohrförmigen Stift eingeführt ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. 25

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Stützvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der gesamten

Stützvorrichtung mit einem in ein Keramikfaser-Element eingebetteten Stützelement, das ein elektrisches Widerstandselement abstützt;

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Fig. 3 ist eine Vorderansicht der Stütz- . vorrichtung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der er

findungsgemäßen Stützvorrichtung.

Wie vor allem in Fig. 1 zu erkennen ist, umfaßt die Stützvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Aufhänger- oder Befestigungsstift in Form eines einfachen Rohres 10. Dieses Rohr besteht vorzugsweise aus einem Legierungsmaterial, das als Legierung 600 ( alloy 600 ) bekannt ist ,und weist typischerweise einen Außendurchmesser von 3/8 Zoll (9,5 mm) und eine Wandstärke von 0,028 Zoll (0,7 mm) auf. Hierdurch ist eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitung und ein geringes Gewicht der Vorrichtung gewährleistet.

Die Stützvorrichtung umfaßt ferner einen Haltedraht 12, durch den gemäß Fig. 3 ein elektrisches Widerstandselement 14 an dem Befestigungsstift festgelegt ist. Der Haltedraht 12 umgibt Schenkel 14A, 14B einer Schleife des Widerstandselements 14, dessen gekrümmter Abschnitt 14G über das äußere Ende des Rohres 10 verläuft und darauf abgestützt ist. Der Haltedraht 12 ist in eine durch das Rohr 10 verlaufende öffnung 16 eingepaßt. Wenn das Rohr 10 an einem Keramikfaser-Element 18 montiert ist, befindet sich die öffnung 16 in einer dicht an dem Keramikfaser-Element 18 gelegenen Position.

Das Rohr 10 weist eine Anzahl in Abstand zueinander angeordneter Ausnehmungen oder öffnungen 20 auf. Im gezeigten Beispiel sind drei Ausnehmungen 20 in das Rohr 10 eingeschliffen. Die Positionen der Ausnehmungen 20 sind zufällig über die Länge des inneren Abschnitts oder Verankerungsab-

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Signal Corp.

Schnitts des Rohres 10 verteilt. Durch die Ausnehmungen oder öffnungen 20 dringt Bindemittel in das Innere des Rohres 10 ein, so daß das Rohr 10 innen versiegelt wird. Da das keramische Fasermaterial der Isolierung bei hohen Temperaturen schrumpft und andererseits die Metall-Bauteile der Stützvorrichtung infolge termischer Ausdehnung oder Schrumpfung erhebliche Bewegungen ausführungen, ist es erforderlich, den Befestigungsstift oder das Rohr 10 derart zu verankern, daß er nicht aus dem Keramikfaser-Element 18 herausgezogen werden kann. Wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen ist, wird das Rohr 10 dadurch in dem Keramikfaser-Element 18 verankert, daß in diesem Element 18 eine 5/16 Zoll-(8 mm)- Bohrung 22 angebracht wird, die unter einem Winkel von beispielsweise 30 bis 45 ° gegen die Horizontale geneigt ist. Es hat sich gezeigt, daß eine gute Verankerung erreicht wird, wenn die Bohrung 22 teilweise mit einem flüssigen Bindemittel wie etwa kolloidalem Siliciumdioxyd (silica) gefüllt und dann vollständig mit Zement ausgefüllt wird.

Mit der Stützvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 wurden eine Anzahl von Versuchen durchgeführt, bei denen das Element 18 zur Schrumpfung und zur Aushärtung des Zements auf etwa 815 ° Celsius (1500 ° Fahrenheit) erwärmt wurde. Die vakuumgeformten feuerfesten Keramikfaser-Elemente waren derart auf einer Halterung aus Holz angebracht, daß der auf die Befestigungsstifte oder Rohre 10 ausgeübte Zug direkt nach unten gerichtet war. Die gemäß Fig. 2 verankerten Rohre 10 hielten einer Belastung von 45 kg (100 pounds) stand. Obwohl die Versuchsdauer bei diesem Versuch nicht so lang war, wie bei Versuchen mit einem anderen Ausführungsbeispiel, ist unter Kostengesichtspunkten das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 aufgrund seiner geringeren Herstellungskosten dem anderen getesteten Ausführungsbeispiel vorzuziehen. Die Befestigungsvorrichtung hielt in jedem Fall einer in der beschriebenen Weise angreifenden Last von 45 kg

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s-band.

Das oben erwähnte andere Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist in den Fällen vorzuziehen, in denen das Heizelement oder Widerstandselement an einem an einer Decke oder dergleichen des Ofens montierten Keramik-Element befestigt werden muß. Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu den Ausnehmungen 20 in dem Rohr 10 eine Klammer 30 in Form eines besonders geformten Drahtes vorgesehen. Die Enden der Klammer 30 sind zusammengedrückt, so daß die Klammer teilweise in das Rohr 10 hineingeschoben werden kann. Der Haltedraht 12 ist in der öffnung 16 angebracht, und die Draht-Klammer 30 ist so weit wie möglich in das Rohr 10 eingeführt und mit Hilfe des Haltedrahtes 12 verriegelt. Die zusammengedrückten Enden 3OA der Klammer 30 ragen aus dem Verankerungs- oder Fußende des Rohres 10 heraus und erstrecken sich in das getränkte Keramikfaser-Element 18. Typischerweise sind die gebogenen Enden der Klammer 30, d.h., die Enden 3OA, etwa einen Zoll (2,54 cm) lang und erstrecken sich ca. 5/8 Zoll (ca. 16 mm) nach außen. Die Stützvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. wies unter allen getesteten Stützvorrichtungen die größte Stabilität auf. Sie hielt während des Versuchs der Belastung von 45 kg (100 pounds) 16 Tage lang stand und hätte bei Fortsetzung des Versuchs voraussichtlich noch länger gehalten.

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister TÄSee J!" MÜ"er Artur-Ladebeck-Strasse 51 D-8O00 MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1 General Signal Corporation LI-113 St/Wi/la -t Juli 1982 General Signal Corporation High Ridge Park, Stamford, Connecticut 06904 USA STÜTZVORRICHTUNG FÜR ELEKTRISCHE WIDERSTAND SELEMENTE Priorität: 6. Juli 1981, USA, No. 280,745 PATENTANSPRÜCHE

1. Stützvorrichtung für elektrische Widerstands- oder Heizelemente, mit einer durch Keramikfaser-Elemente gebildeten, die Heizelemente tragenden isolierenden Auskleidung der inneren Oberfläche eines Ofenmantels oder dergleichen, gekennzeichnet durch wenigstens einen in das oder die Keramikfaser-Elemente (18) einführbaren Stift (10), einen in einer öffnung (16) des Stiftes (10) befestigten, das Widerstandselement (14) umgebenden und in seiner Position festlegenden

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Haltedraht (12) und Einrichtungen (20,30) zur Verankerung des Stiftes (10) in dem Element (18).

2. Stützvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η n-

zeichnet, daß der Stift durch ein Rohr (10) gebildet ist.

3. Stützvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (16) zur Aufnähme des Haltedrahtes (12) nahe dem äußeren Ende des Stiftes (10), außerhalb eines in das Element (18) einführbaren Verankerungsbereiches des Stiftes (10) angebracht ist.

4. Stützvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verankerung des Stiftes (10) Ausnehmungen oder öffnungen (20) umfassen, die auf der Länge des Stiftes (10) verteilt sind.

5. Stützvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η nze ichnet, daß die Ausnehmungen oder öffnungen (20) in dem in das Element (18) einführbaren Verankerungsbereich des Stiftes (10) angebracht sind.

6. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine in das Rohr (10) einführbare Klammer (30) mit nach außen zurückgebogenen Schleifen oder Enden (30A), die aus dem in das Element (18) einführbaren Ende des Rohres (10) herausragen.

7. Stützvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Keramikfaser-Elemente (18) öffnungen oder Bohrungen (22) zur Aufnahme der Stifte (10) aufweisen.

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8. Stützvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikfaser-Material des Elements (18) eine Dichte von annähernd 0,2 Gramm pro Kubikzentimeter (13 pounds / cubic foot ) aufweist.

9. Stützvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein die Bohrung (22) bzw. das Innere des Rohres (10) ausfüllendes Bindemittel.

10. Stützvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Zement ist.

11. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) sich unter einem Winkel von etwa 30 bis 45 ° abwärts gegen die Horizontale geneigt in das Element (18) erstreckt.