DE3328431C2 - Elektrischer Heizkörper für eine isostatische Heißpreßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Heizer-Aufbau vom Stapel-Typ beschrieben, der sich insbesondere für große isostatische Heißpreßvorrichtungen eignet und der eine Anzahl von aufeinandergestapelten Heizeinheiten enthält, um eine vertikale Reihe von unabhängig steuer- bzw. regelbaren Heizzonen zu bilden. Dieser Heizer ist gekennzeichnet durch einen allgemein zylindrischen Heizer mit einem Haltekäfig, der von einer Anzahl ringförmiger Graphitglieder, die als Gürtel-Rahmen dienen, und einer Anzahl von graphitischen Stützsäulen besteht, die als vertikale Rahmen dienen, wobei die ringförmigen Glieder und die Stützsäulen durch elektrische Isolatoren miteinander verbunden sind und in jeder der Heizzonen eine Reihe von unterteilten Abschnitten um den Heizer-Haltekäfig bilden, und durch segmentartige graphitische Heizelemente, die in den entsprechend unterteilten Abschnitten des Heizer-Haltekäfigs durch Isolatoren gehalten sind, um in jeder Heizzone einen unabhängigen Heizkreis zu bilden.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Heizkörper für eine isostatische Heißpreßvorrichtung zum Behandeln eines oder mehrerer Werkstücke in einer Hochtemperatur- und Druckgasatmosphäre, bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Heizelementgruppen aus Graphit, die eine Reihe von unabhängig Steuer- bzw. regelbar vertikalen Heizzonen bilden.

Bei derartigen Heizkörpern, wie sie beispielsweise aus der GB-PS 11 78 677 bekannt sind, wird wegen der großen Temperatur- sowie Druckbelastungen für die Heizelementgruppen widerstandsfähiges und preiswertes Graphit benutzt. Bei größeren Heizkörpern mit mehreren übereinander angeordneten Heizelementgruppen ergeben sich jedoch Probleme infolge einer unzureichenden mechanischen Stabilität der Heizelemente als selbsttragende Gebilde des Heizkörpers. Ein weiteres Problem besteht darin, daß beim Austauschen der Heizelemente auch die tragenden Gebilde des Heizkörpers auseinandergebaut werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Heizkörper der im Oberbegriff genannten Art so zu gestalten, daß er ohne mechanische Stabilitätsprobleme auch sehr groß ausgebildet werden kann und eine leichte Austauschbarkeit der Heizelemente aufweist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein elektrischer Heizkörper der im Oberbegriff genannten Art durch die im Kennzeichen von Anspruch I aufgeführten Merkmale aus. Da die Graphitheizelemente in dem zusammenhängenden Trägerkörper über Isolatoren gehalten sind, können sie sehr leicht ausgewechselt werden, ohne den Trägerkörper selbst zu zerlegen. Außerdem eignet sich dieser Aufbau auch für sehr große Heizkörper, weil die Graphitheizelemente keine selbsttragenden Gebilde des Trägerkörpers darstellen.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen elektrischen Heizkörper in einer Vorderansicht, wobei Teile weggelassen sind,

Fig. 2 bis 4 Schnitte längs der Linien A-A, B-B und C-CausFig. 1,

F i g. 5 in einer vergrößerten Vorderansicht einen Teil des elektrischen Heizkörpers und

Fig.6 in einer vergrößenen Draufsicht denselben Teil des Heizkörpers.

Ein in F i g. 1 dargestellter elektrischer Heizkörper 1 dient für eine Verwendung in einer Ofenkammer einer isostatischen Heißpreßvorrichtung und ist in Form eines normalen Zylinders oder eines Polygonal-Zy linde rs für eine konzentrische Anordnung in einem zylindrischen Raum der Ofenkammer ausgebildet. Der Heizkörper umgibt ein oder mehrere Werkstücke zum gleichförmigen Erhitzen derselben durch Umgebungswärme. Der Heizkörper 1 hat eine Reihe von übereinander befindlichen Heizzonen 3 (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel obere, mittlere und untere Heizzonen), die bezüglich der Wärmeleistung unabhängig voneinander steuerbar sind. Der Heizkörper entsteht durch Zusammenbauen einer Mehrzahl von Graphitheizelementen 4 zu einer zylindrischen Form unter Verwendung eines zylindrischen Trägerkörpers 2.

Gemäß den F i g. 1 bis 5 besteht der Trägerkörper 2 aus einer Mehrzahl von Graphitringen (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier Graphitringen) und einer Mehrzahl von vertikal angeordneten Graphitstützsäulen 6 (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus sechs Graphitstützsäulen), die an äquidistanten Position an den Graphitringen 5 festgelegt sind. Hierdurch ergibt sich ein einem Käfiganker ähnelnder Trägerkörper mit jeweils sechs unterteilten Abschnitten bzw. Segmenten in jeder der oberen, mittleren und unteren Heizzonen, das heißt mit insgesamt 18 unterteilten Abschnitten bzw. Segmenten.

In den von den Graphitringen 5 und Graphitstützsäulen 6 des Trägerkörpers 2 bestimmten Segmenten werden Zickzack- bzw. mäanderförmige Graphitheizelemente 4 mittels elektrischer Isolatoren gehalten. Das Graphitheizelement 4 eines jeden Segments kann aus einem einzigen durchgehenden Gebilde oder alternativ aus zwei oder mehreren Teilen ähnlicher Form bestehen, die entsprechend der dargestellten Ausführungsform mittels Verbindungsstreifen elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.

Gemäß den F i g. 2 bis 4 befinden sich die Graphitheizelemente 4 eines jeden Segments vorzugsweise in einem Raum, der von den vertikalen Ebenen bzw. Flächen begrenzt ist, welche die inneren und äußeren Umfangsflächen der Graphitringe 5 enthalten. Dadurch können die Graphitheizelemente an den Isolatoren 7 in einfacher Weise gehalten bzw. abgestützt sein, und die Wandungsdicke des Heizkörpers 1 kann klein gehalten werden, so daß eine optimale Ausnutzung des Werkstückaufnahmeraumes in dem Hochdruckbehälter der isostatischen Heißpreßvorrichtung vorliegt.

Die den einzelnen Segmenten des Trägerkörpers 2

zugeordneten und entsprechend unterteilten Graphitheizelemente 4 müssen elektrisch so miteinander verbunden werden, daß für jede der übereinander befindlichen Heizelementgruppen ein unabhängiger Heizkreis gebildet wird. Dieses läßt sich dadurch erz.elen. daß die in seitlich angrenzenden Abschnitten bzw. Segmenten befindlichen Graphitheizelemente 4 d'i.rch flexible Graphitstreifen 8, die sich über die Isolatoren 7 erstrecken, elektrisch verbunden werden.

Gemäß F i g. 6 verlaufen zwei flexible Graphitstrt'.fen 8 geeignete/ Länge an entgegengesetzten Seiten eines hiervon umfaßten Isolators 7. Die entgegengesetzten Enden der Graphitstreifen sind an den Endschnitten der Graphitheizelemente 4 durch Schrauben oder andere Befestigungsmittel fixiert

Bei diesem Aufbau können die Fehler, die bei dem Herstellungsvorgang oder durch thermische Verformung eines größeren Heizkörpers auftreten, durch flexiblen Graphitstreifen 8 aufgefangen werden.

Die Abschlußenden der Heizzonen 3, die durch Verbinden der Graphitheizelemente 4 der entsprechenden Heizeinheit mittels der flexiblen Graphitstreifen 8 erzielt werden, sind elektrisch und mechanisch mit Elektroden 11 bis 13 verbunden, die elektrisch isoliert durch die Graphiirings verlaufen und die in symmetrischer Weise an entgegengesetzten Seiten von Thermoelementen 10 angeordnet sind, die ebenfalls durch die Graphitringe 5 geführt sind.

Wie es klar aus F i g. 5 ersichtlich ist, können die ι rennbaren Graphitheizelemente 4 der entsprechenden Segmente mechanisch stabil an den Isolatoren 7 gehalten werden, die an der Oberseite der Graphitringe 5 angebracht sind. In diesem Fall genügt es, wenn die Isolatoren 7 gemäß Darstellung unter geeigneten Abständen vorgesehen sind.

Abgesehen davon können die Graphitheizelemente 4 an den elektrischen Isolatoren 7 aufgehängt werden, die an den Graphitringen 5 fixiert und unmittelbar über den Graphitheizelementen 4 angeordnet sind. Stattdessen kann auch eine Befestigung an den elektrischen Isolatoren 7 erfolgen, die an den Graphitstützsäulen 6 fixiert sind.

Bei der dargestellten Ausführungsfcrm sind die oberen Endabschnitte der Graphitheizelemente 4 weitgehend gleichzeitig durch die Graphitstützsäulen 6 und die oberen Graphitringe 5 über den entsprechenden Heizeinheiten gehalten, und zwar über die elektrischen Isolatoren 7, die die Graphitstützsäulen 6 sowie die Graphitringe 5 mechanisch verbinden und zwischen den flexiblen Graphitstreifen 8 gehalten sind. Ferner sind die Graphitheizelemente 4 bei der dargestellten Ausführungsform auch an der Unterseite durch die elektrischen Isolatoren 7 an den Graphitringen 5 unmittelbar unter den Heizelementen 4 gehalten, um hierdurch eine stabile und sichere mechanische Abstützung zu bilden, ν Die Graphitheizelemente 4 in den entsprechenden Abschnitten bzw. Segmenten können zum Austauschen oder für andere Zwecke unabhängig voneinander leicht abgenommen werden.

Demnach sind die Graphitheizelemente in einem Trä- m> gerkörper 2 großer mechanischer und thermischer Festigkeit gehalten, so daß der gesamte Heizkörper bezüglich seines Durchmessers und der Höhe große Abmessungen erhalten kann und dennoch die Gruphiiheizelcniente in einem äußerst stabilen Zustand gehalten tn werden.

Die in Segmente unterteilte und über die elektrischen Isolatoren 7 iibizestüt/tcn Granhiihei/elemente 4. welche über die flexiblen Graphitstreifen 8 elektrisch und mechanisch mit den Graphitheizelementen 4 in angrenzenden Segmenten verbunden sind, kennen in den einzelnen Segmenten unabhängig voneinander ausgetauscht bzw. abgenommen werden Außerdem ermöglichen die Graphitstreifen 8 ein Ausgleichen von herstellungs- bzw. thermisch bedingten Toleranzen.

Da die Graphitheizelemente 4 nur an einzelnen Stellen über die Isolatoren 7 gehalten sind, kann die Anzahl der erforderlichen Isolatoren 7 reduziert werden, was zu niedrigen Produktionskosten führt. Gleichzeitig kann der Heizkörper in einer solchen Weise ausgebildet werden, daß eine Beschädigung oder Zerstörung eines Graphitheizelements 4 oder eines Isolators 7 durch thermische Beanspruchung infolge unterschiedlicher Wärmeexp-uisionskoeffizienten vermieden wird, wodurch sich eine weiter verbesserte mechanische Stabilität des Heizkörpers auch über eine lange Zeitperiode ergibt. Demnach können auch sehr große Heizkörper bei relativ begrenzten Produktionskosten sowie verbesserter Handhabung und Wartung erstellt werden, was insbesondere für den Heizkörper einer isostatischen Heißpreßvorrichtung von besonderer Bedeutung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Heizkörper tür eine isostatische Heißpreßvorrichtung zum Behandeln eines oder mehrerer Werkstücke in einer Hochtemperatur- und Druckgasatmosphäre, bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Heizelementgruppen aus Graphit, die eine Reihe von unabhängig steuer- bzw. regelbaren vertikalen Heizzonen bilden, ge- ίο kennzeichnet durch mehrere Grapiiitringe

(5) und mehrere vertikal angeordnete Graphitstützsäulen (6), die, mechanisch verbunden/durch elektrische Isolatoren (7)_: einen zylindrischen Trägerkörper (2) bilden, in dessen Segmente die an den Isolatoren befestigten Graphitheizelemente eingesetzt sind.

2. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) in einem Raum angeordnet sind, der von vertikalen Ebenen bestimmt ist, welche die inneren und äußeren Umfangsflachen der Graphitringe (5) enthalten.

3. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) in angrenzenden Segmenten des Trägerkörpers (2) durch flexible Graphitstreifen (8), die über die Graphitstützsäulen (6) verlaufen, elektrisch miteinander verbunden sind.

4. Elektrischer Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (4) zusätzlich über weitere an den Graphitringen (5) oder an den Graphitstützsäulen

(6) befestigte Isolatoren gehalten sind.