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TECHNIK
Abb. 6: Rasterbild eines Thermocoax-Mantelheizdrahtes
Heizelement (Abb. 5). Beide Varianten
wurden auf folgende Kriterien hin
überprüft:
• Vorheizen des leeren Ofens
• Temperaturüberwachung des
Heizeinsatzes
• Lage der Heizzone
• Heizverhalten bei wechselnden
Badständen
• Wärmefluss
• Elektrische Sicherheit
• Wartung und Instandsetzung
• Mechanische Stabilität.
Keine der beide Varianten konnte die
gewünschten Anforderungen erfüllen.
Ein weiterer Schwachpunkt war
das Aufgasungsverhalten des Isoliertiegels.
Dieser Tiegel wird in der Regel
als Einsatz für Transportpfannen verwendet.
Anwendungsbedingt ist hierbei
der Schmelzekontakt zum Tiegel
weniger als eine Stunde pro Füllung.
Bereits beim erstmaligen Vorheizen
traten erhebliche Wassermengen aus
dem keramischen Material aus. Auch
nach dem Trocknen des Tiegels in
einem externen Heißluftofen führte
die Restfeuchte immer wieder zur
Aufgasung der Schmelze.
Eine zufriedenstellende Lösung
schien mit am Markt vorhandenen
Abb. 8: Komplett montierter Tauchheizkörper
(50 mm ∅)
Komponenten nicht
realisierbar. Aus
diesem Grunde
wurde in Zusammenarbeit
mit den
Firmen Thermocoax
und Drache
ein Tauchheizer
entwickelt, der den
oben aufgeführten
Anforderungen entspricht.
Die vom Kunden
geforderten hohen
Sicherheitsanforderungen hinsichtlich
des Personenschutzes (Fehlerstrom
< 30 mA) können mit diesen
Mantelheizleitern (Abb. 6) erreicht
werden. Hierbei ist der Schutzleiter
direkt mit dem Mantel des Heizerdrahtes
verbunden. Dies stellt sicher,
dass bei einem ungewollten Schmelzekontakt
des Heizeinsatzes (Bruch
der Keramik) die Schmelze nicht unter
Spannung steht.
Bei einem Schutzrohrdurchmesser
von 50 bis 60 mm wird bereits
bei niedrigen Heizdrahttemperaturen
der benötigte Wärmestrom erzielt. Ein
weiterer Vorteil ist die Reinigung der
Keramik (Siliziumnitrid). Im Warmhaltebetrieb
liegen die Heizdrahttemperaturen
nur ca. 100 °C über der eingestellten
Schmelzetemperatur (Abb.
9). Dieser Wärmefluss wird durch
Einsatz eines speziellen Wärmeleitpulvers
im Keramikrohr und einer
optimierten Montage des Heizeinsatzes
erreicht. Einige Komponenten
Abb. 7: Keramisches Schutzrohr mit Heizleiter
und Schüttung
zur Herstellung der Tauchheizer sind
in Abb. 7 dargestellt. Der gesamte Aufbau
des Immersion Heaters (Abb. 8)
ist druckdicht und eignet sich somit
auch für den Einsatz im ND-Ofen.
Ein stabiler und sicherer Betrieb
dieser Heizertechnik ist mit einem
analogen Leistungssteller (JUMO
IGBT – Insulated-Gate-Bipolar-Transistor)
gewährleistet. Abb. 10 zeigt
den Regelkreis mit dem analogen
Leistunsgsteller. Im Gegensatz zu den
konventionellen Thyristorleistungsstellern
(Phasenanschnitt- oder Impulsgruppenbetrieb)
steuert der IGBT
seine Leistung durch verändern der
Spannungsamplitude am Heizer
(Abb. 11).
In der Regel wird der Ofen im
Warmhaltebetrieb (reduzierte Leistung)
in diesem Bereich gefahren
und ruft somit geringe elektrische
Leistungswerte ab. Die Fehlerströme
Abb. 9: Heizleitertemperatur der drei Tauchheizkörper im Warmhaltebetrieb bei 730 °C
Schmelzetemperatur
66 ALUMINIUM · 6/2007