Elektrischer MTidei-:standsofen. Es ist bekannt, zwischen einer Serie von Widerständen eine Anzahl rechteckiger Tie gel einzuschalten, bei welchen diejenigen Wände, welche nicht den Kontakt mit den Widerständen herstellen, einfach als Strom leiter dienen, welche die einzelnen Wider standselemente untereinander verbinden.
Nur zwei entgegengesetzte äussere Oberflächen solcher Tiegel stehen mit den zugehörigen Widerständen in Kontakt. Da die Tiegel nicht vollständig in die Widerstandsmasse einge bettet sind, sind alle äussern Oberflächen der einwirkenden Wärme ausgesetzt, und es ist nicht möglich, wirtschaftlich, bezw. ohne übermässige Wärmeverluste höhere Tempera turen zu erzielen und keinesfalls höhere als das feuerfeste Mauerwerk enthält.
Man hat sodann vorgeschlagen, die Wider stände durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandsquerschnittes derart auszu bilden, dass die grösste Wärme in unmittel- barer Nähe des zwischen zwei Widerständen angeordneten, leitenden Schmelzgefässes er zeugt wird. Es ist aber klar, dass auch diese Anordnung die erwähnten Mängel auf, weist.
Endlich ist es bekannt, in einen Wider stand Tiegel oder Röhren einzubetten, welche, auch als Stromleiter dienen können, ohne dass indessen dabei Anordnungen getroffen sind, um die Wärme in der unmittelbaren Umge bung des Hohlkörpers zu konzentrieren, bezw: in wirtschaftlicher Weise höhere Tempera turen zu erzielen, als das die Widerstands masse umfassende Mauerwerk aushalten kann.
Der vorliegende elektrische Widerstands ofen besitzt miteinander abwechselnde Zonen grösseren und geringeren Widerstandes, wobei wenigstens ein als Zone geringeren Widei- standes ausgebildeter Teil mit wenigstens einem Hohlraum versehen ist, der als Arbeits= rauen zur Vornahme von chemischen und phy sikalischen Vorgängen bei hoher Temperatur geeignet ist, wobei die weniger gut und die besser leitenden Teile des Widerstandes - der= art angeordnet sind, dass 'sich- die höchsten Temperaturen lediglich in der direkten Um- gebung der hohlen,
in die Zonen grösseren Widerstandes möglichst vollständig eingebet teten Teile befinden.
Die Variationen der Stromverteilung, der Stromdichte und damit zugleich der Tempera tur innerhalb des Widerstandes können er halten werden: ct) mittelst Verwendung von besser lei tenden hohlen und nicht hohlen Teilen, wel che, in den Widerstand eingebettet, mit seinen einzelnen Teilen abwechseln, b) mittelst bestimmter Formung der bes ser leitenden Teile, und 0 mittelst bestimmter Formung der we niger gut leitenden Teile des Widerstandes, welche wegen der Natur des letzteren (Pul ver etc.) direkt mit der Form und der Anord nung der besser leitenden Teile zusammen hängt.
Die Art der Stromverteilung innerhalb des Widerstandes ist durch den praktischen Zweck des Erfindungsgegenstandes gegeben: die Ausführung von chemischen und physi kalischen Operationen bei hoher Temperatur in den in den besser leitenden Teilen ange brachten Hohlräumen. Die Anordnung ge mäss Erfindung ist wesentlich wirtschaft licher, als die bisher bekannten, nicht allein weil eine höhere Ausbeute der elektrischen Energie erzielt wird durch Vermeidung von Wärmeverlusten auf den in den Widerstän den nicht in Kontakt stehenden Seiten des Hohlkörpers und durch zweckmässige Kon zentration der Temperatur, sondern auch weil die Materialverluste, sei es bei den durch die Widerstände nicht geschützten Wänden des Hohlkörpers, oder sei es bei dem äussern Mauerwerk, trotz der Erreichung höherer Temperaturen als das Mauerwerk aushält;
praktisch ausgeschlossen sind.
Auf den beiliegenden Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele des - Erfindungs gegenstandes dargestellt, soweit dies zum Verständnis erforderlich ist.
Fig. 1 und 2 zeigen das erste Ausfüh rungsbeispiel in einem senkrechten und einem horizontalen Schnitt; Fig. 3 zeigt das zweite Ausführungsbei spiel in einem senkrechten Schnitt; Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen im Ho rizontalschnitt als drittes und viertes Aus führungsbeispiel je einen Tiegelofen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und 2 bezeichnet R das feuerfeste Mauer werk des Ofens; der punktiert gezeichnete Teil P eine Masse aus nicht besonders gut leitendem Material, beispielsweise Kohlen- oder Graphitpulver. <B>In</B> der Masse P sind Tiegel C eingebettet, welche aus besser lei tendem Material bestehen, z. B. aus reinem Graphit oder aus einer Mischung von Gra phit und feuerfesten Oxyden. Die Elektro den sind mit E' und E' bezeichnet. Die Teile P und C sind der Hauptsache nach in Serie zwischen die beiden Elektroden geschaltet.
Der Strom geht beispielsweise von der linksseitigen Elektrode E', wie in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet, durch die zwischen dieser und dem nächsten Tiegel C befindliche Schicht der Masse P aus weniger gut leiten dem Material, passiert dann die besser leiten den Wandungen des Tiegels C', verlä.sst diese auf der gegenüberliegenden Seite und fliesst dann abwechselnd durch die zwischen den Tiegeln befindlichen Schichten und die Tie- gelwandungen selbst zur andern Elektrode E\.
Wenn der Stoff, welcher in den Tiegeln physikalischer oder chemischer Einwirkung unterworfen wird, elektrische Leitfähigkeit besitzt, fliesst ein Teil des Stromes auch durch dieses, so dass er in diesem Falle annähernd in gerader Linie von einer Elektrode zur an dern geht.
Ein anderer Teil des Stromes fliesst von der Elektrode E' zur andern ausschliess lich durch die Masse P, wie dies in der Fig. 2 durch die langen Pfeile angedeutet wird; da aber in diesem Falle der durch die Masse P führende Weg ein langer ist, ist auch die Stromintensität nur eine geringe, und es stellt daher die längs dieses Weges erzeugte Wärme nur einen .geringen Bruchteil jener Wärme dar, welche zwischen den einander zuge wandten Oberflächen der Elektroden und Tiegel entwickelt wird.
Mit andern Worten: die höchsten Temperaturen bilden sich ledig- lieh in der unmittelbaren Umgebung der bes ser leitenden Teile, das ist der Tiegel, wälh- rend in der Nähe der Masse R, in welcher die Tiegel und die Masse P eingebettet sind, die Temperatur viel niederere Werte erreicht, bezw. unter dem Schmelzpunkt dieser Masse bleibt.
Diese Ausführungsform des Ofens eignet sich insbesondere für die Konstruktion von kippbaren Schmelzöfen, beispielsweise für das Schmelzen von Metallen. In solchen Fällen ist es zweckmässig, an der Aussenseite der Ummauerung einen mit den obern Teilen der Tiegel in Verbindung stehenden, nicht dar gestellten Kanal anzubringen,. der es ermög licht, durch Kippen des Ofens das geschmol zene Material gleichzeitig aus allen Tiegeln auszugiessen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. - 3 hat derjenige Teil des Widerstandes, welcher gegenüber dem andern die grössere Leitfähig keit aufweist, die Form von Muffeln M, wel che aus Kohle oder Graphit oder aus einem Gemisch dieser Stoffe mit feuerfesten Oxy den hergestellt und vollständig in den wenig gut leitenden Teil eingebettet sind, während der mit geringerer Leitfähigkeit ausgestattete Teil P des Widerstandes wiederum als Schicht von Kohlen- oder Graphitpulver aus gebildet ist.
Die Wirkungsweise ist analog wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Dadurch, dass die Muffeln vollständig in den weniger gut leitenden Teil P eingebettet sind, können in ihnen sehr hohe Temperaturen erzielt werden, welche über dem Schmelzpunkte des feuer festen Mauerwerkes R liegen. Wenn weniger hohe Temperaturen verlangt werden, kann der Boden der Muffeln weggelassen werden, und es werden dann die im Ofen zu behan delnden Stoffe direkt auf den aus dem feuer festen Mauerwerk gebildeten Boden des durch die Muffeln gebildeten Hohlraumes gelegt.
Diese Ausführungsform eignet sich ins besondere zur Erzeugung von solchen phy sikalischen oder chemischenPhänomenen, wel che in geschlossenen Kammern durchgeführt werden, müssen, beispielsweise Reduktion von Mineralien_mit nachfolgender Destillation der reduzierten Substanz, oder mit nachfolgender Bildung von Karbiden und Dissozierung der selben, wobei sich die mit dem Kohlenstoff verbundenen Stoffe in Dampfform verflüch tigen.
Im Fall der Reduktion von Zinkmine ralien können die Muffeln die gleiche Form haben wie die Tonmuffeln beim Schlesischen System, während die Abmessungen, insbeson dere die Länge, noch weit grösser gehalten werden können.
Für alle Ausführungsformen der Erfin dung gilt selbstverständlich, dass in die den hohen Temperaturen ausgesetzten Hohlräume Aufnahmegefässe für das zu behandelnde Ma terial, z. B. Tiegel, eingesetzt werden kön nen, welche aus einem nicht leitenden feuer festen Stoff bestehen, und daher aus dem Stromkreis ausgeschaltet bleiben; ebenso, dass da, wo die Verwendung oder Herstellung von aus einem Stück bestehenden, besser leiten den Teilen auf praktische Schwierigkeit stösst, dieselben aus Formstücken zusammengesetzt werden können, welche durch geeignete Bin demittel miteinander verbunden sind.
Bei spielsweise können die Muffeln aus unter sich durch Teer oder Pech verbundenen Kohlen- oder Graphitsteinen konstruiert werden.
In Fällen, wo die Temperatur 1200' C nicht übersteigt, können die besser leitenden hohlen Teile (Tiegel oder Muffeln) aus Ei sen, I1Tickel oder Legierungen dieser Metalle gebildet werden; bleibt die Temperatur aber unter<B>1000'</B> C, so kann man jene Teile auch aus Kupfer oder andern Metallen herstellen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 besitzen die in der schlechter leitenden Masse P vollständig eingebetteten Teile g aus bes ser leitendem Material keine freien Hohl räume für die Aufnahme der zu behandeln den Stoffe; die einander zugewandten Flä chen sowohl der Elektrodenenden E, als auch der Teile K und der Tiegel C sind zylindrisch und koaxial zur Aäe des jeweils nächsten Tiegels C gekrümmt.
Die einander zugewandten Flächen der . besser leitenden hohlen Teile C und der bes ser leitenden, nicht hohlen Teile K können, statt wie angenommen zylindrisch, auch ko nisch oder sonst zweckmässig geformt und zur Längsaxe des Hohlraumes nicht nur ko axial, sondern auch parallelaxial angeordnet werden.
Die Einschaltung besser leitender Teile h ohne freie Hohlräume gestattet der zwischen ihnen und den besser leitenden, mit Hohl räumen versehenen Teilen eingebetteten, schlechter leitenden Masse zweckmässig ge wählte Dicken zu geben und auf diese Weise die Wärme um die besser leitenden, mit freien Hohlräumen versehenen Teile zu ver teilen.
Die Wirkungsweise ist aus dem bereits Gesagten ohne weiteres zu erkennen; es ist offensichtlich, dass durch die eingeschalteten Teile K der Strom gleichmässiger als im vor hergehenden Ausführungsbeispiel um die hohlen Teile C verteilt und gleichzeitig die in der Nähe des feuerfesten 14Tauerwerkes R unmittelbar von Elektrode zu Elektrode flie ssende Strommenge verringert wird.
Auch die Elektrodenenden können als besser leitende. mit freien Hohlräumen ver sehene Teile ausgebildet werden.
Die Fig. 4 kann auch als vertikaler Schnitt durch einen Ofen mit zylindrischen Muffeln angesehen werden. Die )Virkungs- v-eise eines solchen Ofens ist aus dem Gesag ten ohne weiteres zu entnehmen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 sind sämtliche besser leitenden Teile C mit freien Hohlräumen versehen und besitzen ein ander zugewandte parallele, ebene Aussen flächen. Durch Regulierung des Abstandes der einander zugewandten ebenen Aussenflä chen und eventuell ihrer Neigung zueinander können die Dicken der zwischen ihnen einge betteten, weniger gut leitenden Masse nach Bedarf bemessen und dadurch die 'N@Tärme- verteilung in bestimmter Weise reguliert werden.
Die Wirkungsweise ist analog wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4. Im Ver gleich zu letzterem können beim Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 5, bei gleich grossen Hohlräumen, die übrigen Dimensionen klei- ner gehalten werden, womit die Strom- und Wärmeverluste geringer ausfallen.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel nach Fig: 5 können die Elektrodenenden als Be standteile des kombinierten Widerstandes mit Hohlräumen versehen sein, in welchen physi kalische und chemische Phänomene erzeugt werden.
Die Fig. 5 kann auch als horizontaler Schnitt durch einen Ofen mit zylindrischen Muffeln aufgefasst werden; die Wirkung ist aus dem Gesagten ohne weiteres zu ent nehmen.
Durch die beschriebene Zusammensetzung des Widerstandes wird erzielt, dass sich die höchsten Temperaturen lediglich in der di rekten. Umgebung der besser leitenden Teile bilden, während in der Nähe des feuerfesten Materials, in welches der Widerstand einge bettet wird, die Temperatur nur Werte er reicht, welche unter dem Schmelzpunkt die ses feuerfesten Materials liegen, und dies zwar einerseits, weil die Wärme sich zum grössten Teil nur in denjenigen Teilen des weniger gut leitenden Materials entwickelt, welche zwiselien den einander zugewandten Oberflächen der besser leitenden Teile lie gen und nicht in den der Oberfläche des feuer festen Materials anliegenden Partien, und anderseits,
weil die elektrisch schlechter 'lei tenden Teile gleichzeitig auch schlechte Wär meleiter sind und daher die erzeugte Wärme von dem feuerfesten Material mehr oder we niger abhalten. Dies ist insbesondere darin notwendig, wenn Temperaturen erzeugt wer den sollen, die wesentlich über dem Schmelz punkt des feuerfesten Materials liegen.
Um den erwähnten Bedingungen zu genü gen, müssen die Elektroden und die besser leitenden Teile unter sieh möglichst nahe aneinander herangebracht werden, da anders sich der Strom mit grosser Intensität in den dem feuerfesten Material anliegenden Partien des schlechter leitenden Materials verbreiten und das feuerfeste Material zum Schmelzen bringen würde. Werden aber die Elektroden den besser leitenden Teilen möglichst ange nähert, so würde, wenn nur ein besser lei- tender Teil zwischen den Elektroden liegt, die Spannung zwischen den Enden des Wi derstandes relativ klein und damit der Wir kungsgrad relativ gering ausfallen.
Um also einen grossen Wirkungsgrad zu-erzielen und gleichzeitig das feuerfeste Material zu scho nen, ist es zweckmässig, eine Mehrzahl von besser leitenden Teilen derart in Serie zu setzen, dass ihre einander zugewandten Ober flächen möglichst nahe beieinander stehen.
Wenn in eine schlechter leitende Masse eine Mehrzahl von besser leitenden, mit freien Hohlräumen versehenen Teilen vollständig eingebettet und in Serie gesetzt werden, der gestalt, dass sie von den feuerfesten Wänden durch eine genügend dicke Schicht schlechter leitender und sehr feuerfester Masse (z. B.
Kohlen- oder Graphitpulver und gewisse lei tende und sehr feuerfeste Oxyde, wie Zirkon- oxyd, Wolframerz usw.) getrennt sind, so ist es möglich, in den als Arbeitskammern dienenden Hohlräumen äusserst hohe, selbst die im elektrischen Lichtbogen herrschenden Temperaturen zu erzeugen.