Glossar

Abplatzungen an den Heizelementen

Abplatzungen treten häufig unter reduzierenden Atmosphären auf. Sie sind darauf zurückzuführen, dass das Heizelement keine neue SiO₂ Schutzschicht bilden kann. Sollte bei Ihnen dieses Phänomen auftreten, so bieten sich zwei Lösungen an:

• 1) Ein Regenerationsbrand unter oxidierender Atmosphäre bei einer Temperatur von 1450°C für mehrere Stunden ohne Produkt im Ofen;
• 2) Sie nutzen zukünftig ein Element mit einer dickeren SiO₂

Wir beraten Sie gerne zu beiden Lösungen.

„Anti Pest“

Heizelemente aus Molybdändisilizid (MoSi₂) kommen üblicherweise bei Anwendungstemperaturen ab 1200°C zum Einsatz. Abhängig vom Herstellungsprozess eines Produktes sind jedoch Haltezeiten in niedrigen Temperaturbereichen bis etwa 700°C notwendig, in denen es zu einem pulverartigen Zerfall des Heizelementes kommen kann. Dieser Effekt wird als sogenannte „MoSi₂-Pest“ bezeichnet. Um diese Reaktion vorzubeugen, haben wir eine spezielle Heizelementqualität entwickelt. Mit MolyCom^®-Hyper 1800AP erhalten Sie ein „Anti Pest“-Heizelement, welches im Temperaturbereich von 200°C bis 700°C oxidationsbeständig ist.

Anwendungsatmosphären

Elektrische Hochtemperatur-Öfen mit MoSi₂-Heizelementen können unter verschiedenen Prozessatmosphären wie Luft, Stickstoff (N₂), Argon (Ar), Helium (He) oder Wasserstoff (H2) betrieben werden. Die höchstmögliche Anwendungstemperatur kann unter Luftatmosphäre erreicht werden. Aber auch in den anderen genannten Atmosphären werden unter Berücksichtigung empfohlener maximaler Elementtemperaturen MoSi₂-Heizelemente erfolgreich eingesetzt.

Auch die Isolierung aus polykristalliner Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) ist unter anderen Atmosphären einsetzbar. Weiterhin können Prozess-Temperatur-Kontrollringe PTCR abweichend von der Standardatmosphäre (Luft) unter Vakuum oder reduzierenden Bedingungen wie N₂/H₂-Mischungen eingesetzt werden. Dazu wird empfohlen die PTCR, mit Ausnahme der Typen MTH und HTH, für eine Dauer von 2 Stunden bei 600°C vorzubrennen, um die organischen Binder zu verdampfen. Auf Wunsch brennen wir diese auch gerne für Sie vor.

Anwendungstemperatur

Für den Begriff Anwendungstemperatur wird in der Praxis häufig auch von Ofentemperatur oder Betriebstemperatur gesprochen. Die Anwendungstemperatur ist die Temperatur, bei der unsere Produkte, Komponenten und Systeme unter Berücksichtigung von betrieblichen Einflüssen dauerhaft verwendet werden können. Sie berücksichtigt in der Praxis auftretende Einflüsse wie beispielsweise Atmosphären, Haltezeiten und maximaler Temperatur, bei der der Ofen betrieben wird. Dem gegenüber steht die Klassifikationstemperatur bei Isoliermaterialien und die Elementtemperatur bei Heizelementen.

Elementtemperatur

Die Elementtemperatur ist die Oberflächentemperatur des Heizelements. Ein wichtiges Kriterium der Oberflächentemperatur ist die Oberflächenbelastung.

Heizelement

Ein Heizelement ist ein Widerstandsheizer, welcher elektrische Energie in Wärme umwandelt. Ihre Einsatzgebiete sind vielseitig – von Haushaltsgeräten wie Haartrockner, Spülmaschinen oder Backöfen bis hin zu industriellen Anwendungsgebieten in elektrischen Hochtemperatur-Öfen. Ein Beispiel metallisch/keramischer Materialien zum Einsatz in hohen Temperaturen ist Molybdändisilizid (MoSi₂).

Heizelemente längen sich

Dabei handelt es sich um eine normale Reaktion. Das Auslängen betrifft in der Regel eher größere Heizelemente mit einer Heizzone (Le) ab ca. >500mm. Das Phänomen führt grundsätzlich zu keinem Problem während des Betriebs. Sobald die Elemente allerdings den Ofenboden zu berühren drohen, sollten diese ausgetauscht werden, da sonst die Isolierung beschädigt wird.

Heizelemente reißen (Mechanischer Bruch)

Dieses Phänomen kann auf verschiedene Weise auftreten. Eine Möglichkeit ist auf einen Anwenderfehler zurückzuführen und passiert, wenn zu viel Kraft beim Anschließen der Heizelemente an den Kontaktbändern oder an den Doppelhaltern ausgeübt wird. Hier ist im wahrsten Sinne des Wortes Fingerspitzengefühl gefragt. Weiterhin ist darauf zu achten, dass die Heizelemente wirklich gerade durch die Ofendecke in den Ofenraum geführt werden. Ein leichtes Verkanten kann bereits zu einem mechanischen Bruch nach sich ziehen.

Heizelemente werden bauchig

Auch hierbei tritt eine normale Reaktion auf, die elektrischer Felder in Form von An- und Abstoßungskräften geschuldet sind. Eine leicht bauchige Verformung beeinträchtigt in der Regel nicht die Leistung oder die Funktion des Heizelements. Es ist ratsam die Schaltung (Serie- oder Parallelschaltung) und die Anschlüsse zu überprüfen.

Heizelementgeometrien

Heizelemente aus Molydändisilizid sind in verschieden Formen bzw. Geometrien in individuellen Größen herstellbar. Zu den typischen Formen zählen die U-Form, die W-Form, die L-Form, die sowohl in der Kaltzone als auch in der Heizzone gebogen sein kann. Neben diesen Standardausführungen können auch individuelle Spezialgeometrien realisiert werden. Dazu zählen neben der Panorama-, der Block- und der Wendel-Form auch die Stabform.

Heizelementgröße

Zur Bestimmung einer Heizelementgröße werden verschiedene Angaben benötigt. Am Beispiel eines U-Elements werden die Angaben Lu (Kaltzone), Le (Heizzone), a (Schenkelabstand), c (Durchmesser der Kaltzone) und d (Durchmesser der Heizzone) benötigt.

Für ein W-Element bedarf es zusätzlich der Angaben B (Höhe der Heizzone von der Oberkante zur Unterkante) und S (Anzahl der Heizschenkel a1, a2, a3). Für ein L-Element ist anzugeben, wo die Biegung sein soll und in welchem Winkel die Biegung erfolgt. Die Abmessungen werden üblicherweise in Millimeter angegeben.

Keramikfaser (Refractory Ceramic Fibre (RCF))

Aluminiumsilikat-Wolle (ASW) oder auch bekannt als Keramikfaser (RCF), sind amorphe Fasern, die durch einen Schmelzprozess von u. a. Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt werden. Der Al₂O₃-Anteil liegt zwischen 45% und 55%. Das Material wird üblicherweise bei Anwendungstemperaturen von 600°C bis 1400°C verwendet.

Klassifikationstemperatur

Die Klassifikationstemperatur ist definiert als die Temperatur, bei der nach 24-stündiger Wärmeeinwirkung im elektrisch beheizten Laborofen und in oxidierender Atmosphäre ein Produkt eine bestimme lineare Schwindung aufweist. In Abhängigkeit von der Art des Produktes variieren die Werte von 2% bei Isolierplatten und Formteilen sowie 4% bei Nadelmatten (Blankets).

Die Klassifikationstemperatur wird in Schritten von 50°C angegeben. Im Unterschied zu Isolierprodukten aus amorphen Fasern (ASW/RCF) können Produkte aus polykristalliner Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) bis zur angegebenen Klassifikationstemperatur dauerhaft eingesetzt werden. Bei ASW/RCF liegt die Daueranwendung bei etwa 100°C bis 150°C unter der angegebenen Klassifikationstemperatur.

Korrosion im Konus und/oder in der Heizzone (Le)

Abhängig von der Qualität können Heizelemente unter verschiedenen maximalen Anwendungstemperaturen betrieben werden. Eine Korrosion im Konus und/oder in der Heizzone (Le) treten auf, wenn die für das Heizelement vorgeschriebene maximale Anwendungstemperatur regelmäßig überschritten wird und es somit unter zu hohen Temperaturen betrieben wird.

Molybdändisilizid (MoSi2)

Molybdändisilizid ist eine intermetallische Verbindung von Molybdän mit Silizium (Mo + 2 Si -> MoSi₂). Es ist ein Material, welches auf pulvermetallurgischem Weg zu Heizelementen in verschiedenen Formen bzw. Geometrien stranggepresst wird. Heizelement aus MoSi₂ sind Widerstandsheizelemente.

Die intermetallische Verbindung ist auf Grund ihrer hohen Schmelztemperatur von 2030°C und ihrer hervorragenden Oxidationsbeständigkeit ein gut geeignetes Material für Hochtemperatur-Anwendungen. Weiter weist MoSi₂ eine hohe Härte und Korrosionsbeständigkeit auf und nimmt bezüglich struktureller Anwendungen im Bereich Hochtemperatur-Technik einen Platz zwischen den metallischen Superlegierungen und den keramischen Werkstoffen ein.

MoSi₂ weist Korrosionsbeständigkeiten bis 1800°C auf, die hauptsächlich auf der Bildung einer SiO₂-Schutzschicht beruht. Sie bildet sich bei über 1000°C und ist nur wenige µm dick. Gegenüber den keramischen Werkstoffen, zeichnen sich die Silizide durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit aus. Durch die hohe Temperaturwechselbeständigkeit lässt sich ein schnelles Aufheizen und Abkühlen verwirklichen. Aufgrund des kaum vorhandenen Verschleißes der Heizelemente lässt sich eine lange Lebensdauer der Heizelemente erreichen.

„MoSi2-Pest“

„MoSi₂-Pest“ ist ein Effekt, der in einem Temperaturbereich zwischen etwa 300°C und 700°C auftritt. In diesem Temperaturbereich wird bei Heizelementen aus Molybdändisilizid (MoSi₂) teilweise ein starker Oxidationsangriff mit pulvrigem Zerfall des Werkstoffes beobachtet. Eine mögliche Ursache liegt in dem durch Porosität und Gefügestruktur begünstigten interkristallinen Zerfall, welcher durch eine hohe Dichte und einer sehr geringen Porosität verhindert werden kann. Bei Prozessen, in denen längere Haltezeiten bei niedrigen Temperaturen notwendig sind, muss ein Heizelement besonderen Ansprüchen gerecht werden. MolyCom^®-Hyper 1800AP (Anti Pest) erfüllt diese Ansprüche.

Oberflächenbelastung

Eines der wichtigsten Kennwerte für die Dimensionierung von elektrischen Heizelementen ist die Oberflächenbelastung bzw. die flächenbezogene Leistung. Die Oberflächenbelastung wird in Watt pro cm² angegeben und ist ein Maß für die Beanspruchung und Lebensdauer eines Heizelements.

Polykristalline Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW)

Polykristalline Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) besteht aus Fasern, die sich aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Siliziumdioxid (SiO₂) zusammensetzen. Der Al₂O₃-Anteil liegt zwischen 72% bis 99%. Bei etwa 72% Al₂O₃ und etwa 28% SiO₂ ist die Rede von einer sogenannten Mischoxidfaser. Sie wird auch als Mullitfaser bzw. -struktur bezeichnet. Die Fasern werden in einem „Sol-Gel-Verfahren“ hergestellt. Polykristalline Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) wird bei Anwendungstemperaturen über 1250°C verwendet und in Anwendungen, die eine sehr hohe chemische Beständigkeit erfordern.

Regenerationsbrand

MoSi₂-Heizelemente bilden an der Oberfläche eine schützende SiO₂-Schicht, die die Oxidation des Basismateriales verhindert. Sofern es dennoch zu Abplatzungen der SiO₂-Schicht kommt, kann ein Regenerationsbrand bei Temperaturen von etwa 1450°C über mehrere Stunden durchgeführt werden. Dabei sollten keine Produkte im Ofen sein. Bei Rückfragen zum Regenrationsbrand stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

Schwindung

Schwindung bezeichnet die Verringerung des Volumens eines Materials oder Werkstückes. Sie entsteht bei Trocknungs- oder Abkühlungsprozessen sowie bei Sinter-/Brennprozessen ohne Ausübung von Druck.

Thermoschockbeständigkeit

Thermoschockbeständigkeit beschreibt die Widerstandskraft eines Materials oder Werkstücks bei schnellen, schockartigen Temperaturveränderungen. Da die Wärme an der Oberfläche eines Werkstücks schneller übertragen werden kann als im Inneren, entstehen mechanische Spannungen. Übersteigt die so entstandenen Spannungen einen kritischen Wert, kommt es zur Schädigung des Materials.

Vakuumformverfahren

Es wird ein Schlicker aus polykristalliner Mullit/Aluminiumoxid-Wolle (PCW) und organischen Bindemitteln aufbereitet. In einer Form wird das Wasser dem Schlicker mittels Vakuumtechnologie entzogen. Mit dieser Art der Abformung lassen sich komplexe Bauteile für Anwendungstemperaturen bis 1800°C realisieren.