Härteofen - Das Auslegungsprogramm

[azoechbauer]

Hallo,
bin die letzten Tage am überlegen mir einen Härteofen zu bauen.
Kaufen ist mir zu teuer - daher hab ich mir ein kleines Excel-Dokument gebastelt, welche bei der Auslegung und Dimensionierung der verschiedenen Bauteile hilft.
Und weil ich finde mehrere Leute könnten davon gebrauch haben, wärs sinnvoll es hier reinzustellen.

Link:
https://files.me.com/azoechbauer/90zqiz

Kurze Beschreibung:

Auf Seite1 befindet sich die Leistungsberechnung. Die gelben Felder können vom Laien verändert werden! Stoffdaten können natürlich auch verändert werden - jetzt sind, finde ich, ganz brauchbare Werte enthalten. Bei speziellen Produkten einfach adaptieren.
Nur bei den Werten in den Bereichen (Daten: Luft und Strahlungsaustausch) ist bei Veränderung ein bisschen Fachwissen notwendig. Ausschnitte dazu sind als Bilder unterhalb eingefügt. (Quelle: VDI Wärmeatlas 2006)

Seite2 beinhaltet die Durchmesserauslegung bzw. Längenberechnung für die Heizspirale (Material Kanthal A1). Durch die grün markierten Felder ist die Oberflächenbelastung und von da ausgehend die Länge und erforderlicher Durchmesser ablesbar.

Im Excel ist unter Optionen, Berechnung auf Iterationen umzustellen da zwangsläufig Abhängigkeiten bei der Konvektionsberechnung enthalten sind.
Macros sind keine vorhanden - braucht man nicht.

So, das wars - technische Verbesserungsvorschläge sind sehr willkommen!
Lg
Gust

 

[rolynd]

Da hast du dir ja einiges an Mühe gegeben! Erstmal vielen Dank, das spart einiges an Rechnerei per Hand.

Ich würde Berechnung der Drahtlänge über die Resistivität vorziehen, das gibt ein genaueres Endergebnis. Das ergäbe bei deinem Beispiel mit 2022W einen unterschied von ca 100W für den 1,3mm Draht

Da nicht jedes Element in jeden Ofen passt wäre noch eine Berechnung der Länge des ungestreckten Heizelements auf verschiedene Durchmesser gewickelt nützlich.
Könnte man noch mit einer Anzeige des Streckfaktors auf verschiedene Längen gedehnt verbinden aber das ist nicht unbedingt nötig.

Gruß

 

[azoechbauer]

Danke fürs Feedback,

also, mit Resistivität meinst du den spez. Widerstand - das ist ja nichts anderes wie Rs also in Ohm/Meter - so hab ich es ja gemacht.
P=U*I...Leistung
U=R*I...Spannung
R=Rs*l...Gesamtwiderstand
Oberlfäche=d*Pi*l (für runde Drähte)
zusammengestoppelt und dann die Oberflächenbelastung (P/Oberläche) bei entsprechender Leistung, errechneter Länge ausgerechnet und die relevanten Größen werden grün hinterlegt.
Also das sind die Oberflächenbelastungen (W/cm^2) welche interessant sind, also um 3,5 (W/cm^2).
Es wird nicht von der Oberflächenbelastung rückgerechnet!! Die Oberflächenbelastung ist das "Endergebnis" welches man prüft ob die zuvor errechneten werte für die Länge passen. Sonst ist anderer Durchmesser zu wählen.
Hab ich vl. ein bisschen flasch beschrieben.

Oder ich habe was falsch verstanden - bitte erkläre kurz wie du es berechnet hast.

Der Temperatureinfluss des spez. Widerstandes wäre noch ganz interessant,.... folgt vl noch.

Weiters,.. die Drahtlänge ist die länge des reinen Widerstandsdrahtes. Wie der dann gewickelt wird hab ich nicht berücksichtigt. Ist aber für unsere Anwendungen relativ egal wenn man es stationär betrachtet. Also, es geht nicht um die länge eines Heizelementes, weil das muss jeder selber so wickeln dass diese dann für seine Aufhängungen, Abmessungen, usw. passen.

Also, dann
Gust

 

[rolynd]

Hi,
die Resistivitätsmethode bezieht mit ein, daß sich der Widerstandswert des Heizdrahtes mit zunehmender Temperatur verändert, dafür gibts entsprechende korrekturfaktoren für die Temperaturen. Nachzulesen in Datentabelle Heizleiterhandbuch von Kanthal.

Spezifischer Widerstand von Kanthal A z.B ist 1,39 Ohm mm²/m und der Korrekturfaktor für z.B 1000° ist 1,06 also bei 1000° 1,39*1,06=1,47

Berechnung wäre dann (Gesamtwiderstand * Drahtquerschnittsfläche in mm²)/ Spezifischer Widerstand = Drahtlänge
Für 1,3mm Draht:

((230v²/2022W)*1,33mm²)/ 1,47 =23,66m

Konventionell:

Gesamtwiderstand/Drahtwiderstand=Drahtlänge

26,1/1,05=24,8m

Kein gravierender Unterschied, ob der Ofen jetzt ein paar wenige Watt mehr hat tut der Funktionalität keinen Abbruch, aber eben vorhanden.

Natürlich ist die Öberflächenbelastung der entscheidend wichtigere Faktor! Bei On/off Betrieb (PID) sollte laut Kanthal nochmal 20% vom angegebenen Höchstwert abgezogen werden.

Die Länge des gewickelten Heizelements ist für mich schon wichtig ,da z. B ein auf 10mm seele gewickeltes Element ca.86 cm ungedehnt und ein auf 16mm seele gewickeltes nur ca 56cm hat. das Element sollte minimum 2-3fach gestreckt werden. dann hab ich die Mindestlänge die ich im Ofen unterbringen muss. Mehr zu dehnen wenn genug Platz im Ofen ist macht kein Problem man muss aber sehen dass man in kleineren Öfen genug Platz fürs Minimum hat und dann eben unterschiedlich viele "Reihen" pro Ofenseite einplant.

Gruß