Schwerthärtung im Elektroofen

[Zoidberg]

Hallo zusammen,

ich bin gerade bei der Planung eines Elektro-Härteofens der ungefähr so aussehen wird wie dieser hier:

http://www.messerforum.net/showthread.php?t=96183&highlight=gl%FChofen+langgut

Das Keramikrohr (80x70x1200mm) ist schon bestellt und ich bin gerade dabei die restlichen Sachen zusammenzugoogeln.
Das ganze soll zum härten von Schwertklingen aus 55Si7 genutzt werden. Diese werden im Ofen senkrecht aufgehängt. Temperaturregelung geht über Phasenanschnittsteuerung (Dimmer) und Thermoelemente von denen ich wohl mehrere über die Höhe verteile um zu sehen wie die Temperaturverteilung innerhalb des Ofens ist.
Der 55Si7 wird bei ca. 820°C gehärtet. Damit ich sicher bin das die gesamte Klinge komplett durchgeheizt und auf Härtetemperatur ist, war die Idee die Klinge im Ofen schon vor dem einschalten aufzuhängen. Dann das ganze zügig bis auf Härtetemperatur aufheizen. Das wird wohl bei der Geometrie und meinen Vorstellungen zur Leistung so zwischen 15 und 30 Minuten dauern. Dann, sobald die Härtetemperatur im Ofen gleichmäßig erreicht wird (gemessen durch die Thermoelemente), die Klinge noch ca. 3 Minuten drin lassen (Haltezeit). Dann raus und in Öl abschrecken.
Jetzt die Frage: Ist das so machbar, oder sollte man unbedingt den Ofen vorher auf Härtetemperatur bringen und dann erst die Klinge in den Ofen einhängen?
Das Problem dabei ist dann nämlich, dass ich keine Ahnung habe wie lange es dauert bis die Klinge komplett durchgeheizt ist. Was ja auch z.B. von den Klingendicke abhängt. Und irgendwelche Glühfarben zu prüfen wird auch nicht möglich sein aufgrund der Länge des Ofens bzw. da ich die Klinge nicht dauernd rausholen kann/will. Da könnte man höchstens pauschal z.B. 5 Minuten annehmen die der Stahl zum durchheizen braucht plus ca. 3 Minuten Haltezeit. Das ist dann aber zeitlich alles sehr ungenau finde ich. Wenn ich die Klinge zusammen mit dem Ofen aufheize (was dann z.B. sagen wir 25 Minuten dauert) kann ich mit ziemlicher Sicherheit davon ausgehen das die Klinge durchgeheizt ist.
Ein weiteres Problem ist das wenn der Ofen zum einhängen der Klinge geöffnet wird natürlich die Temperatur ein bisschen sinkt, so dass es wohl auch erstmal ein bisschen dauert bis der Ofen innen wieder gleichmäßig Härtetemperatur erreicht hat (natürlich wesentlich schneller als von Raumtemperatur).

Wenn da jemand Erfahrung bzgl. dieses Sachverhalts hat wäre ich sehr dankbar für einige Hinweise...

Schönen Gruß
Thomas

 

[aeglos]

Bin leider kein Ofenbauer, aber wenn du die Temperatur steuern willst, anstatt zu regeln würde ich auf jeden fall den Ofen vorher einheizen, die gewünschte Temperatur anpeielen und sichergehen, dass diese nach dem Hochfahren auch gehalten wird. Sonst kann es vielleicht vorkommen, dass du mit der Klinge überhitzt und dann musst du unter umständen noch mal normalisieren, ich habe keine ahnung wie schnell das mit dem Kornwachstum geht und ob sich das bei 20 min. auf die Festigkeit auswirkt. Bei Regelung würde ich auch aufgrund eigener erfahrung auf jeden Fall das Gut erst bei erreichter Temperatur in den Ofen geben, sonst kann es sein, dass, je nach Regler, die Temperatur dermaßen überpendelt, dass du in die 1000°C kommst, wenn du 820°C einstellst, erst recht, wenn das Gut dermaßen groß ist.

 

[Zoidberg]

Hallo,

die Regelung des Ofens wird (soll) schon so sein, dass man wenn man auf 820°C geht keine großen Überschwinger in der Temperatur kriegt (vielleicht 10-20°C oder so). Ich würde dann wahrscheinlich eher schnell auf z.B. 780 °C gehen (mit hoher Leistung) und dann langsam auf 820°C weiter erhitzen. Das dauert natürlich länger würde aber Überschwinger vermeiden. Ich gehe jetzt mal davon aus, dass ich die Regelung so hinkriege und auch die Temperaturverteilung im Ofen homogen ist. Es geht mir hauptsächlich darum, dass ich die Klinge gerne vorher in den Ofen hängen würde, weil das vieles vereinfacht (kein Ofen öffnen mit dadurch bedingtem Temperaturverlust, Klinge ist auf jeden Fall ordentlich durchgeheizt...). Da ich mit dem Härtevorgang leider keine Erfahrung habe frage ich mich nur ob es da eine Zeitbeschränkung gibt innerhalb derer man auf Härtetemperatur sein muss (z.B. was Kornwachstum, letztendliche Härte oder andere zu beachtende Faktoren angeht). Immer vorausgesetzt die Temperatur im Ofen geht beim aufheizen nicht über die Härtetemperatur (820°C) hinaus und ist im Ofen homogen (kein Überschwingen).
Ich habe bisher immer gelesen, dass man die Klinge möglichst schnell auf Härtetemperatur bringen soll. Wobei da nie irgendwelche Zeitangaben genannt wurden. Ich denke wenn man sowas im Schmiedefeuer macht dauert es bestimmt auch so 15-20 Minuten bis man eine so lange Klinge gleichmäßig erwärmt hat und abschrecken kann.
Von daher sollte es eigentlich egal sein, dass ich die Klinge vorher reinhänge solange der Ofen das in der gleichen Zeit schafft, oder was meint ihr ???

Gruß
Thomas

 

[rolynd]

Temperatursteuerung mit Dimmer (Phasenanschnittsteuerung) hatte ich an meinem ersten Ofen auch. Ist Mist. Genaue Temeratureinstellung ist extrem fiddelig und selbst wenn man dann die Stellung markiert ist die Temperatur beim nächsten mal trotz Markierung wieder etwas anders...

Nimm ein PID Regler, kosten nicht mehr die Welt.

Besser noch bei so einem langen senkrechten Ofen nimm 2 Pid und 2 separate Heizelemente und steuere diese getrennt wenn du eine gleichmäßige Temperatur über die ganze Länge einigermaßen aufs Grad genau willst. Oder dimensioniere das obere Element etwas schwächer.

Die meiste Energie wird schon über Strahlung und nicht Konvektion Übertragen aber der Ofen wird trotzdem durch Aufsteigende Hitze ein Temperaturgefälle aufweisen. In Töpferöfen z.B. werden die oberen Elemente aus eben diesem Grund immer etwas schwächer dimensioniert. Genaue Angaben kann ich dir dazu aber nicht geben, hängt vom Ofen und der Isolierung ab.

Wieviel KW soll er denn haben?

 

[Bummi]

Hallo Zoidberg,
zum durchwärmen , man sagt pro mm Dicke 1Min- natürlich von beiden Seiten rechnen.
Das gilt für alle Carbonstähle und auch niedriglegierte Werkzeugstähle.
Mit deinen Haltezeiten bist du im grünen Bereich, reicht für den 55er
aus.
Auch hier die Regel mit steigendem Legierungsgehalt nimmt Haltezeit zu.
Hss Stähle sind dann der Gipfel - sehr umwandlungsträge.
gruss fritz

 

[Zoidberg]

Hallo zusammen,

also der Ofen soll so ca. 2.5 kW haben. Momentan ist der Plan 1.5mm Kanthaldraht (A1) zu verwenden. Bei einem Abstand der einzelnen Wicklungen von ca. 12mm auf dem Rohr ergibt das eine Drahtlänge von ca. 26 Metern und einen Gesamtwiderstand von ca. 21 Ohm (die Temperaturabhängigkeit des Widerstands einmal vernachlässigt) woraus die Leistung von ca. 2.5 kW entsteht (Stromstärke 11A). Isoliert wird das ganze mit mindestens 3 wahrscheinlich aber eher 4-5 Lagen Keramikfasermatte (25mm dick).
Das Rohr wird unten luftdicht verschlossen und auch der Deckel oben wird so gebaut das er fast luftdicht abschließt.
Ich habe auf jeden Fall eine Regelung mit drin. Der Dimmer wird über eine Steuerspannung geregelt welche von einem D/A Wandler übern Laptop erzeugt wird der auch die Temperaturen der Thermoelemente einliest. Der eigentliche Regler wird dann softwaremäßig realisiert.

In wie weit Konvektion eine Rolle spielt habe ich mich auch schon gefragt. Hat da vielleicht jemand ein paar Erfahrungswerte von einem senkrechten Ofen mit der gleichen Bauart??
Die Öfen die ich hier im Forum gesehen habe haben eigentlich alle nur eine Heizwendel. Wenn es sich vermeiden lässt würde ich nicht mehrere separate Wendeln verwenden wollen (Geldfrage).
Eine Möglichkeit wäre die Wicklungsdichte im oberen Teil zu reduzieren so dass dort weniger Wärme entsteht. Das wäre aber nur mit gaaanz grob Pi mal Daumen möglich.

Zwei separate Wendeln zu verwenden würde auch den Strom reduzieren der durch den Draht geht. Zum Beispiel eine Gesamtleistung von 3kW mit zwei separaten Wendeln würden 1.5kW pro Wendel bedeuten. Mit R=U^2/P=35 Ohm würde das einer Stromstärke von 6.5 Ampere entsprechen. Im Vergleich zu den 11 Ampere von oben gehe ich davon aus das der Ofen dann langsamer aufheizt oder sehe ich das falsch?
Würde man hier 1mm Kanthaldraht verwenden würde der Vorteil in einer dichteren Wicklung des Drahts auf dem Rohr aufgrund der größeren Drahtlänge liegen. Das ergäbe ca. alle 8mm eine Wicklung wenn jede Heizwendel 600mm lang wird. Das gleicht vielleicht die kleinere Stromstärke wieder aus weiß ich aber leider nicht genau.

Gruß
Thomas

 

[rolynd]

Hallo Zoidberg,
bei dimmer Ansteuerung dachte ich an ein Poti zum einstellen, wenn du das per Laptop ansteuerst ist das auf jeden Fall besser als ein manuelles Poti, damit habe ich aber keine Erfahrung.


Wenn du sowieso mehrere Thermoelemente zum messen einbauen willst bietet es sich doch an auch mehrere elemente zu nehmen? Die Dimmersteuerung ist ja auch billiger als ein PID nehm ich mal an. und der Laptop kann das sicher auch.

Wenn du z.B. 2st 1,5KW Elemente also zusammen 3KW in den Ofen pumpst ist das mehr als 2,5! Richtigerweise hat ein Element nur 6,5A du benutzt aber 2 also insges. 13A. Die elemente werden NICHT in Serie geschaltet sondern eben jedes über seinen eigenen Dimmer betrieben. Eine Einzige Zuleitung zum Ofen reicht aber natürlich aus.

Du bräuchtest bei 1mm A1 18,1m Pro element also mit Anschluß sagen wir mal 37-38m bei 1,26€ pro meter wären das 47,88€ -ist sogar billiger als , im vergleich 26m 1,5 a 2,10€ = 54,6€ (Preise Börkey Keratech)

Der Einsatz von 2 Unabhängig gesteuerten Elementen ermöglicht dir halt auch nach dem Bau des Ofens eventuell auftretende Temperaturgradienten Steuertechnisch in den Griff zu kriegen. Wenn du nur ein Element verbaust und du hast eine zu hohe Differenz zwischen Boden und Deckel kannst du nix mehr machen.
Wie gesagt kann ich ,außer daß eine Differenz auftritt nicht vorhersagen wie groß die sein wird.

Kann ja sein es sind nur 5-10 Grad unterschied wenns aber mehr ist wirds schon problematischer. Wär doch schade wenn du dir die Ganze Mühe machst und es funktioniert dann nicht so wie du dir das vorstellst. Ungleichmäßig erhitzte Klingen von dieser Länge abzuschrecken kann zu Verzug führen oder zb die Spitze hat in gegensatz zur angel noch nicht kritische Temperatur erreicht und härtet nicht etc etc. Ich mache nur Messer keine Schwerter aber nach dem was ich so in der Richtung gelesen habe legen die Jungs die das machen wohl schon Wert auf gleichmäßige Erhitzung.

Oder du baust halt einfach mal und berichtest dann!

Ich geb noch zu bedenken dass ein Heizelement auch irgendwann mal getauscht werden muß das heißt für mich wenn du die Elemente mit zb feuerfestzement außen fixierst könnt es beim Tausch etwas schwieriger werden... Ohne irgeneine fixierung auf dem rohr können die aber wandern und es gibt nen kurzen...



Vielleicht kanst du ja den Dietmar Fragen ob er bei seinem Ofen mal nachmessen kann.

 

[Zoidberg]

Hallo rolynd,

die 3kW waren auch nur so als Beispiel gedacht ich kann den 1mm Draht natürlich auch so dimensionieren das 1.25 kW rauskommt und insgesamt dann 2.5 kW wie beim 1.5mm Draht. Die Frage ist, was ist ausschlaggebend für die Aufheizrate des Ofens, also wie schnell er auf Temperatur kommt (von der Isolierung mal abgesehen). Muss man mehr Leistung also Kilowatt benutzen oder kommt es eher auf die Stromstärke durch die Heizwendeln an, das hängt natürlich von einander ab ich weiß (P=U*I bei U=konst.=230V). Vielleicht besser anders formuliert: Ist es das gleiche wenn ich eine Heizwendel mit 2.5kW nehme mit dadurch bedingter höherer Stromstärke oder wenn ich zwei Heizwendeln mit ebenfalls insgesamt 2.5 kW aber einzeln gesehen kleinerer Stromstärke verwende.
Den Heizdraht wollte ich übrigens bei:

http://www.heizspiralen.de/Draht.html

kaufen. Der scheint echt günstig zu sein, falls jemand noch Kanthaldraht benötigt.
Insgesamt ist es ehrlich gesagt preislich gesehen nicht sooo der riesen Unterschied ob ich zwei oder eine Heizwendel nehme. Da müsste ich nur zwei Dimmer und zwei Ansteuerungen haben, das macht nur ca. 50€ mehr aus.
Ich bin eher besorgt was die Aufheizrate des Ofens angeht bzgl. des oben genannten Sachverhalts. Der Ofen soll ja möglichst schnell auf Temperatur kommen.

Schönen Gruß
Thomas

 

[rolynd]

Warum unbedingt eine blitzschnelle Aufheizung? Hast du so wenig Zeit beim härten? Obs jetzt 10 min länger dauert bis der Ofen auf Temperatur ist macht doch nix aus. Oder möchtest du wie zu Anfang angesprochen die Klinge mit aufheizen?

Bei der Aufheizzeit kommts zum einen drauf an wieviel Energie du in den Ofen pumpst. Derselbe Ofen einmal mit 1000W und einmal mit 3000W, da heizt der 3kw Ofen schneller auf. Logisch, oder?
Zum anderen kommts drauf an wieviel Energie wieder verloren geht, d.h. je besser die Isolierung desto schneller heizt er auf.
Kann man sich vereinfacht wie ein Faß mit einem Loch im Boden vorstellen. Da fließen z.B. 5L/min ab. fülle ich einmal 10l/min ein und einmal 20l/min füllt sichs bei der 2ten Variante schneller. Bessere Isolierung ist mit einer Verkleinerung des Abflusses gleichzusetzen.



Letztendlich spielt natürlich auch noch die Masse des Aufzuheizenden Werkstücks eine Rolle. Je mehr Masse du auf eine bestimmte Temperatur bringen willst desto länger dauerts.
Bei deinem Ofen kommt hinzu dass du erstmal das Rohr von außen aufheizen mußt ,würden die Elemente innen liegen wird das Rohr zwar auch aufgeheizt es kann aber von Anfang an schon mehr Energie in den Innenraum und an das Werkstück Abgegeben werden.


Was die Drahtstärken der Elemente angeht: Wenn du als Beispiel den Ofen einmal mit einem einzelnen 3kw Element aus dickerem Draht und einmal mit 2 parallel geschalteten 1,5kw Elementen (also auch 3kw) aufheizt macht das im Vergleich zu den vorher genannten Faktoren nur wenig aus.
Die Energie ist die selbe kann aber vom Element mit größerer Gesamtoberfläche etwas schneller abgegeben werden da eine größere Oberfläche zur Energieabstrahlung zur Verfügung steht. Der Unterschied zwischen 2 stk 1mm 1,5kw Elementen und einem 3kw 1,5mm Element ist jedoch nur gering.

Wenn du eine schnelle Aufheizung willst macht es Sinn der Ofen sowohl von Leistung als auch von Isolierung her etwas Überzudimensionieren. Das ganze hat aber den Nachteil dass der Ofen dazu neigen wird über die Zieltemperatur hinauszuheizen. Das kann man mit Steuerung regeln aber ab einer gewissen Überdimensionierung ist das Steuerungstechnisch nur noch schwer in den Griff zu kriegen.

Zu schwach und du kommst nicht auf Temperatur - viel zu stark und du kriegst Probleme die Zieltemperatur einzuhalten.

Wenn du blitzschnell Aufheizen möchtest solltest du vielleicht mal über nen Induktionsofen nachdenken hat aber soweit mir bekannt als Eigenbau noch keiner geschafft.

So, klugscheißmodus wieder aus...

 

[Zoidberg]

Hallo rolynd,

ja die schnelle Aufheizung deswegen weil ich halt gerne die Klinge von Anfang an in den Ofen hänge würde zwecks gleichmäßiger definierter Durchheizung. Naja werde ich wohl einfach mal ausprobieren müssen. Ich habe mich jetzt entschieden zwei Heizwendeln mit 1mm oder vielleicht 1.1 mm Draht zu machen die jeweils auf ca. 1500-1600 W ausgelegt sind. Von daher ist der Ofen dann mit knapp über 3kW schon ordentlich denke ich, vor allem da ich ja eigentlich nicht über 900°C gehen muss. Noch mehr Leistung will ich eigentlich nicht nehmen, da habe ich ein bisschen Bammel mit dem Stromnetz im Haus da wollte ich noch ein bisschen Reserve lassen bis zur maximalen Belastbarkeit (230V 16A) und 380V wollte ich nicht verwenden.
Das Pythagorasrohr ist mittlerweile eingetroffen und die Elektronikkomponenten für die Steuerung sind bestellt. Muss jetzt noch den Draht und die Isolierung organisieren und dann gehts los .
Eine Sache fehlt mir alledings noch. Um die Heizwendeln zu fixieren / isolieren würde ich gerne eine Mischung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid mit Wasser nehmen, wie hier:

http://www.versuchschemie.de/topic,10408,0,-Rohrofen+bis+1300%B0C.html

Allerdings scheint es da verschiedene Aluminiumoxid und Magnesiumoxid Sorten zu geben (leicht, schwer, gesintert, calciniert... ). Hat jemand vielleicht ne Ahnung was man da verwenden muss bzw. wo man die Sachen kaufen kann (Link)?

Eine ganz andere Sache: Da ich die Klinge ja nach dem härten und abschrecken noch anlassen muss überlege ich mir noch einen zweiten Ofen zu bauen. Eigentlich hatte ich vor den gleichen Ofen zu nehmen, aber man soll ja immer direkt nach dem Härten und abschrecken anlassen und es wird denke ich ein paar Stunden dauern bis der Härteofen soweit abgekühlt wäre (selbst wenn ich den Deckel offen lasse).
Daher überlege ich gerade bzgl. Alternativen. Der Backofen in der Küche scheidet wegen der zu kleinen Größe aus (knapp 1.2 Meter sollte man schon reinkriegen). Daher hatte ich überlegt einen ähnlichen Aufbau zu verwenden wie beim Härteofen, allerdings leistungsmäßig kleiner dimensioniert. Da das alles mittlerweile ziemlich ins Geld geht wollte ich auch kein Keramikrohr verwenden. Allerdings fällt ein Metallrohr flach weils ja elektrisch leitend ist, es sei denn es gäbe eine Möglichkeit eine temperaturbeständige nicht elektrisch leitende Isolierung zwischen Kanthaldraht und Metallrohr zu packen. Ich habe auch schon von Leuten gelesen die im heißen Öl anlassen (ca. 180°C). Allerdings finde ich das ein bisschen bedenklich wenn da mal was rausspritzt oder umkiptt.
Wie gesagt, ich mache momentan einfach ein bisschen Brainstorming. Wenn jemand da ne Idee hat wäre das super !!

Schönen Gruß
Thomas

 

[sanjuro]

......die schnelle Aufheizung deswegen, weil ich halt gerne die Klinge von Anfang an in den Ofen hängen würde zwecks gleichmäßiger, definierter Durchheizung...... Von daher ist der Ofen dann mit knapp über 3kW schon ordentlich denke ich, vor allem da ich ja eigentlich nicht über 900°C gehen muss. Noch mehr Leistung will ich eigentlich nicht nehmen.....
Um die Heizwendeln zu fixieren / isolieren, würde ich gerne eine Mischung aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid mit Wasser nehmen....was man da verwenden muss bzw. wo man die Sachen kaufen kann (Link)?......

Da ich die Klinge ja nach dem Härten und Abschrecken noch anlassen muss, überlege ich mir, noch einen zweiten Ofen zu bauen.....

Zu dem Thema gibt es einiges zu sagen.

Zunächst ist die Geschwindigkeit der Aufheizung bei einem Metallobjekt der betreffenden Dimension kein Problem. Die Abstände zwischen Wendel und Objekt sind gering, auch wenn da zunächst noch das Rohr samt Umgebung aufgeheizt werden muss. Die Form des Ofens ist (zumindest theoretisch) optimal für ein Schwert, und die Wärmeleitfähigkeit der Klinge ist sehr hoch.

Ein Problem ergibt sich durch die Leistung. Sie ist nach meiner Meinung zu hoch für den angestrebten Temperaturbereich und diese Ofenkonstruktion. Mit 3.000 W kannst Du einen 60 l-Keramikbrennofen (mit kubischem Innenraum) auf gut 1.250°C bringen, wenn auch langsamer. Die Heizwendeln benötigen übrigens auch eine gewisse Temperatur, damit sie an der Oberfläche ihre Oxidschicht ausbilden können (Rat gibts bei KANTHAL. Die Jungs erzählen Dir auch, welche Drahtstärke und -länge Du für welche Leistung und Temperatur nehmen solltest). Zudem gibt es ein Problem mit der Aufhängung der Wendeln. Bei höheren Temperaturen dehnen sich die Drähte kräftig aus, die Wendeln längen sich zudem bei vertikaler Anbringung, d.h. die Windungen 'sacken ab', wenn man sie nicht daran hindert. Das physikalische Verhalten erfordert normalerweise eine liegende Aufnahme der Wendeln, entweder auf Rohren oder in angepassten Rillen. Das wäre bei Deinem Ofen möglich, aber aufwändig.

Wenn Du die Wendeln an der Verformung hindern willst, indem Du sie in eine feuerfeste Masse aus Al2O3 und MgO einbettest, befürchte ich Probleme. Es wird möglicherweise Spannungen im Material geben, und entweder die Drähte leiden oder die Einbettmasse. Hier mag es spezielle Lösungen ('weiche' Massen, die etwas nachgeben) geben, das muss man eruieren. Infos gibt es bei KANTHAL, bei Ofenbaufirmen (NABERTHERM, RIEDHAMMER, KITTEC) oder bei den Herstellern von HTI-Produkten (Wärmedämmstoffe - nicht Isolierungen! - auf englisch 'high temperature insulation'). Infos über feuerfeste Massen gibt es bei den Keramikzubehörlieferanten, z.B. Fa. JÄGER in Höhr-Grenzhausen.

Für überflüssig halte ich den Bau eines zweiten Ofens zum Anlassen. Der Aufheizvorgang bis zur Härtetemperatur wird schnell gehen, das Abkühlen dauert natürlich etwas länger, könnte allerdings beschleunigt werden, wenn Du im Ofenboden eine Öffnung vorsehen würdest. Dann hättest Du einen Kamineffekt. Nachteil: das wäre thermischer Stress für das Ofenmaterial und ginge zu Lasten der Haltbarkeit (Rissbildung).

Da Du ohnehin eine elektronische Regelung einbauen musst, könnte diese auch den unteren Temperaturbereich um ca. 200°C steuern. Dafür einen zweiten Ofen zu bauen würde sich nach meiner Auffassung nur lohnen, wenn Du massiv ins Rüstungsgeschäft einsteigen wolltest. Dort sind aber, so habe ich gehört, Schwerter inzwischen nicht mehr die erste Wahl.....

Gruß

sanjuro

 

[Zoidberg]

Hallo Sanjuro,

ja die 3000 W sind auch nur die Maximalleistung. Über die Dimmer ist das ganze ja beliebig steuerbar. Die Drahtausdehnung hatte ich schon im Hinterkopf bin aber nicht davon ausgegagen das es ein Problem ist. Habe gerade mal nachgerechnet. Bei den Daten die ich verwenden will hat eine Wicklung der Heizwendel (bei 1mm Draht) ca. einen Umfang von 250mm.
Bei 1000°C würde es eine thermische Ausdehnung von ca. 4mm geben. Hmm ist das viel/wenig und gibt das ein Problem, ehrlich gesagt keine Ahnung . Die einzelnen Wicklungen werden ca. einen Abstand von 7-8mm haben. Kann natürlich sein das der Draht soweit "durchhängt" das es da zu Kurzschlüssen kommt. Aber dafür war dann eigentlich die Isolierung aus Magnesiumoxid und Aluminiumoxid gedacht um das entsprechend zu fixieren. Zusätzlich werden alle 10cm oder so noch Drahtschlaufen verwendet beim wickeln des Drahts um das Rohr. Die meisten Öfen dieser Bauart die ich gesehen habe waren waagerecht da ist das natürlich kein Problem. Aber z.B. der Ofen von Dietmar:

http://www.messerforum.net/showthread.php?t=96183

steht auch senkrecht. Der hat das ganze zwar mit Feuerfestmörtel verschmiert (den könnte ich natürlich auch nehmen), aber vom Prinzip her ist das denke ich das gleiche und der Feuerfestmörtel wird auch nicht stabiler ist. Bei ihm scheint es auf jeden Fall kein Problem gegeben zu haben.
Das einzige was ich machen könnte wäre zu versuchen kleine Rillen in das Rohr zu schleifen (mit Diamant-Trennscheibe) wo der Draht "eingelegt" wird. Wäre aber wohl sehr viel Arbeit und sehr schwierig, dass wollte ich mir eigentlich nicht antun.

Die Sache mit dem Anlassofen werde ich wenn auch erst in Angriff nehmen sobald der Härteofen läuft. Dann kann ich ja mal testen wie schnell der wieder abgekühlt ist.

Schönen Gruß
Thomas

 

[rolynd]

Hallo Zoidberg,

Ich Bastel auch gerade an einem Neuen Härteofen da mein bisheriger zu klein ist, wird aber nur für Klingen bis max 50cm lang und Klassische Bauweise aus Isoliersteinen. Wenn er fertig ist stell ich den auch mal hier vor.

Ja, das mit dem befestigen der Heizelemente ist leider immer so ein Krux habe bisher schon 2 Öfen gebaut und funktioniert haben sie beide prima aber eine für mich optimale Lösung hab ich dazu noch nicht gefunden. Beim neuen probiere ich mal wieder was neues zur Elementebefestigung aus...

Wenn du die Elemente in Feuerfestzement einbettest und das Ganze durch Temperatur aushärtet geht das schon aber. natürlich kann es durch Ausdehnung dann im Feuerfestzement zu rissen kommen wenn du das Ganze aber sowieso nochmal fest in Keramikwolle einwickelst kann ja trotz rissen nix abfallen. Das Problem ist halt nur wenn du das Element mal wechseln möchtest...
Mein letzter Ofen hatte zb mal einen Schaden im Türbereich und da ich die Isoliersteine mit Feuerfestzement verklebt hatte war ein austauschen eines einzelnen Steines nicht so einfach möglich wenn der Zement mal durchgesintert ist haftet der ganz prima und ein Teil der Steine ging beim auswechseln mit drauf. Das wird nächstes mal auch anders gelöst.

Du könntest zB das element zuerst mit einer Schicht Aluminiumoxid/Magnesiumoxid abdecken und darüber nochmal zur Festigkeit den Feuerfestmörtel verschmieren.
Reines calziniertes Aluminiumoxid und Magnesiumoxid haben so hohe Schmelzpunkte dass du es mit den Betriebstemperaturen des Ofens nicht zum Sintern bringst. Das heißt es läßt sich auch gut wieder ablösen andererseits ist das eben auch der Nachteil deshalb der Vorschlag noch eine Schicht Feuerfestzement/Mörtel darüber aufbringen der dann eben fest wird.

Aluminiumoxid gibts zB recht günstig bei www.toepferspass.de nach calzinierter Tonerde unter Rohstoffe suchen.
Magnesiumoxid brauchst du Qualität "schwer" oder "Gesintert" es gibt 2 Sinterungsstufen deshalb kann sein dass "leicht gebranntes" ok ist das aber ist auch nur bei 700-800° calciniert das ist für völlige reaktionsträgheit zu wenig, dann tritt noch schwund auf bei höherer Temperatur und dadurch auch Risse. Ist Aber verwendbar.
Gibts bei www.kremer-pigmente.de ist aber leider recht teuer. Falls jemand ne billigere Quelle für MgO "Schwer" hat bitte posten.

Kanthal schreibt vor dass die elemente nicht mit "freiem Siliziumoxid" in berührung kommen sollen, das wäre z.B Quarzsand, da dies dazu führt dass sich die schützende oxidschicht auf den elementen nicht ausbilden kann und somit die Lebensdauer verkürzt.

Da Sand/Quarzsand aber oft Bestandteil von Feuerfestzementen ist wäre ich beim direkten verschmieren mit solchen Massen auch vorsichtig wenn keine genaue Zusammensetzung genannt wird. Ein gewisses Maß an SiO2 wird durch den Sinterungsprozess mit den anderen Bestandteilen gebunden wenn aber zuviel drin ist bleibt eben was zurück was dann mit den Heizelementen reagieren kann. Zum zweiten sint Feuerfestzemente nicht unbedingt für die Anwendung im Elektroofen konzipiert es kann sein dass ein Feuerzement ab einer best. Temperatur plötzlich elektrisch leitfähig wird. Siehe Ytong z.B. Muß nicht kann aber. -Testen!

Alternativ gibt Rhodes auch eine Mischung von Aluminiumoxid und Kaolin 60/40 als Schlichte für Brennofen an. Dies würde den Elementen nicht schaden da das SiO2 im Kaolin mit dem Al2O3 versintert und somit nicht frei zur verfügung steht. Diese Mischung wird jedoch beim brennen wieder fest... Richtig Durchsintern tut das aber erst bei Temperaturen oberhalb 1100° dann gibts Mullit und Cordierit. Diese Mischung probiere ich demnächst mal in dem neuen Ofen aus, mal sehn wie`s klappt

Ist leider alles nicht so einfach wenn man gleich ein Optimum haben will.

Allerdings habe ich auch im Kanthal Handbuch keine Angabe gefunden um wieviel genau sich denn jetzt die Lebensdauer verkürzt. Ist vielleicht ja für unsre Anwendung gar nicht so schlimm.

Wenn du tatsächlich noch nen Anlassofen bauen willst dann wäre eine günstige möglichkeit Ytong und NiCr80/20 (Nikrothal) Draht. Gibts immer mal wieder günstig in der bucht 20m ca 7-9€ oder die Heizelemente aus Backöfen z.B.

Vorsicht mit Ytong und Drahtheizelementen bei höheren Temperaturen, bei meinem Ersten Ofen den ich noch aus Ytong gebaut habe musste ich feststellen dass mein Ytong bei temperaturen so um die 600-700° anfing plötzlich Leitfähig zu werden und die äußere Hülle steht dann mal eben so unter Strom. Funktioniert hat der trotzdem wie gewünscht aber Sicherheitstechnisch ne Katastrophe. Ist nix passiert da ich bei sowas eben ziemlich vorsichtig bin und am Anfang Messe und Teste! Nachdem das Ytong von der Hülle elektrisch isoliert war auch kein Problem mehr. Trotzdem Shit, billigst ist halt nicht immer gut.

Für einen billigen Anlaßofen im Bereich 200-250° sollte es aber kein problem sein.

So jetzt aber genug geblubbert!
Wünsche viel Spass beim Ofenbau und zeig mal was wenn er fertig ist!

 

[rolynd]

Hier noch kurz 2 Phasendiagramme zum Mischungsverhältnis Aluminiumoxid und SiO2 / Magnesiumoxid und Aluminiumoxid und was da so rauskommt bei verschiedenen Temperaturen. Wie gesagt bei 800-900° passiert da noch recht wenig bezüglich Sinterung , den Ofen dazu am Anfang mal auf min 1050-1100° Hochfahren

 

[Zoidberg]

Hallo rolynd,

super danke für die Infos und die Diagramme !!!

Werde denke ich deinen Tipp aufgreifen und erst eine Schicht Aluminiumoxid/Magnesiumoxid auftragen dann erstmal trocknen lassen, dann langsam aufheizen und mal schauen wie es sich verhält. Danach dann evtl. noch eine Schicht Feuerfestzement drüber von:

http://www.schuba-shop.com/epages/schuba.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/Feuerungsbau/Products/300170102

Der ist sehr günstig und hat sogar nur einen kleinen Prozentsatz Siliziumoxid (2.3%) bzgl. des Problems mit dem Kanthaldraht. Aber es ist ja sowieso eine Schicht Aluminiumoxid/Magnesiumoxid dazwischen.
Aluminiumoxid werde ich dann bei deinem Link bestellen (www.toepferspass.de). Bei Kremer-Pigmente gibts zwei verschiedene Magnesiumoxidsorten. Eine Sorte (Artikel 64132, leicht, gebrannt, für 17€/kg), das ist glaube ich die wo du meintest das noch Schwund auftritt die aber trotzdem verwendbar ist oder?
Es gibt aber noch einen andere Sorte (Artikel 599870, gebranntes Magnesiumoxid, zum Polieren, 9.4€/kg). Die scheint nach Schüttgewicht (800g/L) auch eher Richtung schweres Magnesiumoxid zu gehen. Allerdings macht mich der Zusatz "zum polieren" etwas stutzig. Und auch die Korngröße (<120 mesh=0.12mm) finde ich ziemlich "grob".
Kann man das auch verwenden bzw. ist das vielleicht sogar besser als das leichte?

Ich werde auf jeden Fall mal einen Bericht schreiben mit Bildchen und so sobald der Ofen fertig ist, wird aber noch dauern (einfach zu wenig Zeit Abends nach der Arbeit ).
Für einen eventuellen Anlassofen habe ich auch schon ne gute (günstige) Idee. Aber erstmal den Härteofen ans laufen kriegen....

Schönen Gruß
Thomas

 

[rolynd]

@ Zoidberg

Ja, Artikel 64132 meinte ich. Die Temperatur bei der es gebrannt wurde ist leider nicht angegeben. Steht zwar leicht?? dabei aber das Schüttgewicht ist mit 3,22g/cm³ deutlich höher als bei Artikel 599870.

Wie gesagt sintert die Mischung Al2O3/MgO nicht bei den normalen Ofentemperaturen. Nach Einschmieren und aufheizen kannst du das locker wieder abbürsten wenns nicht von alleine abbröselt. Besser gleich Feuerfestzement drüber und in Keramikwolle verpacken. Oder ein wenig Kaolin zugeben dann wirds auch hart.

 

[dinscheder]

Ich hatte mit auch einen neuen Härteofen gebaut und beim ersten Versuch den Kantahl-Draht um das Glatte Sillimantin Rohr gewickelt. Davon kann ich dir abraten: Ich hatte alles sehr straff gewickelt aber als ich den Stecker gerade am Saft hatte rutschen die Drähte zusammen obwohl die erst handwarm waren!! Also vergiss es!!

Hatte auch überlegt mit einer Diamantscheibe Rillen rein zuschneiden aber Keramik ist das riss anfälligste Material das es gibt...riskanter Versuch ei den Preisen!! Auch Löcher für Thermoelemente würde ich vermeiden...

Habe dann bei Haldenwanger angefragt von denen ich auch mein Rohr bezogen hatte: Die haben im Programm eine spezielle Isolationsmasse die die Drähte sicher fixiert und auch Isoliert! Netterweise haben die mir einen 2 kg Beutel kostenlos zukommen lassen
Die Mischungen aus Magnesiumoxid usw. werden ohne Feuerfestbeton sicher abbröckeln da die wie oben schon erwähnt nicht einbrennen bei der Temperatur...

Ich würde da einfach mal anrufen die sind sehr kompetent und haben mich auch bei der Wahl der Sorte beraten...
Wenn du auf der Homepage von Haldenwanger unter Informationen guckst findest du einen Button zu den Katalogen. Da schaust du mal in dem Katalog "Ceramics for Kilns". Irgendwo da drin steht dann etwas von "Insulation Compound 60"...das hatte ich glaube ich bekommen. Musste einfach mit Wasser anrühren und bei 1000 °C eine Stunde einbrennen, dann ist alles fest!!

Grüße Dinscheder

 

[sanjuro]

......Ich hatte ..... beim ersten Versuch den Kanthal-Draht um das Glatte Sillimantin Rohr gewickelt.....

Falls das jemand nachschlagen möchte: Es wird wohl eher ein glattes Sillimanit-Rohr gewesen sein.

Gruß

sanjuro

 

[dinscheder]

@ sanjuro
Danke für deine Aufmerksamkeit!
Ich habe gerade bei Haldenwanger nachgelesen und es heißt wirklich "Sillimantin 60"...vielleicht ist das nur die interne Firmenbezeichnung von denen??

Und entschuldigt den Rechtschreibfehler...

Gruß Dinscheder

 

[Zoidberg]

Hallo zusammen,

mittlerweile ist ja schon ein "bisschen" Zeit vergangen. Irgendwie dauern solche Sachen immer viel länger als man denkt.
Mein Härteofen ist nun fast fertig und angeheizt habe ich ihn auch schon dreimal (und der läuft sogar ).
Was allerdings noch fehlt ist eine vernünftige Temperaturmessung. Ürsprünglich war geplant, mehrere Thermoelemente von der Seite her durch kleine Keramikröhrchen in das Pythagorasrohr einzuführen. Das einkleben der Keramikröhrchen hat sogar FAST funktioniert, siehe nachfolgende Bilder (wo man auch die Wicklung erkennt, die eine sch... Arbeit war ):

Alle ca. 6mm gibts eine Wicklung. Insgesamt sind es zwei "Spulen" die jeweils auf 1500 Watt ausgelegt sind (Drahtstärke 1,1mm) und vier Thermoelementröhrchen.

Das ganze mit Haldenwanger Isolationsmasse verschmiert.

Allerdings sind mir sämtliche Röhrchen bei der Umwicklung mit der Keramikfasermatte abgebrochen (leider sehr empfindlich). Daher habe ich in die, nun zerbröselten, Keramikröhrchen noch Metallröhrchen eingeschoben in die dann jeweils ein 0.5mm Typ K Thermoelement reinkam. Soweit so gut, Ofen aufrecht hingestellt, aufgeheizt und Temperatur gemessen. Da zeigte sich zwischen den Thermoelementen allerdings eine krasse Temperaturdifferenz von teilweise 150-200°C zwischen zwei benachbarten Thermoelementen, was aufgrund der dichten Wicklung und dicken Isolierung eigentlich nicht möglich sein sollte.
Leider haben sich außerdem wohl trotz der Isolationsmasse drei oder vier Wicklungen zusammengeschoben, da nach dem ersten aufheizen die Widerstände der Spulen jeweils ca. 1 Ohm kleiner waren (naja bei ca. 35 Ohm Widerstand sind das weniger als 3%, kann man verkraften).

Bezüglich der hohen Temperaturdifferenz hatte ich folgende Vermutung: Die Metallröhrchen gehen ja durch das Pythagorasrohr und kommen dabei sehr nahe an der eigentlichen Heizdrahtwicklung vorbei (siehe erstes Bild). Ich glaube, dass sich dadurch das Metallröhrchen lokal sehr stark aufheizt und die Wärme über den Metallmantel des Thermoelements an dessen Messspitze leitet (das Thermoelement sitzt ziemlich fest im Metallröhrchen). Bin aber auch nicht 100% sicher. Daher habe ich einmal zwei Thermoelemente von oben in den Ofen gehängt, so dass die Messspitzen in zwei verschiedenen "Höhen" hängen ich schätze mal in einem Abstand von ca. 400mm (ebenfalls typ K 0.5mm Mantelthermoelement). Dann das ganze wieder langsam aufgeheizt und die Temperatur auf ca. 870°C eingependelt (manuell über meine Elektronik). Da waren die beiden Temperaturen wirklich exakt gleich (+/- 0.5°C). Kommt mir eigentlich schon zu gut vor. Und es war auch ziemlich einfach die Temperatur manuell auf diesem Wert zu halten (Genauigkeit +/- 1-2°C). Ich habe es aber auch mit der Isolierung vielleicht ein bisschen übertrieben (8 Lagen 20mm dicke Keramikfasermatte ), siehe nächstes Bild, daher ist der Ofen ziemlich träge und einfach manuell zu regeln.

Ich weiß jetzt nicht ob es bei der Thermoelementmessung mit von oben eingehängten Thermoelementen irgendwelche Sachen zu beachten gibt, und ob sich vielleicht die Temperatur über den Thermoelementmantel irgendwie ausgleicht (Metall leitet Wärme ja viel besser als Luft) und ich daher so gleiche Temperaturen rausbekomme.
Aber eigentlich ist der Mantel sehr dünn und sollte eigentlich nicht viel Wärme leiten können. Außerdem sind es ja isolierte Mantelthermoelemente mit einer ?Magnesiumoxid?-Isolierung zwischen Thermoelementmantel und eigentlichem Thermoelementdraht.
Ich wüsste aber auch nicht wie ich es anders machen sollte und wollte daher wohl mit der "von oben" Variante arbeiten.
Wie habt ihr denn eure Thermoelement(e) in den Ofen eingebracht?
Auch von oben einfach reinhängen lassen?

Schönen Gruß
Thomas