1300 Grad e-ofen selber bauen

Hier sollen Fragen und Probleme mit Brennöfen, egal ob Gas, Strom oder Holz, etc., gestellt und beantwortet werden.
maba
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1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Hallo *,

Ich möchte einen e-Brennofen in der Klasse (dauerhaft) 1300 Grad bauen und ich wollte von euch eine Einschätzung haben am welcher Stelle Ihr etwas anderes machen würdet bzw. wo ich falsch liegen sollte:
  • Ofentyp: Kammerofen mit Türe (Vorbild: NABERTHERM Ceramotherm Typ N 150)
  • ca. 50x50x60 Innenraum (allseitig beheizt),
  • 11 KW 3phasig

Wand-Aufbau: (innen nach außen in jeder Richtung)

8 cm 0,55 W/mK Feuerfest-Leichtbeton Schuba®FB-GLS 45/1 (1450 Grad max) ( https://www.schuba-shop.com/epages/schu ... -300480102 )
2 mm Fugenmörtel - flächig (1500 Grad max) (https://www.schuba-shop.com/epages/schu ... -300600102)
20 cm 0,07 W/mK Gasbeton/Poroton-Steine (800 Grad max)
2 mm Stahlblech

Ich plane entsprechende Formen für die Wand/Boden/Deckenelemente zu machen in der dann der Beton eingegossen wird.
Damit bin ich fugenlos und kann perfekte Aufnahmen für die Glühwendel erzeugen. Die Decke ist ebenfalls in einem Stück gegossen
muss damit nur sich selbst tragen. Der darüber liegende Poroton-Stein wird die ganze Fläche überdecken - und trägt sich auch selbst.
In diesen Platten werden die Glühdräthe entsprechende 3 cm Vertiefungen (nach schräg unten) als Führung haben. Ob die Decke auch beheizt wird - überlege ich mit noch,
da hier dann die Wendel in Halterohre verlegt werden müssen.

Laut (Schul-)Physik sollte bei diesem Aufbau einen Wärmeverlust von 0.530 Watt pro Quadratmeter bei einem Grad Temperaturunterschied zwischen innen und außen betragen.
Bei 6 Seiten je 0,25qm => 1,5 qm => 1,5 qm * 0.315 W/qmK , ergibt bei 1270 grad Deltatemperatur => 600 Watt

Der Ofen stahlt also 600 Watt ab wenn dieser bei 1300 Grad betrieben wird.

Preisfrage: Welche Hitze werden die Potonsteine - die dauerhaft unter 800 Grad bleiben müssen - nach 8 cm Feuerfestmaterial - belastet bzw. nach welcher Zeit bei 1300 Grad werden die die 800 Grad erreichen?

Kosten: Stahlblech + Poronton => (grösszügig) => 100 €
Beton: 210 liter => 1,7 kg/liter => 357 €
Kleber: 5 KG
Summe: ~500 €

Messelement:

Da 1300 Grad angestrebt werden und die 'billigen' Messfühler bei 1200 Grad aufhören - wird es wohl ein Pt-Thermopaar werden müssen (teuer :( )
Ich dachte da an: (https://www.tcdirect.de/Default.aspx?le ... _id=190/78)

Preisfrage: Wenn der Sensor (15 cm lang) zu 8 cm in dem Beton steckt und der Rest in den Brennraum schaut:
Welche Hitze ist das Ende des Messfühlers ausgesetzt - das Kabel darf dort maximal 105 Grad abbekommen.


Kosten: 330 €

Messsteuerung:

Entweder etwas von der Stange wie z.B. inkbird( https://www.amazon.de/Thermometer-Tempe ... B008GS2QFU)
oder ich mache das selbst via RasberryPI .... und dann einen auf "Web-Schnitttelle/smartphone zur Steuerung". PS. Ich bin Informatiker - ich kann sowas :) .

Kosten. 33 €


Ansteuerung:

Ich dachte an eine Sternschaltung mit 400 Volt Drehstrom, jeder der 3 Phasen versorgt dabei 2 Wände.
Hierzu entsprechende Solid-state Module ( https://www.amazon.de/SSR-25DA-Relaismo ... sbs_328_52 )
die die Wendeln ansteuern.

Kosten. 17,- + e-Gehäuse 30 €


Heizelemente:
Die sollten aus FeCrAl (A1, max 1400 Grad) sein - sagen wir 1.5 mm ergibt laut Datenblatt 0,821 ohm/meter. Bei 11 KW bei 6 Wänden => 1833 W je Wand.
1833 Watt bei je 230 Volt (Phase gegen Nullleiter/Neutralpunkt) => 8 A Strom => 28,8 ohm => 35 meter Draht , aufgeteilt in 4 Heizwendeln => 8,7 meter je Heizwendel.

Das Material hole ich bei http://www.heizspiralen.de/Heizleiterdraht.html
Preisfrage: Kann ich diese 1,5 mm Drähte selbst zu Wendeln drehen oder lasse ich das machen ?

Kosten: 192 meter x 1,17 €/m => 224 €


Fazit:
Ohne die Arbeitszeit zu rechnen zzgl. diverser Kleinteile kommt man auf <1200 Euro.


Wo liegen meine Fehler? Falsche Annahmen? Zu optimistisch?
Maria Ortiz Gil
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von Maria Ortiz Gil »

Hallo maba,

ich habe nicht viel Ahnung vom Ofenbau, nur dass ich seit fünfundvierzig Jahren elektrische Brennöfen nutze, aber hier im Forum gibt es richtige Spezialisten, die dir Bescheid sagen werden.
Mein Gedanke ist nur: du redest da von Beton und Gasbetonsteinen?
Wenn alle anderen Keramikbrennöfen auf der Welt aus Schamotte-Feuerleichtsteinen oder Keramikfasermatten gebaut werden, dann hat das ganz bestimmt einen Grund. Und ganz spontan meine ich, dass Fugenlosigkeit anzustreben nicht der richtige Weg ist, da Materialausdehnung auf Grund von Temperaturunterschieden von Fugen aufgenommen und verteilt wird.
Bei Fugenlosen Wänden und Decke möchte ich was wetten, dass die binnen kürzester Zeit Risse haben würden.

Mein Rat: man muss nicht alles im Leben selber machen können und ob man dabei wirklich spart ist sehr zu hinterfragen. Schau doch lieber nach, wo es einen günstigen Brennofen gebraucht zu kaufen gibt. Der funktioniert dann wahrscheinlich besser als ein Experiment und bei den Kosten die du aufschreibst, bekommst du mit etwas Glück auch einen von Profis hergestellten Ofen mit dem du gut arbeiten kannst.

Nix für ungut
Maria
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Hallo Maria,

Beton meint hier "Feuerfest-Leichtbeton" wie oben spezifiziert - das Material mit dem die feuerfesten Steine (im Prinzip) gemacht werden.

Ganz fugenlos wird das nicht werden - in den 'Aussenkanten'/'Ecken' sind natürlich Fugen existent. Da die normalen fugen normalerweise mit
einem nicht elastischen Material (Kleber/Mörtel) verfugt sind dürfte dies sich nicht 'positiv' auf die Längenausdehnung bemerkbar machen - nehme ich jedenfalls an. Für mich sind Fugen in einem Mauerwerk 'schwachstellen'. Laut Datenblatt dehnt sich dieser Beton um 0,55% (linear) bei 1100 Grad aus - d.h. bei einer Wandlänge von 50 cm um 0,27 cm. ich denke das ist recht wenig und sollte das Material aushalten. Man möge mich bitte korrigieren.

Was das Thema mit dem Selbstbau vs. Kauf angeht: wenn man auf die kleinen Ofen aus ist - ja - dann ist ein Selbstbau sicherlich unsinnig. Wenn man abe in die 'Köngsklasse' rein will - also >1250 .. 1500 Grad mit entsprechenden Brennraum - werden die Preise gleich utopisch. Daher: wenn Selstbau dann 'richtig' :)

Mein derzeitiges 'Problem' ist es eigentlich, dass nicht nicht richtig abschätzen/rechnen kann wie die Temperatur sich hinter dem feuerfesten Leichtbeton entwickelt und dann irgendwann ggf. den Porenbeton bzw. die Sensorkabel grillt ...

Theoretisch müsste es so sein, dass es einen Wärmestrom vom innenraum durch den Beton gibt und sich dort 'aufsummiert' dabei aber den Wärmestrom durch den Porotonstein wieder verliert. Das ganze verläuft aber mit zunehmender Hitze langsamer - da nun die Deltatemperatur zwischen Innenraum und Zwischenraum immer kleiner wird.... wie schon gesagt .... ich kann das leider nicht rechnen (zu dynamischer Verlauf) und praktische Erfahrungen (Trial&Error) habe ich bisher nicht. Diespannende Frage ist: Wann erreicht der Zwischenraum die 800 Grad die der Porotonstein nicht mehr aushält. Was das Sensorkabel angeht - man kann den Sensor auch mit 30cm länge kaufen (sauteuer!) - dann wäre aber das kabel bereicts hinter dem Porotonstein in Sicherheit.

Das nächste ist: 600 watt Verlustleistung an der Außenhaut verteilt auf 1,5 qm Fläche .... wie warm wird sowas nach - sagen wir einer Stunde ?
tuxpert
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von tuxpert »

Hallo,

den Wunsch nach einem Eigenbau kann ich verstehen, habe schon einige Öfen selbst gebaut. Wenn es aber einen industriellen Ofen gibt der deine Ansprüche decken könnte würde ich dir dringend vom Eigenbau abraten. Es wird sicher teurer, nervenaufreibender und uU. auch nicht ganz ungefährlich, abgesehen von den vielen Arbeitsstunden, die du auch mit Töpfern verbringen könntest. Vielleicht wäre auch die Restaurierung eines alten defekten Brennofens ein gutes Projekt? Es gibt einen riesigen Gebrauchtmarkt für Brennöfen (zB. hier http://www.keramikbedarf-zinser.de/akti ... ebote.html ein alter entkernter Naber SH zum wiederaufbauen für 400€) Versteh mich nicht falsch - ich wills dir nicht ausreden, aber das ist kein kleines Wochenendprojekt. Soviel zu dem Thema - solltest du es durchziehen wollen kann ich dir glaube ich bei ein paar Punkten helfen.

Wandaufbau:
Der Feuerfest Leichtbeton wird bei so großen Formteilen (50x50x8cm) sicher nach ein paar Anwendungen Risse bekommen, die Verfugung kannst zu den Porotonsteinen kannst du dir auch sparen, weil die beiden Materialien sich unterschiedlich dehnen und die Fuge mittelfristig sicher flächig reißt. Porotonsteine sind ein furchtbar schlechtes Ofenbaumaterial - vielleicht würden sie paar Brände überleben, aber dann werden sie völlig rissig,porös und bröseln - das geschieht bereits bei weniger als 800°C. Ich vermute ja mal, dass du den Ofen eine Weile betreiben willst und nicht nur als Experiment.

Mein Vorschlag für einen Wandaufbau:
Innen Feuerleichtsteine gemauert, 1 Lage flach, dann Keramikfasermatte 10-15cm, dann Stahlhülle. Keramikfasermatten sind billig und langlebig wenn sie mechanisch nicht belastet werden. Außerdem leicht zu verarbeiten (Mit Messer/Schere, Mundschutz wegen Faserung!).
Feuerleichsteine sind zwar nicht ganz billig, aber die Investition wert! Irgendwo hier im Forum hat kürzlich jemand 300 Stück angeboten. Die Klassifikationstemperatur sollte etwas höher als die Anwednungstemperatur liegen - also zB. 1400°C in deinem Fall. Die Keramikfasermatte reicht dann bis 1200°C klassifiziert. Für deine Glühwendeln kannst du entweder mit dem Fuchsschwanz Schlitze in die FLS sägen oder auf klassische Trägerrohre setzen.

Messelement: Der Bau wird dauern, dh. du kannst das Thermoelement einfach in China bestellen. Einfach mal in der Bucht nach "WRP-100 300mm" suchen - ist zB. ein 30cm Element für 18€, hab ich selbst in 225mm und bin sehr zufrieden. Dauert aber 1 Monat bis es da ist. Keine Zollprobleme, wegen zu wenig Wert. Vielleicht überlegst du dir ohnehin zwei Messpunkte im Ofen zu haben? Oben/Unten gibts ja oft 1-2 Kegel Unterschied und wenn man den kennt kann man gegenregeln.

Messsteuerung: Fahre meine Gasöfen manuell, daher kann ich dir da nicht viel helfen - aber mit einem Raspberry dürfte das ziemlich leicht zu regeln sein.

Ansteuerung: Würde ich genauso machen: Sternschaltung mit Solid-State Relais.

Heizlemente: Ich habe mit Herrn Hülsmann von heizspiralen.de sehr gute Erfahrungen mit der "Aufrüstung" meines Naberofens gemacht. Die Verarbeitung war perfekt - alles passgenau und der Preis sehr angemessen. Ob sich das selberwickeln lohnt musst du dir je nach Preis selbst ausrechnen, aber ich würde mir die Arbeit sparen - auf jeden Fall ein Angebot bei ihm einholen.

Bei der Konstruktion des Ofens solltest du noch eine Belüftung einplanen - das ist wichtig, damit die beim Brand entstehenden Gase entweichen können und der Ofen nicht feucht wird.

Ich hoffe ein wenig geholfen zu haben, tuxpert
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Erstmal vielen Dank für Deine Tipps.

Die Amazon/ebay-Typ S 300 mm Teile habe ich auch schon gesehen - war mir aber nicht wirklich sicher ob die nun 'taugen' oder nicht. Das ist ja Pt drin - was bekanntlich teuer ist - und bei dem Preis..... Aber gut - ich kann es ja mal versuchen. Danke!

Ich werde den Wandaufbau Deinem Vorschlag folgend umbauen - einige Frage dazu:

Die Fasermatte im Bodenbereich - worauf ja dann der ganze Rest des Ofens steht - würde arg vom Gewicht belastet werden. Hier auch die Fasermatte oder einen anderen Aufbau? Oder verwende ich weitere FLS als "Füsse" und fülle den zwischenraum mit der Fasermatte?

PS: Waren meine Berechnungen bzgl. Wärmelast korrekt? Wenn ich FLS (65 mm) mit 0,36 W/mk nehmen zzgl. die Fassermatte würde .... bei 1,5 qm Fläche ... ich weiss wie ich das theoretisch rechne ... aber was passiert in der Praxis - wie warm wird sowas?

Gruss & Danke, Martin
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Nachtrag:

Wenn ich dann 21.5 cm Wandaufbau habe (65 mm FLS + 15 cm Fasermatte) mit je 0,36 W/mK ergibt das ca. 1,3 W/qmK, bei 1,5 qm Wandfläche und Deltatemp von ~1270 Grad ergibt das 'theoretisch': 2500 Watt Wärmeabstrahlung am Gehäuse - praktisch etwas mehr wegen Fugen etc...

Frage: Wieviel mehr wird das werden? 20% ?
Frage: Wie muss ich mit 2,5KW am Gehäuse vorstellen? d.h. nicht mehr mit der Hand anfassbar ?
tuxpert
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von tuxpert »

Hallo Martin,

Die Thermoelemente haben bei mir bisher stets einwandfrei funktioniert, eins ist mal abgebrochen weil ich mit der Cordieritplatte drangekommen bin - kann aber das Thermoelement nix für.

Ich habe es bei meinem großen Gasofen so gemacht, dass auf der Metallbodenplatte vier FLS stehen, die Zwischenräume sind mit Fasermatte gefüllt. Darauf steht eine zugeschnittene Cordieritplatte die den Boden der Brennkammer bildet. Die Mauerwände stehen ebenfalls direkt auf der Metallbodenplatte.

Bezüglich der Wämeabstrahlung: mit 15cm Fasermatte und 1 Lage FLS bist du (nach praktischer Erfahrung) gut beraten. Rechnen wir mal mit 20% Zusatzverlusten und landen dann bei 3000 Watt. Für den Vergleich: Es gibt Elektroradiatoren als Raumheizung zu kaufen, die haben auch 3000 Watt. Erfahrungsgemäß würde ich davon ausgehen dass der Ofen bei Maximaltemperatur außen deutlich zu heiß zum anfassen sein wird. Wenn man deine technischen Angaben in die Stefan-Bolzmann Gleichung einsetzt erhält man übrigens eine Oberflächentemperatur von ca. 176°C. Das ist schon ganz gut finde ich. Erstens gelten diese Bedingungen ja nur für kurze Zeit, von der gesamten Branddauer bist du ja höchstens 3 Stunden >1200°. Zweitens soll der Ofen ja auch irgendwann wieder abgekühlt sein.

Lg,
tuxpert
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

hmmm.... Guter Hinweis auf die Schwarzkörperstrahlung ....

170 Grad finde ich schon etwas extrem - ich bin 'Sicherheitsfan' und man muss ja nicht unnötig die Umwelt heizen.

Wenn ich nun noch 11 cm YTong darum packe komme ich auf 0,428 w/qmk bzw. bei 1270 deltatemp. auf 800 Watt.
Sagen wir 25% Verlust => 1 KW Leistung.

Ergibt dann flauschige 38 Grad ..... ich denke das wird mein aufbau. Und die Ytong-Steine sollten diese 170 Grad auch ne Weile aushalten können.
Zumindest bis 500 grad sollte nichts passieren.

Einverstanden mit dieser Sichtweise ?
tuxpert
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von tuxpert »

Hi,
Eine 30cm Ofenwand ist natürlich schon ein Wort - das kannst du so sicher mal probieren. Ein Problem sehe ich bei der Wärmeleitung: Wenn die Keramikfasermatte 0,36 W/mK leitet und die Ytongsteine nur 0,07 W/mK nach außen ableiten können ergibt sich natürlich eine deutlich höhere Temperatur an der Grenzschicht als die vorher berechneten 170°C an der Luft - wie hoch die Temperatur an der Grenzschicht sein wird, hängt von der Brenndauer ab. Ich habe bisher keine guten Erfahrungen mit Ytong im Ofenbau gemacht - aber probieren geht über studieren. Ich würde auch mal über ein hinterlüftetes Gehäuse nachdenken, die Rhode / Naber Öfen sind alle doppelwandig hinterlüftet und daher handwarm außen. Trotzdem ist deine Rechnung natürlich gut und richtig, mit Ytongisolation kannst du deine Hüllentemperatur sicher nochmal deutlich senken.

Über die Notwendigkeit einer Brennraumlüftung habe ich dir ja schon geschrieben - vielleicht würde diese Lüftung bei so einer massiven Isolation auch der Abkühldauer ganz gut tun.

lg, tuxpert

ps: Es wäre schön, wenn du dein spannendes Projekt hier in der Zukunft etwas weiter dokumentierst und so das Forum an deinen Fortschritten teilhaben lässt.
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

>doppelwandig hinterlüftet

Hast du dazu eine Beschreibung .... wie man sich das vorzustellen hat?

In etwa so: Stein | luftspalt mit 'entlüftung | Stein | luftspalt mit 'entlüftung | Fassermatte | Metallhülle

> du dein spannendes Projekt hier in der Zukunft etwas weiter dokumentierst
Das habe ich vor.
maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Hier im Anhang mal der "innere" Ofen - tauglich bis 1400 Grad:

Abmessungen: innen: 56x56x4.64

Bedarf: 240,- 48 Steine 230x114x65 (https://www.schuba-shop.com/epages/schu ... Shops/Feue rungsbau/Products/126-100650102)
Bedarf: 71,- 1 Sack (= 30 Kilo) Deckenplatte: 696 x 696 selbst gegossen (https://www.schuba-shop.com/epages/schu ... -300480102)
Alle Fugen sind 2mm breit, mit https://www.schuba-shop.com/epages/schu ... -300600102

Kosten bisher: 312 € + Kleber


Man beachte die geschützte Öffnung für des Thermoelement unten rechts, berechnet für 225 cm Thermoelement. D.h. das Ende des Themoelementes ist nun hinter dem Stein - eventuell noch weiter nach hinten und dann länger (30 cm) - dann wäre das thermoelement weiter in Sicherheit - zumal auch am Ende des Themoelementes die "Delta"-Messtemperatur liegt.

Folgende Frage: Entlüftung für kontrolliertes Ablüfen - eher oben als schiebbarer Stein ... ?
folgende Frage: Die Hinterlüftung - kommt die jetzt und dann die Fasermatte ? wohin geht Luft der Hinterlüftung ?
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maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

Ach ja ... die Türe noch ..

Wegen der Hinterlüftung: Wie wäre es am Rand die Steine hochkant (sind dann 115 mm Abstand) zu setzen um damit dann den Abstand zur Metallplatte zu realisieren. In diese Lücke kommen dann die Fasermatten (10 cm) - die Lücke ist aber 15 mm breiter ..... dies ist dann die Hinterlüftung mit einem Luft-Eingang unten am Gehäuse und einem Luft-Ausgang oben am Gehäuse.

Damit die Fasermatte nicht in die Hinterlüftung reinfällt, werden dann schmale streifen z.b. 15x15mm an die Steinwand (in regelmassigen Abstanden) geklebt - dies sind die führungskanäle bzw. abstandshalter zu der Fasermatte.

Kritik ?
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maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

und nun zur Hinterlüftung... und der zusätzlichen Ablüftung.

In blau sind die Abstandshalter (1,5 cm hoch) - dies ist der Luftkanal - und geht dann einmal an allen Seiten einem rum. Darüber liegt dann 2 x 50mm Fasermatte. Bisher habe ich erst mal die eine Seite gemacht.

Die zusätzliche Ablüftung als grüner Schieber - kann um 5 cm vor/zurück bewegt werden um das Entlüftungsloch abzudecken - 3 cm?

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maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

und hier nun mit den zwei Seiten.... der Entlüftungskanal führt dann nach oben auf der Höhe der Aussenkante der inneren Ofenmauer ...
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maba
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Re: 1300 Grad e-ofen selber bauen

Beitrag von maba »

*update*

Die Lüftungskanäle werden dann von unten be/entlüftet.... (da wo die blauen Stäbe beginnen/aufhören)
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