DE102007044764A1

DE102007044764A1 - Hybrid kiln for sintering metallic or ceramic green body, has inner conductor detachably connected with two bar antennas at joint, where antennas extend over extension length of about specific times of coupled wavelength in applicator

Info

Publication number: DE102007044764A1
Application number: DE200710044764
Authority: DE
Inventors: Monika Willert-Porada; Ho-Seon Park; Thorsten Gerdes
Original assignee: NEUE MATERIALIEN BAYREUTH GmbH
Current assignee: NEUE MATERIALIEN BAYREUTH GmbH
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: DE202007019030U1; DE102007044764B4

Abstract

The kiln has a double-walled housing (1) flowed with a cooling fluid. A kiln chamber (4) is mounted in the housing. A high temperature applicator (6) is mounted in the chamber and is arranged in an intermediate space (5), in which a resistance heating element (8) is provided. Outer and inner conductors (11, 12) are connected with a magnetron (9) are guided through the housing. The inner conductor is detachably connected with two bar antennas (16, 23) in a form of heat pipes at a joint. The antennas extend over an extension length of about 1-10 times of coupled wavelength in the applicator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridofen.The The invention relates to a hybrid oven.

Die Erfindung richtet sich insbesondere auf einen Hybridofen, mit dem durch die kombinierte Wirkung von Widerstands- und einer Mikrowellenheizung hohe Temperaturen, z. B. zum Sintern von aus gepressten Metall- oder Keramikpulvern hergestellten Formlingen bzw. Grünkörpern, erzeugbar sind.The Invention is particularly directed to a hybrid oven with which through the combined effect of resistance and microwave heating high temperatures, eg. B. for sintering pressed metal or ceramic powders produced green bodies or bodies, can be generated.

Die US 6,537,481 B2 beschreibt einen Hybridofen, bei dem in einer herkömmlicherweise beheizbaren Ofenkammer ein aus Metall hergestelltes, mikrowellenreflektierendes Gehäuse aufgenommen ist. Zur Einkopplung von Mikrowellen ist das Gehäuse über einen Wellenleiter mit einem Mikrowellengenerator verbunden. – Zur Herstellung einer möglichst homogenen Feldverteilung im Hochtemperaturapplikator ist ein Modenrührer vorgesehen. Damit kann nachteiligerweise der Raum im Hochtemperaturapplikator nicht effizient genutzt werden. Abgesehen davon, ist es mit dem bekannten Hybridofen nicht möglich, die durch ein im Hochtemperaturapplikator aufgenommenes Sintergut bewirkte Inhomogenität der Feldverteilung durch den Modenrührer vollständig zu kompensieren. Der bekannte Hybridofen ist also nicht besonders universell.The US 6,537,481 B2 describes a hybrid furnace in which a metal-made, microwave-reflective housing is accommodated in a conventionally heatable furnace chamber. For coupling microwaves, the housing is connected via a waveguide to a microwave generator. - To produce a homogeneous field distribution in Hochtemperaturapplikator a mode stirrer is provided. Thus, disadvantageously, the space in the high-temperature applicator can not be used efficiently. Apart from that, it is not possible with the known hybrid oven to compensate for the inhomogeneity of the field distribution caused by a sintered material received in the high temperature applicator by the mode stirrer completely. The well-known hybrid oven is therefore not very universal.

Aus der DE 100 05 146 A1 ist es bekannt, einen Mikrowellenofen zur Entbinderung von Grünkörpern zu verwenden. Bei dem bekannten Mikrowellenofen ist ein Hohlleiter in einen Resonatorraum geführt. Vom Hohlleiter erstrecken sich eine Vielzahl von Koppelstiften mit einer unterschiedlichen Erstreckungslänge in den Resonatorraum. Mit dem bekannten Mikrowellenofen können lediglich relativ geringe Temperaturen erzeugt werden.From the DE 100 05 146 A1 It is known to use a microwave oven for debinding of green bodies. In the known microwave oven, a waveguide is guided in a Resonatorraum. From the waveguide, a plurality of coupling pins with a different extension length extend into the resonator chamber. With the known microwave oven only relatively low temperatures can be generated.

Die DE 101 57 601 A1 beschreibt einen Mikrowellenofen zum Trocknen von Pressspanplatten. Die DE 26 42 152 C2 beschreibt schließlich einen mit Mikrowellen betriebenen Tunnelofen zur Behandlung von Lebensmitteln. Die vorgenannten Mikrowellenöfen eignen sich nicht zur Erzeugung von hohen Temperaturen, wie Sie beispielsweise zum Sintern metallischer oder keramischer Grünkörper erforderlich sind.The DE 101 57 601 A1 describes a microwave oven for drying pressboard. The DE 26 42 152 C2 finally describes a microwaveable tunnel oven for the treatment of food. The aforementioned microwave ovens are not suitable for generating high temperatures, as required for example for sintering metallic or ceramic green body.

Die DE 10 2004 050 256 A1 beschreibt ein Verfahren zum Einspeisen von Mikrowellen in eine Sinterkammer. Zu diesem Zweck sind zwei oder mehrere hochtemperaturbeständige Stabantennen in die Sinterkammer eingeführt. Eine Leistungseinspeisung in die Stabantennen erfolgt mit zeitlich versetzter Taktung, so dass zeitlich gemittelt eine homogene Feldverteilung in der Sinterkammer erzeugbar ist.The DE 10 2004 050 256 A1 describes a method for feeding microwaves into a sintering chamber. For this purpose, two or more high-temperature resistant rod antennas are inserted into the sintering chamber. A power supply to the rod antennas is carried out with time-staggered timing, so that averaged time a homogeneous field distribution in the sintering chamber can be generated.

Die DE 10 2004 021 016 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Einkoppeln von Mikrowellenstrahlung in einen Hochtemperaturapplikator. Dabei ist eine Mikrowellenquelle über einen Hohlleiter mit einem Koaxialleiter verbunden. Der Koaxialleiter weist einen hohlen Außenleiter, einen darin liegenden, mit Kühlflüssigkeit durchströmten Innenleiter und ein zwischen Innen- und Außenleiter liegendes Dielektrikum auf.The DE 10 2004 021 016 A1 discloses a device for coupling microwave radiation into a high temperature applicator. In this case, a microwave source is connected via a waveguide with a coaxial conductor. The coaxial conductor has a hollow outer conductor, an inner conductor through which coolant flows, and a dielectric located between inner conductor and outer conductor.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst universeller Hybridofen angegeben werden, der auf möglichst einfache und kostengünstige Weise insbesondere die Herstellung von gesinterten Werkstücken mit hoher Qualität ermöglicht.task The invention is to the disadvantages of the prior art remove. In particular, it should be as universal as possible Hybrid furnace to be specified as simple as possible and cost-effective manner, in particular the production of sintered workpieces with high quality allows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13.These The object is solved by the features of claim 1. Expedient embodiments of the invention result from the features of claims 2 to 13.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Hybridofen vorgesehen, mit
einem doppelwandigen mit einem ersten Kühlfluid durchströmten Ofengehäuse,
einer im Ofengehäuse aufgenommenen Ofenkammer,
einem in der Ofenkammer aufgenommenen und mit einem Zwischenraum dazu angeordneten Hochtemperaturapplikator,
wobei im Zwischenraum Widerstandsheizelemente vorgesehen und
durch das Ofengehäuse mehrere mit zumindest einem Magnetron verbundene Koaxialleiter geführt sind,
wobei jeder Koaxialleiter einen Innenleiter aufweist, der lösbar an einer Verbindungsstelle mit einer sich über eine Erstreckungslänge von 1- bis 10-fachen der eingekoppelten Wellenlänge in den Hochtemperaturapplikator erstreckenden Stabantenne verbunden ist,
und wobei zumindest zwei der Stabantennen sich über eine unterschiedliche Erstreckungslänge in den Hochtemperaturapplikator erstrecken.According to the invention, a hybrid oven is provided with
a double-walled furnace housing through which a first cooling fluid flows,
a furnace chamber received in the furnace chamber,
a high temperature applicator accommodated in the furnace chamber and spaced therefrom;
wherein provided in the intermediate space resistance heating elements and
a coaxial conductor connected to at least one magnetron is guided through the furnace housing,
each coaxial conductor having an inner conductor detachably connected at a junction with a rod antenna extending over an extension length of from 1 to 10 times the coupled wavelength into the high temperature applicator,
and wherein at least two of the rod antennas extend over a different extension length into the high temperature applicator.

Mit dem vorgeschlagenen Hybridofen ist es möglich, auf einfache und kostengünstige Weise in großtechnischem Maßstab mittels Sintern Formteile, beispielsweise aus Metall oder Keramik, herzustellen. Die in den Hybridofen eingesetzten Grünkörper können in einem Schritt durch eine an das jeweils verwendete Material anzupassende geeignete Kombination von Mikrowellenenergie und thermischer Energie mit einer hohen Qualität gesintert werden. Mit dem vorgeschlagenen Hybridofen ist es beispielsweise möglich, zunächst zur Herstellung des Grünkörpers verwendete Binder oder andere Additive mittels Mikrowellenenergie, ggf. in geeigneter Kombination mit thermischer Energie, vollständig auszubrennen. Eine durch ein nicht vollständiges Ausbrennen solcher Hilfsstoffe bedingte Porosität im gesinterten Formkörper kann damit entgegengewirkt werden. Abgesehen davon ist es mit dem vorgeschlagenen Hybridofen möglich, Mikrowellenenergie zusätzlich zur thermischen Energie auch beim eigentlichen Sintervorgang zu verwenden. In der Praxis hat es sich gezeigt, dass damit gesinterte Formstücke in hervorragender Qualität hergestellt werden können. Die beobachteten vorteilhaften Effekte des erfindungsgemäßen Hybridofens werden insbesondere auf die Verwendung von in den Hochtemperaturapplikator sich mit einer unterschiedlichen Erstreckungslänge erstreckenden Stabantennen zurückgeführt. Insoweit durchgeführte Experimente haben ergeben, dass bei einer geeigneten Anordnung der Stabantennen mit einer unterschiedlichen Erstreckungslänge eine besonders homogene Feldverteilung im Hochtemperaturapplikator erreicht werden kann. Das trägt insbesondere dazu bei, dass in dem vorgeschlagenen Hybridofen der vom Hochtemperaturapplikator umschlossene Raum besonders effektiv ausgenutzt und hohe Stückzahlen von Grünkörpern in einem einzigen Durchgang zu Formteilen hervorragender Qualität mittels Sintern verarbeitet werden können. Durch die variablen Erstreckungslängen der Stabantennen kann der vorgeschlagene Hybridofen an das Material der aufzuheizenden Körper sowie deren geometrische Anordnung im Hochtemperaturapplikator so angepasst werden, dass eine möglichst homogene Feldverteilung erreicht wird. Der vorgeschlagene Hybridofen ist also besonders universell. Der vorgeschlagene Hybridofen kann insbesondere auch für Pyrolysen, zum Entbindern oder zur Herstellung von Schmelzen eingesetzt werden.With the proposed hybrid furnace, it is possible to produce in a simple and cost-effective manner on an industrial scale by means of sintering moldings, for example of metal or ceramic. The green bodies inserted into the hybrid furnace can be sintered in one step by a suitable combination of microwave energy and thermal energy of a high quality to be adapted to the particular material used. With the proposed hybrid furnace, it is possible, for example, to completely burn off binder or other additives initially used to produce the green body by means of microwave energy, if appropriate in a suitable combination with thermal energy. One by a not complete burnout sol cher auxiliaries porosity in the sintered molded body can thus be counteracted. Apart from that, it is possible with the proposed hybrid oven to use microwave energy in addition to the thermal energy during the actual sintering process. In practice, it has been found that sintered fittings can be produced in excellent quality. The observed advantageous effects of the hybrid furnace according to the invention are attributed in particular to the use of rod antennas extending into the high-temperature applicator with a different extension length. In so far conducted experiments have shown that with a suitable arrangement of the rod antennas with a different extension length, a particularly homogeneous field distribution can be achieved in Hochtemperaturapplikator. This contributes in particular to the fact that in the proposed hybrid furnace the space enclosed by the high-temperature applicator can be utilized particularly effectively and high numbers of green bodies can be processed by sintering in a single pass to form parts of outstanding quality. Due to the variable extension lengths of the rod antennas, the proposed hybrid furnace can be adapted to the material of the body to be heated and their geometric arrangement in Hochtemperaturapplikator so that the most homogeneous field distribution is achieved. The proposed hybrid oven is therefore particularly universal. The proposed hybrid furnace can be used in particular for pyrolysis, for debinding or for the production of melts.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zum Einkoppeln von Mikrowellenstrahlung im Frequenzbereich von 300 MHz bis 30 GHz in den Hochtemperaturapplikator der Ko axialleiter über einen Hohlleiter mit dem Magnetron verbunden. Der Koaxialleiter kann dabei einen hohlen Außenleiter, einen darin liegenden, zumindest teilweise mit einem Kühlfluid durchströmten Innenleiter und zumindest ein zwischen dem Innen- und dem Außenleiter befindliches Dielektrikum aufweisen. Bei dem Dielektrikum handeln es sich zweckmäßigerweise um ein Gas, vorzugsweise Luft, Reaktivgas oder Schutzgas. Insbesondere die Verwendung eines gasförmigen Dielektrikums hat sich in Kombination mit einem zumindest teilweise mit einem Kühlfluid durchströmten Innenleiter als besonders temperaturstabil erwiesen. Mit dem erfindungsgemäßen Hybridofen können Sintertemperaturen im Bereich von 600°C bis 2300°C, vorzugsweise 800°C bis 1700°C erzielt werden. Auch bei diesen hohen Temperaturen ist es mit dem erfindungsgemäßen Hybridofen noch möglich, Mikrowellenenergie in den Hochtemperaturapplikator einzukoppeln.To An advantageous embodiment of the invention is for coupling of microwave radiation in the frequency range of 300 MHz to 30 GHz in the Hochtemperaturapplikator the Ko axialleiter via a Waveguide connected to the magnetron. The coaxial conductor can do this a hollow outer conductor, a lying inside, at least partially traversed by a cooling fluid inner conductor and at least one between the inner and outer conductors have located dielectric. Act on the dielectric it is expediently a gas, preferably Air, reactive gas or inert gas. In particular, the use of a gaseous dielectric has combined with a at least partially flowed through by a cooling fluid Inner conductor proved to be particularly temperature-stable. With the invention Hybrid furnaces can sintering temperatures in the range of 600 ° C to 2300 ° C, preferably 800 ° C to 1700 ° C. be achieved. Even with these high temperatures it is with the hybrid furnace according to the invention still possible, Couple microwave energy into the high temperature applicator.

Nach einem weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verbindungsstelle zwischen dem Innenleiter und der Stabantenne als lösbare Verbindung, z. B. Schraubverbindung, ausgeführt ist. Das ermöglicht es auf einfache Weise, die Stabantenne auszutauschen. Die Stabantennen können aus Graphit, CFC, Molybdän, Tantal, Wolfram oder einer Platin-, Eisen-, Nickel- oder Chromlegierung bestehen. Insbesondere für Hochtemperaturanwendungen haben sich aus Graphit hergestellte Stabantennen bewährt.To A further embodiment provides that the connection point between the inner conductor and the rod antenna as detachable Connection, z. B. screw is executed. This allows it easily to replace the rod antenna. The rod antennas can be made of graphite, CFC, molybdenum, tantalum, tungsten or a platinum, iron, nickel or chromium alloy. Especially for high temperature applications have been made from graphite Rod antennas proven.

Je nach elektrischer Leitfähigkeit der zur Herstellung der Stabantennen verwendeten Materialien, wirken diese als weitere Widerstandsheizelemente. D. h. sie können zur Unterstützung der im Zwischenraum vorgesehenen Widerstandsheizelemente zusätzlich Wärme mittels Konvektion auf das zu erwärmende Gut übertragen.ever for electrical conductivity of the manufacture of the Rod antennas used materials, these act as further resistance heating elements. Ie. they can help in the interstitial space provided resistance heating elements in addition heat transferred by convection to the material to be heated.

Zumindest zwei der Stabantennen erstrecken sich in den Hochtemperaturapplikator mit einem Längenunterschied, welcher im Bereich des 1 bis 10-fachen einer Wellenlänge liegt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine unterschiedliche Erstreckungslänge der Stabantennen auf einfache Weise eine besonders homogene Feldverteilung im Hochtemperaturapplikator eingestellt werden kann. Das ermöglicht eine besonders homogene Temperaturverteilung im Hochtemperaturapplikator. Der gesamte Raum des Hochtemperaturapplikators kann zur Aufnahme von zu sinternden Grünkörpern verwendet werden. Das erhöht wesentlich die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Sinterofens.At least two of the rod antennas extend into the high temperature applicator with a difference in length which is in the range of 1 to 10 times a wavelength is. It has been shown that through a different extension length of the rod antennas in a simple way a particularly homogeneous field distribution in Hochtemperaturapplikator can be adjusted. That makes a special one possible homogeneous temperature distribution in the high-temperature applicator. The whole Room of the high-temperature applicator can be used to accommodate Green bodies are used. That increases essentially the economy of the invention Sintering furnace.

Die zu wählenden geeigneten Erstreckungslängen der Stabantennen in den Hochtemperaturapplikator hängen von einer Vielzahl unterschiedlicher Parameter ab. Diese Parameter umfassen insbesondere die Geometrie des Hochtemperaturapplikators, den Abstand der Stabantennen, die zur Erzeugung der Mikrowellen verwendete Frequenz, die Anordnung sowie das Material des zu sinternden Guts und dgl.. Eine geeignete Variation der Erstreckungslänge der Stabantennen kann beispielsweise mit einer computergestützten Simulation berechnet werden.The to be selected suitable extension lengths of Rod antennas in the high-temperature applicator depend on a variety of different parameters. These parameters include especially the geometry of the high-temperature applicator, the distance the rod antenna, the frequency used to generate the microwaves, the arrangement and the material of the material to be sintered and the like .. A suitable variation of the extension length of the rod antennas For example, with a computer-aided simulation be calculated.

Vorteilhafterweise ist eine Vorrichtung zum Verändern der in den Hochtemperaturapplikator ragenden Erstreckungslänge der Stabantennen vorgesehen. Es kann sich dabei beispielsweise um eine mit dem Innenleiter zusammenwirkende Klemmvorrichtung handeln. Beim Lösen einer klemmenden Halterung des Innenleiters kann dieser zusammen mit der Stabantenne in Richtung des Hochtemperaturapplikators vor- oder zurückgezogen werden. Das ermöglicht auf einfache Weise eine Veränderung der Erstreckungslänge der jeweiligen in den Hochtemperaturapplikator ragenden Stabantennen. Die Stabantennen können sich im Hochtemperaturapplikator horizontal und/oder vertikal erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich sämtliche Stabantennen entweder horizontal oder vertikal. Das erleichtert das Be- und Entladen des zu sinternden Guts.Advantageously, a device is provided for varying the projecting in the Hochtemperaturapplikator extension length of the rod antennas. It may be, for example, a cooperating with the inner conductor clamping device. When releasing a clamping holder of the inner conductor this can be pulled forward or withdrawn together with the rod antenna in the direction of the high-temperature applicator. This easily enables a change in the extension length of the respective rod antennas protruding into the high-temperature applicator. The rod antennas can ho in the high temperature applicator extend horizontally and / or vertically. Preferably, all rod antennas extend either horizontally or vertically. This facilitates the loading and unloading of the goods to be sintered.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Stabantennen strukturiert sind. D. h. die Stabantennen können an ihrer Oberfläche ein, vorzugsweise rotationssymmetrisches, Profil aufweisen. Sie können aber auch mit axial verlaufenden Stegen versehen sein, die beispielsweise sternförmig angeordnet sind.Of Furthermore, it has proven to be advantageous that the rod antennas are structured. Ie. the rod antennas can at their Surface on, preferably rotationally symmetric, profile exhibit. But you can also with axially extending webs be provided, for example, arranged in a star shape are.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist eine Vorrichtung zum Drehen der Stabantennen vorgesehen. In der Praxis hat es sich insbesondere bei einer horizontalen Anordnung der Stabantennen gezeigt, dass diese sich infolge der Einwirkung hoher Temperaturen mit der Zeit verbiegen. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Drehen ist es möglich, die Stabantennen in eine einer Biegung entgegengesetzte Position zu verdrehen, so dass die Biegung mit der Zeit kompensiert wird. Das erhöht die Lebensdauer der Stabantennen.To A further embodiment is a device for rotating the Rod antennas provided. In practice, it has in particular in a horizontal arrangement of the rod antennas shown that these are due to the effect of high temperatures over time bend. With the proposed device for turning it is possible, the rod antennas in a position opposite to a bend to twist, so that the bend is compensated over time. This increases the life of the rod antennas.

Zweckmäßigerweise wird zum Auskoppeln der Mikrowellenstrahlung aus dem Hohlleiter in den Koaxialleiter ein Koppelkegel verwendet.Conveniently, is used to decouple the microwave radiation from the waveguide in the coaxial conductor uses a coupling cone.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Stabantennen als Wärmerohre bzw. heat pipes ausgeführt. Zu diesem Zweck ist in den rohrförmig ausgestalteten Stabantennen ein Arbeitsmedium, beispielsweise Natrium, Kalium, Lithium oder eine niedrig schmelzende Metall-Legierung, enthalten. Das Arbeitsmedium zirkuliert im hermetisch gekapselten Wärmerohr und transportiert Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke. Sofern die Stabantenne Bestandteil eines Wärmerohrs ist, ist sie zweckmäßigerweise aus einem der vorgenannten hochtemperaturbeständigen Metalle hergestellt.To a further advantageous embodiment of the invention are the Rod antennas designed as heat pipes or heat pipes. For this purpose, in the tubular-shaped rod antennas a working medium, for example sodium, potassium, lithium or a low-melting metal alloy, included. The working medium circulates in the hermetically sealed heat pipe and transports Heat from a heat source to a heat sink. If the rod antenna is part of a heat pipe, it is expediently one of the aforementioned made of high temperature resistant metals.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following An embodiment of the invention with reference to the drawings explained in more detail. Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht durch einen ersten Hybridofen, 1 a schematic cross-sectional view through a first hybrid furnace,

2 eine Detailansicht gemäß 1, 2 a detailed view according 1 .

3 eine schematische Querschnittsansicht durch einen zweiten Hybridofen, 3 a schematic cross-sectional view through a second hybrid furnace,

4 eine schematische Querschnittsansicht durch einen dritten Hybridofen, 4 a schematic cross-sectional view through a third hybrid furnace,

5 das Ergebnis einer Simulation der Feldverteilung bei mit gleicher Erstreckungslänge sich in einen Hochtemperaturapplikator erstreckender Stabantennen und 5 the result of a simulation of the field distribution with rod antennas extending in the same extension length into a high-temperature applicator and

6 das Ergebnis einer Simulation einer Feldverteilung bei mit unterschiedlicher Erstreckungslänge sich in einen Hochtemperaturapplikator erstreckender Stabantennen. 6 the result of a simulation of a field distribution with rod antennas extending with different extension length into a high temperature applicator.

In den 1 und 2 weist ein Hybridofen ein doppelwandiges Ofengehäuse 1 auf, welches zum Zuführen eines Kühlfluids, z. B. Wasser oder Öl, mit einem Einlass 2 und zum Abführen des Kühlfluids mit einem Auslass 3 versehen ist. Eine Ofenkammer 4, welche beispielsweise aus einem Hochtemperatur- oder feuerfesten Material hergestellt ist, ist im Ofengehäuse 1 mit einem ersten Zwischenraum 5 dazu angeordnet. Der erste Zwischenraum 5 kann z. B. mittels Abstandshalter realisiert werden. Der erste Zwischenraum 5 wirkt einer direkten Wärmeübertragung von der Ofenkammer 4 auf das Ofengehäuse 1 entgegen. Der erste Zwischenraum 5 kann auch weggelassen werden. – Die Ofenkammer 4 umgibt einen, z. B. aus einem hitzebeständigen Metall hergestellte, Hochtemperaturapplikator 6. In einem zweiten Zwischenraum 7 zwischen dem Hochtemperaturapplikator 6 und der Ofenkammer 4 ist zumindest ein, vorzugsweise mehrere, Widerstandsheizelement/e 8 aufgenommen.In the 1 and 2 For example, a hybrid oven has a double-walled oven housing 1 which is suitable for supplying a cooling fluid, e.g. As water or oil, with an inlet 2 and for discharging the cooling fluid with an outlet 3 is provided. A furnace chamber 4 , which is made for example of a high-temperature or refractory material is in the oven housing 1 with a first gap 5 arranged. The first gap 5 can z. B. be realized by means of spacers. The first gap 5 acts a direct heat transfer from the furnace chamber 4 on the oven housing 1 opposite. The first gap 5 can also be omitted. - The oven chamber 4 surrounds one, z. B. made of a heat-resistant metal, Hochtemperaturapplikator 6 , In a second space 7 between the high temperature applicator 6 and the oven chamber 4 is at least one, preferably more, resistance heating element (s) 8th added.

Eine Mikrowellenheizeinrichtung umfasst jeweils ein Magnetron 9, von dem sich ein, vorzugsweise rechteckiger, Hohlleiter 10 erstreckt. Vom Hohlleiter 10 zweigt etwa rechtwinklig ein sich durch das Ofengehäuse 1, vorteilhafterweise auch durch die Ofenkammer 4 und bis in die Nähe des Hochtemperaturapplikators 6 oder bis zum Hochtemperaturapplikator 6 erstreckender Außenleiter 11, ab. Der Außenleiter 11 umgibt einen Innenleiter 12, der im Bereich des Hohlleiters 10 von einem Koppelkegel 13 umgeben ist. Zwischen dem Außenleiter 11 und dem Innenleiter 12 ist ein Hohlraum H gebildet.A microwave heater each comprises a magnetron 9 of which is a, preferably rectangular, waveguide 10 extends. From the waveguide 10 branches approximately at right angles through the oven housing 1 , Advantageously, through the furnace chamber 4 and close to the high-temperature applicator 6 or up to the high temperature applicator 6 extending outer conductor 11 , from. The outer conductor 11 surrounds an inner conductor 12 in the area of the waveguide 10 from a coupling cone 13 is surrounded. Between the outer conductor 11 and the inner conductor 12 a cavity H is formed.

Der Innenleiter 12 ist mit einem Kühlmittelkanal 14 versehen, durch den ein in der Nähe der Ofenkammer 4 befindliches Ende ständig mit einem Kühlmittel, z. B. einer Kühlflüssigkeit, wie Wasser, beaufschlagt werden kann. Am Ende E des Innenleiters 12 ist ein Gewindebolzen 15 angebracht, auf dem eine axial damit ausgerichtet, vorzugsweise aus Graphit hergestellte, Stabantenne 16 aufgeschraubt ist.The inner conductor 12 is with a coolant channel 14 provided by the one near the oven chamber 4 located end constantly with a coolant, eg. B. a cooling liquid, such as water, can be applied. At the end E of the inner conductor 12 is a threaded bolt 15 mounted on which an axially aligned therewith, preferably made of graphite, rod antenna 16 is screwed on.

Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann die Stabantenne 16 eine Struktur aufweisen, z. B. mit von ihrer Oberfläche sich erstreckenden Vorsprüngen 17 versehen sein. Zur Begrenzung des z. B. eines mit einem gasförmigen Dielektrikum zu spülenden Hohlraums H sind im Hohlleiter 10 für Mikrowellen transparente Fenster 18 angebracht. Mit dem Bezugszeichen 19 ist ein Stutzen zum Zuführen des gasförmigen Dielektrikums in den Hohlraum H bezeichnet. Gegenüber dem Magnetron 9 ist in dem Hohlleiter 10 ein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichneter Kurzschlussschieber aufgenommen.As in the 1 and 2 can be shown, the rod antenna 16 have a structure, for. B. with from its surface extending projections 17 be provided. To limit the z. B. to be flushed with a gaseous dielectric cavity H are in the waveguide 10 for microwave transparent windows 18 appropriate. With the reference number 19 is a nozzle for supplying the gaseous dielectric in the cavity H be records. Opposite the magnetron 9 is in the waveguide 10 one with the reference numeral 20 designated shorting slide added.

Die Stabantenne 16 ist in einem das Ofengehäuse 1, die Ofenkammer 4 und den Hochtemperaturapplikator 6 durchgreifenden Durchbruch 21 mittels eines ringförmigen Abstandshalters 22 zentrisch abgestützt. Der Abstandshalter 22 kann beispielsweise aus einer hochtemperaturbeständigen Keramik hergestellt sein. Die Stabantenne 16 und der Innenleiter 12 sind im Außenleiter 11 axial verschiebbar gehalten. Dazu kann beispielsweise in der Nähe des Koppelkegels 13 an einer Außenseite des Kohlleiters 10 eine Klemmvorrichtung (hier nicht gezeigt) vorgesehen sein, mit der eine eingestellte Position der Stabantenne 16 fixiert werden kann. Bei einem Lösen der Klemmvorrichtung ist es möglich, die Stabantenne 16 in ihrer in den Hochtemperaturapplikator 6 sich erstreckenden Erstreckungslänge zu verändern. Ferner ist es möglich, die Stabantenne 16 zu verdrehen.The rod antenna 16 is in a furnace housing 1 , the oven chamber 4 and the high temperature applicator 6 sweeping breakthrough 21 by means of an annular spacer 22 centrically supported. The spacer 22 can be made for example of a high temperature resistant ceramic. The rod antenna 16 and the inner conductor 12 are in the outer conductor 11 held axially displaceable. This can, for example, in the vicinity of the coupling cone 13 on an outside of the cabbage 10 a clamping device (not shown here) may be provided, with which a set position of the rod antenna 16 can be fixed. When releasing the clamping device, it is possible, the rod antenna 16 in their in the high-temperature applicator 6 to change extending extension length. Furthermore, it is possible to use the rod antenna 16 to twist.

Bei dem in den 1 und 2 gezeigten ersten Hybridofen ragen zwei oder mehrere Stabantennen 16 horizontal in den Hochtemperaturapplikator 6. Eine erste Erstreckungslänge L1 zwischen einer Innenwand des Hochtemperaturapplikators 6 in der Nähe des Durchbruchs 21 und einem Ende der Stabantenne 16 ist hier kleiner als eine zweite Erstreckungslänge L2 einer zweiten Stabantenne 23. Infolge der unterschiedlichen Erstreckungslängen L1, L2 kann bei geeigneter Wahl der Erstreckungslängen L1, L2 eine besonders homogene Feldverteilung im Hochtemperaturapplikator 6 erzeugt werden.In the in the 1 and 2 show two or more rod antennas protrude 16 horizontally in the high temperature applicator 6 , A first extension length L1 between an inner wall of the high-temperature applicator 6 near the breakthrough 21 and one end of the rod antenna 16 here is smaller than a second extension length L2 of a second rod antenna 23 , As a result of the different extension lengths L1, L2, with a suitable choice of the extension lengths L1, L2, a particularly homogeneous field distribution in the high-temperature applicator can be achieved 6 be generated.

Bei dem in 3 gezeigten zweiten Hybridofen ragt eine ringförmig ausgestaltete weitere Stabantenne 16a in den Hochtemperaturapplikator 6. Auch die weitere Stabantenne 16a kann ebenso wie die Stabantenne 16 auf den Gewindebolzen 15 aufgeschraubt werden. Auch auf der weiteren Stabantenne 16a können Vorsprünge 17 vorgesehen sein.At the in 3 shown second hybrid furnace projects an annular configured further rod antenna 16a in the high temperature applicator 6 , Also the other rod antenna 16a can as well as the rod antenna 16 on the threaded bolt 15 be screwed on. Also on the other rod antenna 16a can projections 17 be provided.

4 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen zweiten Hybridofen. Ein im Hochtemperaturapplikator 6 aufgenommenes Sintergut ist mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet. Im Gegensatz zu dem ersten Hybridofen erstreckt sich die Stabantenne 16 hier vertikal in den Hochtemperaturapplikator 6 und durchgreift dabei Brennhilfsmittel 25, auf denen das Sintergut 24 aufgenommen ist. Das Ofengehäuse 1, die Ofenkammer 4 usw. sind hier zur Erhöhung der Klarheit weggelassen worden. 4 shows a schematic sectional view through a second hybrid furnace. One in the high temperature applicator 6 recorded sintered material is denoted by the reference numeral 24 designated. In contrast to the first hybrid furnace, the rod antenna extends 16 here vertically into the high-temperature applicator 6 and takes it through kiln furniture 25 on which the sintered material 24 is included. The furnace housing 1 , the oven chamber 4 etc. have been omitted here for the sake of clarity.

5 zeigt das Ergebnis einer Simulation einer Feldverteilung bei gleicher Erstreckungslänge L1, L2 sich in einen Hochtemperaturapplikator 6 erstreckender Stabantennen 16, 23. Die Erstreckungslänge L1, L2 hat hier jeweils 350 mm betragen. Bei der ersten Simulation koppelt lediglich die zweite Stabantenne 23 ein Feld in den Hochtemperaturapplikator 6, bei der zweiten Simulation lediglich die erste Stabantenne 16 und bei der dritten Simulation koppeln beide Stabantennen 16, 23 ein Feld in den Hochtemperaturapplikator 6 ein. Wie insbesondere aus der dritten Abbildung der 4 ersichtlich ist, ist das in den Hochtemperaturapplikator 6 eingekoppelte Feld relativ inhomogen. 5 shows the result of a simulation of a field distribution at the same extension length L1, L2 in a high-temperature applicator 6 extending rod antennas 16 . 23 , The extension length L1, L2 has here each 350 mm. In the first simulation, only the second rod antenna couples 23 a field in the high temperature applicator 6 , in the second simulation, only the first rod antenna 16 and in the third simulation, both rod antennas couple 16 . 23 a field in the high temperature applicator 6 one. As in particular from the third illustration of 4 it can be seen that is in the high temperature applicator 6 coupled field relatively inhomogeneous.

6 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Feldverteilung bei mit unterschiedlichen Erstreckungslängen L1, L2 sich in den Hochtemperaturapplikator 6 erstreckenden Stabantennen 16, 23. Bei der ersten Abbildung der 5 ist wiederum ein Feld in den Hochtemperaturapplikator 6 lediglich mit der zweiten Stabantenne 23, bei der zweiten Abbildung ist das Feld lediglich mit der ersten Stabantenne 16 und bei der dritten Abbildung ist das Feld mit beiden Stabantennen 16, 23 in den Hochtemperaturapplikator eingekoppelt worden. 6 shows the result of a simulation of the field distribution at different extension lengths L1, L2 in the high-temperature applicator 6 extending rod antennas 16 . 23 , At the first picture of the 5 is again a field in the high temperature applicator 6 only with the second rod antenna 23 , in the second figure, the field is only with the first rod antenna 16 and in the third figure is the field with both rod antennas 16 . 23 been coupled into the high temperature applicator.

Wie insbesondere aus der dritten Abbildung der 6 ersichtlich ist, ist hier das eingekoppelte Feld deutlich homo gener als bei der Verwendung einer gleichen Erstreckungslänge L1, L2 der Stabantennen 16, 23. Die Verwendung einer unterschiedlichen Erstreckungslänge L1, L2 der verwendeten Stabantennen 16, 23 ermöglicht eine besonders homogene Feldverteilung im Hochtemperaturapplikator. Das wieder ermöglicht eine besonders effiziente Nutzung des erfindungsgemäßen Sinterofens.As in particular from the third illustration of 6 it can be seen, here the coupled field is clearly homo generous than when using a same extension length L1, L2 of the rod antennas 16 . 23 , The use of a different extension length L1, L2 of the rod antennas used 16 . 23 enables a particularly homogeneous field distribution in the high-temperature applicator. This again allows a particularly efficient use of the sintering furnace according to the invention.

11: Ofengehäusefurnace housing
22: Einlassinlet
33: Auslassoutlet
44: Ofenkammerfurnace chamber
55: erster Zwischenraumfirst gap
66: HochtemperaturapplikatorHochtemperaturapplikator
77: zweiter Zwischenraumsecond gap
88th: Widerstandsheizelementresistance
99: Magnetronmagnetron
1010: Hohlleiterwaveguide
1111: Außenleiterouter conductor
1212: Innenleiterinner conductor
1313: Koppelkegelcoupling cone
1414: KühlmittelkanalCoolant channel
1515: Gewindebolzenthreaded bolt
1616: Stabantennerod antenna
16a16a: weitere StabantenneFurther rod antenna
1717: Vorsprunghead Start
1818: Mikrowellentransparentes Fenstermicrowave Transparent window
1919: StutzenSupport
2020: KurzschlussschieberShorting plunger
2121: Durchbruchbreakthrough
2222: Abstandshalterspacer
2323: zweite Stabantennesecond rod antenna
2424: Sintergutsinter
2525: Brennhilfsmittelkiln furniture
Ee: EndeThe End
L1L1: erste Erstreckungslängefirst length of extension
L2L2: zweite Erstreckungslängesecond length of extension
HH: Hohlraumcavity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6537481 B2 [0003]
- DE 10005146 A1 [0004]
- DE 10157601 A1 [0005]
- DE 2642152 C2 [0005]
- DE 102004050256 A1 [0006]
DE 102004021016 A1 [0007]

Claims

Hybrid furnace with a double-walled furnace housing through which a first cooling fluid flows ( 1 ), one in the furnace housing ( 1 ) received furnace chamber ( 4 ), one in the oven chamber ( 4 ) and with a gap ( 7 ) arranged thereon Hochtemperaturapplikator ( 6 ), whereby in the space ( 7 ) Resistance heating elements ( 8th ) and through the furnace housing ( 1 ) several with at least one magnetron ( 9 ) connected coaxial conductors ( 11 . 12 ), each coaxial conductor ( 11 . 12 ) an inner conductor ( 12 ) detachably connected at a connection point ( 15 ) having an extension length of 1 to 10 times the injected wavelength into the high-temperature applicator ( 6 ) extending rod antenna ( 16 . 23 ), and wherein at least two of the rod antennas ( 16 . 23 ) over a different extension length (L1, L2) in the high-temperature applicator ( 6 ).

Hybrid furnace according to claim 1, wherein for coupling microwave radiation in the frequency range of 300 MHz to 30 GHz into the high-temperature applicator ( 6 ) the coaxial conductor ( 11 . 12 ) via a waveguide ( 10 ) with the magnetron ( 9 ) connected is.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein the coaxial conductor ( 11 . 12 ) a hollow outer conductor ( 11 ), therein lying, at least partially flowed through with a cooling fluid inner conductor ( 12 ) and one between inner ( 12 ) and outer conductor ( 11 ) has located dielectric.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein the dielectric is a gas, preferably air, reactive gas or Inert gas, is.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein the junction ( 15 ) between the inner conductor ( 12 ) and the rod antenna ( 16 . 23 ) is designed as a releasable connection, preferably as a screw connection.

Hybrid furnace according to one of the preceding claims, wherein the rod antennas ( 16 . 23 ) consist of graphite, CFC, molybdenum, tantalum, tungsten or a platinum, iron, nickel or chromium alloy.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein the at least two rod antennas ( 16 . 23 ) with a difference in length in the high-temperature applicator ( 6 ), which is in the range of 1 to 10 times a wavelength.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein a device for changing into the high-temperature applicator ( 6 ) protruding extension length (L1, L2) of the rod antennas ( 16 . 23 ) is provided.

Hybrid furnace according to one of the preceding claims, wherein the rod antennas ( 16 . 23 ) in the high-temperature applicator ( 6 ) horizontally and / or vertically, preferably hanging, extend.

Hybrid furnace according to one of the preceding claims, wherein the rod antennas ( 16 . 23 ) are structured.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein a device for rotating the bar antennas ( 16 . 23 ) is provided.

Hybrid oven according to one of the preceding claims, wherein for decoupling the microwave radiation from the waveguide ( 10 ) in the coaxial conductor ( 11 . 12 ) a coupling cone ( 13 ) is used.

Hybrid furnace according to one of the preceding claims, wherein the rod antennas ( 16 . 23 ) are designed as heat pipes.