DE102011107847A1

DE102011107847A1 - Modular furnace system

Info

Publication number: DE102011107847A1
Application number: DE201110107847
Authority: DE
Inventors: Josef Mönch
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2013-01-03
Also published as: EP2541178A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ofensystem, welches auf Grund seiner modularen Bauweise flexibel leicht und schnell an jeweilige Untersuchungsparameter angepasst werden kann. Das Ofensystem weist dazu ein rahmenartiges Heizraummodul, wenigstens ein Heizmodul sowie eine Mehrzahl an seitlichen Modulen auf, die jeweils reversibel lösbar mit dem Heizraummodul verbunden sind, und zusammen einen gasdichten Heizraumraum umschließen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht zudem neben wassergekühlten seitlichen Modulen auch ein wassergekühltes Heizraummodul vor. Durch eine einfache geometrische Form des Heizraummoduls, z. B. würfelförmig oder quaderförmig, können die Seitenteile mit unterschiedlichen Funktionen einfach ausgetauscht werden. So können beispielsweise seitliche Module mit Gasanschlüssen, mit Sichtfenstern, mit Kabeldurchleitungen oder sonstigen Durchbrüchen zur Verfügung gestellt werden, die je nach Aufgabenstellung beim Zusammenbau des Ofens berücksichtigt werden. Unterschiedliche Heizelemente können so an unterschiedlichen Positionen des Ofens, z. B. oben, unten und/oder senkrecht an einer Seite platziert werden. Für spezielle Anforderungen können auch mehr als ein Heizmodul, verschiedenartige Heizmodule und/oder auch optional Kühlmodule zusätzlich mit eingebaut werden.The invention relates to a furnace system which, due to its modular design, can be adapted flexibly and quickly to respective examination parameters. The furnace system has for this purpose a frame-like Heizraum module, at least one heating module and a plurality of lateral modules, which are each reversibly detachably connected to the Heizraum module, and together enclose a gas-tight boiler room space. An advantageous embodiment also provides, in addition to water-cooled lateral modules, a water-cooled heating chamber module. By a simple geometric shape of the heating chamber module, z. B. cube-shaped or cuboid, the side panels with different functions can be easily replaced. For example, lateral modules can be provided with gas connections, with viewing windows, with cable ducts or other openings, which are considered depending on the task during assembly of the furnace. Different heating elements can thus at different positions of the furnace, for. B. up, down and / or vertically placed on one side. For special requirements, more than one heating module, various heating modules and / or optional cooling modules can also be installed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ofensystem, welches modular aufgebaut ist, und insbesondere als Ofensystem zur Durchführung von Werkstoffprüfungen und Materialuntersuchungen geeignet ist.The invention relates to a furnace system which has a modular design, and is particularly suitable as a furnace system for carrying out material testing and material investigations.

Stand der TechnikState of the art

Für technische und Laboranwendungen, das bedeutet insbesondere sowohl für die Produktion als auch für die Forschung, sind vielfältige Ofenkonzepte auf dem Markt. So haben sich einige Ofenhersteller darauf spezialisiert, entsprechend den Anforderungen der Kunden, Anlagen unterschiedlicher Konstruktionsprinzipien bereit zu stellen.For technical and laboratory applications, which means in particular for both production and research, there are many different oven concepts on the market. For example, some stove manufacturers have specialized in providing equipment of different design principles according to the customer's requirements.

Für einige Ofensysteme werden bereits verschiedene Heizeinsätze zur Verfügung gestellt, aus denen der Anwender je nach Anforderung (Temperatur, Schutzgasart) beim Kauf auswählen kann. Bekannt sind dazu beispielsweise Molybdän-Einsätze, Wolfram-Einsätze, Graphit-Einsätze oder auch Oxi-Einsätze.For some furnace systems, different heating inserts are already provided, from which the user can select depending on the requirement (temperature, inert gas) when buying. For example, molybdenum inserts, tungsten inserts, graphite inserts or even oxi inserts are known.

Ferner stellen einige Ofenherstellen auch neben dem reinen Ofensystem verschiedene Steuerungsmodule oder Prozessvisualisierungen zur Verfügung, die vorteilhaft baukastenartig vom jeweiligen Anwender zusammengestellt werden können.Furthermore, some furnace manufacturers also provide, in addition to the pure furnace system, various control modules or process visualizations, which can advantageously be assembled in a modular manner by the respective user.

Ofenaufbauten für Produktions- oder Laboranwendungen werden in der Regel jeweils für eine spezielle Anwendung konzipiert und konstruiert. Ändern sich die Produktionsparameter oder die Messaufgaben und damit der Aufbau oder die Umgebungsbedingungen, wird entweder eine komplett neue Ofenanlage benötigt oder aber es sind zeit- und kostenaufwändige Umbauten notwendig.Oven assemblies for production or laboratory applications are typically designed and constructed for a specific application. If the production parameters or the measuring tasks and thus the structure or the environmental conditions change, either a completely new furnace system is required or time-consuming and costly conversions are necessary.

Aufgabe und LosungTask and solution

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ofensystem zu schaffen, welches sich beim Anwender leicht und kostengünstig an verschiedene Aufgabenstellungen anpassen lässt. Dazu sollte das Ofensystem flexibel an unterschiedliche Rahmenbedingungen anpassbar und zeitnah vom Anwender selbst umzubauen sein.The object of the invention is to provide a furnace system which can be easily and inexpensively adapted to different tasks by the user. For this purpose, the furnace system should be flexibly adaptable to different framework conditions and rebuilt in a timely manner by the user.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Ofensystem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ofensystems sind den darauf rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved by a furnace system having the features of the main claim. Advantageous embodiments of the furnace system can be found in the dependent claims.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass mit einem weitgehend modular aufgebauten Ofensystem eine wesentlich höhere Flexibilität in der Anwendung erreicht werden kann, da bei geänderter Anforderung häufig nur einige Teile des Ofens ausgetauscht werden müssen. Dies führt bei unterschiedlichen Anwendungen zudem zu einer erheblichen Einsparung an Kosten.In the context of the invention it has been found that with a largely modular furnace system, a much higher flexibility in the application can be achieved, since with a changed requirement often only some parts of the furnace must be replaced. This also leads to a significant cost savings in different applications.

Unter den Ofensysteme, die im Rahmen dieser Erfindung mit umfasst sein sollen, sind im Allgemeinen Öfen zu Versuchszwecken, die für Temperaturen von Raumtemperatur bis 1000°C ausgelegt sind. Die Öfen können mit unterschiedlichen Schutzgasen beaufschlagt werden. Zu solchermaßen geeigneten Öfen gehören beispielsweise Vakauumwandöfen, Sinteröfen, Prüfstände mit Lampenöfen, Vakuum- und Schutzgasöfen oder auch Standard-Glühöfen. Solche Öfen können für unterschiedliche Anwendungen wie beispielsweise für Trocknung, Entkohlung, kontinuierliche Einbrennung und Sinterung eingesetzt werden. Ferner können Sie als Prüfstände zur Untersuchung temperaturabhängiger Größen, wie beispielsweise Festigkeit, Kriechverhalten, Elastizitätsmodul, chemische und thermische Dehnung und Krümmungsverhalten dienen.Among the furnace systems to be included within the scope of this invention are generally ovens for experimental purposes designed for temperatures from room temperature to 1000 ° C. The furnaces can be charged with different shielding gases. Examples of such suitable ovens include vacuum wall ovens, sintering ovens, test stands with lamp ovens, vacuum and protective gas ovens or standard annealing furnaces. Such ovens can be used for various applications such as drying, decarburization, continuous baking and sintering. Furthermore, they can serve as test benches for the investigation of temperature-dependent quantities, such as strength, creep behavior, modulus of elasticity, chemical and thermal expansion and bending behavior.

Das erfindungsgemäße modulare Ofensystem stellt wenigstens ein Heizraummodul, sowie eine Mehrzahl von seitlichen Modulen zur Verfügung. Zu den seitlichen Modulen zählen insbesondere ein oberes und unteres Funktionsmodul, zwei Seitenmodule sowie ein Front und ein Rückseitenmodul, welche für einen Abschluss der Heizraummoduls vorgesehen sind. Zudem gibt es spezielle Heiz- und/oder Kühlmodule, die in der Regel jeweils zwischen dem Heizraummodul und einem seitlichen oder einem Funktionsmodul angeordnet werden können.The modular furnace system according to the invention provides at least one heating chamber module as well as a plurality of lateral modules. The lateral modules include in particular an upper and lower functional module, two side modules and a front and a rear side module, which are provided for a conclusion of the heating chamber module. In addition, there are special heating and / or cooling modules, which can usually be arranged in each case between the heating chamber module and a lateral or a functional module.

Das erfindungsgemäße modulare Ofensystem umfasst wenigstens ein Heizraummodul, ein Heiz- und/oder Kühlmodul sowie wenigstens vier seitliche Module. Damit wäre beispielsweise ein tetraedrischer Heizraum zu verwirklichen. Vorteilhaft sind jedoch wenigstens sechs seitliche Module die zusammen mit dem Heizraummodul beispielsweise einen quaderförmigen Heizraum ergeben könnten.The modular furnace system according to the invention comprises at least one heating chamber module, a heating and / or cooling module and at least four lateral modules. For example, this would be a tetrahedral one Boiler room to realize. However, at least six lateral modules which together with the heating chamber module could yield, for example, a cuboid heating chamber are advantageous.

Weitere Heiz- und/oder Kühlmodule sowie weitere seitliche Module stellen im Rahmen der Erfindung vorteilhafte Ausgestaltungen dar.Further heating and / or cooling modules and further lateral modules are advantageous embodiments in the context of the invention.

Das Heizraummodul wird im Wesentlichen durch eine Rahmenkonstruktion gebildet, an die alle weiteren seitlichen Module, d. h. die Funktionsmodule oder die seitlichen Module und auch das oder die Heiz- und/oder Kühlmodule reversibel lösbar befestigt werden können, und die das Heizraummodul wandartig begrenzen. Die baulichen Abmaße der seitlichen Module und der Heiz- und/oder Kühlmodule sind in der Regel dabei an das Heizraummodul angepasst, d. h. entsprechen in ihren äußeren Abmaßen den entsprechenden Seitenflächen des Heizraummoduls. Beispielsweise kann es sich um dreieckige Seitenmodule bei einem tetraedrischen Aufbau oder um quadratische oder rechteckige Seitenmodule bei einem quaderförmigen Aufbau handeln. Die Heiz- und/oder Kühlmodule sind zur Anordnung zwischen dem Heizraummodul und einem seitlichen Modul oder einem Funktionsmodul vorgesehen.The heating chamber module is essentially formed by a frame construction, to which all other lateral modules, i. H. the functional modules or the side modules and also the heating and / or cooling modules can be reversibly releasably secured, and limit the heating chamber module wall-like. The structural dimensions of the lateral modules and the heating and / or cooling modules are usually adapted to the heating chamber module, d. H. correspond in their outer dimensions of the corresponding side surfaces of the Heizraum module. For example, it may be triangular side modules in a tetrahedral structure or square or rectangular side modules in a cuboid structure. The heating and / or cooling modules are provided for arrangement between the heating chamber module and a lateral module or a functional module.

Die Unterscheidung eines seitlichen Moduls als Front-, Funktions-, Seiten- oder Rückseitenmodule ist im Rahmen der Erfindung nur durch die Funktion der Module und den Aufbau des gesamten Ofens im Einsatz gegeben. Bei einem quaderförmigen Heizraummodul werden beispielsweise zwei quadratische und vier rechteckige seitliche Module zur Begrenzung des Ofenraums benötigt, allerdings entscheidet die Ausrichtung des Ofens darüber, ob die beiden quadratischen Module als oberes und unteres (Funktions-)Modul oder als Seitenmodule betrachtet werden.The distinction of a lateral module as front, functional, side or rear modules is given in the context of the invention only by the function of the modules and the structure of the entire furnace in use. For example, in a cuboid heating chamber module, two square and four rectangular lateral modules are needed to confine the furnace space, but the orientation of the furnace determines whether the two square modules are considered upper and lower (functional) modules or side modules.

Bei einem würfelförmigen Heizraummodul würden beispielsweise sechs quadratische Seitenmodule benötigt, die in ihren äußeren Abmaßen alle identisch waren, und prinzipiell jeweils sowohl Funktions-, Front-Rückseiten- oder Seitenmodul sein könnten.For example, a cube-shaped heating chamber module would require six square side modules that were all identical in outer dimensions, and could in principle be both functional, front-back or side modules.

Als Material für das Heizraummodul und die seitlichen Module sowie auch die Heiz- und/oder Kühlmodule kommen alle bislang üblichen Materialien in Frage, die chemisch und korrosionsbeständig sind. Sofern keine externe Kühlung vorgesehen ist, sollten die Materialien auch bei den beabsichtigten Betriebstemperaturen stabil sein.As the material for the heating chamber module and the side modules as well as the heating and / or cooling modules are all previously customary materials in question, which are chemically and corrosion resistant. Unless external cooling is intended, the materials should be stable even at the intended operating temperatures.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Ofensystems sieht vor, dass sowohl das Heizraummodul als auch alle seitlichen Module mit Wasser gekühlt werden. In diesem Fall werden keine besonderen Anforderungen in Bezug auf Temperaturbeständigkeit des Materials gestellt.A particularly advantageous embodiment of the furnace system provides that both the heating chamber module and all lateral modules are cooled with water. In this case, no special requirements are made regarding the temperature resistance of the material.

Als geeignete Werkstoffe für das Heizraummodul und die seitlichen Module sowie auch die Heiz- und/oder Kühlmodule kommen alle Chrom-Nickel-Legierungen wie z. B. X6CrNiMoTi17-12-2 (Werkstoffnummer 1.4571 in Frage. Ofenfenster zur optischen Vermessung oder Beobachtung werden in der Regel aus Quarzglas hergestellt. Als Werkstoff für Probentische oder Vorrichtungen im Innern des Probenraums kommen Oxidkeramiken wie z. B. Al₂O₃ oder ZrO₂ zum Einsatz.Suitable materials for the heating chamber module and the side modules as well as the heating and / or cooling modules come all chromium-nickel alloys such. Oven windows for optical measurement or observation are generally made of quartz glass, and oxide ceramics such as Al ₂ O ₃ or ZrO are used as material for sample tables or devices inside the sample chamber ₂ for use.

i) Heizraummoduli) Heating chamber module

Eine vorteilhafte und geeignete Ausführungsform des Heizraummoduls ist beispielsweise eine würfelförmige oder quaderförmige Schweißkonstruktion aus Metall mit ebenen Seitenflächen, beispielsweise aus massiven Edelstahl-Vierkantstäben, an die die seitlichen Module angebracht werden können.An advantageous and suitable embodiment of the Heizraum module is for example a cube-shaped or cuboid weld metal construction with flat side surfaces, for example, solid stainless steel square bars to which the lateral modules can be attached.

Als Vierkantstäbe sind neben massiven Stäben prinzipiell auch Hohlprofile geeignet, da sie Gewichtsersparnis bringen und die Hohlräume vorteilhaft gleichzeitig als Kühlwasserkanäle dienen können. Herkömmliche Standard-Vierkantprofile sind jedoch wegen der dünnen Wandungen und des damit verbundenen Verzugs in der Regel nicht geeignet.As square bars in addition to solid rods in principle, hollow profiles are suitable because they bring weight savings and the cavities can advantageously serve as cooling water channels simultaneously. However, conventional standard square profiles are usually not suitable because of the thin walls and the associated distortion.

Das rahmenartige Heizraummodul weist regelmäßig Mittel zur Verbindungsbildung mit den übrigen seitlichen Modulen, bzw. mit einem Heiz- und/oder Kühlmodul auf. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht beispielsweise allseitig Gewindebohrungen vor, die eine passgenaue Verbindungsbildung mit entsprechenden Front-, Rück- und Seitenteilen sowie mit anderen Modulen insbesondere auch den Heiz- und/oder Kühlmodulen über Schrauben ermöglichen. Bei den Heiz- und/oder Kühlmodulen, die für eine Anordnung zwischen dem Probenmodul und einem seitlichen Modul vorgesehen sind, sind in der Regel auf beiden Seiten jeweils Mittel zur Verbindungsbildung angeordnet. Ferner können Vorrichtungen zur Abdichtungen beider Seite vorgesehen sein, beispielsweise umlaufende Nuten für einen O-Ring.The frame-like Heizraum module regularly has means for connection formation with the other side modules, or with a heating and / or cooling module. An advantageous embodiment provides for example on all sides threaded holes that allow a tailor-made connection formation with corresponding front, rear and side panels as well as other modules in particular also the heating and / or cooling modules via screws. In the heating and / or cooling modules, which are provided for an arrangement between the sample module and a lateral module, are usually on both sides of each means arranged for connection formation. Furthermore, devices may be provided for sealing both sides, for example circumferential grooves for an O-ring.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Heiz- und/oder Kühlmoduls kann aber auch alternativ lediglich entsprechende Durchbrüche oder Gewindebohrungen als Mittel zur Verbindungsbildung vorsehen, so dass beispielsweise mit Hilfe langer Schraube alle drei Elemente gleichzeitig verbunden werden können.However, an advantageous embodiment of a heating and / or cooling module may alternatively provide only corresponding openings or tapped holes as a means for connection formation, so that for example by means of a long screw all three elements can be connected simultaneously.

Denkbar sind als Mittel zur Verbindungsbildung auch Klemmen oder Scharniere oder weitere für den Fachmann gebräuchliche Mittel.Conceivable as a means for compound formation and terminals or hinges or other commonly used in the art means.

Vorteilhaft ist die Ausgestaltung eines Ofensystems, bei dem wenigstens eins der seitlichen Module, vorzugsweise das Frontmodul, als schwenkbare Tür ausgestaltet ist, so dass der Zugang zum Heizraum, z. B. zum Probenwechsel, auf einfache Weise ermöglicht wird, ohne dass ein seitliches Modul komplett abgenommen werden muss.The embodiment of a furnace system in which at least one of the lateral modules, preferably the front module, is designed as a pivotable door, so that the access to the boiler room, z. B. for sample change, in a simple manner is possible without a side module must be completely removed.

ii) Heizmodul und/oder Kühlmodulii) heating module and / or cooling module

Der erfindungsgemäße modular aufgebaute Ofen weist wenigstens ein zusätzliches Heiz- und/oder Kühlmodul auf, welches jeweils an einer Seite des Heizraummoduls angeordnet werden kann. Ein solches Modul bewirkt vorteilhaft, dass entsprechende Heizelemente sowohl waagerecht unterhalb oder oberhalb des Heizraumes, bzw. senkrecht zum Heizraum angebracht werden können, was die Möglichkeiten für unterschiedliche Versuchsaufbauten und Anwendungen enorm erweitert. Die einzelnen Heizelemente der entsprechenden Module können gegebenenfalls auch in den Heizraum hineinragen. Der Einbau von mehreren Heiz und/oder Kühlmodulen an gegenüberliegenden Seiten des Heizraummoduls wird zur Vermeidung eines Temperaturgradienten und zum Erreichen einer homogenen Temperaturverteilung empfohlen.The inventive modular furnace has at least one additional heating and / or cooling module, which can be arranged in each case on one side of the heating chamber module. Such a module advantageously has the effect that corresponding heating elements can be mounted both horizontally below or above the heating space, or perpendicular to the heating space, which enormously expands the possibilities for different experimental setups and applications. If necessary, the individual heating elements of the corresponding modules can also protrude into the boiler room. The installation of multiple heating and / or cooling modules on opposite sides of the heating chamber module is recommended to avoid a temperature gradient and to achieve a homogeneous temperature distribution.

Ein Heizmodul enthält beispielsweise geeignete Heizelemente und/oder Strahlbleche, die für jeweils vorgegebene Umgebungsbedingungen geeignet sind. Denkbar wäre auch ein Lampen-Heizmodul. Wegen der Einsatzmöglichkeit unter Vakuum sollte auf eine keramische Dämmung verzichtet werden.A heating module contains, for example, suitable heating elements and / or radiant panels, which are suitable for each given ambient conditions. It would also be conceivable a lamp heating module. Due to the possibility of use under vacuum should be dispensed with a ceramic insulation.

Bei einem Wechsel der Umgebungsbedingungen, z. B. von Messungen an Luft zu Messungen unter Vakuum, kann der Ofen so leicht durch einen Wechsel des Heizmoduls angepasst werden. Der Heizraum mit den übrigen seitlichen Modulen bleibt davon unberührt.When changing the environmental conditions, eg. For example, from measurements in air to measurements under vacuum, the oven can be easily adjusted by changing the heating module. The boiler room with the other lateral modules remains unaffected.

iii) Seitliche Moduleiii) Lateral modules

Die seitlichen Module bilden den räumlichen Abschluss des Probenraums und werden daher entweder direkt mit dem Heizraummodul verbunden, oder mit einem daran angeordneten Heiz- und/oder Kühlmodul.The lateral modules form the spatial conclusion of the sample space and are therefore connected either directly to the heating chamber module, or with a heating and / or cooling module arranged thereon.

Die erfindungsgemäßen seitlichen Module können vorteilhaft an die jeweiligen Bedürfnisse der Messaufgabe angepasst werden. Im einfachsten Fall ist ein seitliches Modul als eine einfache abschließende Platte, optional auch als Plattentür ausgeführt. Seitliche Module können aber auch beispielsweise mit Heiz- und/oder Kühlelementen, Fenstern, Vakuumflanschen, Kabel-, Extensometer oder Thermoelementdurchführungen oder ähnlichen Einrichtungen versehen werden und je nach Anforderung an entsprechender Stelle mit dem Heizraummodul verbunden werden.The side modules according to the invention can be advantageously adapted to the particular needs of the measurement task. In the simplest case, a lateral module is designed as a simple final plate, optionally also as a plate door. However, lateral modules can also be provided, for example, with heating and / or cooling elements, windows, vacuum flanges, cable, extensometer or thermocouple feedthroughs or similar devices and, depending on the requirement, be connected to the heating space module at the appropriate place.

Für eine optische Untersuchung des Probenraums bieten sich beispielsweise vorteilhaft Front- und/oder Rückseitenmodule mit Fenstern, für hohe Temperaturen insbesondere mit Quarzfenstern an, wobei die Frontseite alternativ gleichzeitig als Tür zur Probenbeschickung ausgelegt werden kann.For an optical examination of the sample space, front and / or rear side modules with windows, for example, are particularly advantageous for high temperatures, in particular with quartz windows, whereby the front side can alternatively be designed as a door for sample loading.

Um eine übermäßige Wärmeabstrahlung auf das optische Messsystem zu verhindern, können die Fenster in einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft während einer Messpause abgedeckt werden.In order to prevent excessive heat radiation to the optical measuring system, the windows can be covered in a special embodiment of the invention advantageously during a measurement break.

Ferner können die seitlichen Module auch Flansche zum Anschluss einer Vakuumpumpe bzw. einer Spülgasversorgung aufweisen.Furthermore, the lateral modules can also have flanges for connecting a vacuum pump or a purge gas supply.

Weitere funktionelle Anordnungen in den seitlichen Modulen können beispielsweise Thermoelementdurchführung oder andere Kabeldurchführungen für weitere Sensoren sein.Other functional arrangements in the lateral modules may be, for example, thermocouple feedthroughs or other cable feedthroughs for further sensors.

Flansche in unterschiedlichen Ausführungen können vorteilhaft auch rein vorsorglich zusätzlich zu weiteren funktionalen Ausgestaltungen der seitlichen Module vorgesehen sein. Flanges in different designs can advantageously also be provided as a precaution in addition to further functional configurations of the lateral modules.

Das obere und das untere seitliche Modul (Funktionsmodul) stellen in der Regel die Schnittstelle zu den benachbart angeordneten Mess- oder Belastungsvorrichtungen des Prüfstands dar. Sie können z. B. Bohrungen als Durchführung für ein Druckgestänge oder als Montageplatte für ein laseroptisches Messsystem dienen.The upper and lower lateral modules (functional module) usually represent the interface to the adjacently arranged measuring or loading devices of the test bench. B. holes serve as a passage for a pressure rod or as a mounting plate for a laser-optical measuring system.

Die Funktionsplatten sind wie die übrigen seitlichen Module gegen das Heizmodule oder den Probenraum abgedichtet.Like the other side modules, the functional panels are sealed against the heating module or the sample chamber.

d) optionales Kühlmoduld) optional cooling module

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen modular aufgebauten Ofens sieht zusätzlich auch wenigstens ein Kühlmodul vor. Das Kühlmodul wird ähnlich wie das Heizmodul jeweils an einer Seite des Heizraummoduls angeordnet. Auch hier sind somit Anordnungen unterhalb oder oberhalb des Probenraumes, bzw. senkrecht zum Probenraum möglich. Ebenso wie bei den Heizmodulen können auch mehrere Kühlmodule an unterschiedlichen Seiten des Heizraummoduls angeordnet sein, beispielsweise oben und unten.An advantageous embodiment of the modular furnace according to the invention additionally provides at least one cooling module. The cooling module is similar to the heating module each arranged on one side of the heating chamber module. Arrangements below or above the sample space or perpendicular to the sample space are therefore also possible here. As with the heating modules, a plurality of cooling modules can also be arranged on different sides of the heating chamber module, for example at the top and at the bottom.

Ein Kühlmodul kann nicht nur den Heizraumraum kühlen, sondern auch zusätzlich und optional den Wärmefluss zu dem benachbarten Modul minimieren. Ein Kühlmodul wird in der Regel wie ein Heizmodul zwischen dem Heizraummodul und einem seitlichem Modul angeordnet.A cooling module can not only cool the boiler room but also additionally and optionally minimize heat flow to the adjacent module. A cooling module is usually arranged as a heating module between the heating chamber module and a lateral module.

Alle Module weisen Mittel zur Verbindungsbildung auf, mit deren Hilfe eine feste, aber reversibel lösbare Verbindung von Heizraummodul und seitlichem Modul, Heizraummodul und Heizmodul bzw. Kühlmodul, sowie zwischen einem seitlichem Modul und einem Heizmodul bzw. Kühlmodul bereit gestellt werden kann. Als Mittel für eine solche Verbindungsbildung kommen alle Mittel in Frage, die ein Fachmann für diesen Zweck (mechanisch fest, aber schnell und reversibel lösbar) als geeignet ansieht. Dies können beispielsweise Gewindebohrungen und Schrauben, oder Durchbrüche und Gewindebohrungen und Schrauben oder Klemmen oder Scharniere oder auch Kombinationen dieser Mittel sein.All modules have means for connection formation, by means of which a fixed, but reversibly detachable connection of the heating chamber module and side module, heating chamber module and heating module or cooling module, as well as between a side module and a heating module or cooling module can be provided. As means for such a connection formation are all means in question, which a person skilled in the art for this purpose (mechanically fixed, but quickly and reversibly solvable) considered suitable. These may be, for example, threaded holes and screws, or openings and threaded holes and screws or clamps or hinges or combinations of these means.

Zum Erreichen eines gasdichten Ofeninnenraums (Heizraum) müssen alle Ofenmodule gegeneinander abgedichtet werden. Zweckmäßig ist es, wenn das Heizraummodul, das als einziges Modul in der Regel nicht ausgetauscht wird, auf jeder Seite eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines O-Rings erhält. Dadurch kann beim Austausch eines Seitenmoduls auf das aufwändige Anbringen einer Nut verzichtet werden. Eine plane Fläche reicht dann zum Erreichen der erforderlichen Gasdichtigkeit völlig aus. Lediglich im Fall, dass zwei Seitenmodule übereinander an eine Seitenfläche des Heizraummoduls angeordnet werden müssen, oder ein Heiz- oder Kühlmodul mit einem weiteren Funktionsmodul angeordnet werden müssen, ist das Anbringen einer zweiten Dichtungsnut, beispielsweise an dem Heiz- oder Kühlmodul, empfehlenswert.To achieve a gastight furnace interior (boiler room), all furnace modules must be sealed against each other. It is expedient if the heating chamber module, which is not exchanged as the only module in the rule, receives on each side a circumferential groove for receiving an O-ring. This can be dispensed with the costly attachment of a groove when replacing a side module. A flat surface is then sufficient to achieve the required gas tightness completely. Only in the case that two side modules must be arranged one above the other on a side surface of the heating chamber module, or a heating or cooling module must be arranged with another functional module, the attachment of a second sealing groove, for example on the heating or cooling module, is recommended.

Im Rahmen dieser Erfindung ist unter Gasdichtigkeit des Heizraumes zu verstehen, dass mittels einer Vorvakuumpumpe ein leichter Unterdruck erzeugt werden kann. Dabei können leicht Unterdrücke im Bereich von ca. 5·10^–2 mbar realisiert werden. Für die meisten technischen Anwendungen (Prüfverfahren) sind diese Unterdrücke regelmäßig mehr als mehr als ausreichend. Hier werden häufig nur Unterdrücke von 20 mbar gefordert.In the context of this invention, gas-tightness of the heating chamber means that a slight vacuum can be generated by means of a backing pump. It can easily be realized in the range of about 5 · 10 ^-2 mbar. For most technical applications (test methods), these negative pressures are regularly more than more than adequate. Here, only low pressures of 20 mbar are often required.

Das Anlegen eines leichten Unterdrucks im Heizraum kann beispielsweise auch dann vorteilhaft angelegt werden, wenn Spülvorgänge mit Inertgas und/oder Luft schnell realisiert werden sollen, so dass ein schneller Wechsel von reduzierender und oxidierender Atmosphäre eingestellt werden kann.The application of a slight negative pressure in the heating chamber can also be advantageously applied, for example, when flushing operations with inert gas and / or air are to be implemented quickly, so that a rapid change of reducing and oxidizing atmosphere can be set.

Bei optischen Untersuchungen soll die Gasdichtigkeit des aufgeheizten Heizraums insbesondere das Eindringen von kalter Umgebungsluft verhindern, welches regelmäßig zu Schlieren durch Luftturbulenzen führt. Dadurch könnte die Qualität der optischen Messungen, bzw. der erstellten Bilder nachteilig beeinflusst werden.In optical examinations, the gas-tightness of the heated heating chamber should in particular prevent the penetration of cold ambient air, which regularly leads to streaks due to air turbulence. This could adversely affect the quality of the optical measurements, or the images created.

Für den Zweck des modularen Aufbaus eines solchen Ofens ist es weiterhin von besonderem Vorteil, wenn die zum Austausch vorgesehenen seitlichen Module je nach Seitenfläche des Heizraummoduls ähnliche oder fast identische äußere Abmessungen aufweisen, die Mittel zur Verbindungsbildung für alle Module annähernd gleich gewählt werden, und die Anordnung der Dichtungsmittel ebenfalls identisch vorgesehen ist. Damit wären dann besonders gute Voraussetzungen gegeben, um das modular aufgebaute Ofensystem bestmöglich zu nutzen. Alle seitlichen Module waren untereinander austauschbar und eine Kombination aus vorhandenen Modulen wäre möglich. Es gäbe einheitliche oder nur wenig verschiedene Dichtungsmittel und Verbindungsmittel.For the purpose of the modular construction of such a furnace, it is also particularly advantageous if the lateral modules provided for the exchange have similar or almost identical outer dimensions depending on the side surface of the Heizrum module, the means for connection formation for all modules are chosen approximately equal, and Arrangement of the sealant is also provided identically. This would then be particularly good conditions for the best use of the modular kiln system. All side modules were interchangeable and a combination of existing modules would be possible. There would be uniform or only slightly different sealants and fasteners.

In einer weiteren Ausgestaltung des modular aufgebauten Ofens wäre es auch denkbar, zur Vergrößerung des Heizraumes zwei oder mehr Heizraummodule zusammenzubauen, an die jeweils entsprechende Heiz- oder auch Kühlmodule sowie entsprechende seitliche Module befestigt werden. Eine evtl. notwendige Veränderung des zur Verfügung stehenden Ofenraums kann auch durch das bloße Drehen des Heizraummoduls um 90° erreicht werden.In a further refinement of the modular furnace, it would also be conceivable to assemble two or more heating chamber modules to increase the heating space, to which corresponding heating or cooling modules and corresponding lateral modules are fastened. A possibly necessary change in the available oven space can also be achieved by simply turning the heating chamber module by 90 °.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erfindung ein Ofensystem bereit stellt, welches auf Grund seiner modularen Bauweise flexibel leicht und schnell an jeweilige Untersuchungsparameter angepasst werden kann. Das Ofensystem weist dazu ein rahmenartiges Heizraummodul, wenigstens ein Heizmodul sowie wenigstens vier, vorteilhaft aber sechs seitliche Module auf, die jeweils reversibel lösbar mit dem Heizraummodul verbunden sind, und zusammengebaut den Heizraum gasdicht umschließen können. Durch eine einfache geometrische Form des Heizraummoduls, z. B. würfelförmig oder quaderförmig, können die notwenigen Seitenteile in Form von seitlichen Modulen mit unterschiedlichen Funktionen einfach ausgetauscht werden. So können beispielsweise seitliche Module mit Gasanschlüssen, mit Sichtfenstern, mit Kabeldurchleitungen oder sonstigen Durchbrüchen zur Verfügung gestellt werden, die je nach Aufgabenstellung beim Zusammenbau des Ofens berücksichtigt werden. Unterschiedliche Heizelemente können so an unterschiedlichen Positionen des Ofens, z. B. oben, unten und/oder senkrecht an einer Seite platziert werden. Für spezielle Anforderungen können auch mehr als ein Heizmodul, oder auch verschiedenartige Heizmodule eingebaut werden. Gleiches gilt für Kühlmodule, die ähnlich wie die Heizmodule noch zusätzlich mit eingebaut werden können.In summary, it can be said that the invention provides a furnace system which, owing to its modular design, can be adapted flexibly and quickly to respective examination parameters. For this purpose, the furnace system has a frame-like Heizraum module, at least one heating module and at least four, but advantageously six lateral modules, which are each reversibly detachably connected to the Heizraum module, and assembled can surround the boiler room gas-tight. By a simple geometric shape of the heating chamber module, z. B. cube-shaped or cuboid, the necessary side panels in the form of side modules with different functions can be easily replaced. For example, lateral modules can be provided with gas connections, with viewing windows, with cable ducts or other openings, which are considered depending on the task during assembly of the furnace. Different heating elements can thus at different positions of the furnace, for. B. up, down and / or vertically placed on one side. For special requirements, more than one heating module or even different heating modules can be installed. The same applies to cooling modules, which can be installed in a similar way as the heating modules.

Spezieller BeschreibungsteilSpecial description part

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass dadurch eine Einschränkung des Erfindungsgegenstandes präjudiziert werden soll.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, without thereby prejudicing a restriction of the subject invention.

Es wird ein Konzept für das erfindungsgemäße modulare Ofensystem an einem konkreten Anwendungsbeispiel vorgestellt. Der 1 ist eine Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten modularen Ofensystems zu entnehmen, welches ein quaderförmiges Heizraummodul (1), zwei Heizmodule (2a, 2b) sowie sechs seitliche Module aufweist. Zu den seitlichen Modulen gehören hierbei eine obere und untere Funktionsplatte (3a, 3b), zwei Seitenmodule (4a, 4b) sowie ein Front- (5) bzw. ein Ruckseitenmodul (6). Die Legendensymbole haben in den 2 und 3 dieselbe Bedeutung.A concept for the modular furnace system according to the invention is presented on a concrete application example. Of the 1 is an exploded view of an embodiment of a modular furnace system constructed according to the invention can be seen, which is a cuboid Heizraum module ( 1 ), two heating modules ( 2a . 2 B ) and six lateral modules. The lateral modules here include an upper and lower functional plate ( 3a . 3b ), two side modules ( 4a . 4b ) and a front ( 5 ) or a back page module ( 6 ). The legend symbols have in the 2 and 3 the same meaning.

Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen OfensystemsEmbodiment of the modular furnace system according to the invention

a) Heizraummodul:a) Heating room module:

Das Modul besteht im Wesentlichen aus einem Rahmen als Schweißkonstruktion aus Edelstahl-Vierkantstäben. Jede Seitenfläche ist mit einer umlaufenden Nut zur Aufnahme eines O-Rings versehen. In den Rahmen sind allseitig Gewindebohrungen zur Verbindung mit Front-, Rück- und Seitenteilen sowie mit anderen Modulen angebracht. Denkbar sind als Verbindungselemente für die seitlichen Teile auch Klemmen.The module consists essentially of a frame welded construction of stainless steel square bars. Each side surface is provided with a circumferential groove for receiving an O-ring. The frame has threaded holes on all sides to connect to the front, rear and side panels as well as other modules. Conceivable as connecting elements for the lateral parts and terminals.

b) Front-, Seiten- und Rückseitenmoduleb) front, side and rear modules

Im vorliegenden Fall wurden mit Wasser gekühlte Seiten- und Frontelemente, die den jeweiligen Bedürfnissen der Messaufgabe angepasst werden, als seitliche Module eingesetzt. Die Module können beispielsweise mit Fenstern, Türen, Kabel- oder Thermoelementdurchführungen oder ähnlichen Einrichtungen versehen werden. Für das Ausführungsbeispiel werden Front- und Rückseitenmodule mit Quarzglasfenster benötigt, wobei die Front- und Rückseite alternativ als Tür zur Probenbeschickung ausgelegt wurden. Die Seitenteile enthalten Kleinflansche zum Anschluss einer Vakuumpumpe bzw. Spülgasversorgung. Ferner wurden zusätzlich eine Thermoelementdurchführung und vorsorglich einige Flansche, die noch keine Funktion haben, angebracht.In the present case, water-cooled side and front elements, which are adapted to the respective requirements of the measuring task, were used as lateral modules. The modules can for example be provided with windows, doors, cable or thermocouple feedthroughs or similar devices. For the embodiment front and rear modules with quartz glass window are needed, the front and back were alternatively designed as a door for sample loading. The side panels contain small flanges for connecting a vacuum pump or purge gas supply. In addition, a thermocouple feedthrough and, as a precaution, some flanges that have not yet functioned were added.

c) Heizmodulc) heating module

Das wassergekühlte Heizmodul enthält die für alle vorgesehenen Umgebungsbedingungen geeigneten Heizelemente und Strahlbleche. Die Heizelemente und Strahlbleche können alternativ auch senkrecht zur Montagefläche angeordnet werden und in den Probenraum hineinragen. Denkbar wäre vielleicht sogar ein Lampen-Heizmodul.The water-cooled heating module contains the heating elements and blast plates suitable for all envi- ronmental conditions. The heating elements and blasting plates can alternatively also be arranged perpendicular to the mounting surface and project into the sample space. Perhaps even a lamp heating module would be conceivable.

Für das konkrete Ausführungsbeispiel wurden das Heizelement und die Strahlbleche so konzipiert, dass sowohl ein Einsatz innerhalb des Rahmens einer Prüfmaschine als auch mit einer statischen Belastungseinrichtung möglich ist. Ebenso ist der Einsatz eines Laser-Triangulationsmessgerätes, mit dem die Probe abgescannt werden kann, realisierbar. Um eine gleichmäßige Beheizung des Probenraums zu gewährleisten ist im Ausführungsbeispiel jeweils ein Heizelement oberhalb und unterhalb des Probenraums angebracht.For the specific embodiment, the heating element and the blast plates were designed so that both an insert within the frame of a testing machine as well as with a static load device is possible. Similarly, the use of a laser triangulation meter, with which the sample can be scanned, feasible. In order to ensure a uniform heating of the sample space, a heating element is mounted above and below the sample space in the exemplary embodiment.

d) Funktionsplatted) Function plate

Nach oben und unten schließt jeweils eine Funktionsplatte als seitliches Modul den Ofen ab. Diese Platten stellen die Schnittstelle zu den Mess- oder Belastungsvorrichtungen eines Prüfstands dar. Sie können beispielsweise Bohrungen als Durchführung für ein Druckgestänge oder als Montageplatte für ein laseroptisches Messsystem dienen. Die Funktionsplatten werden mittels O-Ringen gegen das Heizmodul abgedichtet. Im vorliegenden konkreten Ausführungsbeispiel sind die Funktionsplatten als einfache abschließende Platten ausgeführt und haben keine zusätzliche Funktion.At the top and at the bottom, a functional plate as a side module closes the oven. These plates are the interface to the measuring or loading devices of a test bench. They can be used, for example, as holes for a pressure rod or as a mounting plate for a laser-optical measuring system. The functional panels are sealed against the heating module by means of O-rings. In the present concrete embodiment, the functional panels are designed as simple final panels and have no additional function.

Beispielhafte Anwendungen:Exemplary applications:

2 zeigt eine mögliche praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Ofensystems wobei das Elastizitätsmodul und die Dämpfung als Funktion der Temperatur von keramischen und metallischen Werkstoffen nach dem Impuls-Anregungsverfahren ermittelt werden. A = Mikrofon mit keramischem Schallleiter, B = pneumatische oder elektromagnetische Vorrichtung zur Schwingungsanregung des Prüfobjektes, C = Prüfobjekt. Zur Umstellung auf diese Anwendung ist lediglich der Austausch des oberen und unteren Funktionsmoduls (3a, 3b) erforderlich. 2 shows a possible practical application of the furnace system according to the invention wherein the modulus of elasticity and the damping are determined as a function of the temperature of ceramic and metallic materials by the impulse excitation method. A = microphone with ceramic sound conductor, B = pneumatic or electromagnetic device for vibration excitation of the test object, C = test object. To switch to this application, only the replacement of the upper and lower function module ( 3a . 3b ) required.

Eine weitere mögliche Messaufgabe ist beispielsweise die optische Messung der Längenausdehnung an keramischen Membranwerkstoffen für fossile Kraftwerke unter verschiedenen Umgebungsmedien. Temperaturbereich: RT bis 1000°C, Umgebungsmedien: Luft, CO₂/Luft, O₂/Ar, evtl. Vakuum, Untersuchungen: Schwellverhalten, chemische und thermische Ausdehnung als Funktion der Temperatur und des Umgebungsmediums, Messmethoden: Verformungsmessung mittels optischen Messmethoden, Abmaße: Ofenraum (Heizraum) innen B = 350 mm, T = 250 mm, H = 180 mm. Another possible measurement task is, for example, the optical measurement of the linear expansion of ceramic membrane materials for fossil power plants under various ambient media. Temperature range: RT up to 1000 ° C, Ambient media: Air, CO ₂ / air, O ₂ / Ar, possibly vacuum, investigations: Swelling behavior, chemical and thermal expansion as a function the temperature and the ambient medium, Measurement Methods: Deformation measurement by optical measurement methods, dimensions: Oven space (boiler room) inside B = 350 mm, T = 250 mm, H = 180 mm.

3 zeigt die dafür notwendige Anpassung des erfindungsgemäßen Ofensystems, wobei die thermische und chemische Dehnung als Funktion der Temperatur der Membranwerkstoffe zur Sauerstoffseparation in fossilen Kraftwerken durch berührungslose, optische Vermessung ermittelt werden. A = telezentrische Beleuchtung mit blauem Licht, B = CCD-Kamera mit vorgeschalteter Optik und Blaufilter, C = Prüfobjekt. 3 shows the necessary adjustment of the furnace system according to the invention, wherein the thermal and chemical expansion are determined as a function of the temperature of the membrane materials for oxygen separation in fossil power plants by non-contact, optical measurement. A = telecentric illumination with blue light, B = CCD camera with upstream optics and blue filter, C = test object.

Claims

Furnace system, characterized in that the furnace system comprises at least one frame-like Heizraum module, at least one heating module and at least four lateral modules, which are each reversibly detachably connected to the Heizraum module, and together enclose a gas-tight heating chamber.

Furnace system according to claim 1, comprising at least six lateral modules.

Furnace system according to claim 1 or 2, wherein the heating module between the Heizraum module and one of the lateral modules is arranged.

Furnace system according to one of claims 1 to 3, wherein the Heizraum module has a square frame.

Furnace system according to one of claims 1 to 4, wherein the lateral modules are interchangeable.

Furnace system according to one of claims 1 to 5, wherein at least one lateral module is designed as a door or a door comprising.

Furnace system according to one of claims 1 to 6, wherein at least one lateral module has at least one flange.

Furnace system according to one of claims 1 to 6, wherein at least one lateral module has at least one cable feedthrough.

Furnace system according to one of claims 1 to 6, wherein at least one lateral module has at least one connection for a gas supply.

Furnace system according to one of claims 1 to 9, wherein the heating module comprises an electrically heatable element.

Furnace system according to one of claims 1 to 10, wherein additionally at least one cooling module between the heating chamber module and one of the lateral modules is arranged.

Furnace system according to one of claims 1 to 11, wherein the reversibly releasable connection is effected by means of screws.

Furnace system according to one of claims 1 to 12, wherein at least between two connected modules, a seal is arranged.