-
Elektrisch beheizbarer Vakuumbrennofen für keramisches Gut Die Erfindung
bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Vakuumbrennofen, wie er insbesondere
für dentalkeramische Zwecke, z. B. zum Brennen von Zahnkronen und ähnliche Arbeiten,
Verwendung findet, bei welchen ein Muffelbrand unter Vakuum über vorbestimmte Betriebszeiten
durchzuführen ist.
-
Die Erfindung betrifft für derartige Öfen eine besondere Ausbildung
der Beschickungsteile und insbesondere eine Schaltung für die Beheizung und für
die Druckregelung, durch die die Handhabung vereinfacht und damit ein fehlerfreies
Arbeiten ermöglicht wird.
-
Elektrische Vakuumbrennöfen der hier in Betracht kommenden Art sind
im Prinzip derart aufgebaut, daß in einem dichten Gehäuse, z. B. einem zylindrischen
Kessel mit verschließbarem Deckel aus Metall, ein Futter aus feuerfestem keramischen
Material, beispielsweise Isoliersteinen, angeordnet ist, des die mit Heizdrahtspiralen
od. dgl. versehene Heizmuffel und einen dieser vorgeschalteten Vorwärmraum umschließt,
und dieser mit einem Verschluß ausgestattete Ofenteil auf einem Instrumentengehäuse
angebracht ist, in welchem sich die Meßinstrumente, Temperaturregler u. dgl. befinden
und an dem die erforderlichen Schalter angebracht sind.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht aus einem Instrumentengehäuse,
auf dessen Deckelfläche Säulen angebracht sind, die einen zylindrischen, vertikal
aufgestellten Ofen tragen, der durch einen aus der Deckelfläche des Instrumentengehäuses
ausschiebbaren Lift mit einem Tisch das Brenngut senkrecht von unten einzuführen
und die Einführöffnung abzuschließen erlaubt.
-
Bei der Durchführung der eingangs genannten Brennarbeiten ist eine
genaue Einhaltung bestimmter Brennzeiten und in der Regel die Einhaltung bestimmter
Zeitabschnitte der Gesamtbrenndauer zu beachten, während deren der Brennvorgang
sich unter vermindertem Druck vollziehen soll.
-
Trotz der Handlichkeit der bisher bekannten und insbesondere des vorstehend
erwähnten vertikalen Ofens bleibt für die Ausführung von Brennarbeiten eine Reihe
von Betriebsvorgängen zu beachten, wenn ein einwandfreies Brennergebnis erzielt
werden soll, und es besteht die Möglichkeit, besonders im Falle einer größeren Anzahl
nacheinander durchzuführender Brennvorgänge, daß Fehler oder Unterlassungen auftreten.
-
Gemäß der Erfindung wird eine fehlerfreie Betätigung des Vakuumbrennofens
dadurch gewährleistet, daß der von der vorhandenenVakuumpumpe erzeugte Druck zur
Bewegung des erwähnten Liftes, zur Zuführung des Brenngutes, zur Abschließung der
Einführungsöffnung des Ofens bei Arbeitsbeginn und zum selbsttätigen Ausfahren bei
Abstellen der Pumpe benutzt wird. Diese Lösung findet ihren Niederschlag in einem
elektrisch beheizbaren Vakuumbrennofen für keramisches Gut mit Vakuumpumpe und einer
pneumatisch betätigten Hebeeinrichtung für den Gutträger, der im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Hebeeinrichtung mit der Druckseite der Vakuumpumpe durch
eine Leitung verbunden ist.
-
Sowohl die Abzweigleitung der Druckseite wie auch die der Saugseite
wird durch ein umsteuerbares Doppelsitzventil geöffnet und geschlossen. Mittels
einer Schaltuhr und eines von dieser ein- bzw. ausgeschalteten Elektromagneten wird
das Doppelsitzventil so gesteuert, daß es jeweils entweder die eine oder die andere
der beiden mit Ventilsitzen ausgestatteten Leitungen verschließt, während die jeweils
zweite zur Atmosphäre geöffnet ist. Man legt nun diese Schaltuhr in eine Nebenleitung
zum Stromkreis der Vakuumpumpe und ordnet den Ventilkörper so an, daß er durch eine
Feder in der Ruhelage die Saugleitungsabzweigung verschließt. Dann muß zum Einschalten
dieses Kreises zunächst die Kraft der Feder überwunden werden, um die Druckleitungsabzweigung
zu verschließen. Der Lift wird dann durch die Druckluft der Vakuumpumpe angehoben.
Wird nun der Strom zur Betätigung des Ventils abgeschaltet, während die Vakuumpumpe
noch läuft, so hört zwar der Druck auf die Hebeeinrichtung auf, der Lift wird jedoch
durch das dann erzeugte Vakuum an der Unterseite des Brennofens festgehalten. Diese
Schaltung kann gemäß der Erfindung auch vollautomatisch arbeitend ausgebildet werden,
wobei der gesamte Vorgang von der Beschickung bis zur Beendigung und Gutaustragung
in voreinstellbaren Zeiten abläuft. Zu diesem Zweck ist in das die Beheizung, die
Vakuumpumpe und Regelgeräte an sich gebräuchlicher Art enthaltene Netz eine erste
Schaltuhr gelegt, die bei Einschalturig
durch Schließung ihrer
Kontakte die Vakuumpumpe und die Beheizung über die auf ihr eingestellte Gesamtbrenndauer
in Betrieb setzt, während in Reihe mit dieser eine zweite Schaltuhr über den das
Doppetsitzventil steuernden Elektromagneten mit dem Netz verbunden ist, die bei
Einschaltung den Kontakt zu dem Steuermagneten öffnet und bei Ablauf der auf ihr
eingestellten Zeit den Kontakt schließt. Hierdurch wird erreicht, daß, solange die
zweite Schaltuhr noch nicht in Lauf gesetzt ist, durch Einschalten der ersten Schaltuhr
der obenerwähnte Steuermagnet erregt wird und daß, da hierdurch das Doppelsitzventil
zwischen der Vakuumnebenleitung und einer Nebenleitung der Druckleitung gegen Federwirkung
von der Vakuumnebenleitung abgehoben wird und die Druckluftnebenleitung schließt,
der von der Vakuumpumpe gelieferte Druck den Kolben eines mit dem Brenngut beschickten
Liftes betätigt, bis das Gut eingeführt ist und die Einführungsöffnung für das Benngut
durch den Deckel bzw. die Tischplatte am Lift geschlossen ist. Wird dann die zweite
Schaltuhr auf die Anzahl Minuten eingestellt, die für den Vakuumbrand erforderlich
sind, so wird durch Einschalten dieser Uhr der Kontakt zum Elektromagneten geöffnet,
damit das Doppelsitzventil durch Wirkung einer Feder von der Druckluftnebenleitung
abgezogen und dafür die Vakuumleitung geschlossen. In demselben Augenblick, in welchem
die Druckluftleitung geöffnet und die Vakuumnebenleitung geschlossen wird, entsteht
durch das schnelle Absaugen des Ofengehäusekessels so viel Vakuum in demselben,
daß nunmehr der Verschluß des Liftes durch den Unterdruck festgehalten wird. Während
also in der ersten Phase die Druckluft das Anpressen des Liftes bewerkstelligt hat,
übernimmt nach Einschalten des zweiten Zeitmessers das entstehende Vakuum die Aufgabe,
den Lift in seiner Stellung zu halten. Nach Ablauf der die Dauer der Vakuumbehandlung
bestimmenden zweiten Schaltuhr, d. h. mit Beendigung der vorgesehenen Vakuumbrenndauer
schließt sich der Kontakt dieser Uhr, wodurch der Elektromagnet wieder unter Strom
gesetzt und damit automatisch die Vakuumleitung geöffnet und der Ofen geflutet wird,
während durch die wieder erfolgte Schließung der Druckluftleitung gleichzeitig der
Lift wieder gegen die Öffnung des Ofengehäuses gepreßt gehalten wird, ohne sich
gesenkt zu haben. Erst nach vollem Ablauf der ersten Schaltuhr, welche die Gesamtbrennzeit
bestimmt, wird der Strom der Muffel und für den Antrieb der Pumpe abgeschaltet,
so daß sich jetzt auch der Lift in seine Ausgangsstellung absenken kann.
-
Es ist leicht ersichtlich, daß durch diese Schaltung und das Zusammenspiel
der geschalteten Einrichtungsteile die Bedienung des Ofens auf nur wenige Handgriffe
beschränkt ist und zwangläufig die erforderliche Reihenfolge und die vorher einstellbare
Zeitfolge der gesamten Arbeitsvorgänge eingehalten wird.
-
In der Zeichnung ist zur Erläuterung ein Ausfüh-. rungsbeispiel einer
Schalteinrichtung und eines damit ausgerüsteten Vakuumbrennofens dargestellt.
-
F i g. 1 ist die Vorderansicht des gesamten, aus Instrumententeil,
Ofen und Beschickungseinrichtung bestehenden Gerätes; F i g. 2 zeigt ein Rohrle-itungsschema
zur Erläuterung der Liftsteuerung; F i g. 3 ist ein zugehöriges Schaltschema.
-
Die Beschreibung bezieht gleichzeitig alle drei Figuren in die Erklärungen
ein. Die Frontseite des Instrumentengehäuses 1 trägt alle für die einzelnen Verfahrens-
und Schaltschritte nötigen Geräte usw., außer der Gerätesicherung 32, der Gerätesteckdose
33 und dem Hauptschalter 34, die nur in dem Schaltschema der F i g. ' dargestellt
sind und deren Funktion keiner weiteren Erklärung bedarf.
-
Die linke Kontrollampe 2 dient zur Anzeige der erfolgten Einschaltung
des ganzen Gerätes und zeigt die Betriebsbereitschaft an. Die rechte Kontrollampe
3 ist parallel zum Stromkreis des Heizleiters 14 für die Ofenmuffel 15 geschaltet;
sie leuchtet also immer auf, wenn der Heizleiter unter Strom steht. Eiei nicht gezeichnetes
Pyrometer oder Thermoelement dient in bekannter Weise im Zusammenhang mit einem
Fallbügelregler 4 dazu, die Temperatur im Muffelofen 15 konstant zu halten. Der
Heizleiter 14 wird in Abhängigkeit von der Temperaturmessung entweder mit Strom
versorgt oder auch zeitweise abgeschaltet. Ein stufenloser Transformator 5 regelt
die an den Heizleiter gelegte Spannung, die an dem Voltmeter 6 abgelesen werden
kann. Der Primärkreis des Transformators 5 ist zur beschriebenen Regelung mit dem
Schaltkontakt des Fallbügelreglers 4 hintereinandergeschaltet, so daß nicht der
Heizkreis direkt, sondern der Primärkreis des Transformators zeitweise unterbrochen
wird.
-
Weiterhin sind zwei Schaltuhren vorgesehen, deren Laufzeiten von Hand
und getrennt voneinander eingestellt werden. Die linke Schaltuhr 10 schließt beim
Einstellen von zwei Paare von elektrischen Kontakten und öffnet sie wieder im Moment
des Ablaufs. Das eine Paar wird durch den Schalter 7 überbrückt, der z. B. bei nicht
automatischem Handbetrieb benutzt werden kann.
-
Dieses Kontaktpaar ist mit dem Heizstrom-Schaltkontakt des Fallbügelreglers
4 und den anderen Teilen des Heizkreises für die Muffel hintereinandergeschaltet.
Das zweite Kontaktpaar der Schaltuhr 10 ist einerseits mit der Vakuumpumpe 23 und
andererseits mit der rechten Schaltuhr 11 hintereinandergeschaltet, die beim Einstellen
ihrer Laufzeit ihr einziges Kontaktpaar öffnet und im Moment des Ablaufs wieder
schließt. Diese Schaltuhr steuert den Strom für einen Ventilmagneten 28.
-
Auf dem Instrumentengehäuse 1 sind zwei oder mehr Standsäulen 17 angeordnet,
auf denen das vakuumdichte Ofengehäuse 12 mit Hilfe der Schrauben 17' lösbar und
auswechselbar befestigt ist. Diese Standsäulen sind innen hohl und dienen zweckmäßigerweise
gleichzeitig sowohl als Hülle für die Stromzuführungskabel und die Drähte des Pyrometers
oder Thermoelements wie auch als Vakuumleitung zum Innern des Gehäuses 12. Dieses
Gehäuse ist mit wärmeisolierenden Steinen 13 ausgefüttert; sie umgeben auch
die Heizwicklung 14 der Brennkammer 15 und die nach unten offene Vorwärmkammer 1.6,
die vorteilhafterweise einen etwas größeren Durchmesser hat als die Brennkammer
15.
-
In die Deckelfläche des Instrumentengehäuses 1 ist ein Kolbenzylinder
18 eingesetzt, in dem der Kolben 9 geführt wird. Seine Auf- und Abwärtsbewegung
erfolgt in der später dargestellten Weise automatisch, kann aber auch mittels des
gezeigten Hebels 31 von Hand erfolgen. Der Kolben 9 trägt eine Kreisfläche 19, die
in angehobener Stellung einen unteren Abschluß für die Vorwärmkammer 16 bildet.
Auf der Fläche 19 ist ein keramischer Tisch 20 von zylindrischer
Form
und über diesem - von Distanzstäben getragen - ein zweiter keramischer Tisch 20'
angebracht. Der Durchmesser der Tische ist so gewählt, daß sie mit geringem Spiel
in die zylindrische Vorwärmkammer 16 passen. Ist der Kolben 9 und damit die ganze
eben beschriebene Einrichtung in der oberen Stellung, so befindet sich irgendwelches
Gut, das auf den unteren Tisch 20 gelegt wurde, in der Vorwärmkammer 16 und kann
dort getrocknet werden; das auf dem oberen Tisch 20' befindliche Gut 21 ist dann
unterhalb der Brennkammer 15 und kann bei der dort erzeugten und vom Fallbügelregler
4 konstant gehaltenen Temperatur gebrannt werden.
-
Die Betätigung der Hebeeinrichtung erfolgt mittels des in F i g. 2
dargestellten Leitungssystems. Der Zylinder 18 ist über das Kugelventil 30, das
ein Rückströmen größerer Luftmengen verhindert, und die Leitung 25 mit der Druckseite
der Vakuumpumpe 23 verbunden. Eine Abzweigleitung 26 kann mittels der Regulierschraube
29 teilweise verschlossen werden. Sie wird durch den einen Sitz des Doppelsitzventils
27 voll mit der Atmosphäre verbunden.
-
Der Ansaugstutzen 22 der Vakuumpumpe 23 evakuiert in Richtung des
eingetragenen Pfeiles das Innere des Ofengehäuses 12; die hier vorgesehene Abzweigleitung
24 führt zum anderen Sitz des Doppelventils 27. Diese Abzweigleitungen und ihre
Verbindung mit dem Ventil 27 und der Hebeeinrichtung 18/9 bilden den innersten Kern
der vorliegenden Erfindung.
-
Das Doppelsitzventil 27 wird durch den Druck einer Feder in der Ruhelage
an die Öffnung der Leitung 24 angepreßt und kann durch den Elektromagneten 28 von
ihr abgehoben werden. Wenn dieser Mannet unter Strom steht, wird also die Leitung
24 und damit die Ansaugseite 22 der Vakuumpumpe 23 mit der Atmosphäre verbunden,
während auf der Druckseite der Pumpe der Auslaß der Abzweigleitung 26 verschlossen
wird und der Teil der Druckluft, der nicht durch den mittels der Schraube 29 einstellbaren
Auslaß geht, zum Anheben des Kolbens 9 dient. An dem Zylinder 18 oder in seiner
Zuleitung ist das Auslaßventil 8 vorgesehen.
-
Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen, wobei sowohl vollautomatischer
Betrieb wie auch verschieden vorteilhafte Abweichungen von ihm möglich sind: Zuerst
wird durch Einschalten des Hauptschalters 34 die Betriebsbereitschaft hergestellt,
die durch Aufleuchten der Kontrollampe 2 angezeigt wird.
-
Während des Betriebes können vier aufeinanderfolgende Schaltschritte
unterschieden werden.
-
Der erste Schaltschritt ist das Ingangsetzen des vollautomatischen
Betriebes durch Einstellen der linken Schaltuhr 10. Dadurch werden ihre beiden Kontaktpaare
geschlossen und die Vakuumpumpe 23 eingeschaltet. Dasselbe geschieht mit dem Ventilmagneten
28 über die noch geschlossenen Kontakte der noch in Nullstellung befindlichen Schaltuhr
11. Ebenso wird die Heizung 14 der Ofenmuffel 15 über die Schaltkontakte des Fallbügelreglers
4 und den Regeltransformator 5 unter Strom gesetzt. Der Schalter 7 bleibt hierbei
geöffnet.
-
Durch diesen ersten Schaltschritt sind also die folgenden Vorgänge
geschaltet worden: Die Vakuumpumpe 23 beginnt zu arbeiten; das Ventil 27 wird nicht
mehr an die Leitung 24, sondern an die Abzweigleitung 26 angedrückt und dadurch
die von der Pumpe 23 über die offene Leitung 24 angesaugte Luft teilweise in den
Zylinder 18 gedrückt, so daß der Kolben 9 und damit das Brenngut 21 angehoben und
in die Ofenmuffel 15 befördert wird; außerdem wird die Ofenmuffel 15 beheizt.
-
In diesem Zustand fördert die Pumpe 23 dauernd Luft, die dann teilweise
durch den mittels der Schraube 29 einstellbaren Auslaß nach außen entweicht. Teilweise
entweicht sie auch durch Undichtigkeiten zwischen dem Zylinder 18 und dem Kolben
9 und durch eine hierfür dienende kleine einstellbare Öffnung 8 im unterem Teil
des Zylinders 18.
-
Als zweiter Schaltschritt wird die rechte Schaltuhr 11 eingestellt,
und zwar auf eine Zeit, die der gewünschten Brenndauer unter Vakuum entspricht und
früher als die an der Schaltuhr 10 eingestellte Zeit abläuft. Durch das Einstellen
der Schaltuhr 11 werden die Kontakte dieser Uhr geöffnet, wodurch der Ventilmagnet
28 stromlos wird und das Ventil 27 durch die Kraft der dort vorsehenen
Feder wieder in die Ruhelage zurückkehrt, so daß die Abzweigleitung 24 verschlossen
und die Abzweigleitung 26 geöffnet wird. Die weiterverarbeitende Vakuumpumpe 23
kann also nicht mehr Luft durch die Leitung 24 ansaugen und evakuiert daher das
Gehäuse 12 des Brennofens. Das erzeugte Vakuum hält auch die Kreisfläche 19 an der
unteren Öffnung der Vorwärmkammer 16 fest, obwohl der Kolben 9 nicht mehr durch
einen überdruck nach oben gepreßt wird.
-
Der dritte Schaltschritt ist durch das Ablaufen der Schaltuhr 11 gekennzeichnet.
Dabei schließt sich das Kontaktpaar dieser Uhr wiederum, so daß der Ventilmagnet
28 wieder unter Strom gesetzt wird. Dadurch wird das Ventil 27 von der Öffnung der
Leitung 24 abgehoben und an die der Leitung 26 angepreßt. Durch das Öffnen der Leitung
24 wird das Vakuum im Brennofen aufgehoben und von der Pumpe Luft aus der Atmosphäre
angesaugt. Sie wird durch das Schließen der Leitung 26 in den Zylinder 18 gepreßt,
wodurch der Kolben 9 in angehobener Stellung bleibt, so daß sich das Brenngut 21
weiterhin in der geheizten, aber nicht mehr evakuierten Brennkammer 15 befindet.
Das Gut 21 wird daher einem oft erwünschten Schlußbrand unter Atmosphärendruck unterworfen.
-
Der vierte - letzte - Schaltschritt geschieht durch das Ablaufen der
Schaltuhr 10. Sie öffnet in diesem Augenblick ihre beiden Kontaktpaare. Dadurch
wird einerseits die Vakuumpumpe 23 abgeschaltet. Dann senkt sich der Kolben 9 mit
einer Geschwindigkeit, die wegen des Rückschlagventils 30 nur von den obenerwähnten
Undichtigkeiten im Zylinder 18 und der eingestellten Größe der Öffnung 8 abhängt.
Auch die Muffelheizung 14 wird ausgeschaltet, und das Ventil 27 kehrt in seine Ruhelage
zurück. Das Brenngut wird also automatisch aus dem Ofen ausgefahren, kann - eventuell
nach genügender Abkühlung - von den Tischen 20 und 20' entnommen und erforderlichenfalls
weiterverarbeitet werden. Die Steuerschaltung ist dann ebenfalls in die Anfangsstellung
zurückgekehrt; ein neuer Brand kann wieder begonnen werden.
-
Die Einrichtung erlaubt eine Reihe von vorteilhaften Abweichungen
von dem beschriebenen Verfahren: Wenn die Schaltuhr 11 nicht eingestellt wird, erfolgt
ein Brennen nur unter Atmosphärendruck.
Durch frühzeitiges Einschalten
des Schalters 7 kann die Brennkammer 15 vorgeheizt werden.
-
Wird bei geschlossenem Schalter 7 ,die linke Schaltuhr 10 betätigt,
so wird das Brenngut für die eingestellte Zeit in den Ofen eingefahren. Ob dabei
ein Brand unter Vakuum geschehen soll, hängt davon ab, ob auch die Schaltuhr 11
betätigt wird. Nach Ablauf der an der Schaltuhr 10 eingestellten Zeit wird das Brenngut
wieder ausgefahren, die Brennkammer bleibt aber weiterhin beheizt und ist zum sofortigen
Brennen der nächsten Charge bereit.
-
Wird der Schalter 7 während des Laufes der Schaltuhr 10 ausgeschaltet,
so wird mit dem Ausfahren des Brenngutes auch die Heizung der Brennkammer 15 abgeschaltet.
Muß ein in Gang befindlicher Brand wegen irgendwelcher Ereignisse, z. B. wegen Wegrufens
der Bedienung, zeitweise unterbrochen werden, so wird der Schalter 7 geschlossen.
Das Brenngut wird dann aus dem Ofen ausgefahren, die Muffel bleibt jedoch weiterhin
beheizt.
-
Die unterbrochene Arbeit kann also jederzeit ohne Zeitverlust wieder
fortgesetzt werden.
-
In dem Schaltschema nach F i g. 3 sind die bereits erwähnten Teile
mit den gleichen Ziffern wie vorstehend bezeichnet, mit 32 ist hier noch eine Feinsicherung,
mit 33 eine Gerätesteckdose zum Anschluß der Einrichtung an ein Leitungsnetz und
mit 34 ein Kippschalter zur Ein- und Ausschaltung des Gerätes dargestellt.
-
Wenn auch das oben näher beschriebene Beispiel eine besonders vorteilhafte
Ausführungsart zeigt, bei welcher durch zwei in Serie aufeinander abgestimmte Zeitmesser
und die Umsteuerung eine vollautomatische Arbeitsweise erreicht ist, insbesondere
die Einhaltung einer bestimmten Vakuumbrenndauer gewährleistet ist und erst nach
Ablauf der gesamten Brenndauer das Gut selbsttätig ausgefahren und die Pumpe sowie
die Heizung abgeschaltet werden kann, so sind doch Abänderungen in verschiedener
Hinsicht im Rahmen der Erfindung möglich. Allein. die Ausnutzung des Druckes einer
an sich bei diesen Brennöfen vorhandenen Vakuumpumpe für eine selbsttätige Einführung
des Brenngutes und die Verschließung des Ofens vor und nach dem Vakuumbrand bedeutet
eine merkliche Vereinfachung der Bedienung.
-
Die Schaltung ist auch nicht an die oben gezeigten Beschickungs- und
Verschlußorgane gebunden und sonach auch bei anderen Ofenarten anwendbar, bei denen
Brenngutträger und Verschluß nicht einen Arbeitsanteil bilden; die Druckluft der
Vakuumpumpe kann auch z. B. zur Betätigung sowohl eines besonderen Verschluß- wie
eines besonderen Einführungsorgans nutzbar gemacht werden.