DE1583438B1 - Fluessigkeitsgekuehlte Muffel,insbesondere fuer Durchlaufmuffeloefen - Google Patents

Description

Bei zahlreichen Anlagen zur kontinuierlichen io neter Abstandshalter zusammenzusetzen und dann Wärmebehandlung, beispielsweise bei der Herstel- die offenen Seiten zwecks Bildung des Flüssigkeitslung von Halbleitererzeugnissen, werden die einzel- mantels dicht abzuschließen. Es ist bei diesen benen Werkstücke erwärmt, während sie auf einem kannten Muffeln nicht schwierig, äußere Undichtig-Transportband durch eine verhältnismäßig lange, keitsstellen des Wassermantels zu ermitteln und die rohrartige Muffel hindurchgeführt werden. Bei be- 15 undichten Stellen durch Verschweißen wieder zu stimmten Verfahren ist es üblich, einen Muffelteil verschließen. Innerhalb der Muffel gelegene, durch

die Schweißstellen des inneren Muffelmantels hindurchführende Undichtigkeitsstellen, durch welche Flüssigkeit in das Muffelinnere hineinströmt, können während des normalen Betriebsablaufes des Ofens jedoch nicht durch einfache visuelle Überprüfung ermittelt werden, so daß die betreffende Muffel zur Ermittlung innerer' Undichtigkeitsstellen jedesmal auseinandergebaut werden muß.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei flüssigkeitsgekühlten bzw. mit einem Flüssigkeitsmantel ausgekleideten Muffeln innere Undichtigkeiten im wesentlichen vollständig auszu

vorzusehen, welcher eine von Kühlwasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit durchströmte Ummantelung aufweist, um hierdurch' in einer Endstufe der Anlage einen raschen Temperaturabfall zu erzielen.

Bei flüssigkeitsummantelten Anlagen ergeben sich unumgängliche Schwierigkeiten insbesondere dadurch, daß innere Undichtigkeiten auftreten können, durch welche Kühlflüssigkeit in das Muffelinnere hindurchsickern kann. Im Falle von Muffeln · für Öfen sind solche Undichtigkeiten, auch wenn sie noch so geringfügig sind, besonders schädlich, da Flüssigkeitsdämpfe innerhalb der Muffel die Gasren zur Behandlung vott-Halbleitermaterial benannt, bei welchen das Vorhandensein auch geringster Wasserdampfmengen zu einem Totalverlust verhältnismäßig teuerer Substanzen führen kann.

Undichte Stellen können, sofern sie ermittelt werden, verschlossen werden, was gewöhnlich durch Verschweißen der betreffenden undichten Stelle geschieht. Wenn man andererseits jedoch berücksich-

atmosphäre, in welcher der besondere Wärme- bzw. . schließen und derart gefährdete Stellen auf einen Kühlprozeß abläuft, merklich verändern. Als be- 30 bestimmten, der unmittelbaren visuellen Überprüfung sonderes Beispiel seien hier Hochtemperatur-Verfah- zugänglichen Bereich zu begrenzen, so daß diese

Stellen leicht zugänglich sind und die Reparaturkosten niedrig gehalten werden können.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer flüssigkeitsgekühlten Muffel, insbesondere für Durchlaufmuffelöfen, mit einem länglichen inneren Muffelteil und einem dieses mit Abstand umschließenden, länglichen äußeren Muffelteil sowie den Zwischenraum zwischen diesen beiden

tigt, daß Muffeln solcher Öfen zwangläufig die 40 Muffelteilen an beiden Stirnseiten abschließenden Form langer Rohre von verhältnismäßig kleinem ringförmigen Stirnwandungen und mit Öffnungen Innendurchmesser haben, so ist klar, daß die Ermitt- zur Zu- bzw. Abfuhr von Kühlmittel in bzw. aus dielung innerer Undichtigkeiten bestenfalls außerordent- sem Zwischenraum aus. Eine derartige Muffel ist lieh schwierig ist. Meistens bleiben solche Undichtig- gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß keiten jedoch so lange verborgen, bis fehlerhafte 45 jedes der beiden Muffelteile jeweils aus einem zu Erzeugnisse auf einen Fehler innerhalb der Anlage einem rohrartigen Körper gebogenen Stück besteht, hinweisen. Ferner ist das Auffinden von Undichtig- dessen Längskanten mantellinienartig aneinander keiten irgendwo im mittleren Teil von Muffeln, anstoßen, und daß ferner diese Stoßstellen beider welche etwa 3 m lang sein können und häufig Muffelteüe durch eine gemeinsame, an einer Muffeleinen geringen Durchmesser von etwa 15 cm oder 50 außenseite mantellinienartig verlaufende Schweißnoch weniger aufweisen, außerordentlich schwierig. naht miteinander verbunden und abgeschlossen sind. In der Tat ist es selbst bei Reparatur von nur nadel- Da sich sämtliche Schweißstellen an den Außen-

lochgroßen Undichtigkeiten erforderlich, den be- seiten der Muffel befinden bzw. von außen zugängtreffenden Ofen und die Muffel ganz auseinanderzu- lieh sind, skid Undichtigkeiten innerhalb der nehmen. Die hierdurch erzwungenen Standzeiten der 55 Schweißstellen unmittelbar von außen sichtbar und Anlage und die sich ergebenden hohen Reparatur- können leicht wieder repariert werden,
kosten sind offensichtlich. Eine Muffel nach der Erfindung weist eine hohe

Muffeln, welche in Verbindung mit Durchlaufofen Steifigkeit und minimale Vibrationsneigung auf, so Anwendung finden, bestehen normalerweise aus daß bei einem unbeabsichtigt hohen Flüssigkeits-Blech, beispielsweise aus einer geeigneten Metall- 60 druck die Muffelwandungen sich nicht verformen legierung, welche nicht nur den während des Ver- oder bersten können.

fahrensablaufes auftretenden hohen Temperaturen, sondern auch den verschiedenen, innerhalb der Muffel die Luftzusammensetzung bestimmenden chemischen Dämpfen und Gasen widersteht. Dieses Metallblech wird normalerweise in Abkantpressen zu einem oder mehreren Muffeiahschnitten gebogen, und die verschiedenen Abschnitte werden anschlie-

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeichnung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform im einzelnen beispielsweise beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer in axialer Richtung verhältnismäßig kurzen, mit einem Flüssigkeitsmantel versehenen Muffel ge-

3 4

maß der Erfindung, durch welche · ein Förderband zu einer inerten Schweißelektrode hin ein Licht-

hindurchläuft, bogen gezogen, wodurch unter einem entsprechenden

F i g. 2 einen schematischen Schnitt entlang der inerten Gasmantel das kantennahe Inconel-Material

Ebene 2-2 in F i g. 1 der Zeichnung, schmilzt und ineinanderfließt und so die ununter-

Fig. 3 eine abgebrochene, schematische Schnitt- 5 brochene Schweißnaht 26 bildet. Da bei dieser

ansicht, welche eine nach innen ragende, etwa halb- Schweißnaht keine sich verbrauchende Schweißelek-

kugelförmige Einbuchtung der Muffelaußenwandung trode zur Anwendung kommt, besteht gemäß der

zeigt, und Erfindung die ganze Schweißnaht 26 ausschließlich

F i g. 4 einen abgebrochenen, schematischen aus dem kantennahen Material der inneren und Schnitt entlang der Ebene 4-4 in Fig. 1 der Zeich- io äußeren Muffelteile. Während dies eine besonders

nung. günstige Schweißart darstellt und eine zuverlässige

In F i g. 1 der Zeichnung ist in perspektivischer und dauerhafte Schweißnaht liefert, können selbst-

Ansicht eine flüssigkeitsummantelte Muffel nach der verständlich auch sich verbrauchende Metallelektro-

Erfindung dargestellt, die beispielsweise in herkömm- den, Hartlot (sofern dies die Arbeitstemperatur der liehen Durchlaufofen Anwendung finden kann. 15 Muffel erlaubt) oder beliebig andere geeignete

Durch die Muffel führt ein siebartiges Förderband 10 Schweißtechniken Anwendung finden. Der in der Be-

hindurch, welches über eine Rolle 12 mittels einer Schreibung verwendete Ausdruck »schweißen« um-

nicht dargestellten Energiequelle angetrieben wird. faßt demzufolge sämtliche geeignete Verschlußtech-

Da sich die Erfindung nur auf. die flüssigkeitsum- niken. . .:."._"
mantelte Muffel selbst bezieht, sind in der Zeichnung 20 Durch das Zusammenschweißen der inneren und

alle weiteren Einzelheiten des Ofens wie. beispiels- äußeren Muffelteile 16 bzw. 22 mittels einer Schweiß-

- weise Längsheizkörper, Temperaturbegrenzer, War- naht 26 wird eine axial-symmetrische, längsverlau-

meisolation, Gaseinlässe und ·„ Gasauslässe; _ sowie fende Kammer 30 gebildet, welche nach dichtem

Temperaturfühler und Steuerelemente nicht darge- Verschließen der beiden Stirnseiten zur Aufnahme stellt. Die folgende Beschreibung ist demzufolge 25 einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise :νοη. Kühlwasser

ebenfalls im wesentlichen auf· die Besehreibung des 32,. dient.^; , : ·, V - > '

Muffelaufbaus, die Wirkungsweise und die besonde- Die beiden Stirnseiten der Flüssigkeitskammer 30

ren Vorteile der Muffel nach der Erfindung be- sind durch zwei gleiche Platten 28 α dicht verschlos-

schränkt. Muffeln gemäß der Erfindung können sen. Die stirnseitigen Plätten 28 a: sind jeweils an den

sowohl in Verbindung mit herkömmlichen Öfen 30 stirnseitigen Kanten der inneren und äußerenMuffel·

Anwendung finden oder aber auch in älteren Öfen teile 16 und 22 angeschweißt. Um innerhalb der

gegen bekannte Muffeln ausgetauscht werden. Kammer.30 einen Flüssigkeitsumlauf zu erzielen,

Die in der Zeichnung dargestellte Muffel ist mit weist das äußere Muffelteil 22 zwei hindurchfühder Bezugsziffer 14 bezeichnet und weist ein im rende Öffnungen34a und34&:auf. An die Öffnung Querschnitt fünfeckiges inneres Muffelteil 16 auf, 35 34a bzw. 34 b ist jeweils ein Rohr 36 a bzw. 36 Z> anüber dessen inneres, flaches Bodenteil 18 das Förder- geschweißt, so daß eine in das Rohr 36 a hineinband 10 hinwegläuft. Der obere Teil der Muffel gepumpte Flüssigkeit durch die Kammer 30 hindurch läuft dachartig spitz zusammen und fördert so ins- in das Rohr 36 b strömt. Die Rohre 36 α und 36 b , besondere die axiale Strömung eines Gases, welches können jeweils ein die Flüssigkeitsströmung steuernleichter als Luft ist und welches bei bestimmten 40 des Ventil aufweisen. Die relative Größe und Lage Verfahren innerhalb der Muffel die Luftzusammen- der Öffnungen 34 α und 34 & zueinander ist eine Sache Setzung bestimmt. des Entwurfes und kann beispielsweise von der für

Wie ferner aus den F i g. 2 bis 4 der Zeichnung eine bestimmte Kühlwirkung durch die Kammer 30 ersichtlich ist, wird das innere Muffelteil 16 mit Ab- hindurchzuführenden Flüssigkeitsmenge abhängen, stand vollständig von einem äußeren Muffelteil 22 45 Es ist jedoch vorzuziehen, die Öffnungen 34 α und umschlossen, dessen Querschnittsform dem inneren 34 b sowie die entsprechenden Rohre 36 a und 36 b Muffelteil 16 entspricht, jedoch etwas größer ist. derart anzuordnen, daß sie zur Ermittlung irgend-Beide Muffelteile 16 und 22 bestehen jeweils aus welcher Undichtigkeiten der Schweißstellen schnell einem einzigen, geformten Blechteil, welches auf visuell überprüft werden können. Solche Undichtigeiner Abkantpresse auf die betreffende fünfeckige 50 keiten sind zwar unerwünscht, durch sie hindurch-Form gebogen wurde. Die beiden Muffelteile 16 und sickernde Kühlflüssigkeit kann jedoch durch die 22 weisen jeweils komplementäre, nach oben wei- Muffel hindurchgeführte Erzeugnisse nicht beeinsende, längsverlaufende Kantenteile 20 a und 20 & flüssen.

bzw. 24a und 24b auf. Wie insbesondere aus Fig. 4 Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist durch der Zeichnung ersichtlich ist, liegen diese vier Kan- 55 eine Vielzahl in dem äußeren Muffelteil 22 gebildetenteile alle dicht nebeneinander und bilden eine ter, nach innen gedrückter Wölbungen 38 gegeben, gleichmäßige, freiliegende obere Kantenfläche, mittels welcher sich das äußere Muffelteil 22 gegenweiche mittels einer einfachen, längsverlaufenden über dem inneren Muffelteil 16 abstützt. Diese Wöl-Schweißnaht 26 dicht verschlossen ist. bungen 38 befinden sich jeweils in den Seitenwan-

Die zur dichten Verbindung der vier Kantenteile 60 düngen und in der Bodenwandung des äußeren

zur Anwendung kommende Schweißtechnik hängt Muffelteiles 22 und weisen jeweils eine mittige Öff-

jeweils von dem für die Muffelteile verwendeten nung 40 auf.

Material ab. Wird beispielsweise Inconel oder ein Wie am deutlichsten in den F i g. 1 und 4 der ähnlicher rostfreier Stahl verwendet, so kann bei- Zeichnung dargestellt ist, verbindet eine Schweißspielsweise durch Lichtbogenschweißung eine im 65 naht 42 jeweils den Rand der betreffenden Öffnung wesentlichen fehlerfreie Schweißnaht erzielt werden. 40 des äußeren Muffelteiles 22 mit der Außenseite Hierbei wird von der nach oben weisenden, durch die des inneren Muffelteiles 16. Diese Schweißnähte Kanten 20 a, 20 b, 24 a und 24 & gebildeten Fläche erfordern zusätzliches Material, so daß für diese

Schweißungen entsprechende, sich verbrauchende Schweißstäbe Anwendung finden. Die Schweißnaht 42 muß die Öffnung 40 jeweils vollständig verschließen, damit aus der Kammer 30 keine Kühlflüssigkeit nach außen auslaufen kann. Ungeachtet dessen führen jedoch Undichtigkeiten innerhalb der Schweißnähte 42 nicht zu Verunreinigungen der durch die Muffel hindurchgeführten Erzeugnisse. Ferner können solche Undichtigkeiten leicht durch visuelle Überprüfung des Muffeläußeren ermittelt werden.

Die sich durch die gemäß der Erfindung in dem äußeren Muffelteil 22 gebildeten Einbuchtungen 38 und durch die Befestigung des äußeren Muffelteiles an mehreren Stellen des inneren Muffelteiles ergebenden Vorteile sind aus der nachstehenden Be-Schreibung ersichtlich. Die Einbuchtungen stellen ein äußerst einfaches Mittel zur symmetrischen Zentrierung des inneren Muffelteiles 16 innerhalb des äußeren Muffelteiles 22 dar, mittels welcher ohne jegliche weitere Hilfsmittel ein gleichmäßiger Querschnitt ao der Kammer 30 erzielt wird. Ferner wird durch die Schweißstellen 42 ein steifer Aufbau erzielt, wodurch unerwünschte Vibrationen oder Geräusche des inneren Muffelteiles yermieden werden, welche beispielsweise durch die durch die Kammer hindurchfließende Kühlflüssigkeit 32 hervorgerufen werden können.

Ein weiterer bedeutender Vorteil ist dadurch gegeben, daß die inneren und äußeren Muffelteile gemäß der Erfindung an mehreren Stellen fest miteinander verbunden sind und so die Widerstandskraft dieser ~ Muffelteile in bezug auf hohe Flüssigkeitsdrücke innerhalb der Kammer 30 wesentlich erhöht ist. Bei jedem Flüssigkeitssystem, wie es hier durch die Rohre 36a und 366 dargestellt ist, ist der Flüssigkeitsdruck innerhalb der Kammer 30 wesentlich kleiner als der statische Druck einer in der Zeichnung nicht dargestellten, mit dem Rohr 36 a verbundenen Flüssigkeitsquelle, wobei eine solche Druckdifferenz erforderlich ist, um durch die Kammer 30 hindurch eine Kühlflüssigkeit zu dem Rohr 36 a strömen zu lassen. Wenn jedoch das Rohr 36 b durch ein nicht dargestelltes Ventil versehentlich geschlossen wurde oder das Rohr 36 & anderweitig verstopft ist, dann steigt der Druck innerhalb der Kammer 30 auf den statischen Druck der Flüssigkeitsquelle an. Bei bekannten Muffeln werden sich hierbei die flachen Seitenwandungen des inneren Muffelteiles 16 nach innen wölben, während sich die entsprechenden Seitenwandungen des äußeren Muffelteiles 22 nach außen wölben und im schlimmsten Falle bersten werden. In jedem Falle ist eine derart beschädigte Muffel nicht mehr zu reparieren und muß ausgetauscht werden. Durch die Verwendung von Einbuchtungen 38 gemäß der Erfindung, welche bei 42 jeweils an das innere Muffelteil angeschweißt sind, wird ein steifer, solchen Drücken widerstehender Muffelaufbau erzielt, ohne hierdurch den zuerst genannten Vorteil, die Vermeidung innerer Muffelundichtigkeiten, aufgeben zu müssen.

Durch die Erfindung werden also einerseits im Inneren einer flüssigkeitsummantelten Muffel gelegene, nicht zu ermittelnde Undichtigkeiten vermieden und andererseits gleichzeitig durch Verminderung der erforderlichen Schweißstellen die Herstellungskosten solcher Muffeln wesentlich gesenkt. Gemäß der Erfindung gestaltete Muffeln können, sofern dies die hierbei verwendete Abkantpresse gestattet, in jeder beliebigen Größe und Länge hergestellt werden.

Obwohl die in der Zeichnung dargestellte Muffel nach der Erfindung einen fünfeckigen Querschnitt hat, können selbstverständlich auch beliebig andere Querschnittsformen Anwendung finden. Während ferner die fünfeckige Form am zweckmäßigsten dadurch gebildet wird, daß die einzelnen Längskanten a, 20 b, 24 α und 24 b im oberen Muffelteil nach außen ragend aneinandergelegt werden, können diese , freiliegenden Kanten auch an anderen Stellen längs -**?„ der Muffel zusammengefaßt werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlte Muffel, insbesondere für Durchlaufmuffelöfen, mit einem länglichen inneren Muffelteil und einem dieses mit Abstand umschließenden, länglichen äußeren Muffelteil sowie den Zwischenraum zwischen diesen beiden

.- Muffelteilen an beiden Stirnseiten abschließenden, ringförmigen Stirnwandungen und mit Öffnungen zur Zu- bzw. Abfuhr von Kühlmittel in bzw. aus diesem Zwischenraum, dadurch gekennz e ic h η e t, daß jedes der beiden Muffelteile (16, 22) jeweils aus einem zu einem rohrartigen Körper gebogenen Stück besteht, dessen Längskanten (20 a, 20 b; 24 a, 24 b) mantellinienartig aneinander anstoßen, und daß ferner diese Stoßstellen beider Muffelteile durch eine gemeinsame, an einer Muffelaußenseite mantellinienartig verlaufende Schweißnaht (26) miteinander verbunden und abgeschlossen sind.

2. Muffel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Muffelteil (22) eine Vielzahl von nach innen ragenden Einbuchtungen (32) mit jeweils einer mittigen Öffnung (40) aufweist, längs deren Rand das äußere Muffelteil an die Außenwandung des inneren Muffelteiles (16) angeschweißt ist.

3. Muffel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die aneinanderstoßenden Längskanten (20 a, 20 b; 24 a, 24 b) der beiden Muffelteile miteinander verbindende Schweißnaht (26) durch Zusammenschmelzen kantennaher Wandungsteile der beiden Muffelteile gebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen