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Die Erfindung betrifft die Ausbildung des Brennkammerabschlusses
dentalkeramischer Vakuumbrennofen, bestehend aus einem die Brennkammer umschließenden,
mit Heizelementen versehenen Heizleiterträger, der mit Isolier- und Wärmespeichermaterial
umgeben und oben und unten bzw. vorn und hinten mit Verschluß- bzw. Decksteinen
abgeschlossen ist, wobei einer der Decksteine den zu öffnenden und verschließbaren
Brennkammerverschluß bildet.
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Derartige Öfen sind bereits bekannt, beispielsweise nach der deutschen
Patentschrift 1081816, aus der sich unter anderem ergibt, daß. es für derartige
Arbeiten wesentlich ist, bei vereinfachter Handhabung und bei wirtschaftlichem Arbeiten
auch bei einer Folge von Brennarbeiten Brennerzeugnisse zu erhalten, die frei sind
von Lufteinschlüssen. Der bekannte Brennofen hat in diesem besonderen Fall eine
vertikal angeordnete, nach oben abgeschlossene Brennkammer und einen vertikal von
unten nach oben in den Ofen bewegbaren Brenngutträger in Form eines Verschlußsteines.
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Der von der Heizwendel beheizbare Brennkammerraum weist also als
Brennkammerabschlüsse von unten einen sogenannten Verschluß stein und von oben einen
sogenannten Abdeckstein auf, d. h. keramische Abschlüsse für den von der mit eingelegter
Heizwendel versehenen Muffel umschlossenen Brennraum.
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Es war nun bisher in der Praxis gebräuchlich, insbesondere den Abdeckstein
aus einem zur Wärmespeicherung geeigneten keramischen Material, d. h.
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einem gut wärmespeichernden Scherbenton bzw. dem auch für keramische
Muffel gebräuchlichen Material herzustellen.
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Für das Brennen hat man den Ofen auf eine für den Dentalbrand vorgesehene
Temperatur von beispielsweise 9500 C aufgeheizt und diese Temperatur so lange gehalten,
bis die Muffel und die Abschlußelemente, besonders der obere Abdeckstein, diese
Temperatur ebenfalls angenommenhatten. BeimEinsetzen des Brennobjektes war es dann
jedoch erforderlich, die Temperatur im Brennraum wieder abzusenken, um einer vorzeitigen
Hautbildung oder weitergehenden Sinterung des Brennobjektes zu begegnen, durch die
im Brennobjekt eingeschlossene Gefügeluft nicht rechtzeitig abgesaugt werden kann.
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Es ist deshalb in der praktischen Anwendung derartiger Öfen erforderlich,
nach Wärmespeicherung über erfahrungsgemäß zu bemessende Zeit vor Objekteinbringung
die Ofentemperatur wieder auf eine für die jeweils verwendeten Masse geeignete Temperatur
abzusenken und dann erst auf die erforderliche Brenntemperatur zu steigern. Dieser
Wiederanstieg verläuft nun dabei bisher relativ langsam; d. h., bezogen auf die
Gesamtbrenndauer ist die Spanne bis zum vollen Wärmeausgleich im Brennkammerquerschnitt
relativ lang und führt zu erhöhten Beanspruchungen der Heizwendel und zu ungleichmäßig
gebranntem Gut. Besonders bei den kurzen Brennzeiten, wie sie zum Aufbrennen auf
Nichtedelmetallegierungen mit deren wesentlich besseren technischen Daten neuerdings
besondere Bedeutung erlangen und wobei statt der bisherigen Brenndauern für Edelmetallegierungen
von 3t/2 bis 4 Minuten solche von 21/2 bis 3 Minuten in Frage kommen, wirkt sich
die Zeitspanne bis zum Wärme ausgleich dadurch nachteilig aus, daß eine zum -weitgehende
Oxydation des unedleren Materials eintritt, wodurch
sich aber das Haftvermögen einer
aufgebrachten keramischen Schicht verschlechtert.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabenstellung zugrunde, diese
Nachteile zu beseitigen, d. h. einen Brennofen zu schaffen, bei dem mit geringerem
Aufwand an Heizenergie die Spanne für den Wiederanstieg der Temperatur nach Einsetzen
des Objektes wesentlich verkürzt und bei dem ein vollkommener Wärmeausgleich erreicht
werden kann.
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Diese Aufgabe ist mit einem Brennofen der genannten Art gelöst, der
nach der Erfindung gekennzeichnet ist durch Anordnung gegen den Brennkammerraum
gerichteter metallischer Abschlußschichten von ausreichender Hitze- und Zunderbeständigkeit
auf den den Muffelraum beiderseits abdeckenden, heizwendelfreien Abschluß steinen.
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Durch diese erfindungsgemäßen Metallagen gleichen sich die Temperaturen
im Muffelraum schneller aus, und die Brennzeiten werden erheblich, d. h. fast um
die Hälfte der oben angegebenen verkürzt, aber auch die Anheizzeit für den Ofen
wird vorteilhaft um etwa 2/3 der Anheizzeit bisher bekannter Öfen reduziert.
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Die Muffeln der bisher bekannten Öfen waren während des Betriebes
etwa 2/3 der Zeit eingeschaltet und etwa t/3 der Zeit ausgeschaltet. Durch die erfindungsgemäße
Einbringung von Metallschichten ergeben sich bezüglich der Ein- und Ausschaltzeiten
vorteilhaft etwa umgekehrte- Verhältnisse und damit eine beträchtliche Energieersparnis.
Wärme braucht bei dem erfindungsgemäßen Ofen praktisch nicht gespeichert zu werden.
Während bei allen bekannten Öfen der Temperaturausgleich nur bei Wärmespeicherung
und langer Brenndauer erreichbar und oft nicht zufriedenstellend ist, kann im erfindungsgemäßen
Ofen mit Metallschichten in extrem kurzen Brennzeiten von etwa nur 2 Minuten der
Temperaturausgleich erreicht werden. Die positiv daraus resultierenden Folgen für
das Brennergebnis liegen auf der Hand.
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Als metallische Schichten kommen insbesondere -Scheiben aus sogenannten-
Thermaxstählen (zunderfeste und hochhitzebeständige ferritische, austenitische Chrom-Nickel-Stähle)
in Betracht, die mit den Abschlußsteinen, d. h. - dem sogenannten Deckenstein und
dem von unten die Muffel abschließenden Brenngutträgerstein, beispielsweise durch
keramische Verklebung, verbunden sind, oder Beläge aus z. B.
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E>latinfolie.
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Vorteilhaft es, fiir eine verbesserte Wärmedämmung auf den Außenseiten
der metallischen Schichten zu sorgen.
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An Stelle der bisher für die Steine gebräuchlichen .keramischen und
wärmespeichernden Materialien, wie- auch' des für die Muffeln gebräuchlichen Scherbentones
oder eines besonders gut wärmespeichernden Materials, wie das unter dem Handelsnamen
»Sipalox« (DIN 40685) bekannte Material, verwendet man für die Steine vorteilhaft
schaumigporöse Stoffe von hoher Wärmedämmung und Hitzebeständigkeit natürlicher
oder künstlicher Art. Solche sind z. B. porös gebrannte Kieselgure, wie sie unter
dem Handelsnamen »Superdia« bekannt sind. Als besonders geeignet hat sich auch ein
unter dem Handelsnamen »JM 23« bekannter Wärmedämmstoff erwiesen; dieses schaumig-poröse
Material besteht etwa zur Hälfte ebenfalls aus Siliciumdioxyd, aus etwa 40°/o Aluminiumoxyd
und daneben in geringen
Mengen Titan oder Eisen- und Magnesiumoxyd,
wie bei gewissen Arten von Kieselgur.
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Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen
Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser Darstellung zeigt
schematisch F i g. 1 im Ausschnitt den Brennkammerbereich des Brennofens, F i g.
2 eine besondere Ausführungsart der metallischen Abdeckung eines Abdecksteines und
F i g. 3 eine graphische Gegenüberstellung des Temperaturverlaufes an den bisherigen
und dem erfindungsgemäßen Brennofen.
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Bei Fig. 1 ist nur beispielsweise ein Brennofen zugrunde gelegt,
bei dem die Brennkammer vertikal ist und auch vertikal von unten durch Auf- und
Absenken des Brenngutsockels 7 beschickt wird, d. h., die Anordnung metallischer
Abdeckschichten ist selbstverständlich auch verwendbar an Öfen mit horizontaler
Brennkammer, die horizontal beschickt wird.
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In F i g. 1 sind mit 1 die Brennkammer, mit 2 die in den Heizleiterträger
eingebettete Heizwendel, mit 4 bzw. 4' die metallischen Abschlußschichten an dem
aus wärmedämmendem Material bestehenden oberen Sockelstein 5 und dem Abschlußstein
5' und mit 6 das übrige Isolier- und Wärmedämmaterial bezeichnet. 7 stellt den bereits
erwähnten Brenngutsockel dar, der im einzelnen aus dem Sockelstein 5 besteht, welcher
durch Säulen 9 auf dem Sockelstein 10 ruht.
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Mit 8 ist ein bis in die Brennkammer ragendes Thermoelement bezeichnet.
Im gezeigten Beispiel ist die obere metallische Abschlußschicht in Form einer Metallplatte
lose in einer entsprechenden Ausnehmung des oberen Steines 6' eingelegt.
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Neben den bereits erwähnten und unter dem Handelsnamen bekannten
Thermaxstählen für die metallischen Abdeckschichten4, 4' kann auch beispielsweise
eine besonders gut rückstrahlende und gute Wärmeverteilung im Brennraum gewährleistende
Platinfolie 11 gemäß F i g. 2 benutzt werden, die als Abdeckschicht gegebenenfalls
auch auf den Abschluß steinen 5, 5' aufgedämpft sein kann.
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In Fig.3 ist in einem qualitativen Temperatur-Zeit-Schaubild die
Temperaturkurve für den Aufheiz-und Brennvorgang verdeutlicht, wobei der Abschnitt
a die Aufheizperiode darstellt. Zwecks Beschickung des Ofens und in Rücksicht auf
eine Gewährleistung eines befriedigenden Luftaustrittes aus dem Brennobjekt wird
dann die Temperatur in der Brennkammer 1 in Abhängigkeit vom Material des Brenngutes
auf den Punkt C abgesenkt.
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Die Wiederaufheizung der Brennkammer auf die eigentliche Brenntemperatur
verlief nun bisher etwa nach der strichpunktierten Linie mit einem Anstieg a, d.
h., diese Aufheizperiode nahm einen Zeitabschnitt c
in Anspruch. Durch die Anordnung
metallischer Schichten 4, 4' bzw. von Platinfolienll konnte der Aufheizanstieg auf
den Winkel ß vergrößert werden, d. h., die Aufheizperiode schrumpft auf c' zusammen,
so daß nunmehr der eigentliche Brennvorgang auf Grund des schnelleren Temperaturanstieges
und gleichzeitig besseren Wärmeausgleiches früher, d. h.
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bei D einsetzen kann.
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Diese zeitliche Verschiebung gewährleistet ebenfalls noch einen befriedigenden
Luftaustritt aus dem Brennobjekt, d. h., die Periode c beim bisherigen Aufheizvorgang
war bisher eigentlich viel zu lang, aber zunächst durch die Wärmeträgheit der die
Brennkammer umgebenden Massen, insbesondere der Abschluß steine, unumgänglich.
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Im übrigen liegt der Punkt am Ende der Aufheizkurve bei etwa 12 Minuten,
und zwar bei Verwendung eines Steinfutters aus JM 23 mit Metallagen und bei 528
Watt Heizleistung.
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Bei gleicher Heizleistung und Ausfütterung wurde dieser Wert mit
bisherigen Öfen erst nach etwa 35 Minuten erreicht. Zum Konstanthalten der erreichten
Temperaturen werden unter Bezugnahme auf die gleichen Verhältnisse lediglich 176
Watt gegenüber 260 Watt benötigt.