DE19640898C2

DE19640898C2 - Mikrowellen-Sinterofen

Info

Publication number: DE19640898C2
Application number: DE19640898A
Authority: DE
Inventors: Herbert A Pueschner; Peter-A Pueschner
Original assignee: Pueschner & Co KG GmbH
Current assignee: Pueschner & Co KG GmbH
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-05
Also published as: DE19640898A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Sinterofen zum Sintern von Pulverpreßlin gen, insbesondere von Pulverkernen aus Keramikmaterial, mit mehreren Mikro wellen-Generatoren und mit einer Hohlleiterstrecke.

Gepreßte keramische Pulverkerne, die beispielsweise als Brennstoffelemente in Kernkraftwerken Verwendung finden, werden üblicherweise bei hohen Temperatu ren gesintert, um ihre mechanische Stabilität durch eine erhöhte Dichte und eine kleine Korngröße zu vergrößern. Bei der Sinterung in konventionellen Hochtempera turöfen wird die Energie von stromdurchflossenen Molybdän-Heizstäben auf die Pulverpreßlinge durch Infrarot-Strahlung und durch Wärmeleitung übertragen. Wegen der geringen Eindringtiefe der Energie in die Pulverpreßlinge und des damit verbundenen hohen Temperaturgradientens muß die Geschwindigkeit, mit der die Pulverpreßlinge aufgeheizt werden, sehr niedrig gewählt werden, um die Entste hung von Rissen in den Pulverpreßlingen zu vermeiden. Die große Wärmekapazität bekannter Öfen und die langsame Wärmeübertragung auf die Pulverpreßlinge führen zu langen Aufheiz- und Abkühlzeiten, die bei Störungen im System lange Stillstandszeiten der Anlage verursachen. Zudem benötigen die konventionellen Hochtemperaturöfen eine umfangreiche Wärmeisolation, um die Wärmeabgabe an die Umgebung wirksam zu reduzieren. Jedoch ist es notwendig, die thermische Isolation in regelmäßigen, relativ kurzen Abständen teilweise oder ganz zu erneu ern. Aufgrund dieser Operationen kann die Anlage über längere Zeiträume nicht genutzt werden.

Bei der Verwendung von Mikrowellen werden die Pulverpreßlinge mittels der elek tromagnetischen Energie unmittelbar aufgeheizt. Voraussetzung ist, daß die Pulver preßlinge ausreichend dielektrische Verluste aufweisen. Aufgrund der großen Ein dringtiefe der Mikrowellen in die Pulverpreßlinge heizen diese schnell und gleich mäßig auf. Es ist bekannt, daß mit Mikrowellen-Sinteröfen Pulverpreßlinge mit größeren Verdichtungsraten, kleineren Korngrößen und verbesserten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zur Sinterung in konventionellen Hochtemperaturöfen hergestellt werden können. Außerdem ist der Energieverbrauch von Mikrowellen- Sinteranlagen geringer. Weiterhin wird infolge der geringen Abmessungen des Mikrowellen-Systems und der damit verbundenen geringen Wärmekapazität weni ger Isolationsmaterial benötigt.

Aus der Offenlegungsschrift DE 32 30 698 ist ein Mikrowellen-Sinterofen für Pulverkerne bekannt, mit welchem eine stationäre Sinterung eines Gemisches aus UO₂ und organischem Bindemittel und gegebenenfalls unter Zusatz von U₃O₈ möglich ist. Die Preßlinge werden hierzu in Tonerdebehälter eingeschlossen bzw. auf Schiffchen aus Tonerde oder einem anderen, die Mikrowellen-Energie nicht ab sorbierenden Material gelegt und zur Sinterung in den Ofeninnenraum eingebracht. Bei diesem bekannten Mikrowellen-Ofen ist die Sinterung der Pulverkerne auf einen engen Innenraum begrenzt, da die Mikrowellen-Energie lediglich an einer Stelle eingekoppelt wird.

Aus Mat. Res. Soc., Symp., Proc., Vol. 347, S. 557-562, 1994 ist ferner ein kontinuierlich arbeitender Mikrowellen-Sinterofen bekannt, bei dem ein Keramikstab mittels eines Motorantriebs langsam durch eine schmale Hochtemperaturzone gefahren und kontinuierlich gesintert wird. Das Mikrowellenfeld wird mit einem einzigen Mikrowellen-Einkoppler eingekoppelt.

Aus Ceramic Transaction, Vol. 36, S. 151, 1994, ISBN 0-944904-65-1 ist zudem ein Mikrowellen-Sinterofen bekannt, welcher das stationäre Sintern von mehreren, in Isoliermaterial eingebetteten keramischen Formteilen in einer oktogonalen Mikro wellen-Kammer mit beweglichen Seitenwänden ermöglicht, welche für eine gleich mäßige Energieverteilung sorgen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Mikrowellen- Sinterofen der eingangs genannten Art für die Sinterung von Pulverpreßlingen derart weiterzubilden, daß entlang einer Hohlleiterstrecke gewünschte Temperatur verteilungen - vorzugsweise in sehr hohen Temperaturbereichen - einstellbar sind. Diese Aufgabe wird bei dem Sinterofen der eingangs genannten Art erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß die Hohlleiterstrecke eine rohrförmige Keramikausklei dung und in vorgegebenen Abständen Mikrowellen-Einkoppelstücke enthält, die jeweils mit einem eigenen Mikrowellen-Generator verbunden sind und welche Mikrowellen-Energie von einem Mikrowellen-Generator in die Hohlleiterstrecke einspeisen.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß mehrere Ein koppelstücke, die jeweils mit einem eigenen Mikrowellen-Generator verbunden sind, in vorgegebenen Abständen Mikrowellen-Energie in die als Brennkammer wirkende Hohlleiterstrecke einkoppeln. Auf diese Weise kann eine günstige Über lagerung der Energiefelder mit definierten Wellenverhältnissen im Hohlleiter reali siert werden, wodurch eine gewünschte Temperaturverteilung entlang der Hohl leiterstrecke erreichbar ist. Insbesondere kann ein konstanter Temperaturverlauf längs der Hohlleiterstrecke im Bereich von 1.800°C und mehr eingestellt werden, welcher aufgrund der sich additiv überlagernden, an den verschiedenen Stellen eingespeisten Mikrowellen durch ein näherungsweise gleichförmiges Mikrowellen feld entsteht. Ein solcher konstanter Temperaturverlauf entlang der Hohlleiter strecke ermöglicht es, Pulverpreßlinge stationär, schrittweise oder kontinuierlich zu sintern. Des weiteren ist von Vorteil, daß die einzelnen Komponenten aufgrund des modularen Aufbaus des Ofens gut zugänglich und deshalb verhältnismäßig einfach zu warten sind.

Besonders bevorzugt weist der Sinterofen Transporteinrichtungen auf, die die Pulverpreßlinge, beispielsweise keramische Pulverkerne, kontinuierlich mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit oder schrittweise durch den Innenraum des Ofens transportieren. Die Pulverkerne sind auf diese Weise kontinuierlich oder schritt weise sinterbar.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält die Keramikauskleidung, die zur Reduzierung der Energieverluste durch Wärmeabstrahlung der Pulverpreßlin ge dient und eine Überhitzung der metallischen Hohlleiterwände verhindern soll, ein keramisches Führungsrohr, durch welches die Pulverpreßlinge transportiert werden. Um die Wärmeleitung von den heißen Pulverpreßlingen auf das Führungsrohr zu reduzieren, wird in das Führungsrohr eine möglichst durchgängige, stoßfreie Halb schale aus Keramikmaterial gelegt, die beispielsweise in Umfangsrichtung eine gegenüber dem Führungsrohr reduzierte Krümmung aufweist und daher mit dem Führungsrohr nur geringflächig Berührungskontakt hat. Die Pulverpreßlinge gleiten auf dieser Halbschale aufliegend durch den Ofeninnenraum. Mittels der Halbschale wird ein zu hoher Temperaturgradient im Führungsrohr vermieden, der zu Rohr brüchen führen kann. Bei einer anderen, vorteilhaften Ausführungsform gleiten die zu sinternden Pulverpreßlinge auf runden Keramikstäben, die ihrerseits auf der Innenwand des Führungsrohres aufliegen. Die Berührungsflächen zwischen den Pulverpreßlingen und den Keramikstäben, sowie die Berührungsflächen zwischen den Keramikstäben und dem Führungsrohr sind bei dieser Konstruktion besonders gering; die Wärmeübertragung auf das Führungsrohr ist dadurch reduziert.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Keramikauskleidung in den einzelnen Ab schnitten der Hohlleiterstrecke zwischen der Innenwand der Hohlleiter und dem Führungsrohr eine Keramikummantelung aus faserartigem Keramikmaterial und/oder festem Keramikmaterial enthält. Diese Wärmeisolation ermöglicht zum einen hohe Sintertemperaturen und zum anderen einen wirksamen Schutz des Mikrowellen-Sy stems gegen übermäßige Erwärmung. Außerdem ist es möglich, elektrische Über schläge im Bereich der Einkopplung zu vermeiden.

Bevorzugt wird ein keramisches Schutzrohr als weiteres Element der Keramikaus kleidung zwischen dem Führungsrohr und der Keramikummantelung angeordnet. Im Falle eines Bruches des Führungsrohres wird auf diese Weise eine Kontamination des Mikrowellen-Systems durch das zu sinternde Material verhindert. Besonders bei der Sinterung von Kernbrennstoffen, wie beispielsweise Pulverkernen aus UO₂ oder U₃O₈, ist ein solcher Schutz vorteilhaft.

Besonders bevorzugt bestehen die oben erwähnten Elemente der Keramikaus kleidung aus hochreinem Al₂O₃. Dieses Material weist bis in hohe Temperaturbe reiche hinein sehr geringe dielektrische Verluste auf und wird infolgedessen kaum durch das Mikrowellenfeld aufgeheizt, d. h. die Mikrowellenenergie steht im wesent lichen zum Sintern von beispielsweise Pulverkernen zur Verfügung.

Vorteilhafterweise fällt die Längsachse der Pulverpreßlinge mit der Längsachse der Hohlleiterstrecke zusammen. Dadurch wird näherungsweise eine achsensymetri sche Aufheizung und Sinterung der Pulverpreßlinge gewährleistet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Sinterofens weist jedes Einkoppelstück einen linearen Hohlleiterabschnitt auf, welcher jeweils als Teil strecke in die gesamte Hohlleiterstrecke eingefügt wird. Von diesem linearen Hohlleiterabschnitt jedes Einkoppelstückes zweigt jeweils ein Einkoppelzweig ab, der mit einem Mikrowellen-Generator verbunden ist und von diesem gespeist wird. Die T-förmige Ausbildung der Einkoppelstücke ermöglicht die Einkopplung der Mikrowellen in beide axialen Richtungen der Hohlleiterstrecke.

Besonders bevorzugt enthalten die Einkoppelstücke metallische Wellenführungs mittel, mit deren Hilfe die Mikrowellen-Energie in einem vorgebbaren Teilungs verhältnis - je nach Ausbildung der Wellenführungsmittel - in beide axiale Richtun gen der Hohlleiterstrecke verteilbar ist. Auf diese Weise können die Mikrowellen durch Einsatz geeigneter Wellenführungsmittel, d. h. metallischer Begrenzungs flächen, gezielt in eine oder beide axialen Richtungen verteilt werden.

Die Wellenführungsmittel der Einkoppelstücke sind besonders bevorzugt derart ausgebildet, daß sich aufgrund der additiven Überlagerung der Mikrowellenfelder entlang der Längsachse der Hohlleiterstrecke eine annähernd gleichmäßiges Mikro wellen-Gesamtfeld und damit eine annähernd gleichmäßige Temperaturverteilung einstellt. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Bemessung von Durchmesser und Länge der Hohlleiterabschnitte zwischen je zwei Einkoppelstücke unerläßlich.

Zur Kühlung jedes Einkoppelstückes ist an dessen Einspeiseseite eine Kühlfalle angeordnet. Jedes Einkoppelstück ist vorteilhaft mit Wasser kühlbar. Durch diese beiden Maßnahmen wird eine übermäßige Aufheizung und Beschädigung der Einkoppelstücke vermieden und eine Abkühlung im Bereich der höchsten Tempera tur erreicht, die zur Vergleichmäßigung der Energieverteilung beiträgt.

Vorteilhafterweise enthält die Hohlleiterstrecke außer den vorgenannten linearen Hohlleiterabschnitten der Einkoppelstücke homogene lineare Hohlleiterabschnitte, welche zwischen benachbarte Einkoppelstücke einsetzbar sind. Benachbarte Einkoppelstücke sind auch direkt miteinander verbindbar. Dies fördert die Möglich keit, unterschiedliche Temperaturprofile entlang der Hohlleiterstrecke zu realisieren.

Besonders bevorzugt ist die gesamte Hohlleiterstrecke, welche sich aus den homogen linearen Hohlleiterabschnitten und den linearen Hohlleiterabschnitten der Einkoppelstücke zusammensetzt, als Rundrohrhohlleiter ausgebildet. Bei Betrieb in der Grundmode E₀₁ breiten sich die Mikrowellen axialsymmetrisch aus; die Energie dichte des Mikrowellenfeldes nimmt in Richtung auf die Längsachse der Hohllei terstrecke stetig zu und hat im Bereich des Ofeninnenraumes, durch den die Pulverpreßlinge hindurch geschoben werden, ein Maximum. Die Dimensionierung des Hohlleiters und der Keramikauskleidung bzw. die Betriebsfrequenz werden so getroffen, daß sich im belasteten Zustand des Ofens die Grundmode eindeutig einstellt.

In einer alternativen Ausführungsform sind die aneinander anschließenden Hohllei terabschnitte entlang der gesamten Hohlleiterstrecke als Rechteckhohlleiter ausge bildet, welche in der Mode H₁₁ betreibbar sind. In dieser Mode ist die Energiedichte ebenfalls im Bereich um die Längsachse der Hohlleiterstrecke am größten.

Die Transporteinrichtungen enthalten vorteilhafterweise einen Schubkolben an der Einschubseite des Sinterofens, mit dem die davor gelagerten zu sinternden Pulver preßlinge durch den Ofeninnenraum geschoben werden.

Zweckmäßigerweise ist an der Einschubseite des Sinterofens eine Einführschale angeordnet, welche beispielsweise fluchtend zu der oben erwähnten Halbschale angeordnet ist. Von der Einführschale werden die aneinander gereihten Pulver preßlinge auf die Halbschale in den Ofeninnenraum transportiert.

Der Transport der Pulverpreßlinge wird bevorzugterweise dadurch unterstützt, daß die Längsachse der Hohlleiterstrecke gegenüber der Horizontalen geneigt ist, wobei die Einschubseite des Sinterofens höher anzuordnen ist als die Ausgangsseite. Durch diese Anordnung wird die Reibung zwischen den Pulverpreßlingen und der mit diesen in Kontakt stehenden Halbschale herabgesetzt. Die Transporteinrichtun gen müssen in diesem Fall weniger Druck auf die Pulverpreßlinge ausüben; Defor mationen der Pulverpreßlinge bis hin zu Rissen werden weitgehend vermieden.

Vorteilhafterweise ist die Hohlleiterstrecke gegenüber der Umgebung gasdicht abgeschlossen, um eine kontrollierte Sinterung unter definierten Bedingungen beispielsweise in der Anwesenheit von oxidierenden Gasen oder von Schutzgasen vornehmen zu können. Zu diesem Zweck sind vorteilhafterweise an der Einschub seite und an der Ausgangsseite der Hohlleiterstrecke gasdichte Schleusen angeord net, welche von den Pulverpreßlingen passiert werden müssen, ohne daß ein Gas austausch zwischen dem Inneren des Hohlleiters und der Umgebung stattfindet.

Die einzelnen Hohlleiterabschnitte sind besonders bevorzugt auf ihrer Innenseite verspiegelt oder poliert. Hierdurch wird die von den aufgeheizten Pulverpreßlingen abgegebene Infrarot-Strahlung, welche die isolierende Keramikauskleidung durch dringt, zurück zu den Pzulverpreßlingen reflektiert. Die Verspiegelung oder Polie rung trägt dazu bei, ein übermäßiges Erhitzen der Hohlleiterabschnitte zu verhin dern.

Bevorzugt ist um einzelne oder um alle Hohlleiterabschnitte eine äußere Wärmeiso lation angebracht. Auf diese Weise wird die Wärmeabstrahlung der aufgeheizten Hohlleiterabschnitte und ein damit verbundener Energieverlust reduziert.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Sinterofens schließt sich an der Aus gangsseite der Hohlleiterstrecke ein wassergekühlter Rohrabschnitt an, in welchem die gesinterten Pulverpreßlinge abgekühlt werden. Die Pulverpreßlinge können dann eher entnommen und weiterverarbeitet werden.

Bevorzugt sind die Hohlleiterabschnitte und die Keramikauskleidung in Axialrichtung beweglich gelagert. Somit wird eine weitgehend spannungsfreie thermische Aus dehnung ermöglicht, welche für die metallischen und keramischen Komponenten des Ofens unterschiedlich groß ist.

Zur Kontrolle der Temperatur und zur Vermeidung von Überhitzungen sind in den Einkoppelzweigen der Einkoppelstücke vorteilhaft Thermoelemente angeordnet. Falls eine vorgegebene Temperatur überschritten wird, schalten die Magnetrons ab.

Die Oberflächentemperatur des Führungsrohres bzw. des Schutzrohres - für den Fall, daß ein solches vorhanden ist - ist mit Pyrometern von außen durch Löcher in den Hohlleiterabschnitten und dem Fasermaterial entlang der Hohlleiterstrecke meßbar. Anhand der gemessenen Ist-Temperaturen wird die Soll-Temperatur durch Regelung der Leistung der einzelnen Magnetrons nachgeregelt.

Die Oberflächentemperatur der zu sinternden Pulverpreßlinge wird bevorzugt von außen durch entsprechende Löcher in den Hohlleiterabschnitten und zu diesen fluchtend ausgerichteten Löchern in dem Fasermaterial, dem Führungsrohr und eventuell zusätzlich dem Schutzrohr gemessen. Zur Gewährleistung der Gasdichtig keit des Innenraums des Ofens müssen die Löcher in den Rohren mit Saphirstäben gasdicht verschlossen sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, die zwei Ausführungs beispiele zeigen, detaillierter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Sinterofens in einer Sei tenansicht;

Fig. 2 einen typischen Temperaturverlauf entlang des Ofeninnen raumes des in Fig. 1 gezeigten Sinterofens;

Fig. 3 einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Sinterofens;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt durch das Hohlleiterrohr des Sinterofens gemäß den Fig. 1-4;

Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel des Sinterofens in einer Seitenansicht;

Fig. 7 einen typischen Temperaturverlauf entlang des Ofeninnen raumes des in Fig. 6 gezeigten Sinterofens;

Fig. 8 einen Ausschnitt des in Fig. 7 dargestellten Sinterofens;

Fig. 9 einen Querschnitt durch das Hohlleiterrohr und die äußere Wärmeisolation des in Fig. 6 gezeigten Sinterofens;

Fig. 10-13 Querschnitte verschiedener alternativer Führungsrohre.

In den Fig. 1 sowie 3 bis 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mikrowellen- Sinterofens dargestellt. Mehrere hintereinander angeordnete metallische Hohllei terabschnitte 25 und zwischen diese eingefügte Einkoppelstücke 21 bilden eine Hohlleiterstrecke 41. Jedes Einkoppelstück 21 ist T-förmig ausgebildet; es setzt sich aus einem Hohlleiterabschnitt 23, der zwischen die Hohlleiterabschnitte 25 eingefügt ist, und einem senkrecht zu diesem angeordneten Einkoppelzweig 22 zusammen. Jeder Einkoppelzweig 22 ist wiederum über eine Speisehohlleiter strecke 3 mit einem als Magnetron 1 ausgebildetem Mikrowellen-Generator ver bunden.

Der Innenraum 4 des Ofens ist von einer rohrförmigen Keramikauskleidung, z. B. aus Al₂O₃, umgeben (vgl. Fig. 51, welche von innen nach außen angeordnet eine Halbschale 17, ein Führungsrohr 10 und im Hohlleiterabschnitt 25, gegebenenfalls auch im Hohlleiterabschnitt 23, eine Keramikummantelung 18 enthält, wobei die Keramikummantelung 18 gegen die Innenwand der Hohlleiterabschnitte 25 und gegebenenfalls gegen die Innenwand der Hohlleiterabschnitte 23 anliegt. Auf der keramischen Halbschale 17 sind zylindrische Pulverkerne 9 hintereinander angeord net. Zur Verminderung der Wärmeeinleitung von der Halbschale 17 auf das Füh rungsrohr 10 hat die Halbschale 17 aufgrund eines größeren Radius nur entlang zweier beabstandeter Längskanten mit dem Führungsrohr 10 Berührungskontakt. Die Komponenten der Keramikauskleidung sind in Richtung des Auslaufblocks 20 entlang der Hohlleiterstrecke 41 beweglich gelagert, um sich bei Temperaturände rung ausdehnen oder zusammenziehen zu können. Die Innenwand der Hohllei terabschnitte 23, 25 ist mittels einer Chromschicht 47 zur Reflexion der insbeson dere von den Pulverkernen 9 abgestrahlten Infrarot-Strahlung verspiegelt.

Am Eingang der Hohlleiterstrecke 41 ist ein Einlaufblock 19 mit einer integrierten gasdichten Schleuse 48 angeordnet. Vor dem Einlaufblock 19 ist eine Einführ schiene 5 befestigt, auf welcher die zu sinterenden Pulverkerne 9 aufgelegt und mit einem Schubkolben 8 in den Ofen geschoben werden, vgl. Fig. 3. Am Ausgang der Hohlleiterstrecke 41 ist ein Auslaufblock 20 mit einer integrierten, gasdichten Schleuse 49 und eine nachfolgende, wassergekühlte Abkühlstrecke 7 angeordnet, deren Längsachse mit der Längsachse der Hohlleiterstrecke 41 fluchtet.

Vom Einlaufblock 19 bis kurz hinter den Auslaufblock 20 verlaufen vier Lager stangen 37 parallel zur Hohlleiterstrecke 41. Die Lagerstangen 37 sind durch Bohrungen 32 in den Einkoppelstücken 21 beabstandet zur Hohlleiterstrecke 41 geführt. An den ausgangsseitigen Enden der Lagerstangen 37 sind Federn 38 gekontert, welche die Hohlleiterabschnitte 25 und die Einkoppelstücke 21 in axialer Richtung zusammenpressen. Bei thermisch verursachter Längenänderung der Hohlleiterabschnitte 23, 25 gleiten die Einkoppelstücke 21 mit Hilfe von Schlitten 29 in Metallschienen 28, welche unter den Hohlleiterabschnitten 25 und den Einkoppelstücken 21 angeordnet sind. Die Lagerstangen 37 übernehmen hierbei die kontrollierte Führung in Axialrichtung, vgl. Fig. 4.

Anhand der Fig. 3 und 4 ist die Mikrowellenanpassung und -einspeisung näher beschrieben: Von stetig oder getaktet betriebenen Magnetrons 1 werden die Mikro wellenfelder zu Anpassungsgliedern 71 geleitet. In diesen ist je ein Zwei-Scheiben- Transformator angeordnet, mit dessen Hilfe die temperaturabhängigen Anpas sungsbedinungnen eingestellt oder geregelt werden können. An das Anpassungs glied 71 schließt sich in Richtung der Hohlleiterstrecke 41 ein Kühlflansch 81 an, an dessen hohlleiterseitigem Ende das Einkoppelstück 21 angeschlossen ist. Der gesamte Hohlleiterabschnitt vom Magnetron 1 bis zur Einkopplung in die rundrohr förmige Sinterstrecke ist beispielsweise als Rechteckhohlleiter ausgebildet. Der Grundabgleich des Speisehohlleiters 3 und des Einkoppelstückes 21 erfolgt mittels eines in Verlängerung des Speisehohlleiters 3 unterhalb des Hohlleiterabschnitts 23 angeordneten Kurzschlußschiebers 61.

Das eingekoppelte Mikrowellenfeld wird mittels nicht näher dargestellter Wellenfüh rungsmittel, beispielsweise metallischer Ansätze mit entsprechend geformten Flächen, in eine oder beide axiale Richtungen der Hohlleiterstrecke verteilt. Dies ist durch die Pfeile und die Teilungsverhältnisse unterhalb der Hohlleiterstrecke 41 in den Fig. 1 und 6 symbolisiert. Bei Einkopplung von gegenläufigen Mikrowellen feldern durch zwei benachbarte Einkoppelstücke 21 entsteht durch additive Über lagerung ein annähernd gleichförmiges Mikrowellen-Gesamtfeld entlang der Hohllei terabschnitte 23, 25.

In Fig. 2 ist ein typischer Temperaturverlauf entlang des Ofeninnenraums 4 darge stellt. Der anfängliche, zweistufige Temperaturanstieg entlang einer Aufheizstrecke wird durch die Mikrowellenfelder erzeugt, welche von den zwei ersten eingangs setigen Einkoppelstücken 21 ausschließlich in Richtung auf den Eingang einge speist werden. Im Anschluß an die Aufheizstrecke nimmt die Temperatur bis zum Auslaufblock 20 einen annähernd konstanten Wert an, da sich entlang dieser Strecke die mittels benachbarter Einkoppelstücke 21 eingespeisten, entgegen laufenden Mikrowellenfelder zu einem annähernd gleichförmigen Gesamtfeld überlagern. Zwischen dem letzten Einkoppelstück 21 und dem Auslaufblock 20 fällt die Temperatur langsam ab und erreicht am Ende einer Abkühlstrecke 7 wieder Zimmertemperatur.

In Fig. 6 sowie den Fig. 8 und 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mikro wellen-Sinterofens dargestellt, dessen Aufbau weitgehend dem Aufbau gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 sowie den Fig. 3 bis 5 entspricht. Die Keramikaus kleidung enthält jedoch im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ein zusätzli ches Schutzrohr aus Al₂O₃, welches zwischen dem Führungsrohr 10 und der Keramikummantelung 18 angeordnet ist, vgl. Fig. 9. Das Schutzrohr 39 verhindert bei einem eventuellen Bruch des Führungsrohres 10, daß beispielsweise zu sintern des Kernmaterial bis zum Hohlleiterabschnitt 25 und/oder in das Koppelstück 21 gelangt. Des weiteren sind um das Hohlleiterrohr eine innere und eine äußere Isoliermatte 50, 51 aus Al₂O₃ angeordnet, die die Strahlungsverluste reduzieren.

Gemäß Fig. 6 ist der Sinterofen auf einer geneigten Rahmenkonstruktion 40 befe stigt. Der Neigungswinkel der Hohlleiterachse gegenüber der Horizontalen ist einstellbar und beträgt beispielsweise zwischen 10° und 20°. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hohlleiterachse um 15° gegenüber der Horizohtalen geneigt. Die Wahl des Einstellwinkels hängt von der Reibung der auf der Halbschale 17 gleitenden Pulverkerne 9 ab. Die vom Schubkolben 8 ausgeübte Schubkraft auf die Pulverkerne 9 und der Neigungswinkel werden so aufeinander abgestimmt, daß weder Deformationen noch Risse in den Pulverkernen 9 beim Transport durch den Sinterofen auftreten.

Die eingangsseitigen Einkoppelstücke 21 gemäß der Fig. 6, 8 und 9 weisen metalli sche Leitbleche auf, welche die Mikrowellen in beide axiale Richtungen der Hohllei terstrecke 41 verteilen, vgl. die Einkoppelstücke in Fig. 3 und Fig. 8. Demnach speisen im zweiten Ausführungsbeispiel alle Einkoppelstücke 21 die Mikrowellenen energie zu gleichen Teilen in Richtung auf den Eingang wie auch den Ausgang.

In Fig. 7 ist ein typischer Temperaturverlauf des Sinterofens gemäß der Fig. 6 entlang des Ofeninnenraums 4 dargestellt. Auf der Aufheizstrecke ist ein steilerer Temperaturanstig festzustellen als entlang der Aufheizstrecke gemäß der Fig. 1. Dieser steilere Temperaturverlauf ist auf das Teilungsverhältnis 1 : 1 der beiden auf den Einlaufblock 19 folgenden Einkoppelstücke 21 zurückzuführen. Entlang der Sinterstrecke und der Abkühlstrecke ähneln sich ansonsten die Temperaturverläufe der Fig. 2 und 7.

Die Fig. 10-13 zeigen verschiedene mögliche Profile des Führungsrohres 10, gegebenenfalls mit entsprechenden Keramikeinsätzen. Die Auflage auf einer Halbschale 17 (Fig. 10) entspricht den Anordnungen gemäß der Fig. 1, 3 bis 5 und gemäß der Fig. 6, 8 und 9.

Ein alternatives Profil des Führungsrohres 10, welches ebenso zur Reduzierung seiner Bruchwahrscheinlichkeit durch Wärmeleitung von den Pulverkernenen dient, weist radial vom Führungsrohr 10 in den Ofeninnenraum 4 ragende Streben 55 auf, vgl. Fig. 11. Die Pulverkerne 9 liegen auf der zur Hohlleiterache zeigenden Fläche der untersten Strebe 55 auf und werden axial zusätzlich von den entsprechenden Flächen der benachbarten Streben 55 geführt.

Eine weitere Möglichkeit der Führung der Pulverkerne 9 zeigen die Fig. 12 und 13 in zwei alternativen Ausführungsformen. Die Pulverkerne 9 liegen jeweils auf durchgehenden, runden Keramikstäben 13 auf, die ihrerseits auf der Innenwand des Führungsrohres 10 aufliegen. Sowohl der direkte Wärmeübertrag von den Pulverkernen 9 auf die Keramikstäbe 13 als auch derjenige von den Keramikstäben 13 auf das Führungsrohr 10 wird in alten dargestellten Ausführungsformen (Fig. 10-13) durch die jeweils kleinen Berührungsflächen gering gehalten.

Die in den Fig. 1 und 6 dargestellten Sinteröen eignen sich insbesondere für einen kontinuierlichen Durchlaufbetrieb. Hierbei werden die Pulverkerne 9 mit einer kon stanten, vorgegebenen Geschwindigkeit durch den Innenraum 4 des Ofens ge schoben.

Die beiden Ausführungsbeispiele des Sinterofens besitzen einen modularen Aufbau, wobei die Hohlleiterabschnitte 25 und die Einkoppelstücke 21 die Module bilden; die Hohlleiterstrecke 41 kann somit beipielsweise auf einfache Weise verlängert werden. Hierzu werden auf einer entsprechenden Schiene 28 weitere Hohlleiterab schnitte 25 und Einkoppelstücke 21 mit zugehörigen Speisehohlleitern 3 und Magnetrons 1 dem in Fig. 1 bzw. Fig. 6 gezeigten Ofen vor- oder nachgeschaltet.

Claims

1. Mikrowellen-Sinterofen zum Sintern von Pulverpreßlingen (9), insbesondere von Pulverkernen aus Keramikmaterial,
mit mehreren Mikrowellen-Generatoren (1) und
mit einer Hohlleiterstrecke (41),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hohlleiterstrecke (41) eine rohrförmige Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) und
in vorgegebenen Abständen Mikrowellen-Einkoppelstücke (21) enthält, die jeweils mit einem eigenen Mikrowellen-Generator (1) verbunden sind und welche Mikrowel len-Energie in die Hohlleiterstrecke (41) einspeisen.

2. Sinterofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Transporteinrichtungen (5, 8) zum kontinuierlichen oder schrittweisen Transportieren der Pulverpreßlinge (9) durch den Innenraum (4) des Ofens vorgesehen sind.

3. Sinterofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) ein Füh rungsrohr (10) aus Keramik enthält.

4. Sinterofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) eine keramische Halbschale (17) oder keramische Rundstäbe (13) enthält, welche auf der Innenwand des Führungsrohrs (10) aufliegen und auf welcher die Pulverpreßlin ge (9) gleitbar angeordnet sind.

5. Sinterofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) in einzelnen Abschnitten der Hohlleiterstrecke (41) eine Keramikummantelung (18) aus faserartigem Keramikmaterial und/oder festem Keramikmaterial enthält, welche zwischen der Innenwand der Hohlleiterstrecke (41) und dem Führungsrohr (10) angeordnet ist.

6. Sinterofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) ein Schutzrohr (39) aus Keramik enthält, welches zwischen dem Führungsrohr (10) und der Keramikummantelung (18) angeordnet ist.

7. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) aus hochreinem Al₂O₃ besteht.

8. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Pulverpreßlinge (9) mit der Längsachse der Hohlleiterstrecke (41) zusammenfällt.

9. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einkoppelstück (21) einen linearen Hohlleiter abschnitt (23) enthält, welcher in die Hohlleiterstrecke (41) eingefügt ist und von welchem ein mit einem Mikrowellengenerator (1) verbundener Einkoppelzweig (22) abzweigt.

10. Sinterofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterstrecke (41) homogene lineare Hohllei terabschnitte (25) und die linearen Hohlleiterabschnitte (23) der Einkoppelstücke (21) enthält.

11. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkoppelstücke (21) metallische Wellenführungs mittel enthalten, welche die Mikrowellen-Energie in einem vorgebbaren Teilungs verhältnis in beide axiale Richtungen der Hohlleiterstrecke (41) verteilen.

12. Sinterofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenführungsmittel der Einkoppelstücke (21) derart ausgebildet sind, daß die Überlagerung der sich im Innenraum (4) des Ofens ausbreitenden Energiefelder eine annähernd gleichmäßige Temperaturverteilung entlang der Längsachse der Hohlleiterstrecke (41) hervorruft.

13. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einspeiseseite jedes Einkoppelstückes (21) eine Kühlfalle (81) angeordnet ist.

14. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Einkoppelstück (21) mit Wasser kühlbar ist.

15. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtungen einen Schubkolben (8) an der Einschubseite des Sinterofens enthalten.

16. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtungen eine Einführschale (5) an der Einschubseite des Sinterofens zum Einführen der Pulverpreßlinge (9) in den Innenraum (4) des Ofens enthalten.

17. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Hohlleiterstrecke (41) gegenüber der Horizontalen geneigt ist.

18. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlleiterabschnitte (25, 23) als Rundrohrhohllei ter ausgebildet sind, welche bei Belastung mit Sintermaterial in der Grundmode betreibbar sind.

19. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlleiterabschnitte (25, 23) als Rechteckhohllei ter ausgebildet sind, welche in der Mode H₁₁ betreibbar sind.

20. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Schutzrohres (39) oder des Füh rungsrohres (10) gasdicht abgeschlossen ist.

21. Sinterofen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einschubseite und am Ausgang der Hohlleiter strecke gasdichte Schleusen (48, 49) zum Ein- bzw. Ausschleusen der Pulver preßlinge (9) angeordnet sind.

22. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Hohlleiterabschnitte (25, 23) auf der Innen seite verspiegelt oder poliert sind.

23. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Wärmeisolation (27) um einzelne Hohllei terabschnitte (25, 23) angeordnet ist.

24. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Endabschnitt der Hohlleiterstrecke (41) ein wassergekühlter Rohrabschnitt (7) als Abkühlstrecke für die Pulverpreßlinge (9) angeordnet ist.

25. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterabschnitte (25, 23) und die Keramikaus kleidung (10, 17, 18, 39) in Axialrichtung beweglich gelagert sind.

26. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Thermoelemente innerhalb der Einkoppelstücke (21) angeordnet sind.

27. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Hohlleiterstrecke (41) in vorgegebenen Abständen Pyrometer zur Messung der Oberflächentemperatur des Führungsrohres (10) bzw. des Schutzrohres (39) durch Löcher in den Hohlleiterabschnitten (25, 23) angeordnet sind.

28. Sinterofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Hohlleiterstrecke (41) in vorgegebenen Abständen Pyrometer zur Messung der Oberflächentemperatur der Pulverpreßlinge (9) durch Löcher in den Hohlleiterabschnitten (25, 23) und der Keramikauskleidung (10, 13, 17, 18, 39) angeordnet sind.