DE19746872C2

DE19746872C2 - Heating element and oven made using it

Info

Publication number: DE19746872C2
Application number: DE1997146872
Authority: DE
Inventors: Juergen Roth; Joachim Hoffmann
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: DE19746872A1; ATA177498A

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement mit einer Heizwendel, die an einem Führungselement an liegend einen Heizraum in Form einer Spirale umgibt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Ofen mit einem Gehäuse, das einen Heizraum umschließt, und mit einem eine Heizwendel um fassenden Heizelement, das an einem Führungselement anliegend den Heizraum in Form einer Spirale umgibt.The invention relates to a heating element with a heating coil, which on a guide element lying around a boiler room in the form of a spiral. The invention further relates to a Oven with a housing that encloses a boiler room and with a heating coil Comprehensive heating element, which adjoins the heating chamber in the form of a guide element Spiral surrounds.

Ein gattungsgemäßes Heizelement und ein unter Verwendung des Heizelementes hergestellter Dentalofen sind aus der Betriebsanleitung "Programat P 90" der IVOCLAR AG, Liechtenstein, aus dem Jahr 1990 bekannt (Druckvermerk: Sch 457/1090/2/d/BVD). Der darin beschrie bene Dentalofen ist in vorliegender Fig. 3 schematisch dargestellt. Der Heizraum 31 ist von ei ner ringförmigen Keramikmuffel 32 umschlossen, deren dem Heizraum 31 zugewandte Innen seite mit einer schraubenlinienförmigen Führungsrille versehen ist. In die Führungsrille ist eine Heizwendel 33 eingelegt und darin fest eingeklebt. Zur Wärmeisolierung ist die Keramikmuffel 32 außen von Steinfuttersegmenten 34 ringförmig umgeben und nach oben durch eine Kera mikhaube 35 abgedeckt.A generic heater and produced using the heating element dental furnace are in the operating instructions of IVOCLAR AG "Programat P 90", Liechtenstein, known from 1990 (Publication info: Sch 457/1090/2 / d / BVD). The dental furnace described therein is shown schematically in the present FIG. 3. The heating chamber 31 is enclosed by an annular ceramic muffle 32 , the inside of which faces the heating chamber 31 and is provided with a helical guide groove. A heating coil 33 is inserted into the guide groove and firmly glued therein. For thermal insulation, the ceramic muffle 32 is surrounded on the outside by stone chuck segments 34 in an annular manner and covered at the top by a ceramic hood 35 .

Aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Werk stoffe (metallische Heizwendel, Keramikmuffel, Kleber) kommt es beim Aufheizen und Abkühlen des bekannten Dentalofens zu mechanischen Spannungen, die zu einer Alterung von Keramik muffel 32 und Heizwendel 33 und letztendlich zum Ausfall des Ofens führen. Dabei von der Ke ramikmuffel 32 oder der Keramikhaube 35 abbröckelnde Teilchen können das Heizgut, bei spielsweise eine Schmelze 36 aus einer Dentallegierung, verunreinigen. Dieses Problem wird durch eine hohe Betriebstemperatur oder durch eine die metallische Heizwendel 33 oder die ke ramische Muffel 32 korrodierende Atmosphäre noch verschärft.Due to different coefficients of thermal expansion of the different materials (metallic heating coil, ceramic muffle, adhesive), mechanical stresses occur during heating and cooling of the known dental furnace, which lead to aging of the ceramic muffle 32 and heating coil 33 and ultimately to the failure of the furnace. Particles crumbling from the ceramic muffle 32 or the ceramic hood 35 can contaminate the heating material, for example a melt 36 made of a dental alloy. This problem is exacerbated by a high operating temperature or by an atmosphere which corrodes the metallic heating coil 33 or the ceramic muffle 32 .

Aus EP 0 079 730 A1 ist ein Muffelofen mit einem topfförmigen Gehäuse bekannt, in dem ein Bodenplatte aus Keramik angeordnet ist. Im Gehäuse über der Bodenplatte befindet sich ein keramisches Außenrohr, in dem ein weiteres Rohr (Zylinder) mit einer an seiner Innenseite in Längsrichtung des Rohres umlaufenden Nut zur Aufnahme für eine spiralförmige Heizwendel angeordnet ist. Nach innen, zum Heizraum hin, ist ein weiteres Innenschutzrohr vorgesehen, das die Heizwendel vom Heizraum abschließt.From EP 0 079 730 A1 a muffle furnace with a pot-shaped housing is known, in which a Ceramic base plate is arranged. There is a in the housing above the base plate Ceramic outer tube, in which another tube (cylinder) with one on its inside Longitudinal direction of the tube circumferential groove for receiving a spiral heating coil is arranged. On the inside, towards the boiler room, another inner protection tube is provided, that closes off the heating coil from the boiler room.

Es ist weiterhin ein Rohrofen gemäß dem deutschen Gebrauchsmuster DE-GM 19 59 981 be kannt, der ein äußeres und ein inneres Schutzrohr aus Keramik aufweist. Die beiden Rohre bil den durch Distanzstücke einen Ringspalt, der zur Führung und Abstützung eines im Spalt ange ordneten spiralförmigen Heizelements dient.It is also a tube furnace according to the German utility model DE-GM 19 59 981 be knows, which has an outer and an inner protective tube made of ceramic. The two pipes bil the by spacers an annular gap, which is for guiding and supporting one in the gap arranged spiral heating element is used.

In ähnlicher Weise wie gemäß EP 0 079 730 A1 ist ein rohrförmiger Hochtemperatur-Diffusi onsofen gemäß US 5 095 192 aufgebaut. In einem Ofengehäuse umgibt auch hier ein Außen schutzrohr ein Innenschutzrohr, wobei das Außenschutzrohr eine spiralförmige Nut aufweist zur Aufnahme einer Heizspule. Der Heizraum ist durch das Innenschutzrohr aus Quarzglas von der Heizspule abgeschirmt.A tubular high-temperature diffuser is similar to EP 0 079 730 A1 Onsofen constructed according to US 5 095 192. In an oven housing there is also an outside protective tube an inner protective tube, the outer protective tube having a spiral groove for Inclusion of a heating coil. The boiler room is through the inner protection tube made of quartz glass Shielded heating coil.

DE-AS 10 60 515 schließlich offenbart einen Tiegelofen, bei dem Heizwendel spiralig in Rillen des Heiztiegels eingelassen sind. Die Rillen sind auf der Außenwandung des Heiztiegels ange ordnet, wobei jede Rille mit einem Durchlaß zur Innenwandung hin versehen ist, um die Wärme abstrahlung in Richtung des Heizraumes zu verbessern.DE-AS 10 60 515 finally discloses a crucible furnace in which the heating coil spirally in grooves of the heating crucible. The grooves are on the outer wall of the heating crucible arranges, each groove is provided with a passage to the inner wall to the heat To improve radiation in the direction of the boiler room.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Auf gabe zugrunde, ein Heizelement mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit und langer Le bensdauer anzugeben und einen unter Verwendung des Heizelementes hergestellten Ofen mit langer Lebensdauer bereitzustellen, in dem die Gefahr einer Verunreinigung des Heizgutes ge ring ist.Starting from the aforementioned prior art, the present invention is based on based on a heating element with high thermal shock resistance and long Le Specify the service life and an oven made using the heating element Provide a long service life in which there is a risk of contamination of the heating material ring is.

Hinsichtlich des Heizelementes wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebe nen Heizelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Führungselement als Innenspirale ausgebildet ist, über die mindestens ein Teil der Heizwendel lose gewickelt ist, und daß die In nenspirale aus Quarzglas oder aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas besteht. With regard to the heating element, this task is described on the basis of the above NEN heating element according to the invention solved in that the guide element as an inner spiral is formed over which at least part of the heating coil is loosely wound, and that the In the spiral is made of quartz glass or a high-silica glass.

Als Führungselement im Sinne der Erfindung wird eine Innenspirale eingesetzt. Die Innenspirale kann aus mehreren Teil-Spiralen zusammengesetzt sein. Aufgrund der Innenspirale wird der spiralförmige Verlauf der Heizwendel um den Heizraum herum vorgegeben. Die Innenspirale und die "Heizwendel-Spirale" haben die gleiche Steigung und sie verlaufen um eine gemeinsa me Spiral-Längsachse. Durch die Innenspirale erhält die "Heizwendel-Spirale" ihre Formstabili tät. Üblicherweise ist die gesamte Heizwendel von der Innenspirale gestützt. Es kann aber auch genügen, wenn nur ein Teil der Heizwendel von der Innenspirale gestützt ist, wenn dennoch ei ne ausreichende Formstabilität der Heizwendel-Spirale gewährleistet ist. Die Innenspirale be steht aus einem bei der Betriebstemperatur des Heizelementes beständigen, elektrisch nicht lei tenden Werkstoff und zwar aus Quarzglas oder aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas. Auf grund ihrer Form ist die Innenspirale sowohl in Richtung der Spirallängsachse als auch quer da zu flexibel, so daß Längenänderungen aufgrund von Temperaturänderungen ohne wesentliche mechanische Spannungen möglich sind. Als Spirallängsachse wird dabei diejenige Richtung verstanden, um die herum die Innenspirale und die Heizwendel-Spirale verlaufen.An inner spiral is used as the guide element in the sense of the invention. The inner spiral can be composed of several partial spirals. Due to the internal spiral, the spiral course of the heating coil around the boiler room. The inner spiral and the "heating coil spiral" have the same slope and they run around a common one me spiral longitudinal axis. The "spiral coil" gets its shape stabilization from the inside spiral act. The entire heating coil is usually supported by the inner spiral. But it can also are sufficient if only a part of the heating coil is supported by the inner spiral, if still egg ne sufficient dimensional stability of the heating spiral is guaranteed. The inner spiral be is made of a material that is stable at the operating temperature of the heating element and is not electrically conductive material made of quartz glass or high-silica glass. On Because of its shape, the inner spiral is there both in the direction of the spiral longitudinal axis and transversely too flexible so that changes in length due to temperature changes without significant mechanical stresses are possible. That direction becomes the spiral longitudinal axis understood, around which the inner spiral and the heating spiral spiral run.

Über die Innenspirale ist mindestens ein Teil der Heizwendel gewickelt. Aufgrund ihrer durch die Innenspirale aufgeprägten spiraligen Ausbildung erzeugen Längenänderungen infolge von Temperaturwechseln in der Heizwendel keine wesentlichen Spannungen. Wesentlich dafür ist aber, daß die Heizwendel an der Innenspirale lediglich anliegt, also nicht fest mit ihr verbunden ist, so daß mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungs koeffizienten zwischen dem Material der Heizwendel und der Innenspirale vermieden werden.At least part of the heating coil is wound over the inner spiral. Because of their through the Internal spiral imprinted spiral formation produce changes in length due to Temperature changes in the heating coil do not cause any significant tensions. It is essential for this but that the heating coil only bears against the inner spiral, so it is not firmly connected to it is, so that mechanical stresses due to different thermal expansion coefficients between the material of the heating coil and the inner spiral can be avoided.

Das erfindungsgemäße Heizelement eignet sich aufgrund seiner guten Temperaturwechselbe ständigkeit insbesondere für den Einsatz in Öfen, die häufig ein- und ausgeschaltet werden und die mit hohen Heiztemperaturen betrieben werden. Es zeichnet sich durch eine lange Lebens dauer aus.The heating element according to the invention is suitable due to its good temperature changes Stability especially for use in ovens that are often switched on and off and which are operated with high heating temperatures. It is characterized by a long life persevere.

Hinsichtlich einer hohen mechanischen Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit hat sich eine aus einem Rohr geformte Innenspirale als günstig erwiesen.Regarding high mechanical strength and resistance to temperature changes, an inner spiral formed from a tube has proven to be favorable.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Ofen wird die Aufgabe einen Ofen mit langer Le bensdauer bereitzustellen, in dem die Gefahr einer Verunreinigung des Heizgutes gering ist, da durch gelöst, daß das an den Heizraum anliegende Führungselement als Innenspirale ausgebil det ist, über die mindestens ein Teil der Heizwendel lose gewickelt ist, und daß die Innenspirale aus Quarzglas oder aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas besteht. Starting from the furnace described in the introduction, the task is a furnace with a long Le Provide service life in which the risk of contamination of the heating material is low, because solved by that the guide element lying against the boiler room is designed as an inner spiral is det, over which at least a part of the heating coil is loosely wound, and that the inner spiral consists of quartz glass or a high-silica glass.

Der erfindungsgemäße Ofen zeichnet sich durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Heizelementes aus. Hinsichtlich der Ausbildung und Anordnung des Heizelementes im Ofen wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Aufgrund der Ausbildung des Heizelementes mit einer Innenspirale und seiner hohen Temperaturwechselbeständigkeit werden Material-Zermür bungen der Heizelement-Bauteile und andere Alterungserscheinungen sowie die damit einher gehenden Verschmutzungen des Heizraumes und des Heizgutes durch Bestandteile aus dem Heizelement vermieden. Dies trifft insbesondere für eine Ausführungsform des Ofens zu bei der der Heizraum von einem Innenschutzrohr aus Quarzglas umgeben ist.The furnace according to the invention is characterized by the use of an inventive one Heating element. With regard to the design and arrangement of the heating element in the furnace reference is made to the explanations above. Due to the design of the heating element with an inner spiral and its high resistance to temperature changes are material wear and tear exercises of the heating element components and other signs of aging as well as the accompanying going contamination of the boiler room and the heating material by components from the Avoid heating element. This is particularly true for one embodiment of the furnace in the the boiler room is surrounded by an inner protective tube made of quartz glass.

Eine weitere Verbesserung der Lebensdauer, insbesondere bei korrodierender Atmosphäre im Ofenraum wird erreicht, wenn die Innenspirale und die Heizwendel um koaxial zur Spirallängs achse angeordnetes Innenschutzrohr verlaufen. Das Innenschutzrohr kann die seitliche Begren zung des Heizraumes bilden. Es gewährleistet einen Abschluß der Heizwendel und der Innen spirale von der Heizraum-Atmosphäre. Dadurch ist es möglich, im Heizraum eine korrodierende Atmosphäre einzustellen. Umgekehrt werden auch aus der Heizwendel und der Innenspirale herrührende Verunreinigungen des Heizgutes durch das Innenschutzrohr verhindert. Für den Fall, daß die Heizwendel am Schutzrohr anliegt, besteht dieses vorteilhaft aus elektrisch isolie renden Werkstoffen, wie Glas oder Keramik.A further improvement in the service life, especially when the atmosphere is corrosive Furnace space is reached when the inner spiral and the heating coil are coaxial to the spiral inner protective tube arranged in the axis. The inner protection tube can limit the side form the boiler room. It ensures that the heating coil and the interior are sealed spiral from the boiler room atmosphere. This makes it possible to find a corrosive in the boiler room Atmosphere. The reverse also applies to the heating coil and the inner spiral Contamination of the heating material from the inner protective tube is prevented. For the In the event that the heating coil rests on the protective tube, this advantageously consists of electrical insulation materials such as glass or ceramics.

Weiterhin kann das Innenschutzrohr als mechanische Begrenzung und als Lager für die Innen spirale dienen, wenn diese sich in Richtung auf den Heizraum verformt. Eine gasdichte Ausfüh rung des Innenschutzrohres ist hierfür nicht erforderlich. Darüberhinaus vermindert das Innen schutzrohr die Gefahr einer unbeabsichtigten Berührung der heißen Heizwendel und es stellt gleichzeitig einen elektrischen Berührungsschutz dar. Außerdem kann um das Innenschutzrohr herum ein geeignetes Isoliermittel, wie Quarzglaswolle, vorgesehen sein, in das die Heizwen del-Spirale mitsamt Innenspirale eingebettet sind. Das Isoliermittel kann zur thermischen und elektrischen Isolierung und zur Verbesserung der Formstabilität der Einheit von Heizwendel und Innenspirale beitragen.Furthermore, the inner protective tube can be used as a mechanical limitation and as a bearing for the inside serve spirals if they deform towards the boiler room. A gastight version The inner protection tube is not necessary for this. In addition, the interior diminishes protection tube there is a risk of accidental contact with the hot heating coil and it At the same time, it provides electrical protection against accidental contact around a suitable insulating, such as quartz glass wool, can be provided, in which the Heizwen del spiral are embedded together with the inner spiral. The insulating material can be used for thermal and electrical insulation and to improve the dimensional stability of the unit of heating coil and Contribute internal spiral.

Bewährt hat sich ein Innenschutzrohr aus Quarzglas oder aus einem hochkieselsäurehaltigen Glas. Quarzglas oder hochkieselsäurehaltiges Gläser zeichnen sich durch hohe Temperatur wechselbeständigkeit aus. Darüberhinaus ist Quarzglas gegenüber den meisten Gasen - auch bei hohen Temperaturen - chemisch beständig.An inner protective tube made of quartz glass or a high-silica one has proven itself Glass. Quartz glass or high-silica glasses are characterized by high temperature resistance to change. In addition, quartz glass is resistant to most gases - too at high temperatures - chemically resistant.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausbildung des Heizelementes des Ofens erwiesen, bei dem Innenspirale und Heizwendel mindestens teilweise auf einem Stützelement aufliegen. Bei sehr hohen Temperaturen kann es zu plastischen Verformungen der Innenspirale kommen. Bei einer Innenspirale aus Quarzglas sind plastische Verformungen beispielsweise etwa oberhalb 1250°C zu erwarten. Ein Stützelement oder mehrere Stützelemente, die mindestens ein Teil der Innenspirale stützen, können Verformungen vermindern oder verhindern. Das Stützelement besteht vorteilhafterweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Quarzglas.A design of the heating element of the furnace has proven to be particularly advantageous the inner coil and heating coil lie at least partially on a support element. At very high temperatures, plastic deformation of the inner spiral can occur. At In an inner spiral made of quartz glass, plastic deformations are above, for example 1250 ° C to be expected. A support element or several support elements that comprise at least one part the inner spiral, can reduce or prevent deformation. The support element advantageously consists of an electrically non-conductive material, for example Quartz glass.

Im Falle einer Stauchung durch plastische Verformung einer vertikal orientierten Innenspirale besteht die Gefahr, daß benachbarte Steigungen der schraubenlinienförmig verlaufenden Heiz wendel in elektrischen Kontakt kommen, was zum Ausfall des Heizelementes führen würde. Ein zwischen den Steigungen angeordnetes, elektrisch isolierendes Stützelement kann solche Kurzschlüsse verhindern.In case of compression due to plastic deformation of a vertically oriented inner spiral there is a risk that adjacent slopes of the helical heating coil come into electrical contact, which would lead to the failure of the heating element. On electrically insulating support element arranged between the slopes can be such Prevent short circuits.

Als gerade in dieser Hinsicht besonders geeignet hat sich ein Stützelement erwiesen, das in Form einer Stützspirale mit der gleichen Steigung wie die Innenspirale ausgebildet ist, und die mindestens einen Teil der Innenspirale und der Heizwendel untergreift. Das Stützelement ver läuft somit koaxial zur Heizwendel-Spirale als auch zur Innenspirale. Ein einfach herzustellen des und zu montierendes Stützelement besteht as Quarzglas. Das Stützelement untergreift die Heizwendel-Spirale auf ihrer gesamten Länge und verhindert so auch bei plastischen Verfor mungen der Innenspirale und der damit einhergehenden Verformungen der Heizwendel-Spirale zuverlässig jeden elektrischen Kontakt zwischen benachbarten Steigungen der Heizwendel-Spirale.A support element which has proven to be particularly suitable in this regard is that in Form a support spiral with the same slope as the inner spiral is formed, and the engages under at least part of the inner spiral and the heating coil. The support element ver thus runs coaxially to the heating coil spiral as well as to the inner spiral. An easy to make of the support element to be assembled is made of quartz glass. The support element engages under the Heating coil spiral over its entire length and thus prevents even with plastic deformation the inner spiral and the associated deformation of the heating coil spiral reliably any electrical contact between adjacent slopes of the Heating coil spiral.

Vorteilhafterweise besteht die Stützspirale aus dem gleichen Material wie die Innenspirale und sie umschließt das Innenschutzrohr lose. Dadurch wird erreicht, daß sich die Stützspirale ent sprechend der Innenspirale verformen kann und somit die Innenspirale auch nach Verformun gen über ihre gesamte Länge von der Stützspirale untergriffen wird. Dies trägt zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse zwischen den Steigungen der Heizwendeln bei.The support spiral advantageously consists of the same material as the inner spiral and it loosely surrounds the inner protective tube. This ensures that the support spiral ent can deform the inner spiral and thus the inner spiral even after deformation is gripped by the support spiral over its entire length. This helps avoid electrical short circuits between the slopes of the heating coils.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform des Ofens, bei dem die Innenspirale von ei nem koaxial zur Spirallängsachse verlaufenden Außenschutzrohr umgeben ist. Bei dieser Aus führungsform sind Innenspirale und Heizwendel zwischen Außenschutzrohr und Innenschutz rohr eingeschlossen, wobei aber ihre Beweglichkeit sowohl in Richtung der Spirallängsachse als auch senkrecht dazu gewährleistet ist. Die Heizwendel kann zwischen den jeweiligen Schutz rohren gasdicht eingekapselt sein, so daß sie vor jeglicher Atmosphäre sicher geschützt ist. Der Zwischenraum zwischen Außenschutzrohr und Innenschutzrohr kann mit einem geeigneten Gas oder mit einem geeigneten Füllstoff gefüllt sein. Wegen seiner Formstabilität bei hohen Temperaturen besteht die Füllung des Ringspaltes vorteilhafterweise aus Quarzglaswolle.An embodiment of the furnace in which the inner spiral of egg nem is surrounded coaxially to the spiral longitudinal axis outer protective tube. With this out The internal spiral and the heating coil between the outer protective tube and the inner protector are the guiding form tube included, but their mobility both in the direction of the spiral longitudinal axis and is also guaranteed perpendicular to it. The heating coil can be between the respective protection pipes are encapsulated gastight so that it is safely protected from any atmosphere. The The gap between the outer protective tube and the inner protective tube can be determined with a suitable Gas or filled with a suitable filler. Because of its dimensional stability at high Temperatures, the filling of the annular gap advantageously consists of quartz glass wool.

Es wird eine Ausführungsform des Heizelementes bevorzugt, bei dem eine Abdeckung aus Quarzglas vorgesehen ist. Die Abdeckung verhindert eine Verschmutzung des Heizgutes durch herabfallende Teilchen.An embodiment of the heating element in which a cover is made is preferred Quartz glass is provided. The cover prevents contamination of the heating material falling particles.

Der erfindungsgemäße Ofen ist besonders geeignet für Anwendungen mit hohen Heiztempera turen, bei denen gleichzeitig jede Verunreinigung des Heizgutes verhindert werden muß. Er wird beispielsweise als Dentalofen eingesetzt. Weiterhin ist er für Anwendungen in der Analysen technik geeignet, beispielsweise zur Veraschung von Proben oder beim Probenaufschluß.The furnace according to the invention is particularly suitable for applications with high heating temperatures Doors in which any contamination of the heating material must be prevented at the same time. He will used for example as a dental oven. Furthermore, it is for applications in analysis suitable technology, for example for the ashing of samples or for sample digestion.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Patentzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer DarstellungThe invention is described below using an exemplary embodiment and a patent drawing explained in more detail. The drawing shows in detail in a schematic representation

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Dentalofen, Fig. 1 shows a dental furnace according to the invention,

Fig. 2 einen Ausschnitt des in Fig. 1 dargestellten Dentalofens in einer Vergrößerung und Fig. 2 shows a detail of the dental furnace shown in Fig. 1 in an enlargement and

Fig. 3 einen Dentalofen nach dem Stand der Technik. Fig. 3 shows a dental furnace according to the prior art.

Bei dem Dentalofen gemäß Fig. 1 ist ein Heizraum 1 für eine Schmelzprobe 2 von einem Ge häuse umschlossen, das aus einem Unterteil 3, einem ringförmigen Mittelteil 4 und einem Ober teil 5 besteht.The dental oven according to Fig. 1 is a boiler 1 housing for a melt sample 2 from a Ge enclosed, consisting of a lower part 3, an annular middle part 4 and an upper part 5.

Die seitliche Begrenzung des Heizraumes 1 wird von einem Innenrohr 6 aus Quarzglas gebil det, das einen Innendurchmesser von 10 cm, eine Wandstärke von 1,5 mm und eine Länge von 10 cm aufweist.The lateral boundary of the boiler room 1 is formed by an inner tube 6 made of quartz glass, which has an inner diameter of 10 cm, a wall thickness of 1.5 mm and a length of 10 cm.

Das Innenrohr 6 ist von einem Außenrohr 7 aus Quarzglas umgeben, das einen Innendurch messer von 12 cm, eine Wandstärke von 1,5 mm und eine Länge von 10 cm aufweist.The inner tube 6 is surrounded by an outer tube 7 made of quartz glass, which has an inner diameter of 12 cm, a wall thickness of 1.5 mm and a length of 10 cm.

Im Zwischenraum zwischen Innenrohr 6 und Außenrohr 7 befindet sich eine Heizwendel 8 aus einem Heizdraht "Kanthal AF" mit einem Drahtdurchmesser von 1,2 mm. Die Heizwendel 8 hat eine Länge von 1,80 m, wobei der Innendurchmesser der Wendel 6,5 mm beträgt. Die Heiz wendel 8 wird mit einer elektrischen Leistung von 1 kW beaufschlagt und erzeugt dabei Tem peraturen innerhalb des Heizraumes 1 bis zu 1400°C. In the space between the inner tube 6 and outer tube 7 there is a heating coil 8 made of a heating wire "Kanthal AF" with a wire diameter of 1.2 mm. The heating coil 8 has a length of 1.80 m, the inside diameter of the coil being 6.5 mm. The heating coil 8 is subjected to an electrical power of 1 kW and thereby generates temperatures within the boiler room 1 up to 1400 ° C.

Die Heizwendel 8 ist in Form einer Spirale gebogen, der in den Fig. 1 und 2 insgesamt die Bezugsziffer 9 zugeordnet ist. Die Heizwendel-Spirale 9 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel vom Boden des Heizraumes über einen Teil seiner Höhe, wobei sie sich um eine Spiralachse 10 windet, die der Mittelachse des Heizraumes 1 entspricht.The heating coil 8 is bent in the form of a spiral, to which the reference number 9 is assigned in total in FIGS . 1 and 2. In the exemplary embodiment, the heating coil spiral 9 extends from the floor of the boiler room over part of its height, winding around a spiral axis 10 which corresponds to the central axis of the boiler room 1 .

Die Heizwendel 8 ist über eine Innenspirale 11 gezogen, die aus einem Quarzglasröhrchen mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einer Wandstärke von 1 mm gebogen ist. Die Quarz glas-Innenspirale 11 verleiht der Heizwendel-Spirale 9 die erforderliche Formstabilität, wobei die Heizwendel 8 jedoch auf der Innenspirale 11 nur locker aufliegt.The heating coil 8 is drawn over an inner spiral 11 which is bent from a quartz glass tube with an outer diameter of 6 mm and a wall thickness of 1 mm. The quartz glass inner spiral 11 gives the heating coil spiral 9 the required dimensional stability, the heating coil 8, however, rests only loosely on the inner spiral 11 .

Ein Quarzglas-Stab mit einem Außendurchmesser von 4 mm ist - in Form einer Stützwendel 12 gewickelt - um das Innenrohr 6 angeordnet. Die Stützwendel 12 liegt dabei locker an der Au ßenwandung des Innenrohres 6 an. Die Stützwendel 12 weist die gleiche Steigung auf wie die Heizwendel-Spirale 9 bzw. wie die Innenspirale 11. Die Heizwendel-Spirale 9 umschreibt jedoch einen geringfügig größeren Innendurchmesser und stützt sich mit ihrer Unterseite auf der Stützwendel 12 ab.A quartz glass rod with an outer diameter of 4 mm is arranged around the inner tube 6 , wound in the form of a support spiral 12 . The support coil 12 lies loosely on the outer wall of the inner tube 6 . The support spiral 12 has the same slope as the heating spiral spiral 9 or as the inner spiral 11 . However, the heating coil spiral 9 circumscribes a slightly larger inner diameter and is supported with its underside on the supporting coil 12 .

Der Ringspalt 14 zwischen Innenrohr 6 und Außenrohr 7 ist im übrigen mit Quarzglaswolle 13 gefüllt, die in Fig. 1 zur Wahrung einer deutlicheren Darstellung nur schematisch anhand eines straffierten Bereiches 13 dargestellt ist.The annular gap 14 between the inner tube 6 and outer tube 7 is otherwise filled with quartz wool 13, which is shown in Fig. 1 for the preservation of clarity only schematically by way of straffierten region 13.

Das Mittelteil 4 ist mit zwei Ringnuten versehen, in die das jeweilige untere Ende des Innenroh res 6 bzw. des Außenrohres 7 hineinragen. Der Heizraum 1 und der Ringspalt 14 sind nach oben mittels einer Quarzglasscheibe 15 abgedeckt. Durch die Abdeckung des Heizraumes 1 mittels der Quarzglasscheibe 15 wird ein Eintrag von Verunreinigungen in die Schmelzprobe 2 vollständig verhindert. Darüberhinaus verhindert der Abschluß des Ringspaltes 14 vom Heizraum 1 mittels der Quarzglasscheibe 15, daß eine korrosive Heizraum-Atmosphäre die Heizwendel 8 korrodiert.The middle part 4 is provided with two annular grooves into which the respective lower end of the inner tube 6 res or the outer tube 7 protrude. The heating chamber 1 and the annular gap 14 are covered at the top by means of a quartz glass pane 15 . Covering the heating chamber 1 by means of the quartz glass pane 15 completely prevents contamination from entering the melt sample 2 . In addition, the closure of the annular gap 14 from the heating chamber 1 by means of the quartz glass pane 15 prevents a corrosive heating chamber atmosphere from corroding the heating coil 8 .

In der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 sind Einzelheiten des erfindungsgemäßen Hei zelementes deutlicher zu erkennen. Dabei sind für die Bezeichnung der Bauteile bzw. Bestand teile des Heizelementes die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet worden.In the enlarged view according to FIG. 2, details of the heating element according to the invention can be seen more clearly. The same reference numerals as in Fig. 1 have been used for the designation of the components or parts of the heating element.

Nachfolgend werden anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels Funktion und Wirkungen des erfindungsgemäßen Heizelementes bzw. Ofens näher erläutert. The function and effects of the heating element or furnace according to the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

Der Heizraum 1 wird mittels der Heizwendel 8 auf eine Temperatur von 1400°C gebracht. Die Temperaturerhöhung führt einerseits zu einer beträchtlichen Längenausdehnung der Heizwen del 8, andererseits zu einer Erweichung der den Heizraum 1 umgebenden Quarzteile, insbe sondere der Innenspirale 11 und der Stützwendel 12, die im übrigen auch einer, wenn auch ge ringen, Längenausdehnung unterliegen.The heating room 1 is brought to a temperature of 1400 ° C. by means of the heating coil 8 . The temperature increase leads on the one hand to a considerable length expansion of the Heizwen del 8 , on the other hand to a softening of the quartz parts surrounding the heating chamber 1 , in particular the inner spiral 11 and the support coil 12 , which are also subject to an, albeit ge, length expansion.

Die Längenveränderungen führen bei dem erfindungsgemäßen Heizelement jedoch nicht zu Spannungen. Längenänderungen der Heizwendel 8 werden durch die freie Beweglichkeit der Heizwendel-Spirale 9 kompensiert. Eine Kompensation wäre beispielsweise durch eine Vergrö ßerung des von der Heizwendel-Spirale 9 umschriebenen Innendurchmessers oder durch eine Verlängerung in Richtung der Spiralachse 10, ebenso wie durch eine Vergrößerung des von der Heizwendel 8 selbst umschriebenen Durchmessers möglich. Dies wird dadurch erreicht, daß die Heizwendel 8 im Ringspalt 14 nicht über ihre Länge fixiert ist, sondern lediglich lose auf der In nenspirale 11 aufliegt.The changes in length do not lead to tensions in the heating element according to the invention. Changes in length of the heating coil 8 are compensated for by the free mobility of the heating coil spiral 9 . Compensation would be possible, for example, by enlarging the inner diameter circumscribed by the heating coil spiral 9 or by an extension in the direction of the spiral axis 10 , as well as by increasing the diameter circumscribed by the heating coil 8 itself. This is achieved in that the heating coil 8 is not fixed in the annular gap 14 over its length, but only loosely rests on the spiral 11 in .

Da auch weder die Innenspirale 11 noch die Stützwendel 12 innerhalb des Ringspaltes 14 über ihre Länge fixiert sind, können Längenänderungen dieser Bauteile gleichermaßen durch Verän derungen der jeweiligen Wendeldurchmesser oder -längen kompensiert werden.Since neither the inner spiral 11 nor the support coil 12 are fixed within the annular gap 14 over their length, changes in length of these components can be compensated for equally by changes in the respective coil diameter or length.

Dies gilt gleichermaßen beim Abkühlen des Heizraumes 1 auf Raumtemperatur. Dadurch wird ein Altern des Heizelementes vermieden. Das Heizelement zeichnet sich deshalb durch eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aus.This applies equally when the boiler room 1 cools down to room temperature. This prevents aging of the heating element. The heating element is therefore characterized by excellent resistance to temperature changes.

Plastische Verformungen der Innenspirale 11 bzw. der Stützwendel 12 führen bei der in Fig. 1 dargestellten vertikalen Anordnung zwar zu einer geringen Stauchung in Richtung der Spi ralachse 10, jedoch nicht zu einem Ausfall des Dentalofens. Dies wird im folgenden begründet.Plastic deformations of the inner spiral 11 or the support helix 12 lead to a slight compression in the direction of the spiral axis 10 in the vertical arrangement shown in FIG. 1, but not to a failure of the dental furnace. This is justified in the following.

Die Stützwendel 12 liegt an der Außenwandung des Innenrohres 6 locker an. Die Heizwendel- Spirale 9 wiederum liegt auf der Stützwendel 12 lose auf. Innerhalb der Heizwendel-Spirale 9 verläuft mit Spiel die Innenspirale 11. Beim Aufheizen auf ca. 1400°C kommt es aufgrund pla stischer Verformung zu einer Stauchung der Innenspirale 11 und dementsprechend zu einer Stauchung der Heizwendel-Spirale 9. Dabei besteht die Gefahr, daß sich benachbarte Steigun gen der Heizwendel-Spirale 9 berühren und dabei einen elektrischen Kurzschluß erzeugen, was zum Ausfall des Heizelementes führen würde. Dies wird jedoch durch die Stützwendel 12 ver hindert. Die Stützwendel 12 untergreift die Heizwendel-Spirale 9. Beim Stauchen der Heizwen del-Spirale 9 legt sich die Stützwendel 12 jeweils zwischen deren einzelne Wendeln. Dies wird dadurch gewährleistet, daß die Stützwendel 12 die gleiche Steigung aufweist, wie die Heizwendel-Spirale 9. Aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaft verhindert die Stützwendel 12 so einen Kontakt zwischen benachbarten Steigungen der Heizwendel-Spirale 9. Das Untergreifen der Heizwendel-Spirale 9 durch die Stützwendel 12 wird im Ausführungsbei spiel durch einen ausreichend großen Außendurchmesser des die Stützwendel 12 bildenden Quarzglas-Stabes sichergestellt.The support coil 12 lies loosely on the outer wall of the inner tube 6 . The heating coil spiral 9 in turn lies loosely on the supporting coil 12 . The inner spiral 11 runs with play within the heating spiral spiral 9 . When heating to approx. 1400 ° C there is a compression of the inner spiral 11 due to plastic deformation and accordingly a compression of the heating coil spiral 9 . There is a risk that adjacent slopes of the heating coil spiral 9 touch and thereby generate an electrical short circuit, which would lead to the failure of the heating element. However, this is prevented by the support helix 12 . The support coil 12 engages under the heating coil spiral 9 . When compressing the Heizwen del spiral 9 , the support coil 12 lies between their individual coils. This is ensured by the fact that the support coil 12 has the same slope as the heating coil spiral 9 . Due to its electrically insulating property, the support coil 12 thus prevents contact between adjacent slopes of the heating coil spiral 9 . Reaching under the heating coil spiral 9 by the support coil 12 is ensured in the exemplary embodiment by a sufficiently large outer diameter of the quartz glass rod forming the support coil 12 .

Eine zusätzliche Formstabilisierung wird durch das Einbringen von Quarzglaswolle 13 in den Ringspalt 14 erreicht. Das erfindungsgemäße Heizelement wurde Temperaturen bis zu 1400°C ausgesetzt. Ein ein Ausfall oder eine Beinträchtigung seiner Leistung wurde dabei nicht festgestellt.Additional shape stabilization is achieved by introducing quartz glass wool 13 into the annular gap 14 . The heating element according to the invention was exposed to temperatures up to 1400 ° C. No failure or impairment of his performance was found.

Claims

1. Heating element with a heating coil ( 8 ), which surrounds a heating element in the form of a spiral adjacent to a guide element, characterized in that the guide element is designed as an internal spiral ( 11 ) over which at least part of the heating coil ( 8 ) is loosely wound is, and that the inner spiral ( 11 ) consists of quartz glass or of a high-silica glass.

2. Heating element according to claim 1, characterized in that the inner spiral ( 11 ) is formed from egg nem tube.

3. Oven with a housing ( 3 ; 4 ; 5 ), which encloses a heating chamber ( 1 ), and with a heating element ( 8 ) comprising a heating element, which surrounds the heating chamber ( 1 ) in the form of a spiral adjacent to a guide element, thereby characterized in that the guiding element is designed as an inner spiral ( 11 ) over which at least part of the heating coil ( 8 ) is loosely wound, and that the inner spiral ( 11 ) consists of quartz glass or a high-silica glass.

4. Oven according to claim 3, characterized in that the inner spiral ( 11 ) and the heating coil ( 8 ) about a coaxial to the spiral longitudinal axis ( 10 ) arranged inner protective tube ( 6 ).

5. Furnace according to claim 4, characterized in that the inner protective tube ( 6 ) consists of quartz glass or of a high-silica glass.

6. Oven according to one of claims 3 to 5, characterized in that the inner spiral ( 11 ) and the heating coil ( 8 ) lie at least partially on a support element ( 12 ).

7. Oven according to claim 6, characterized in that the support element is designed in the form of a support spiral ( 12 ) which has the same slope as the inner spiral ( 11 ), and the at least part of the inner spiral ( 11 ) and the heating coil ( 8 ) engages.

8. Oven according to claim 7 and one of claims 4 or 5, characterized in that the support spiral ( 12 ), made of the same material as the inner spiral ( 11 ), loosely encloses the inner protective tube ( 6 ).

9. Oven according to one of claims 3 to 8, characterized in that the inner spiral ( 11 ) and the heating coil ( 8 ) are surrounded by an outer protective tube ( 7 ) extending coaxially to the longitudinal axis of the spiral ( 10 ).

10. Oven according to claim 9, characterized in that the outer protective tube ( 7 ) consists of quartz glass or of a high-silica glass.

11. Oven according to claim 8 or 9 and one of claims 4 or 5, characterized in that the annular gap ( 14 ) between the inner protective tube ( 6 ) and outer protective tube ( 7 ) contains quartz glass wool ( 13 ).

12. Oven according to one of claims 3 to 11, characterized in that it has a cover ( 15 ) made of quartz glass or of high-silica glass.