DE2352202C3

DE2352202C3 - Implementation through the thermal insulation of high-temperature electric furnaces

Info

Publication number: DE2352202C3
Application number: DE2352202A
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl.-Phys. 6450 Hanau Koertvelyessy
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1980-02-21
Also published as: DE2352202A1; DE2352202B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Durchführung durch die Wärmeisolation von elektrischen Hochtemperaturöfen mit einer Wärmeisolation, einer in der Wärmeisolation befindlichen Öffnung, außerhalb welcher eine weitere Wärmeisolation angeordnet ist, deren Vorderfläche eine auf den Ofeninnenraum gerichtete Wölbung aufweist und die größer ist als die zugehörige Öffnung.The invention relates to a bushing through the thermal insulation of high temperature electric furnaces with a thermal insulation, an opening located in the thermal insulation, outside which a further thermal insulation is arranged, the front surface of which is directed towards the furnace interior Has curvature and which is larger than the associated opening.

Durch die DE-OS 17 56 788 ist ein elektrischer Widerstandsofen vorbekannt, bei dem die Durchführung der elektrischen Zuleitung zu den Heizelementen abgedichtet ist, und zwar durch eine elektrisch leitende Stange, einen Isolator und eine Kappe, die zu den Heizelementen hin keine Öffnung oder dergleichen freilassen. Eine derartige Durchführung ist für die Überbrückung hoher Temperaturdifferenzen völlig ungeeignet.From DE-OS 17 56 788 an electric resistance furnace is previously known in which the implementation the electrical lead to the heating elements is sealed by an electrically conductive one Rod, an insulator and a cap that have no opening or the like towards the heating elements set free. Such a implementation is completely for bridging high temperature differences not suitable.

Durch die GB-PS 8 51458 ist es bekannt, die Wärmeisolation eines Druckgefäßes auch an den Stellen aufrechtzuerhalten, an denen sich Verschraubungen befinden. Auch hierbei werden keine durchgehenden Öffnungen gebildet. Diese sind vielmehr durch eine Scheibe vollständig abgedichtet. Die kuppeiförmige Ausbildung der Wärmeisolation ist nur dadurch bedingt, daß in deren Innerem Platz für die vorstehende Schraubenbefestigung vorhanden ist. Durch die hermetische Abdichtung des Wanddurchbruchs ist auch nicht die Möglichkeit gegeben, daß die kuppeiförmigen Isolationskörper Wärmestrahlung aus dem Ofeninnenraum reflektieren müssen. Auch dieser vorbekannte Gegenstand ist für die Durchführung elektrischer Zuleitungen bei Hochtemperaturöfen völlig ungeeignet.From GB-PS 8 51 458 it is known that Maintain thermal insulation of a pressure vessel even at the points where there are screw connections are located. Here, too, no through openings are formed. Rather, these are through a Washer completely sealed. The dome-shaped design of the thermal insulation is only due to that there is space in the interior for the protruding screw fastening. Through the hermetic Sealing of the wall opening is also not given the possibility that the dome-shaped Insulation body must reflect heat radiation from the furnace interior. This well-known one too The object is completely unsuitable for the implementation of electrical leads in high-temperature furnaces.

Durch die DE-OS 18 00 782 ist es bekannt, Strahlungsverluste bei Hochtemperaturöfen dadurch zu vermeiden, daß man außerhalb von Öffnungen in der Ofenisolation Blenden vorsieht Diese sind jedoch eben ausgeführt und haben nur eine beschränkte Reflexionswirkung in das Ofeninnere. Sie werden außerdem nicht von elektrischen Zuleitungen durchdrungen. Diese Zuleitungen sind vielmehr auf eine nicht näher beschriebene Weise durch die Ofenisolation hindurchgeführt, wobei das Problem der Wärmeverluste durch die erforderlichen Öffnungen ungelöst geblieben ist
Durch die US-PS 33 01 541 ist es bekannt, Öffnungen in der Wärmeisolation von Hochtemperaturöfen durch bewegliche Isolationsteile abzudecken, die zum Ofeninnern hin eine Wölbung aufweisen. Ein angenommener Krümmungsmittelpunkt der Wölbung liegt weit im Ofeninnern. Die Reflexionswirkung aufgrund der Wölbung allein ist infolgedessen gering und nur deswegen überhaupt vorhanden, weil die beweglichen Isolationsteile die Offnungen nahezu dicht verschließen. Wegen der Beweglichkeit der Isolationsteiie können diese nicht für eine Spannungsdurchführung zu ortsfesten Heizelementen verwendet werden. Die Spannungsdurchführung erfolgt daher unter Verwendung von Isolatoren, deren Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt so daß der Temperaturbereich nach oben hin begrenzt istFrom DE-OS 18 00 782 it is known to avoid radiation losses in high-temperature furnaces by providing screens outside of openings in the furnace insulation. However, these are flat and have only a limited reflection effect into the furnace interior. They are also not penetrated by electrical leads. Rather, these feed lines are passed through the furnace insulation in a manner not described in greater detail, the problem of heat losses through the required openings remaining unsolved
From US-PS 33 01 541 it is known to cover openings in the thermal insulation of high-temperature furnaces by movable insulation parts which have a curvature towards the furnace interior. An assumed center of curvature of the curvature lies far inside the furnace. The reflection effect due to the curvature alone is consequently small and only exists at all because the movable insulation parts close the openings almost tightly. Because of the mobility of the insulation parts, they cannot be used for voltage feedthrough to stationary heating elements. The voltage is therefore carried out using insulators, the conductivity of which increases as the temperature rises, so that the upper temperature range is limited

Durch die US-PS 32 19 331 ist es bei Wärmebehandlungsöfen mit Gasumwälzung gleichfalls vorbekannt, außerhalb von Öffnungen in der Wärmeisolation Isolationsteiie vorzusehen, die größer als die Öffnung sind und einen V-förmigen Querschnitt haben, durch den Strahlungswärme in das Ofeninnere reflektiert werden soll. Die angenommene Achse eines Zylinders, an dem die V-förmig geöffneten Flächen Tangenten darstellen, liegt jedoch etwa in Ofenmitte, so daß die Reflexionswirkung relativ gering ist Ein unerträgliches Maß an Strahlungsverlusten nach außen hin kann nur dadurch verhindert werden, daß der Überdeckungsgrad der Isolationsteile beträchtlich ist Die Isolationsteile sind daher hinsichtlich ihres Zusammenwirkens auch als »Wärm<;fallen« (Baffles) bezeichnet Auch in diesem Fall wird die Spannungsdurchführung mittels üblicher Keramikisolatoren bewirkt die oberhalb einer relativ niedrig hegenden Temperatur eine merkliche Leitfähigkeit erhalten.
Durch die US-PS 34 56 935 ist eine Mehrfachfolienisolation bekannt, die auch gekrümmt ausgeführt sein kann. Soweit Spannungsdurchführungen vorhanden sind, werden einfache Isolierhülsen verwendet, die durch die Folienlagen hindurchgeführt sind. Wird der Isolator von den Folienlagen berührt so kommt es bei höheren Temperaturen unvermeidbar zu Kurzschlüssen; befindet sich zwischen den Folienlagen und dem Isolator ein Luftspalt, so treten erhebliche Strahlungsverluste auf.
Durch die US-PS 29 94 007 ist bereits eine Spannungsdurchführung für elektrische Glimmentladungskammern vorbekannt, bei der eine unzulässige Erwärmung der Bauteile durch eine Wasserkühlung im Zentrum der Durchführung vermieden werden soll. Eine solche Lösung ist für extrem hohe Temperaturen jedoch ungeeignet Sie bringt nicht nur erhebliche Leistungsverluste mit sich, sondern erzeugt auch innerhalb des Ofens ein äußerst ungleichmäßiges Temperaturprofil, das für zahlreiche Anwendungsfälle untragbar ist Eine Anwendung dieser Lösung bei elektrischen Hochtem-From US-PS 32 19 331 it is also previously known in heat treatment furnaces with gas circulation to provide insulation parts outside of openings in the thermal insulation, which are larger than the opening and have a V-shaped cross-section, through which radiant heat is to be reflected into the furnace interior. The assumed axis of a cylinder, on which the V-shaped open surfaces represent tangents, lies roughly in the middle of the furnace, so that the reflection effect is relatively low The insulation parts are therefore also referred to as "heat <;fall" (baffles) in terms of their interaction. In this case too, the voltage is passed through by means of conventional ceramic insulators, which have a noticeable conductivity above a relatively low temperature.
From US-PS 34 56 935 a multiple film insulation is known, which can also be designed curved. As far as voltage feedthroughs are available, simple insulating sleeves are used, which are passed through the foil layers. If the insulator is touched by the foil layers, short circuits will inevitably occur at higher temperatures; if there is an air gap between the film layers and the insulator, considerable radiation losses occur.
From US-PS 29 94 007 a voltage feedthrough for electrical glow discharge chambers is already known, in which impermissible heating of the components by water cooling in the center of the implementation is to be avoided. However, such a solution is unsuitable for extremely high temperatures. It not only results in considerable power losses, but also creates an extremely uneven temperature profile within the furnace, which is unsustainable for numerous applications.

^6<5 peraturöfen ist daher nicht möglich. ^{6 <5} temperature ovens is therefore not possible.

Durch die US-PS 31 53 115 ist eine Hochspannungsdurchführung für Vakuumkammern vorbekannt, bei der die Stirnseite des Durchführungsisolators ungeschütztBy the US-PS 31 53 115 is a high voltage bushing previously known for vacuum chambers in which the face of the bushing insulator is unprotected

dem Innenraum der Vakuumkammer zugekehrt ist. Der Isolator heizt sich hierbei auf und wird bei hohen Temperaturen elektrisch leitend. Ein langer, enger Spalt zwischen dem Leiter und dem Isolator begünstigt das Niederschlagen von Metalldämpfen, die ebenfalls die Isoliereigenschaften beeinträchtigen. Die angegebene Lösung ist daher gleichfalls bei Hochtemperaturöfen nicht anwendbar.facing the interior of the vacuum chamber. The isolator heats up and becomes at high Electrically conductive temperatures. A long, narrow gap between the conductor and the insulator favors this Precipitation of metal vapors, which also impair the insulating properties. The specified The solution is therefore also not applicable to high-temperature furnaces.

Bei keiner der vorstehend beschriebenen bekannten Lösungen wurden Maßnahmen getroffen, die eine Kondensation von Metalldämpfen auf den Isolatoren verhindern kann. Die Bedampfung von Isolatoren mit Metallen führt aber unvermeidbar zu Fehlerströmen bzw. Kurzschlüssen.In none of the above-described known solutions measures were taken that a Can prevent condensation of metal vapors on the insulators. The vapor deposition of insulators with Metals, however, inevitably lead to fault currents or short circuits.

Hochtemperaturöfen werden in zunehmender Zahl in Industrie und Forschung benötigt. Interessenten für solche öfen sind beispielsweise Hersteller von Glüh- und Entladungslampen sowie von Elektronenröhren. Für diese Gegenstände müssen beispielsweise Rekristallisationsvorgänge in Lampenwendeln oder Sintervorgänge für Katodenwerkstoffe durchgeführt werden. Hochtemperaturöfen werden allerdings auch für Sinterprozesse allgemein und für die Werkstoffuntersuchung in der Industrie und in Forschungsstätten benötigt. Der Temperaturbereich, für den solche Öfen vorgesehen sind, liegt zwischen etwa 2000 und 2500° C, jedoch werden auch bereits Temperaturen oberhalb dieses Bereichs angestrebtIncreasing numbers of high-temperature furnaces are required in industry and research. Interested in such furnaces are, for example, manufacturers of annealing and discharge lamps as well as electron tubes. For example, recrystallization processes are required for these objects be carried out in lamp filaments or sintering processes for cathode materials. However, high-temperature furnaces are also used for sintering processes in general and for material analysis in industry and research facilities. Of the Temperature range for which such ovens are intended is between about 2000 and 2500 ° C, however Temperatures above this range are also aimed for

Zum Zwecke der Verhinderung einer Oxidation der behandelten Werkstücke müssen die öfen entweder unter Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre betrieben werden. Die öfen bestehen daher in der Regel aus einem gasdichten Ofengehäuse, einer die Werkstücke allseitig umgebenden Wärmeisolation und einer innerhalb der Wärmeisolation angeordneten Wärmequelle, die vorzugsweise als elektrischer Heizwiderstand ausgeführt ist Die Wärmeisolation kann hierbei aus einer Schicht von mineralischen Fasern oder einer Vielfachanordnung von hochglänzenden, reflektierenden und wärmebeständigen metallischen Folien bestehen, die nur an wenigen Punkten miteinander in Berührung stehen.For the purpose of preventing oxidation of the treated workpieces, the furnaces must either be operated under vacuum or under a protective gas atmosphere. The ovens are therefore usually made of a gas-tight furnace housing, a thermal insulation surrounding the workpieces on all sides and one inside the heat insulation arranged heat source, preferably as an electrical heating resistor The thermal insulation can consist of a layer of mineral fibers or a Multiple arrangements of high-gloss, reflective and heat-resistant metallic foils exist, which are only in contact with each other at a few points.

Aus dem beschriebenen Konstruktionsprinzip ergibt sich, daß z. B. Ein- und Durchführungen elektrischer Leitungen in das Ofeninnere nicht nur durch das Ofengehäuse, sondern auch durch die Wärmeisolation hindurchgeführt werden müssen, und zwar unter Anbringung von ausreichend dimensionierten Durchbrüchen. Diese Durchbrüche stellen eine Verlustquelle für den Wärmehaushalt des Hochtemperaturofens dar. Aus wärmetechnischen Gründen möchte man den Querschnitt der Durchbrüche möglichst gering halten. Dem steht die Forderung entgegen, daß der Querschnitt aus Gründen der Betriebssicherheit möglichst groß zu halten istFrom the construction principle described it follows that, for. B. Entries and bushings electrical Lines into the furnace interior not only through the furnace housing, but also through the thermal insulation must be passed through, with the attachment of sufficiently dimensioned openings. These breakthroughs represent a source of loss for the heat balance of the high-temperature furnace. For thermal reasons, you want to keep the cross-section of the openings as small as possible. This is countered by the requirement that the cross-section should be as large as possible for reasons of operational safety hold is

Bei Spannungsdurchführungen ergeben sich Probleme, weil der Werkstoff für die elektrische Zuleitung in der Regel auch ein guter Wärmeleiter ist, so daß aufgrund des hohen Temperaturgradienten nicht unbeträchtliche Wärmeverluste auftreten, durch welche der benötigte Durchführungsisolator thermisch und mechanisch stark beansprucht wird. Außerdem muß die elektrische Zuleitung allseits von einem für tsolationszwecke ausreichenden Luftspalt umgeben sein. Die Probleme werden noch verschärft durch die insbesondere in Vakuumöfen bestehende Tendenz der Bildung von Metalldämpfen, die sich zwischen Spannungszuführung und Wärmeisolation niederschlagen und dort im Laufe der Zeit den Luftspalt verengen, der aber auch auf dem elektrischen Isolator kondensieren, dort einen elektrisch leitfähigen Belag erzeugen und den Isolationswiderstand herabsetzen. Dazu kommt, daß ein Isolator bei Überschreitung einer Temperatur von größenordnungsmäßig 1000" C zunehmend elektrisch leitend wird und so die Ursache für einen Kurzschluß sein kann.Problems arise with voltage feedthroughs because the material for the electrical supply line is in is usually also a good conductor of heat, so that due to the high temperature gradient not inconsiderable Heat losses occur through which the required bushing insulator is thermally and mechanically is heavily used. In addition, the electrical supply line must be on one side for insulation purposes be surrounded by a sufficient air gap. The problems are exacerbated by the particular in vacuum furnaces there is a tendency for the formation of metal vapors, which develop between the voltage supply and heat insulation and narrow the air gap there over time, but also on the condense electrical insulator, there create an electrically conductive coating and the insulation resistance reduce. In addition, if a temperature of the order of magnitude is exceeded, an insulator 1000 "C becomes increasingly electrically conductive and so can be the cause of a short circuit.

Auf Vorgänge in der Spannungsdurchführung sind vermutlich die bei bekannten öfen beobachtetenProcesses in the voltage implementation are presumably those observed in known furnaces

ίο Spannungsinstabilitäten zurückzuführen, die sich unter anderem in impuisartigen Spannungsspitzen in der Stromzuleitung bemerkbar machen. Es wurde beobachtet, daß trotz zunehmender Stromaufnahme eines derartigen Ofens die Spannung und damit die Ofe «temperatur nicht mehr gesteigert werden konnte. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis ein kurzschlußähnlicher Zustand eintritt und die Sicherung im Heizstromkreis anspricht Derartige Vorgänge können bereits bei Temperaturen von etwa 2000° C beobachtet werden.ίο attributable to voltage instabilities that are under make noticeable, among other things, in pulse-like voltage peaks in the power supply line. It was observed that despite the increasing power consumption of such a furnace, the voltage and thus the The oven temperature could no longer be increased. This process continues until a short-circuit-like condition occurs and the fuse in the heating circuit responds Such processes can already be observed at temperatures of around 2000 ° C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel und Wege anzugeben, durch welche trotz eines ausreichenden Querschnitts der öffnung in der Wärmeisolation keine störende Beeinflussung des Temperaturprofils und keine hohen Energieverluste auftreten und durch welche eine Aufheizung des Isolators sowie die Kondensation von Metalldämpfen auf dem Isolator in größtmöglichem Umfang vermieden wird.The invention is based on the object of specifying ways and means by which despite a sufficient Cross-section of the opening in the thermal insulation does not interfere with the temperature profile and no high energy losses occur and through which a heating of the insulator as well as the Condensation of metal vapors on the insulator is avoided to the greatest possible extent.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die weitere Wärmeisolation in an sich bekannter Weise aus mehreren scheibenförmigen Folien aufgebaut ist deren einzelne Folien eine solche Wölbung aufweisen, und bei denen die vorderste Folie einen solchen Abstand von der öffnung aufweist, daß der Krümmungsmittelpunkt »M« der vordersten Folie innerhalb der öffnung liegt und daß die weitere Wärmeisolation konzentrisch zur Wölbung von einem stabförmigen elektrischen Leiter durchdrungen ist, der mittels eines Isolators in einer metallischen Halterung befestigt ist, wobei die weitere Wärmeisolation von der Öffnung aus gesehen, vor dem Isolator angeordnet ist, und wobei die Abmessungen der scheibenförmigen Folien um ein solches Maß größer gewählt sind als die Abmessungen der öffnung, daß keine Sichtverbindung zwischen den Räumen innerhalb und außerhalb der Wärmeisolation besteht.The object is achieved according to the invention in that the further thermal insulation is built up in a manner known per se from several disc-shaped foils, the individual foils of which have such a curvature, and in which the foremost foil is at such a distance from the opening that the center of curvature » M «of the foremost foil lies within the opening and that the further thermal insulation is penetrated concentrically to the curvature by a rod-shaped electrical conductor which is fastened by means of an insulator in a metallic holder, the further thermal insulation being arranged in front of the insulator when viewed from the opening is, and wherein the dimensions of the disc-shaped foils are selected to be greater than the dimensions of the opening by such a degree that there is no visual connection between the spaces inside and outside the thermal insulation.

Aufgrund der endlichen Dicke der Wärmeisolation kann der Krümmungsmittelpunkt »M« an verschiedenen Stellen innerhalb der öffnung in der Wärmeisolation liegen. Es ist allerdings besonders zweckmäßig, denBecause of the finite thickness of the thermal insulation, the center of curvature “M” can lie at various points within the opening in the thermal insulation. However, it is particularly useful to use the

so Krümmungsmittelpunkt »M« der vordersten Folie im geometrischen Schwerpunkt der öffnung anzuordnen. Bei einer zylindrischen öffnung in der Wärmeisolation mit konzentrischer Anordnung des elektrischen Leiters bedeutet dies, daß der Krümmungsmittelpunkt »M« in der Mitte desjenigen Abschnitts der Leiterachse liegt, der zwischen der inneren und der äußeren Hüllfläche der Wärmeisolation liegtso to arrange the center of curvature »M« of the foremost film in the geometric center of gravity of the opening. In the case of a cylindrical opening in the thermal insulation with a concentric arrangement of the electrical conductor, this means that the center of curvature "M" lies in the middle of that section of the conductor axis which lies between the inner and outer envelope surface of the thermal insulation

Die weitere Wärmeisolation kann die gleichen Auslegungsdaten wie die Wärmeisolation des Ofengehäuses haben, d. h. bei Verwendung von Metallfolien für die Wärmeisolation des Ofengehäuses besitzt die weitere Wärmeisolation die gleiche Anzahl von Folicnlagen, die auf der Vorder- und Rückseite (auf das Ofeninnere bezogen) von einer merklich dickeren kalottenförmig gewölbten Folie begrenzt sind. Diese dickere Folie hat eine ausreichende mechanische Festigkeit, aufgrund welcher eine Verformung unter dem Einfluß von mechanischen Kräften nicht bzw. nichtThe additional thermal insulation can have the same design data as the thermal insulation of the furnace housing have, d. H. when using metal foils for the thermal insulation of the furnace housing, the further thermal insulation the same number of foil sheets on the front and back (on the Inside of the furnace) are delimited by a noticeably thicker, dome-shaped, arched film. These thicker film has sufficient mechanical strength, due to which under deformation the influence of mechanical forces not or not

ohne weiteres möglich ist. Als Material für die genannten Folien kommen sämtliche hochschmelzenden und temperaturbeständigen Metalle in Frage, vorzugsweise Molybdän.is easily possible. All high-melting point materials are used for the foils mentioned and temperature-resistant metals in question, preferably molybdenum.

Aufgrund ihrer geometrischen Konfiguration hat die weitere Wärmeisolation die Wirkungsweise eines Reflektors für die bei den angegebenen Temperaturen beträchtliche Wärmestrahlung und für die in Dampfform aus der Öffnung austretenden Metallatome. Der Brennpunkt des Reflektors ist dabei dem Ofeninnern ι ο zugekehrt Hieraus ergibt sich, daß der Ausdruck »Kriimmungsmittelpunkt« die erfindungsgemäße Lösung keineswegs auf die Ausbildung der Folien als Kugelkalotten beschränkt Vielmehr ist eine jede Wölbung der Folien geeignet, die zu einem Reflektor mit einem zum Ofeninnern hin gerichteten Brennpunkt führt. Eine parabelförmige Formgebung der Folien ist daher mindestens ebenso gut geeignet Zur Wirkung des Reflektors ist auszuführen, daß bei Hochtemperaturöfen, d.h. bei öfen, deren Betriebstemperatur über 2000⁰C liegen, 30 bis 40% Wärmeverluste durch öffnungen auftreten, die nur 1 bis 2% der Oberfläche der Ofenisolation ausmachen. Die öffnungen bewirken, daß der Ofen als schwarzer Strahler arbeitet, so daß die Leistung nach T⁴ wächst. Durch den Erfindungsgegenstand wächst aber die Leistung nur mit etwa T³, weil praktisch überhaupt keine freie Strahlung mehr nach außen auftrittDue to its geometric configuration, the additional thermal insulation has the function of a reflector for the heat radiation, which is considerable at the specified temperatures, and for the metal atoms emerging from the opening in vapor form. The focal point of the reflector is facing the inside of the furnace. This means that the expression "center of curvature" in no way restricts the solution according to the invention to the formation of the foils as spherical caps directed focal point leads. A parabolic shape of the films is therefore at least as well suited for the effect of the reflector is to be executed, that in high-temperature furnaces, ie ovens at whose operating temperature higher than 2000 ⁰ C, 30 to 40% of heat losses through openings only 1 to 2% of the Identify the surface of the furnace insulation. The openings cause the furnace to work as a black body, so that the power increases after T ⁴ . Due to the subject matter of the invention, however, the power only increases with about T ³ , because practically no free radiation at all occurs to the outside

Die Dampfreflektion ergibt sich aus der Tatsache, daß die vorderste Folie sich aufgrund des Temperaturgradienten in den nachfolgenden Folien auf beträchtliche Temperaturen aufheizt bei denen die niedergeschlagenen Metalle wieder abdampfen, so daß ein Gleichgewichtszustand entsteht. Hierbei heizt sich gleichzeitig auch der elektrische Leiter stärker auf, so daß auch dieser vor einer Kondensation von Metalldämpfen geschützt ist die den Luftspalt zusetzen könnten. Der die weitere Wärmeisolation durchdringende elektrische Leiter kann hierbei ohne weiteres mit der gewölbten Isolation in elektrisch leitender Verbindung stehen. ohne daß es zu einem Kurzschluß kommen kann, weil zwischen der Ofenisolation und der weiteren Isolation ein ausreichender Abstand bestehtThe vapor reflection results from the fact that the foremost film is due to the temperature gradient in the following slides heated up to considerable temperatures at which the depressed The metals evaporate again so that a state of equilibrium arises. This heats up at the same time also the electrical conductor stronger, so that this also from a condensation of metal vapors is protected that could clog the air gap. The electrical penetrating the further thermal insulation The conductor can easily be in an electrically conductive connection with the arched insulation. without the possibility of a short circuit, because between the furnace insulation and the further insulation there is sufficient distance

Durch die reflektorartige Wärmeisolation werden sowohl die Wanderung von Metalldämpfen zwischen dem Ofeninnern und dem Raum außerhalb der Ofenisolation als auch ein Wärmeverlust wirksam unterbunden bzw. beträchtlich reduziert ohne daß eine Strömung wegen des Abstandes der beiden Wärmeisolationen behindert würde.The reflector-like thermal insulation prevents the migration of metal vapors between the inside of the furnace and the space outside the furnace insulation as well as heat loss prevented or considerably reduced without a flow because of the distance between the two thermal insulation would be hindered.

Der Erfindungsgegenstand besteht daher im Prinzip in einer vorteilhaften Kombination einer außerordentlich wirksamen Wärmeabschirmung von Öffnungen in der Ofenisolation und einer Spannungsdurchführung, wobei sich die Einzelmerkmale in einem Maße gegenseitig fördern und durchdringen, wie dies mit den Mitteln des Standes der Technik nicht erreicht werden kann.The subject matter of the invention therefore exists in principle in an advantageous combination of an extremely effective heat shielding of openings in the furnace insulation and a voltage feedthrough, whereby the individual features are to a degree promote and penetrate each other in a way that cannot be achieved with the means of the prior art can.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung sei nachfolgend anhand einer Figur näher beschrieben, die einen teilweisen Schnitt und eine Seitenansicht einer vollständigen Spannungsdurchführung zeigtAn exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described in greater detail below with the aid of a figure described, showing a partial section and a side view of a complete voltage feedthrough shows

In der Figur ist mit 1 das metallische Gehäuse eines Hochtemperatur-Vakuumofens bezeichnet, welches mit einer zylindrischen Bohrung 2 versehen ist, die zur Aufnahme der Spannungsdurchführung 3 dient Die Spannungsdurchführung besteht aus einem stabförmigen elektrischen Leiter 4, der von einer metallischen Buchse 5 umgeben ist, aus einem hohlzylindrischen Isolator 6 und einer metallischen Halterung 7, die in die Bohrung 2 des Gehäuses 1 eingesetzt ist Die genannten Teile 4 bis 7 sind konzentrisch zueinander angeordnet.In the figure, 1 denotes the metallic housing of a high-temperature vacuum furnace, which with a cylindrical bore 2 is provided, which is used to accommodate the voltage bushing 3 Voltage feedthrough consists of a rod-shaped electrical conductor 4, which is connected by a metallic Socket 5 is surrounded by a hollow cylindrical insulator 6 and a metallic holder 7, which is in the Bore 2 of the housing 1 is inserted. Said parts 4 to 7 are arranged concentrically to one another.

Der Isolator 6 ist mit der metallischen Halterung 7 über ein aufgekittetes, dehnungsausgleichendes Zwischenglied 8 verbunden. Die metallische Buchse 5 besitzt einen Ansatz 9, der einen geringeren Durchmesser aufweist und mit einem Außengewinde versehen ist Auf dem Ansatz 9 befindet sich eine schalenförmige Kappe 10, die mittels einer Mutter 11 gegen die SchulterThe insulator 6 is connected to the metallic holder 7 via a cemented, expansion-compensating intermediate member 8 connected. The metallic socket 5 has a projection 9 which has a smaller diameter and is provided with an external thread. On the extension 9 there is a cup-shaped Cap 10, which by means of a nut 11 against the shoulder

12 am Ende des Ansatzes 9 gepreßt wird. Der äußere Rand der Kappe 10 ist mit dem Isolator 6 verkittet Der Isolator 6 erstreckt sich mittels eines kragenförmigen Fortsatzes 13 um ein gewisses Maß in den Ringspalt zwischen metallischer Buchse 5 und metallischer Halterung 7. Die Buchse 5 ist im Bereich des Fortsatzes12 is pressed at the end of the approach 9. The outer edge of the cap 10 is cemented to the insulator 6 Insulator 6 extends a certain amount into the annular gap by means of a collar-shaped extension 13 between metallic socket 5 and metallic holder 7. The socket 5 is in the area of the extension

13 mit einem rillenförmig ausgedrehten Kragen 14 versehen, dessen Innenkontur der Außenkontur des Fortsatzes 13 ähnlich ist so daß ein Luftspalt etwa gleichbleibender Weite zwischen der Buchse 5 und dem Isolator 6 gebildet wird. Der dadurch entstehende gekrümmte Pfad schützt die Innenfläche des Isolators 6 wirksam vor dem Niederschlag irgendwelcher Metalldämpfe, die die Isolationswirkung aufheben könnten. Das dem Ansatz 9 abgewandte Ende der Buchse 5 ist mit einer kartenförmigen Ausdehnung 15 versehen, die zur Aufnahme der weiter unten noch näher beschriebenen Wärmeisolation 16 des stabförmigen Leiters 4 dient13 provided with a groove-shaped turned collar 14, the inner contour of which corresponds to the outer contour of the Extension 13 is similar so that an air gap of approximately constant width between the socket 5 and the Insulator 6 is formed. The resulting curved path protects the inner surface of the insulator 6 effective against the precipitation of any metal fumes that could destroy the insulation effect. The end of the socket 5 facing away from the approach 9 is provided with a card-shaped extension 15 which serves to accommodate the thermal insulation 16 of the rod-shaped conductor 4, which will be described in greater detail below

An das Gehäuse 1 schließt sich zum Ofeninnenraum 17 hin eine Wärmeisolation 18 an, die aus einer Vielzahl von Lagen metallisch blanker Folien aus Molybdän besteht. Die Isolationswirkung derartiger Folienpakete ist ganz erstaunlich gut Im Bereich des durch das Gehäuse 1 hindurchgeführten stabförmigen Leiters 4 besitzt die Wärmeisolation 18 eine Öffnung 19 solchen Durchmessers, daß um den Leiter 4 herum ein Luftspalt ausreichender Abmessungen gebildet wird, so daß keine Spannungsüberschläge stattfinden könnea Durch die öffnung 19 ist der Leiter 4 konzentrisch hindurchgeführt wobei durch die innere Hüllfläche 20 und die äußere Hüllfläche 21 der Wärmeisolation 18 ein (gedachter) Abschnitt der Achse des Leiters 4 gebildet wird, dessen Halbierungspunkt auch als geometrischer Schwerpunkt der öffnung 19 bezeichnet werden kann.A thermal insulation 18 adjoins the housing 1 towards the furnace interior 17, which is made up of a plurality consists of layers of bare metal foils made of molybdenum. The insulating effect of such foil packages is quite surprisingly good in the area of the rod-shaped conductor 4 passed through the housing 1 the thermal insulation 18 has an opening 19 of such a diameter that around the conductor 4 an air gap of sufficient dimensions so that no flashovers can take place opening 19, the conductor 4 is passed concentrically through the inner envelope surface 20 and the outer envelope surface 21 of the thermal insulation 18 an (imaginary) section of the axis of the conductor 4 is formed whose bisection point can also be referred to as the geometric center of gravity of the opening 19.

Außerhalb der öffnung 19 (bezogen auf den Ofeninnenraum 17) ist der Leiter 4 an einer vor dem Isolator 6 liegenden Stelle mit der bereits oben genannten Wärmeisolation 16 versehen, die analog zur Wärmeisoiation 18 aus mehreren scheibenförmigen Folien gleicher Art und Beschaffenheit besteht Lediglich die vorderste Folie 22 und die hinterste Folie 23 haben eine merklich größere Wandstärke, so daß sie zur beiderseitigen Begrenzung des die Wärmeisolation 16 bildenden Folienpakets dienen können. Die zweckmäßigste Krümmung und der Durchmesser der einzelnen Scheiben der Wärmeisolation 16 werden aufgrund folgender geometrischer Konstruktion bestimmt Der bereits oben genannte geometrische Schwerpunkt der öffnung 19 ist gleichzeitig Krümmungsmittelpunkt »M« der vordersten Folie 22, die einen möglichst geringen Abstand von der öffnung 19 haben soll. Die vorderste Folie 22 liegt infolgedessen in einer um den Kriimmungsmittelpunkt »M« gelegten Kugelfläche. Aus dieser Kugelfläche wird durch den Schnitt mit einem Kegelmantel ein kreisförmig begrenztes Stück herausgeschnitten. Die Erzeugende desOutside the opening 19 (in relation to the furnace interior 17), the conductor 4 is provided with the above-mentioned thermal insulation 16 at a point in front of the insulator 6, which, analogous to the thermal insulation 18, consists of several disk-shaped foils of the same type and quality, only the foremost foil 22 and the rearmost film 23 have a noticeably greater wall thickness, so that they can serve to delimit the film package forming the thermal insulation 16 on both sides. The most appropriate curvature and diameter of the individual slices of the thermal insulation 16 be due to the following geometric structure determined The above-mentioned geometrical center of gravity of the opening 19 is at the same center of curvature "M" of the foremost sheet 22 which is to have the smallest possible distance from the opening 19th As a result, the foremost film 22 lies in a spherical surface placed around the center of curvature "M". A circularly delimited piece is cut out of this spherical surface by the cut with a conical surface. The generator of the

Kegelmantels wird dadurch gefunden, daß man durch den Krümmungsmittelpunkt M« eine Gerade legt, die die in der äußeren Hüllfläche 21 liegende Umlaufkante 24 berührt. Die Verlängerung dieser Geraden 25 bestimmt nun aufgrund der in der Figur dargestellten geometrischen Verhältnisse den Mindestdurchmesser der Wärmeisolation 16. Es versteht sich, daß der Mindestdurchmesser aufgrund der Divergenz der Geraden 25, die einen Winkel »«« zwischen sich einschließen, um so größer werden muß, je weiter sich die Wärmeisolation 16 von der Öffnung 19 entfernt. Die Einzelteile der Wärmeisolation 16 sind naturgemäß rotationssymmetrisch ausgebildet, während in der Figur nur die geometrischen Verhältnisse in der Schnittebene dargestellt sind. Aufgrund der angegebenen Konstruktion ergibt sich zwischen der Wärmeisolation 16 und der Wärmeisolation 18 eine radiale Überdeckung die mit »5«· bezeichnet ist Diese Überdeckung verhindert mit Sicherheit, daß irgendeine Wärmestrahlung oder Metalldampf den Isolator 6 unmittelbar erreichen. DieThe surface of the cone is found by laying a straight line through the center of curvature M ″ which touches the peripheral edge 24 located in the outer envelope surface 21. The extension of this straight line 25 now determines the minimum diameter of the thermal insulation 16 based on the geometric relationships shown in the figure. It goes without saying that the minimum diameter must be all the larger due to the divergence of the straight lines 25, which enclose an angle "" between them , the further the thermal insulation 16 is removed from the opening 19. The individual parts of the thermal insulation 16 are naturally designed to be rotationally symmetrical, while only the geometric relationships in the sectional plane are shown in the figure. Due to the construction indicated, there is a radial overlap between the thermal insulation 16 and the thermal insulation 18, which is labeled "5". This overlap reliably prevents any thermal radiation or metal vapor from reaching the insulator 6 directly. the

Wärmestrahlung wird vielmehr ebenso wie ein großer Teil der Dampfpartikel in Richtung auf den Ofeninnenraum 17 reflektiert, so daß eine Beeinträchtigung des Wärmehaushalts und der Isolationswirkung der Durchführung nicht auftreten können. Die Befestigung der einzelnen Folien der Wärmeisolation 16 erfolgt an der metallischen Buchse 5 durch aus Draht bestehende Zuganker 26, von denen mehrere auf den Umfang der Buchse 5 verteilt sind.Rather, thermal radiation, like a large part of the vapor particles, is directed towards the interior of the furnace 17 reflects, so that an impairment of the heat balance and the insulating effect of the implementation cannot occur. The attachment of the individual foils of the thermal insulation 16 takes place on the metallic socket 5 by existing wire tie rods 26, several of which on the circumference of the Socket 5 are distributed.

example

In einem Hochtemperaturofen mit Widerstandsbeheizung und zwei Spannungsdurchführungen, wie sie in der Figur dargestellt sind, wurden 40 g Kupfer verdampft. Nach dem Verdampfen der gesamten Kupfermenge blieb der Isolationswiderstand der Durchführung oberhalb 100 MEGOHM. Das Fassungsvermögen des verwendeten Hochtemperaturofens betrug 2,2 Liter.In a high-temperature furnace with resistance heating and two voltage feedthroughs, as shown in shown in the figure, 40 g of copper was evaporated. After vaporizing the whole The amount of copper remained the insulation resistance of the bushing above 100 MEGOHM. The capacity of the high-temperature furnace used was 2.2 liters.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

030 208/181030 208/181

Claims

Claim:

Implementation through the thermal insulation of electrical high-temperature furnaces with a thermal insulation, an opening located in the thermal insulation, outside which a further thermal insulation is arranged, the front surface of which has a curvature directed towards the furnace interior and which is larger than the associated opening, characterized in that the further Thermal insulation (16) is built up in a manner known per se from several disc-shaped foils, the individual foils of which have such a curvature, and in which the foremost foil (22) is at such a distance from the opening (19) that the center of curvature "M" the foremost film lies within the opening and that the further thermal insulation is penetrated concentrically to the curvature by a rod-shaped electrical conductor (4) which is fastened by means of an insulator (6) in a metallic holder (7), the further thermal insulation from the opening seen from, is arranged in front of the isolator , and wherein the dimensions of the disk-shaped foils are chosen to be greater than the dimensions of the opening (19) by such a dimension "S" that there is no visual connection between the spaces inside and outside the thermal insulation (18).