DE2718596A1

DE2718596A1 - Mit einer isolierten muffel ausgestatteter ofen

Info

Publication number: DE2718596A1
Application number: DE19772718596
Authority: DE
Inventors: Albert George Docx
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-01
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1977-11-10
Also published as: FR2361615B1; JPS52138736A; DE2718596C2; FR2361615A1; GB1585458A

Description

ALBERT GEORGE DOCX Ellesmere Road, Altrincham, Cheshire, England

Mit einer isolierten Muffel ausgestatteter Ofen

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einer oder mehreren Muffeln oder Muffelabschnitten ausgestatteten Ofen.

Es ist eine Vielzahl von Muffelöfen bekannt zum Brennen keramischer Werkstücke, wie sie beispielsweise in dentalem Anwendungsbereich gefordert werden. Keramische Werkstücke müssen allmählich in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Heizprogramm von einer relativ niedrigen auf eine relativ hohe Temperatur erhitzt werden, wenn einwandfreie keramische Werkstücke erhalten werden sollen· Die bekannten derartigen öfen besitzen eine auf hoher Temperatur gehaltene Muffel und eine Transportvorrichtung zur Eingabe der Werkstücke in die Muffel mit einer gesteuerten

709845/0997

S
- ζ -

niedrigen Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit,mit der sich die Transportvorrichtung relativ zur Muffel bewegt, beeinflußt und bestimmt das Vorheiz-Programm.

Die Transportvorrichtung, die bei einer vibrationsfreien Bewegung eine niedrige Geschwindigkeit besitzt, ist kostenaufwendig sowohl in der Herstellung als auch in der Wartung, und erhöht zusätzlich die Abmessung des Ofens in unerwünschter Weise. Außerdem werden die Werkstücke bei ihrer B ewegung durch die Fördervorrichtung zur Muffel anfänglich durch Strahlu ngshitze von der Muffel nur auf einer Seite beaufschlagt. Hierbei ergibt sich eine unerwünschte Ungleichmäßigkeit des Werkstückes.

Bisher wurden stets derartige öfen mit einer Transportvorrichtung benutzt, da es nicht für möglich gehalten wurde, das gewünschte Heizprogramm in befriedigender Weise zu verwirklichen dadurch, daß ein Werkstück in die Muffel eingegeben und die Temperatur innerhalb der Muffel durch Regelung der Heizenergie gesteuert wird. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, daß in allgemeiner Praxis Muffeln mit einer massiven hitzebeständigen Tragbasis mit hoher Speicherkapazität für die Wärme und in einer Konstruktion hergestellt werden, die dazu bestimmt ist, die Muffel auf einer konstanten hohen Temperatur zu halten.

709845/0997

Hieraus ergibt sich, daß nach Aufheizung des Ofens eine beträchtliche Zeit erforderlich ist, um ihn auf eine ausreichend niedrige Temperatur abzukühlen, um die Brennfolge für ein neues keramisches Werkstück einzuleiten. Der Ofen ist somit während der langen Abkühlungsperioden nicht betriebsfähig, wodurch die Produktionskapazität in hohem Maße reduziert wird.

Außerdem wurde eine zyklische Beheizung und Abkühlung von Muffelöfen über einen Temperaturbereich oberhalb lOOO C, wie er bei für den dentalen Bereich benötigten öfen gefordert wird, nicht in Erwägung gezogen, da die zur Verfügung stehenden Muffeln bald durch schnelle Heizung und Kühlung zerstört wurden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Probleme zu überwinden und einen Ofen zu schaffen, der die bisher erforderliche Transportvorrichtung überflüssig macht, und die Muffel so auszubilden, daß sie einer schnellen Beheizung und Abkühlung standhält.

Der der Lösung dieser Aufgabe dienende Ofen besitzt eine isolierte Muffel, in die die Werkstücke unmittelbar durch eine öffnung eingegeben werden können, einen dem Verschluß der Öffnung dienenden Deckel, eine Heizvorrichtung für die Muffel und eine Steuervorrichtung zur Beheizung der Muffel, und

709845/0997

die Öffnung ist am Kopf der Muffel angeordnet, um eine schnelle Abkühlung der Muffel nach Freigabe der Öffnung durch den Deckel zu gewährleisten.

Vorzugsweise wird eine zylindrische Muffel verwendet, die einen oberseitig offenen Napf bildet, in die die Werkstücke von Hand abgesenkt werden können. Der Deckel besteht vorzugsweise aus einer isolierenden Scheibe, die derart schwenkbar angeordnet ist, daß der Kopf der napfförmigen Muffel verschlossen werden kann. Diese Anordnung stellt sicher, daß bei geöffnetem Deckel die in der Muffel befindliche Hitze schnell abgeleitet wird.

Die Heizvorrichtung der Muffel besteht vorzugsweise aus einer Heizspirale, die spiralförmig um die Innenfläche der zylindrischen Muffel gewunden ist. Vorzugsweise wird bei Öffnung des Deckels die Erregung der Heizspirale ausgeschaltet.

Der Deckel ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er die Muffel gasdicht verschließen kann, damit die Muffel beispielsweise durch eine Vakuumpumpe mit Unterdruck beaufschlagt werden kann.

709845/0997

Erfindungsgemäß wird eine Muffel oder ein Muffelabschnitt verwendet, der die Heizspirale In einem oder mehreren in einem Träger aus keramischem Fasermaterial angeordneten Kanälen aufnimmt, wobei die Heizspirale in dem Kanal durch diesen übergreifende Streifen aus einem keramischen Fasermaterial gehalten wird.

Die Heizspirale selbst ist um die Innenseite eines Zylinders gewunden. Der Kanal kann aus Windungen einer Spirale aus keramischem Fasermaterial bestehen, die an der Innenseite eines rohrförmigen Körpers befestigt ist. Der Kanal kann auch in die Innenseite eines rohrförmigen Körpers eingeschnitten sein. Die Streifen aus keramischem Fasermaterial sind vorzugsweise diagonal zu dem Kanal angeordnet.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und es bedeutet:

Fig, 1 eine Vorderansicht des Ofens in teilweisem Schnitt!

Fig, 2 eine perspektivische Darstellung in teilweisem Schnitt der in dem Ofen gemäß Fig. angeordneten Muffel;

- 6 -709845/0997

271859$

Fig, 3 eine Seitenansicht des Ofens gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der

in der Muffel auftretenden Temperatur änderungen; und

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für das Heizprogramm.

Gemäß Fig. 1 besteht der Ofen aus einem Gehäuse 1 aus Stahlblech, mit einer kreisförmigen öffnung, in der ein Aluminiumbehälter 2 eingesetzt ist. Der Behälter 2 weist einen Ringflansch 3 auf, der den Rand der öffnung des Gehäuses 1 übergreift, und es ist ein elastischer Ring 4 auf dem Gehäuse 1 angeordnet. Der Flansch 3 wird gegen den Ring 4 mittels einer Schrauben-Mutter-Anordnung gepreßt, die an der Unterseite des Behälters 2 und am Boden des Gehäuses 1 angreift. Eine Reihe von öffnungen 6 sind in dem Gehäuse um den Behälter 2 herum und in dem Boden des Gehäuses um die Schrauben-Mutter-Anordnung 5 herum angeordnet. Ein Anschluß 7 gestattet die Anordnung einer nicht dargestellten Vakuumpumpe zur Evakuierung des Behälters 2.

709845/0997

Das Gehäuse 1 besitzt Füße 8, um eine Luftzirkulation unter dem Gehäuse 1 zu den unteren öffnungenö zu ermöglichen.

Eine Konsole 9 aus keramischem Fasermaterial ist in dem Behälter 2 auf Stutζfußen 10 aufgenommen, um einen Luft-Zwischenraum 11 zu schaffen. Ein Zylinderring 12 aus keramischem Fasermaterial ruht auf der Konsole 9 und in dem zylindrischen Ring 12 ist eine ebenfalls auf der Konsole 9 ruhende Muffel 13 angeordnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht die Muffel 13 aus einem rohrförmigen Körper 14 aus keramischem Fasermaterial, in dem ein Streifen 15 rechteckigen Querschnittes in Spiralform gewunden ist. Ein Kanal 16 wird zwischen den benachbarten Windungen des Streifens 15 gebildet, und eine Heizspirale 17 ist in diesem Kanal 16 angeordnet. Streifen 18 aus keramischem Fasermaterial sind mittels eines Bindemittels quer zum Kanal befestigt und halten die Heizspirale 17 in ihrer Lage. Die Streifen 18 sind quer zum Kanal 16 in einem solchen Winkel angeordnet, daß benachbarte Windungen der Heizspirale geneigt zu den Streifen 18 gerichtet sind. Hierdurch wird ein Gleiten der Streifen zwischen benachbarten Windungen der Heizspirale verhindert. Die Streifen 18 werden in ihrer Stellung gehalten durch ein Bindemittel, das aus zerkleinerten Fasern und einem flüssigen Härtemittel besteht.

709845/0997

Das flüssige Härtemittel ist ein flüssiger Binder aus

einer wäßrigen kolloidalen Kieselsäurelösung hoher Reinheit, die Spuren von Natriumsilikat und Chlorid-Ionen enthält.

Ein solches Härtemittel wird unter der Bezeichnung TRITON HARDNER von der Firma Morganite Ceramic Fibres Limited

hergestellt.

In abgewandelter Ausführungsform kann der Kanal 16 auch in einen ringförmigen Körper eingeschnitten sein, dessen Dicke gleich ist der Summe des Körpers 14 und des Streifens 15 gemäß Fig, I.

Ein Deckel 19 ist mittels eines Gelenkes 20 an dem Gehäuse befestigt. Der Deckel 19 besteht aus einer Kappe 21 aus rostfreiem Stahl, die einen isolierenden Körper 22 aus keramischem Fasermaterial trägt. Um den Rand des Deckels ist ein O-Ring 23 angeordnet, so daß bei geschlossenem Deckel ein luftdichter Abschluß gebildet wird, zwischen dem O-Ring und einerseits dem Deckel 19 und andererseits dem Flansch des Behälters 2, Der Deckel 19 steht unter der Wirkung einer Zugf eder 24 und wird in der Schließstellung gegen die Wirkung der Feder 24 durch eine Klinke 25 gehalten, die schwenkbar an dem Gehäuse 1 befestigt ist. Die Klinke 25 kann von Hand oder durch einen Elektromagneten 26 betätigt werden. Wenn die Klinke 25 den Deckel 19 entweder durch

709845/0997

27f

manuelle Betätigung oder durch Erregung des Elektromagneten 26 freigibt, hebt die Feder 24 den Deckel 19 in die in Fig. 3 gezeigte Stellung, in der die Feder 24 relativ zum Schwenkpunkt 20 gesperrt ist.

Beim Betrieb werden die zu brennenden Werkstücke auf einen nicht dargestellten Träger gegeben, und der Träger wird mit dem Werkstück in die Muffel eingesetzt. Die am Boden der Muffel befindliche Konsole 9 gemäß Fig. 1 trägt einen Stift 27, der mit dem Träger des Werkstückes in Eingriff tritt. Nachdem der Träger in die Muffel eingesetzt ist, wird der Deckel 19 geschlossen, und eine Heizfolge wird eingeleitet. Der Körper 22 des Deckels 19 trägt eine konvexe Kappe 28, und die Konsole 9 trägt eine konvexe Kappe 29. Die Kappen und 29 stellen sicher, daß der Träger des Werkstückes zentrisdh in der Muffel angeordnet ist und gleichmäßige reflektierte Energie von dem Heizelement erhält. Wenn die Heizfolge beendet ist, wird der Deckel 19 geöffnet. Da die Muffel voll zur Atmosphäre geöffnet ist, kühlt sie schnell ab, wobei die Kühlung unterstützt wird durch einen in Fig. 1 mit Pfeilen eingezeichneten Luftstrom von den unteren zu den oberen Öffnungen 6 des Gehäuses 1. Obwohl das Heizelement 16 lediglich in der Muffelwandung ruht, ist es gegen Verlagerung gehalten durch einen minimalen Kontakt mit den Streifen aus keramischem Fasermaterial. Hierdurch ergibt sich eine freie

- 10 -

709845/0997

yo -

Hitzestrahlung, ohne daß sich heiße Punkte entwickeln können, so daß die schnelle Abkühlung begünstigt wird. Die Konstruktion der Muffel und der sie umgebenden Isolierung ist derart, daß die Hitzekapazität des Ofens relativ niedrig ist und damit auch die zum Zwecke der Abkühlung der Muffel abzuleitende Energie ebenfalls relativ niedrig ist.

Die Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung, die eine besondere Aufheizfolge darstellt, die mit dem erfindungsgemäße Ofen erhalten werden kann durch Steuerung mittels einer elektronischen Vorrichtung, die zu Fig. 5 beschrieb en wird.

Ausgehend von einer Umgebungstemperatur T₁ wird der Ofen in einer Zeit t. auf eine Temperatur T_ erwärmt. Darauf werden die Werkstücke in die Muffel eingesetzt, und der Deckel 19 geschlossen. Während der Zeit t~ erfolgt keine weitere Beheizung. Hierdurch wird erreicht, daß die Werkstücke und ihre Träger in Gleichgewicht mit dem Ofen kommen. Der Ofen wird dann ständig während einer Zeit t₃auf eine Temperatur T₃ erhitzt, um die Werkstücke zu trocknen und vorzuheizen. Die Luft in dem Raum 11 stellt sicher, daß aus den Werkstücken ausgegaste Farbe oder Stärke absorbiert werden kann, trotzdem der Ofen dichtend geschlossen ist. Im Zeitpunkt t₃ wird die nicht dargestellte Pumpe gestartet, um den Behälter 2 zu

- 11 -

709845/0997

2718S96

evakuieren und die Beheizung wird mit unterschiedlicher Gechwindigkelt fortgesetzt, bis in der Zeit t₄ die Temperatur T. erreicht ist. Im Zeitpunkt t, unterbricht ein nicht dargestelltes Magnetventil das Vakuum in dem Anschluß 7. Die Temperatur T₄ wird dann während einer Zeit t₅ aufrechterhalten, worauf der Magnet 26 erregt wird, um den Deckel freizugeben, der automatisch in die Offenstellung schwingt. Bei öffnung des Deckels 19 wird automatisch das Heizelement entregt, und es erfolgt eine schnelle Abkühlung. Wenn die Temperatur T₂ erreicht ist, kann ein neues Werkstück in den Ofen eingegeben werden und eine neue Heizfolge eingeleitet werden.

Die Fig. 5 zeigt die Steuerung der Heizfolge, die ausgehend von der t, gemäß Fg, 4 nachstehend beschrieben wird.

Eine Heizfolge wird manuell programmiert durch Einstellung der Zeitwähler 30, 31 und 32, um die Zeitperioden t--t,, t₄-t₃ und tc-t₄ festzusetzen, und durch Einstellung der Temperaturwähler 33, 34, um die Temperaturen T. und T₄ festzusetzen,Die Werkstücke werden dann in den Ofen gegeben, und der Deckel wird geschlossen.

Bei Erreichen der Schließstellung sendet der Deckel über einen Schalter 35 ein Signal zu einem Verzögerungsglied 36

- 12 -

709845/0997

und zu einem Heizungsverzögerer 37 der Muffel, wobei der letztere die Erregung der Heizspirale über einen Muffelheizer 38 bewirkt. Nach einer durch das Verzögerungsglied 36 bestimmten Zeitdauer, beispielsweise einer Minute, wird ein Signal auf einen Folgesteuererjund einen Temperaturprogrammberechner 39 gegeben, der Eingangsimpulse empfängt von den Wählern 30 bis 34 und von einem Taktgeber 40.

Der Steuerer und Rechner 39 erwirkt ein indikatives Signal des gewünschten Temperaturprogrammes entsprechend den Wählern 30 bis 34, wobei das Signal sich mit der Zeit in einer aus Fig. 4 ersichtlichen Weise ändert. Das gewünschte Programm-Temperatur-Signal wird auf einen Temperatursteuerer 41 gegeben, der ebenfalls ein indikatives Signal der tatsächlichen Muffeltemperatur von einem die Muffeltemperatur abfühlenden Sensor 42 erhält. Die Einheit 41 steuert den Muffelheizer 38, so daß die tatsächliche Muffeltemperatur der Programmierten Temperatur folgt. Ein Temperatur-Differenz-Indikator 43 empfängt ebenfalls die beiden auf den STeuerer gegebenen Signale, so daß alle Differenzen zwischen den tatsächlichen und programmierten Temperaturen überwacht werden können.

Der STeuerer 39 erzeugt Ausgangssignale zu einer Vakuumpumpe 44, und zu den Kreisen 45, 46 für die Klinkenfreigabe und für die Vakuumfreigabe. - 13 -

709845/0997

Die Pumpe wird in den Zeiten t₃ und t ein- und ausgeschaltet und die Kreise für die Freigabe der Klinke und des Vakuums werden in den Zeiten t₅ und t. betätigt. Bei Freigabe der Klinke öffnet sich der Deckel und veranlaßt den Verzögerer 37, eine weitere Erregung des Muffelheizers zu unterbinden. Ein weiterer Arbeitszyklus kann begonnen werden, nachdem der Ofen auf die Temperatur T- abgekühlt ist

Es ist klar, daß die Möglichkeit der Einstellung der Temperaturen T₃ und T₄ und der Intervalle t-j-t-» ^t4~^t3 ^und tc-t^ auf elektronische Weise die Bestimmung von Brennprogrammen in weitem Berech ermöglicht.

Die STeuerungseinrichtung gemäß Fig. 5 ist vorzugsweise im Gehäuse 1 angeordnet.

Es können selbstverständlich auch andere Steuerungsanordnungen verwendet werden.

Ein keramisches Fasermaterial, das für die Muffel vorzugsweise geeignet ist, wird von der Firma Morganite Ceramic Fibres Limited unter dem Zeichen TRITION KAOWOOl vertrieben.

- 14 -

709845/0997

2718b96

Ansteile des beschriebenen Heizelementes kann jedes andere geeignete Heizelement verwendet werden. Beispielsweise kann die Muffel ersetzt werden durch ein Quarzrohr, in das das zu brennende Werkstück eingesetzt wird. Die Beheizung kann dann durch Bestrahlung durch das Quarrohr hindurch erfolgen. Beispielsweise kann eine infrarote Strahlungsquelle verwendet werden.

- 15 -

709845/0997

Leerseite

Claims

ANSPRÜCHE

1. Mit einer isolierten Muffel ausgestatteter, eine der Eingabe von zu behandelnden Werkstücken dienende Öffnung und einen dem Verschluß der Öffnung dienenden Deckel aufweisender Ofen, der eine Vorrichtung zum Beheizen der Muffel und eine der Steuerung des Beheizungsgrades der Muffel dienende Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung am Kopf der Muffel angeordnet ist zwecks schneller Abkühlung der Muffel nach Freigabe der Öffnung durch den Deckel.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Muffel vorgesehen ist, die einen der Aufnahme der Werkstücke durch Absenkung dienenden oberseitig offenen Napf bildet.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel der Muffelöffnung aus einer schwenkbar angeordneten isolierenden Scheibe besteht.

- 16 -

ORIGINAL INSPECTED

2718S96

4. Ofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung der Muffel aus einer Heizspirale besteht, die in spiralförmiger Windung auf der Innenseite der zylindrischen Muffel angeordnet ist.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Freigabe der Muffelöffnung durch den Deckel die Erregung des Heizelementes unterbrochen ist.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel in Schließstellung die Muffelöffnung dichtend verschließt zwecks Herstellung eines Vakuums in der Muffel,

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel oder ein Muffelabschnitt einen mit einem der Aufnahme der Heizspirale dienenden Kanal versehenen Träger aus einem keramischen Fasermaterial aufweist, und daß die Heizspirale in dem Kanal durch diesen übergreifende Streifen aus keramischem Fasermateri< gehalten ist.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspirale um die Innenseite eines

Zylinders gewunden ist.

- 17 -

709845/0997

27 3

9. Ofen nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Heizspirale aufnehmende Kanal aus an der Innenseite eines rohrförmigen Körpers aus keramischem Fasermaterial befestigten Windungen einer Spirale aus keramischem Fasermaterial besteht.

10. Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

der die Heizspirale aufnehmende Kanal in die Innenfläche eines rohrförmigen Körpers aus keramischem Fasermaterial eingeschnitten ist.

11. Ofen nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Heizspirale haltenden Streifen aus keramischem Fasermaterial diagonal zu dem Kanal gerichtet sind.

709845/0997