DE2812389A1

DE2812389A1 - Hochfrequenzofen

Info

Publication number: DE2812389A1
Application number: DE19782812389
Authority: DE
Inventors: Jean-Yves Boniort; Claude Brehm; Yves Floury
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1978-10-05
Also published as: IT1108842B; IT7821318A0; FR2386004A2; GB1572974A; US4142063A; JPS53122157A; JPS6142388B2; NL7803277A; FR2386004B2; BE864807R; NL181234C; CA1092200A; DE2812389C2; CH620289A5

Description

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HOCHFREQUENZOFEN
Zusatz zu Patent 27 Ol 646

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzofen der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art.

Im Ofen gemäß dem Hauptpatent müssen die zwischen den aufeinandergelegten Bauteilen vorhandenen Spalte schmal sein, um zu verhindern, daß während des Betriebs Luft in das Gehäuse eindringt. Hierzu ruht die obere Platte in der Praxis nicht nur auf der äußeren rohrförmigen Wandung, sondern auch auf der inneren rohrförmigen Wandung.

Oft werden die rohrförmigen Wandungen sowie die obere Platte aus demselben hitzebeständigen Material gefertigt wie beispielsweise Siliziumoxyd, womit Betriebstemperaturen von etwa 16OO C erreicht werden können. Will man höhere Temperaturen mit dem Ofen erreichen, so wird die innere rohrformxge Wandung beispielsweise aus Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd hergestellt. Da dieses Material sehr teuer ist, wird es nur für die Innenwandung benutzt, während die Außenwandung aus Siliziumoxyd gegen die Strahlung des Rohrs durch ein zusätzliches wärmeisolierendes Rohr geschützt wird. Da die Ausdehnungskoeffizienten des Zirkonoxyds und des Thoriumoxyds relativ hoch sind, hebt sich beim Ansteigen der Temperatur im Ofen die obere Platte mit der sich unter der Wärmewirkung ausdehnenden inneren Wandung hoch. Dabei entsteht zwischen der oberen Platte und der äußeren rohrförmigen Wandung eine SpaltvertansAterung, durch die Luft eintreten kann.

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so daß das Heizrohr, das aus einem oxydierbaren Material wie beispielsweise Graphit oder Wolfram besteht, rasch zerstört wird.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wird im Hauptpatent vorgeschlagen, den oberen Rand der inneren rohrförmigen Wandung in eine Nut in der oberen Platte einzusetzen. Es zeigt sich jedoch, daß dann ein radiales Spiel zwischen dem Ende der rohrförmigen Wandung und der Nut vorgesehen werden muß, um die radiale Wärmeausdehnung der inneren rohrförmigen Wandung zu berücksichtigen. Unter diesen Bedingungen werden die bei Umgebungstemperatur zwischen der inneren rohrförmigen Wandung und dem Boden der Nut vorzusehenden radialen und axialen Spiele zu groß, so daß es zur Oxydation des Heizrohrs beim Ansteigen der Ofentemperatur kommt.

Durch die Erfindung gemäß Hauptanspruch soll dieser Nachteil behoben werden und der Hochfrequenzofen gemäß dem Hauptpatent so verbessert werden, daß er bei höherer Temperatur ohne Gefahr einer Oxydation des Graphitrohrs arbeiten kann. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende einzige Zeichnung näher erläutert.

Diese Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Ofen.

Ein Heizrohr 31 aus Graphit oder Wolfram ist senkrecht in einem Gehäuse angeordnet. Auf das zylindrische Teil 36 des Gehäuses ist ein elektrischer Leiter 32 gewickelt, der aus einem

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Kupferrohr besteht, dessen beide Enden an die beiden Klemmen eines hier nicht dargestellten Hochfrequenzgenerators angeschlossen sind.

Bas Heizrohr 31 liegt im Innern 3 3 des Gehäuses, dessen Wandungen aus übereinandergelegten Bauteilen bestehen. Diese Wandungen umfassen eine untere horizontal liegende Platte 34 ais Siliziumoxyd, auf die eine Schutzplatte 35 gelegt ist, die aus einem hitzebeständigen Material besteht, dessen höchste Betriebstemperatur über der des Siliziumoxyds liegt. Dieses Material kann beispielsweise Aluminiumoxyd oder Zirkonoxyd sein. Auf die Ränder der Platte 34 ist senkrecht das zylinderrohrförmige Gehäuseteil 36 angeordnet, das ein Siliziumoxydrohr ist. Auf das obere Ende dieses Teils 36 ist eine obere horizontal liegende Platte 37 aus Siliziumoxyd gelegt. Schließlich gehört zu dem Gehäuse noch eine innere zylinderrohrförmige Wandung, dia durch den Innenraum des Heizrohrs 31 verläuft und sich von der Platte 35 zur Platte 37 erstreckt; diese innere Wandung, das Gehäuseteil 36 und das Heizrohr 31 sind in etwa koaxial angeordnet.

Die innere zylinderrohrförmige Wandung umfaßt drei übereinandergestapelte Teile, nämlich ein senkrechtes Rohr 38 aus Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd, das auf dar Platte 35 angeordnet ist und durch den Innenraum des Heizrohrs 31 verläuft, wobei das obere Ende des Rohrs 38 unterhalb der Ebene liegt, in der das Gehäuseteil 36 endet, eine Lochscheibe 39 aus i^luminiumoxyd oder Zirkonoxyd, die horizontal auf das obere Ende des Rohrs 38 gelegt wird, sowie ein weiteres senkrechtes Rohr 40, das auf der Scheibe 39 angeordnet wird und aus Siliziumoxyd oder

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einem hitzebeständigen Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient in etwa gleich dem von Siliziumoxyd ist. Das obere Ende des Rohrs 40 wird in eine kreisförmige Nut 41 gesteckt, die in der Platte 37 vorgesehen ist, so daß zwischen dem oberen Ende des Rohrs 40 und dem Grund der Nut ein Zwischenraum 42 bestehen bleibt.

Die Platten 34 und 35 und die Platte 36 weisen jeweils zentrale Öffnungen 43 bzw. 44 auf, durch die die im Innenraum des Rohrs 38 zu erhitzenden Gegenstände eingeführt werden können.

Das Heizrohr 31 wird innerhalb des Gehäuses 33 durch einen isolierenden Halter gehalten, der auf der Platte 35 ruht. Dieser rohrförmige Halter wird vorzugsweise aus demselben Material gefertigt wie das Heizrohr und besteht aus mehreren voneinander getrennten Sektoren. Im in der Figur dargestellten Fall besteht dieser Halter aus drei Teilen, von denen zwei (45 und 46) in der Figur zu sehen sind; diese Teile 45 und 46 werden durch einen Zwischenraum 47 voneinander getrennt.

Im Innern 33 des Gehäuses sind Graphitfilzschilde untergebracht, insbesondere zwischen dem Heizrohr 31 und den Siliziumacydbestandteilen des Gehäuses, die diesem Heizrohr gegenüberliegsn, d.h. dem Gehäuseteil 36, der Platte 37 und dem Rohr 40. So ist zwischen dem Heizrohr 31 und dem Gehäuseteil 36 ein zylindrisches Rohr 48 aus Graphitfilz angeordnet und auf dem Rohr 48 etwas unterhalb der Scheibe 39 horizontal eine Scheibe 49 aus Graphitfilz gelegt, um das Heizrohr 31 thermisch¹ vom oberen Teil des Gehäuses zu isolieren. Dieses Rohr 48 reicht nach unten bis zur Platte 35, auf der es steht.

Die unteren Platten 34 und 35 sind mit mindestens einer seitlichen Öffnung 50 versehen, durch die ein neutrales Gas in

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das Gehäuse 33 eingeblasen werden kann. Die in der Figur gestrichelt eingezeichnete Öffnung 50 mündet im Zwischenraum 47 zwischen den Teilen 45 und 46 des Halters für das Heizrohr 31.

Der Ofen arbeitet folgendermaßen :

Durch die Öffnung 50 läßt man in das Innere 33 ein neutrales Gas wie beispielsweise Argon oder Stickstoff mit einem genügend hohen Druck eintreten, daß sich unter Berücksichtigung der Gasverluste durch die zwischen den Kontaktflächen der aufeinander liegenden Bauteile, beispielsweise an der Stelle 51 zwischen dem Gehäuseteil 36 und der Platte 37 bestehenden Spalten ein leichter überdruck ergibt. Zu Beginn besteht das Gas im Gehäuse aus einer Mischung aus Luft und dem Schutzgas, jedoch wird diese Mischung nach ziemlich kurzer Zeit verdrängt, so daß das Gehäuse 33 dann einen starken Anteil Schutzgas enthält, das langsam durch die Spalten nach außen entweicht. Vorzugsweise läßt man das neutrale Gas von unten in das Gehäuse eintreten, da dadurch das im Gehäuse enthaltene Gas rascher entfernt wird.

Anschließend wird die Induktionswicklung an die Klemmen des elektrischen Hochfrequenzgenerators angeschlossen und zur Kühlung Wasser durch den Leiter 32 der Wicklung gepumpt. Durch das erzeugte elektrische Feld wird im Heizrohr 31 ein starker Strom erzeugt, der das Rohr erwärmt, ohne daß dieses oxydiert. Die Frequenz des Induktionsstroms wird zwischen 10 und 50 kHz gewählt, so daß in den Teilen 48 und 49 aus Graphitfilz kein Strom induziert wird. Ebenso wird auch im Halter 45, 46 des Heizrohrs 31 wegen der Zwischenräume 47 zwischen den verschiedenen Teilen des Halters kein Strom erzeugt.

809840/0842 ORIGINAL INSPECTED

Unter der Wirkung der vom Heizrohr 31 freigesetzten Wärme steigt die Temperatur des Rohrs 38 rasch an, vor allem in dem Bereich des Rohrs 38, der dem Heizrohr 31 gegenüberliegt. Durch diese Temperaturerhöhung kommt es zu einer axialen Wärmeausdehnung des Rohrs 38, die wesentlich stärker ist als die des Gehäuseteils 36 aus Siliziumoxyd; unter der Wirkung dieser Wärmeausdehnung wird das Rohr 40 angehoben und dringt tiefer in die Nut 41 ein. Selbstverständlich wurde die Tiefe der Nut 42 bei Umgebungstemperatur so gewählt, daß das obere Ende des Rohrs 4O bei Erreichen der Betriebstemperatur des Ofens nicht auf den Grund der Nut 41 stößt. So wird vermieden, daß sich die obere Platte 37 hebt. Das Spiel zwischen den oberen zylindrischen Flächen des Rohrs 40 und der Innenfläche der Nut 41 kann sehr gering gewählt werden, um jegliches zu starkes Entweichen von Gas zu vermeiden. Das Rohr 40 und die Platte 37 bestehen nämlich aus demselben Material, beispielsweise Siliziumoxyd, dessen Ausdehnungskoeffizient wesentlich kleiner als der von Zirkonoxyd und Thoriumoxyd ist. Das Rohr 40 und die Platte 37 dehnen sich relativ wenig und außerdem in gleichem Maße. Das oben angesprochene Spiel bleibt bei hoher Temperatur gering, und außerdem besteht für den oberen Teil des Rohrs 40 keinerlei Gefahr, bei Temperaturanstieg des Ofens in der Nut 41 eingeklemmt zu werden.

FoJgLich weisen die zwischen den Kontaktflächen der übereinandergelegten Bauteile des Gehäuses vorhandenen Spalten zu keiner Zeit, weder bei Umgebungstemperatur noch bei Betriebstemperatur, Weiten auf, durch die Luft in das Gehäuse eintreten und die oxydierbaren Teile, d.h. das Heizrohr 31, die Halter und 46, das Rohr 48 und die Scheibe 49 zerstören könnte.

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Das Rohr 48 aus Graphitfilz ist ein wärmeisolierendes Teil, das höheren Temperaturen widerstehen kann als das zwischen dem Heizrohr und der äußeren Ofenwandung entsprechend dem Hauptpatent vorgesehene thermische Schild aus AluminiumoxycJ. Durch die Scheibe 49 werden Wärmeverluste zum oberen Ende des Ofens hin vermieden. Die Teile 48 und 49 aus Graphitfilz werden gegen Oxydation bei hoher Temperatur durch die neutrale Gasatmosphäre im Inneren 33 geschützt.

Die zulässigen Höchstbetriebstemperaturen für das Zirkonoxyd oder das Thoriumoxyd, aus denen das Rohr 38 besteht, sind wesentlich höher als die für Siliziumoxyd. Daher kann im Heizbereich, d.h. im Innenraum des Rohrs 38 in Höhe des Heizrohrs 31, eine Temperatur von mehr als 2200⁰C erreicht werden.

Der so beschriebene Ofen kann bei der Glasbearbeitung und insbesondere bei der Herstellung von Lichtleitfasern eingesetzt werden. Er kann insbesondere zur örtlichen Erhitzung eines Glasrohrs verwendet werden, das langer als die Ofenhöhe ist, um beispielsweise einen Dampf nieder schlag vorzunehmen. In diesem Fall ist es günstig, wenn der Innendurchmesser des Rohrs größer als der des Rohrs 38 ist, um zu vermeiden, daß der Außendurchmesser des zu erhitzenden Glasrohrs durch den Durchmesser der Öffnung 44 in der oberen Platte 37 begrenzt wird.

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Claims

*<> ίο 720 d . . . 21. Κ2ΓΖ1978

COMPAGNIIi GENERALE D'ELECTAlICITb' ο..;-. 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich

TJiQU CHZOFEN
Zusatz su Patent 27 01 646

PAT ENTANSPRUCHE

1 f Hochfrequenzofen mit einem Graphitrohr, das die zu erhitzenden Werkstücke umgibt, mit einer Induktionswicklung, die das Rohr außen umgibt und mit einem das Rohr umgebenden Gehäuse, dessen Wandung aus lose aufeinandergelegten Bauteilen besteht, wobei zur Verhinderung der Oxydation des Graphitrohrs bei Speisung der Induktionswicklung in das Gehäuse ein neutrales Gas eingeführt wird, das durch Spalte zwischen den übereinander angeordneten Bauteilen entweichen kann, gemäß Patent 27 0.1 646, und wobei das Gehäuse eine rohrförmige Wandung zwischen dem Graphitrohr und einem zentralen Heizkanal besitzt, die sich von einer ein zentrales Loch aufweisenden Bodenplatte des Gehäuses zu einer ein zentrales Loch aufweisenden Deckelplatte erstreckt und diese Löcher umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Wandung aus der Stapelung eines unteren Rohrs (38) aus einem ersten hitzebeständigen Material, das sich von der Bodenplatte (34, 35) bis oberhalb des Heizrohrs (31) erstreckt, einer horizontal daraufgelegten Lochscheibe (39) und eines oberen Rohrs (4O) besteht, dessen oberer Rand

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in eine Nut (41) in der Unterseite der Deckelplatte (37) so

(42)

eingreift, daß das Rohr nicht bis auf den Grund/der Hut vordringt, wobei das Gehäuse (34, 36, 37) und das obere Rohr (40) aus einem zweiten hitzebeständigen Material bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient und dessen Hitzebeständigkeit geringer als die des ersten Materials sind.

2 - Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Wärmeschilde aus Graphitfilz (48,49) enthält, die im Inneren (33) des Gehäuses zwischen dem Heizrohr (31) einerseits und den Bestandteilen (36,37,40) dieses Gehäuses, die aus dem zweiten hitzebeständigen Material gefertigt sind, andererseits untergebracht ist.

3 - Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des zweiten Rohrs (40) größer als der Innendurchmesser des ersten Rohrs (38) ist.

4 - Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Platte (34,35) mindestens eine Öffnung (50) aufweist, durch die das neutrale Gas in das Gehäuse geblasen wird.

5 - Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (45,46) auf der unteren Platte (34,35) ruht und das Heizrohr (31) trägt, wobei dieser Halter

aus demselben Material wie das Heizrohr hergestellt ist und mehrere voneinander getrennte Sektoren aufweist, so daß verhindert wird, daß in diesem Halter ein Ringstrom induziert wird, wenn ein elektrischer Hochfrequenzstrom durch die Induktionswicklung (32) fließt.

HU98A0/O8A2

6 - Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennze ichnet, daß die untere Platte zweiteilig ist und uns einer Platte (34) aus dem zweiten hitzebestandigen Material sowie einer daraufgelegten Schutzplatte . (35) aus einem hitzebestandigen Material besteht, dessen höchste Betriebstemperatur über der des zweiten hitzebeständigen Materials liegt.

7 - Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste hitzebeständige
Material aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die aus
"irkonoxyd und Thoriumoxyd besteht.

B - Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite hitzebeständige Material Siliziumoxyd ist.

9 - Ofen nach einem dar Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bei hoher Temperatur
oxydierbare Material aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die aus Graphit und Wolfram besteht.

:-: ι) H H A (J / U Ö A 7