DE2812389C2 - Hochfrequenzofen - Google Patents

Description

recht in einem Gehäuse angeordnet Auf das zylindrische Teil 36 des Gehäuses ist ein elektrischer Leiter 32 gewickelt, der aus einem Kupferrohr besteht, dessen beide Enden an die beiden Klemmen eines hier nicht dargestellten Hochfrequenzgenerators angeschlossen sind.

Das Heizrohr 31 liegt im Innern 33 des Gehäuses, dessen Wandungen aus übereinandergelegten Bauteilen bestehen. Diess Wandungen umfassen eine umere horizontal liegende Platte 34 aus 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 Aiuminiumoxyd oder Zirkonoxyd sein. Auf die Ränder der Platte 34 ist senkrecht das zylinderrohrförmige Gehausetefl 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, die durch den Innenrauir· des Heizrohrs 3! verläuft und sich von der Platte 35 zur Platte 37 erstreckt; diese laiere 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 der 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 Aluminiumoxyd 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 einem hitzebständigen Materia! 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 Siliziumoxydbestandteilen des Gehäuses, die diesem Heizrohr gegenüberliegen, 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 thermisch vom oberen Teil des Gehäuses zu isolieren. Dieses Rohr 48 re'cht 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 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 zwi sehen den Kontaktflächen der aufeinanderliegenden Bauteile, beisielsweise an der Stelle 51 zwischen dem Gehäuseteil 36 und der Platte 37 bestehenden Spalten ein leichter Oberdruck 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 induiert wird. Ebenso wird auch in«, Halter 45,46 des Heizrohrs 31 wegen der Zwischenräume 47 zwischen den verschiedenen Teilen des Halters kein Strom erzeugt Unter der Wirkung der vom Heizrohr 31 freigesetz ten Wärme steigt die Temperatur des Rohrs 38 rasch an, vor allem in dem Bereich des Rohrs 38, der dem Heizror 31 gegenüberliegt Durch diese Temperaturerhöhung kommt es zu einer axialen Wärmeausdehnung des Rohrs 38, die wesentlich stärker ist als die des Gehäuse teils 36 aus Siliziumoxyd; unter der Wirkung dieser Värmeausdehnung 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 40 bei Erreichen der Betriebstemperatur des Ofens nicnt auf der 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 Spie! bleibt bei hoher Temperatur gering, und außerdem besteht für den oberen Teil des Rohrs 40 keinerlei Gefahr, bei Temperaturanstieg des Ofeiu in der Nut 41 eingeklemmt zu werden.

eo Folglich weisen die zwischen den Kontaktflächen der übereinandergelegten Bauteile des Gehäuses vorhandenen Spalten zu keiner Zeit, weder bsi Umgebungstemperatur noch bei Betriebstemperatur, Weiten auf, durch die Luft in das Gehäuse eintreten und die oxydierbaren Teile, d. h. das Heizrohr 'Jl, die Halter 45 und 46, das Rohr 48 und die Scheibe 49 zerstören könnte.

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 Aluminiumoxyd. 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 2200" C erreicht werden.

Der so beschriebene Ofen kann bei der Glasbearbeitung und insbesondere bei der Herstellung von Licht- leitfasern eingesetzt werden. Es kann insbesondere zur örtlichen Erhitzung eines Glasrohrs verwendet werden, das länger als die Ofenhöhe ist, um beispielsweise einen Dampfniederschiag vorzunehmen, in diesem Fall ist es günstig, wenn der Innendurchmesser des Rohrs 40 größer als der des Rohrs 38 ist, um zu vermeiden, daß der Außendurchmesser des zu erhitzenden Glasrohre durch den Durchmesser der öffnung 44 in der oberen Platte 37 begrenzt wird.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1 2 8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daduch Patentansprüche: gekennzeichnet, daß das zweite hitzebeständige Material Siliziumcxyd ist

1. Hochfrequenzofen mit einem Graphitrohr, das 9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch die zu erhitzenden Werkstücke umgibt, mit einer 5 gekennzeichnet, daß das bei hoher Temperatur oxy-Induktionswicklung, die das Rohr außen umgibt und dierbare Material aus der Gruppe von Stoffen gern it einem das Rohr umgebenden Gehäuse, dessen wählt wird, die aus Graphit und Wolfram besteht
Wandung aus lose aufeinandergelegten Bauteilen

besteht, wobei zur Verhinderung der Oxydation des

Graphitrohrs bei Speisung der Induktionswicklung 10
in das Gehäuse ein neutrales Gas eingeführt wird,

das durch Spalte zwischen den übereinander ange- Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzofen der

ordneten Bauteilen entweichen kann, und wobei das im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Art

Gehäuse eine rohrförmige Wandung zwischen dem Im Ofen gemäß der älteren, aber nicht vorveröffent-

Graphitrohr und einem zentralen Heizkanal besitzt, 15 lichten DE-OS 27 Ol 646 müssen die zwischen den auf-

die sich von einer ein zentrales Loch aufweisenden einandergelegten Bauteilen vorhandenen Spalte schmal

Bodenplatte des Gehäuses zu einer ein zentrales sein, um zu verhindern, daß während des Betriebs Luft

Loch aufweisenden Deckelplatte erstreckt und diese in das Gehäuse eindringt Hierzu ruht die obere Platte in

Löcher umgibt, dadurch gekennzeichnet, der Praxis nicht nur auf der äußeren rohrförmigen Wan-

daß die rohiföcmige Wandung aus der Stapelung 20 dung, sondern auch auf der inneren rohrförmigen Wan-

eines unteren Rohrs (3S) aus einem ersten hitzebe- dung.

ständigen Material, das sich von der Bodenplatte (34, Oft werden die rohrförmigen Wandungen sowie die

35) bis oberhalb des Heizrohrs (31) erstreckt einer obere Platte aus demselben hitzebeständigen Material

horizontal daraufgelegten Lochscheibe (39) und ei- gefertigt wie beispielsweise Siliziumoxyd, womit Be-

nes oberen Rohrs (40) besteht, dessen oberer Rand 25 triebstemperaturen von etwa 1600⁰C erreicht werden

in eine Nut (41) in der Unterseil? der Deckelplatte können. Will man höhere Temperaturen mit dem Ofen

(37) so eingreift daß das Rohr nicht bis auf den erreichen, so wird die innere rohrförmige Wandung bei-Grund (42) der Nut vordringt wobei das Gehäuse spielsweise aus Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd herge-(34,36,37) und das obere Rohr (40) aus einem zwei- stellt Da dieses Material sehr teuer ist wird es nur für ten hitzebeständigen Material bestehen, dessen Aus- 30 die Innenwandung benutzt, während die Außenwandehnungskoeffuient und dessen Hitzebeständigkeit dung aus Silizimoxyd gegen die Strahlung des Rohrs geringer als die des ersten Matenrls sind. durch ein zusätzliches wärmeisolierendes Rohr ge-

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet schützt wird. Da die Ausdehnungskoeffizienten des Zirdaß er Wärmschilde aus Graphitfti- (48,49) enthält, konoxyds und des Thoriumoxyds relativ hoch sind, hebt die im Inneren (33) des Gehäuses zwischen dem 35 sich beim Ansteigen der Temperatur im Ofen die obere Heizrohr (3i) einerseits und den Bestandteilen (35, Platte mit der sich unter der Wärmewirkung ausdehnen-37,40) dieses Gehäuses, die aus dem zweiten hitze- den inneren Wandung hoch. Dabei entsteht zwischen beständigen Material gefertigt sind, andererseits un- der oberen Platte und der äußeren rohrförmigen Wantergebracht ist dung eine Spaltverbreiterung, durch &c Luft eintreten

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet 40 kann, so daß das Heizrohr, das aus einem oxydierbaren daß der Innendurchmesser des zweiten Rohrs (40) Material wie beispielsweise Graphit oder Wolfram begrößer als der Innendurchmesser des ersten Rohrs steht, rasch zerstört wird.

(38) ist. Zur Beseitigung dieses Nachteils wird in der genann-

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ten DE-OS vorgeschlagen, den oberen Rand der innedaß die untere Platte (34, 35) mindestens eine öff- 45 ren rohrförmigen Wandung in eine Nut in der oberen nung (50) aufweist, durch die das neutrale Gas in das Platte einzusetzen. Es zeigt sich jedoch, daß dann ein Gehäuse geblasen wird. radiales Spiel zwischen dem Ende der rohrförmigen

5. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Wandung und der Nut vorgesehen werden muß, um die daß ein Halter (45,46) auf der unteren Platte (34,35) radiale Wärmeausdehnung der inneren rohrförmigen ruht und das Heizrohr (31) trägt, wobei dieser Halter 50 Wandung zu berücksichtigen. Unter diesen Bedingunaus demselben Material wie das Heizrohr hergestellt gen werden die bei Umgebungstemperatur zwischen ist und mehrere voneinander getrennte Sektoren der inneren rohrförmigen Wandung und dem Boden der aufweist, so daß verhindert wird, daß in diesem Ha!- Nut vorzusehenden radialen und axialen Spiele zu groß, ter ein Ringstrom induziert wird, wenn ein elektri- so daß es zur Oxydation des Heizrohrs beim Ansteigen scher Hochfrequenzstrom durch die Induktions- 55 der Ofentemperatur kommt

wicklung (32) fließt. Durch die Erfindung gemäß Hauptanspruch soll die-

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ser Nachteil behoben werden und der erwähnte Hochgekennzeichnet, daß die untere Platte zweiteilig ist frequenzofen so verbessert werden, daß er bei höherer und aus einer Platte (34) aus dem zweiten hitzebe- Temperatur ohne Gefahr einer Oxydation des Graphitständigen Material sowie einer daraufgelegten 60 rohrs arbeiten kann. Bezüglich von Merkmalen bevor-Schutzplatte (35) aus einem hitzebeständigen Mate- zugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die

3t| rial besteht, dessen höchste Betriebstemperatur Unteransprüche verwiesen.

js über der des zweiten hitzebeständigen Materials Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Aus-

fi liegt. führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung

a

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch 65 näher erläutert.

;'! gekennzeichnet, daß das erste hitzebeständige Ma- Diese Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den erfin-

I; terial aus der Gruppe von Stoffen gewählt wird, die dungsgemäßen Ofen.

T; as Zirkonoxyd und Thoriumoxyd besteht. Ein Heizrohr 31 aus Graphit oder Wolfram ist senk-