DE3705613A1

DE3705613A1 - Thermische isolation

Info

Publication number: DE3705613A1
Application number: DE19873705613
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Hack; Wilhelm Polhede
Original assignee: PFEIFFER VAKUUMTECHNIK; Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH
Current assignee: PFEIFFER VAKUUMTECHNIK; Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH
Priority date: 1987-02-21
Filing date: 1987-02-21
Publication date: 1988-09-01

Description

Die Erfindung betrifft eine thermische Isolation nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Die Anwendung einer solchen Isolation erfolgt in Wärmebehandlungsöfen, welche für den kombinierten Betrieb unter Vakuum und unter Druck bestimmt sind. Derartige Anlagen sind zum Beispiel zum Herstellen von Sinterkörpern vorgesehen. Dabei erfolgt zunächst der Sinterprozeß unter Vakuum und anschließend ein heiß-isostatisches Nachverdichten unter hohem Druck. Anlagen zur Durchführung solcher Verfahren sind zum Beispiel in der DE DS 30 14 691 und in der US DS 43 98 702 beschrieben.

Bei Wärmebehandlungsöfen, welche für Verfahren in so unterschiedlichen Druckbereichen ausgelegt werden, ergeben sich Aufgabenstellungen, welche bei Öfen, die nur unter Vakuum oder nur in einem bestimmten Druckbereich arbeiten, nicht auftreten.

Da das heiß-isostatische Nachverdichten, bei dem ein Gas als Druckmittel verwendet wird, unter hohem Druck (zum Beispiel 100 bar) und hoher Temperatur (zum Beispiel 2000°C) stattfindet, muß besonderer Wert auf die Wärmeisolation zwischen dem heißen Nutzraum und der kalten Kesselwand gelegt werden. Diese Isolation spielt im Hinblick auf die Temperaturkonstanz, den Energieverbrauch und die Betriebssicherheit eine wesentliche Rolle.

Der Wärmeübergang vom Nutzraum auf die Kesselwand erfolgt grundsätzlich durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Im Vakuumbetrieb erfolgt Wärmeübergang allein durch Strahlung und Wärmeleitung von festen Bauteilen. Bei Betrieb unter Gas kommt die Wärmeleitung des Gases und mit steigendem Druck noch ein entsprechender Wärmetransport durch Konvektion hinzu.

Die Isolation zwischen Nutzraum und Kesselwand muß also gasdicht sein und Konvektionen, insbesondere auch solche innerhalb der Isolation, müssen vermieden werden. Da die Prozesse in den hier beschriebenen Wärmebehandlungsanlagen unter sehr unterschiedlichen Drücken stattfinden, muß andererseits die Isolation so beschaffen sein, daß sie gut evakuierbar ist und ein Druckausgleich schnell und problemlos stattfinden kann.

In der DE DS 30 43 939 wird ein Ofen zum isostatischen Heißpressen beschrieben, bei dem ähnliche Probleme auftreten. Insbesondere wird hier eine Konstruktion angegeben, mit deren Hilfe die Konvektion innerhalb der Isolation eingeschränkt werden soll. Dazu werden Filzschichten mit Schnüren aus Graphit gegen ein Stützrohr gepreßt. Durch das Zusammen pressen der Filzschichten soll eine Dämpfung der Konvektion, besonders in vertikaler Richtung, erreicht werden. Diese Konstruktion löst jedoch die oben angeführten Probleme nur unvollständig und ist mit Nachteilen behaftet. Da die Isolation so ausgeführt ist, daß sie möglichst gasdicht ist und keine Maßnahmen getroffen wurden, um einen Druckausgleich in radialer Richtung zu verbessern, ergeben sich Schwierigkeiten bei Druckänderungen. Insbesondere ist für den Vakuumbetrieb eine schnelle und gleichmäßige Evakuierung und für den Hochdruckbetrieb eine ebensolche Druckerhöhung innerhalb der Isolation zur Sicherung eines schnellen und reibungslosen Prozeßablaufes notwendig. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion ist, daß die Schnüre, mit denen die Filzschichten gegen das Stützrohr gepreßt werden, sich in das Isolationsmaterial eindrücken und so Beschädigungen verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolation für einen Wärmebehandlungsofen der eingangs genannten Art zu entwickeln, welche einerseits Konvektionen, insbesondere in vertikaler Richtung, weitgehend unterbindet und andererseits leicht evakuierbar ist bzw. Druckänderungen im Ofen schnell aufnimmt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß zwischen Nutzraum und Kesselwand eine optimale Isolation geschaffen wird, innerhalb derer eine Konvektion in senkrechter Richtung weitgehend unterbunden ist. Die Isolation ist außerdem gut evakuierbar, und ein Druckausgleich kann schnell und problemlos stattfinden. Dadurch werden auch örtliche Druck- und Temperaturdifferenzen vermieden, welche Spannungen innerhalb des Isolationsmaterials hervorrufen und so zu Beschädigungen führen können.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im folgenden erläutert werden:

Es zeigen:

Fig. 1a bis 1c Ausführungsformen der Zwischenschichten

Fig. 2 Wabenstruktur aus Zwischenschichten der Ausführungsform aus Fig. 1a mit Verbindungslöchern in horizontaler Richtung

Fig. 3 Wabenstruktur aus Zwischenschichten der Ausführungsform aus Fig. 1a mit Verbindungslöchern in schräger Richtung

In den Fig. 1a bis 1c sind beispielsweise drei verschiedene Ausführungsformen der Zwischenschichten dargestellt. Aneinandergefügt ergeben diese Zwischenschichten eine Wabenstruktur, bestehend aus Zellen 8, wie sie ausgehend von Fig. 1a in Fig. 2 und 3 dargestellt sind.

In Fig. 2 befindet sich innerhalb der Kesselwand 1 der Rezipient 2 mit dem Nutzraum 3. Der Rezipient ist von einer Heizung 4 umgeben. Zwischen der Heizung 4 und der Kesselwand 1 ist die erfindungsgemäße Isolation 5 angeordnet. Sie wird in dem hier dargestellten Beispiel durch die Zwischenschichten 7, wie sie einzeln in Fig. 1a dargestellt sind, und durch ein thermisch isolierendes Material 6 gebildet. Als Material wird für die Zwischenschichten vorzugsweise Graphit- oder Metallfolie und für das thermisch isolierende Material Graphit- oder Keramikfaser verwendet. Aneinandergefügt ergeben die einzelnen Zwischenschichten aus Fig. 1a hier eine Wabenstruktur, bestehend aus hexagonalen Zellen 8. Dadurch wird eine Konvektion in vertikaler Richtung unterbunden. Die Räume, welche von den Zwischenschichten gebildet werden, sind mit dem thermisch isolierenden Material 6 ausgefüllt. Zwischen den einzelnen Zellen sind Öffnungen 9 in den Zwischenschichten in horizontaler Richtung angebracht. Dadurch wird eine schnelle Übertragung von Druckänderungen innerhalb der Isolation erreicht.

In Fig. 3 sind die Öffnungen 9 zwischen den Zellen 8 schräg zur horizontalen Richtung angebracht. Dies erleichtert das Aneinanderfügen der Zwischenschichten, da hier nicht, wie bei der Ausführung in Fig. 2, die Öffnungen zweier benachbarter Zwischenschichten genau zur Deckung gebracht werden müssen.

Claims

1. Thermische Isolation, bestehend aus thermisch isolierendem Material mit gasundurchlässigen Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschichten (7) so aufgebaut sind, daß sie aneinandergereiht eine Wabenstruktur ergeben, wobei die einzelnen Zellen (8) der Wabenstruktur durch Öffnungen (9) so verbunden sind, daß kurze Evakuierungswege entstehen und eine Konvektion in senkrechter Richtung verhindert wird.

2. Thermische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zwischen den Zellen in horizontaler Richtung angeordnet sind.

3. Thermische Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zwischen den Zellen schräg zur horizontalen Richtung angeordnet sind.