DE4204757C2

DE4204757C2 - Umschmelzofen

Info

Publication number: DE4204757C2
Application number: DE4204757A
Authority: DE
Inventors: Rolf Krepel
Original assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Current assignee: ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: GB9221086D0; US5274662A; GB2264353A; JPH063059A; FR2687463A1; DE4204757A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Umschmelzofen mit einem Tie gel und einem darauf aufgesetzten, nach außen hin abge dichteten, durch eine Hubeinrichtung vom Tiegel abhebba ren Kessel, welcher eine Durchführung aufweist, durch die hindurch mittels einer Dichtung und einem Federbalg abge dichtet eine elektrisch abschmelzbare Elektrodenstange bis in den Tiegel führt, wobei eine von einer über Wiege zellen ortsfest abgestützten Wiegeplattform gehaltene un tere Plattform die Dichtung der Durchführung trägt und an die der Federbalg mit seinem oberen Ende befestigt ist, während sein unteres Ende auf dem Kessel sitzt, und wobei zur Regelung der Abschmelzleistung die Elektrodenstange mittels eines Elektrodenantriebs höhenverfahrbar ausge bildet und die Elektrodenstange mit ihrem Elektrodenan trieb von der Wiegeplattform gehalten ist.

Umschmelzöfen der vorstehenden Art sind allgemein bekannt und dienen zur Erzeugung hochwertiger Metallegierungen durch elektrisches Umschmelzen einer Elektrodenstange un ter Vakuum nach dem ESR- oder VAR-Verfahren. Bei solchen Umschmelzöfen ist es erforderlich, die Abschmelzrate der Elektrodenstange möglichst genau zu regeln und während des Abschmelzens die Elektrodenstange kontinuierlich in den Tiegel hineinzufahren, damit ihr unteres Ende trotz des Abschmelzvorganges stets gleich weit in den Tiegel ragt. Um die Elektrodenstange stets im gewünschten Maße in den Tiegel hinein bewegen zu können, ist die Elektro denstange auf einer Wiegeplattform über Wiegezellen abge stützt, so daß ihr Gewicht kontinuierlich zu ermitteln ist. Die untere Plattform mit der Dichtung und dem Feder balg wird ebenfalls von der Wiegeplattform abgestützt, damit die Reibung zwischen der Elektrodenstange und der Dichtung die Gewichtsmessung nicht verfälscht.

Wenn der Tiegel neu beschickt werden soll, dann muß man den Kessel von ihm mittels der Hubeinrichtung abheben. Bei dem bekannten Umschmelzofen wird mittels der Hubein richtung ein Rahmen angehoben, auf dem die Wiegeplattform abgestützt ist. Es bewegt sich somit beim Abheben des Kessels das gesamte Ofenoberteil mit dem Kessel nach oben. Dadurch vergrößert sich die Bauhöhe des Umschmelz ofens um den erforderlichen Hub des Kessels, was oftmals wegen der oberhalb des Umschmelzofens verlaufenden, für einen solchen Hub zu niedrigen Kranbahn nicht möglich ist. Hinzu kommt, daß der anzuhebende Teil des Ofens sehr schwer ist, so daß die Hubeinrichtung entsprechend stabil ausgebildet sein muß und deshalb aufwendig ist.

Zur Vermeidung der Bauhöhenvergrößerung hat man auch schon Umschmelzöfen gebaut, bei denen statt des gesamten Oberteils nur der Kessel mit der als Druckstufe dienenden Dichtung angehoben wird. Um den Einfluß der Dichtung auf das gemessene Gewicht der Elektrodenstange zu kompensie ren, hat man der Druckstufe eine zusätzliche Gewichtsmeß einrichtung zugeordnet. Eine solche Ausführung ist jedoch sehr aufwendig und wurde wieder aufgegeben, da sie trotz hohen Aufwands keine ausreichend genaue Gewichtsmessung ermöglichte.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Um schmelzofen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem Aufwand eine möglichst genaue Messung des Gewichtes der Elektrodenstange möglich wird, ohne daß sich beim Abheben des Kessels vom Tiegel die Bauhöhe des Umschmelzofens vergrößert.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hubeinrichtung auf der Wiegeplattform abgestützt und zum Anheben der unteren Plattform ausgebildet ist, und daß der Kessel durch eine beim Aufsitzen des Kessels auf dem Tiegel Spiel aufweisende Mitnehmerverbindung mit der unteren Plattform Verbindung hat.

Durch diese Bauweise stützt sich die Dichtung bei auf dem Tiegel aufsitzenden Kessel infolge des Spiels der Mitneh merverbindung nicht auf dem Kessel ab. Die Dichtung der Druckstufe bildet deshalb mit der Wiegeplattform ein kräftemäßig geschlossenes System. Daher führen Reibungen zwischen der Dichtung und der Elektrodenstange beim Ein fahren der Elektrodenstange in den Kessel nicht zu einer Verfälschung der Gewichtsmessung. Betätigt man die Hub einrichtung, dann wird das Spiel der Mitnehmerverbindung zunächst überwunden und anschließend der Kessel mit der die Dichtung aufweisenden Druckstufe angehoben, wobei er sich innerhalb eines äußeren Rahmens relativ zur Elektro denstange nach oben verschiebt und dadurch die Bauhöhe des Umschmelzofens nicht vergrößert.

Trotz dieser funktionellen Vorteile ist der erfindungsge mäße Umschmelzofen sehr einfach aufgebaut. Gegenüber dem bekannten Umschmelzofen können sogar einige Baukomponen ten, zum Beispiel die Führungsrohre für die Elektroden stange und der äußere Rahmen, entfallen. Die von dem be kannten Umschmelzofen abweichenden Baukomponenten, insbe sondere die Hubeinrichtung mit ihrem Hydraulikaggregat und Zylinder, können auch für andere Ofenversionen einge setzt werden. Da dank der Erfindung ein geringeres Ge wicht angehoben werden muß, kann die Hubeinrichtung klei ner und damit kostengünstiger ausgeführt werden. Weiter hin baut der Umschmelzofen insgesamt kleiner.

Die Mitnehmerverbindung kann unterschiedlich gestaltet sein. Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß sie durch nach oben gerichtete Bolzen des Kes sels gebildet ist, welche jeweils durch die untere Platt form hindurchführen und mit geringem Abstand zur Ober seite der unteren Plattform jeweils einen Kopf aufweisen.

Eine vergleichbar einfache Ausbildung der Mitnehmerver bindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie durch mit Spiel ineinandergreifende Krallen an der Oberseite des Kessels und der Unterseite der unteren Plattform gebildet ist.

Ein Pendeln der Elektrodenstange mit der unteren Platt form und dadurch eine Beanspruchung der Wiegezellen mit Seitenkräften kann auf sehr einfache Weise dadurch ausge schlossen werden, daß gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung auf der Oberseite des Kessels nach oben hin offene Führungszylinder vorgesehen sind, in welche je weils eine an der unteren Plattform befestigte Führungs rolle höhenverfahrbar eingreift.

Auch an ihrem oberen Ende kann die Elektrodenstange auf sehr einfache Weise geführt werden, indem die Hubeinrich tung zumindest zwei auf der Wiegeplattform befestigte Hubzylinder hat, deren Kolbenstangen jeweils mit ihrem unteren Ende fest mit der unteren Plattform verbunden sind und wenn die Elektrodenstange fest mit einem Füh rungsjoch verbunden ist, welches Führungsbohrungen auf weist, durch welche die Kolbenstangen hindurchgeführt sind.

Um Gewichtsverfälschungen durch den in Abhängigkeit vom Hub der Elektrodenstange unterschiedlichen Verlauf des zur Elektrodenstange führenden Hochstromkabels auszu schließen, kann man an der Wiegeplattform eine Kabelauf hängung zur Halterung eines zur Elektrodenstange führen den, flexiblen Hochstromkabels vorgesehen. Dieses Hoch stromkabel ist dann mit beiden Endpunkten letztlich von der Wiegeplattform gehalten, so daß es die Gewichtsmes sung nicht beeinflußt. Von der Kabelaufhängung an der Wiegeplattform kann dann ein einfaches, gerades Kabel zur Hochstromversorgung führen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung ist eine davon und eine Abwandlung eines Details in der Zeichnung darge stellt und wird nachfolgend beschrieben. In ihr zeigen die

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Umschmelzofen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen gegenüber Fig. 1 abgewandelten Bereich des Um schmelzofens oberhalb seines Kessels.

Der in Fig. 1 als Ganzes dargestellte Umschmelzofen hat einen in ein Fundament 1 eingelassenen Tiegel 2, auf wel chem von oben her dichtend ein Kessel 3 aufgesetzt ist. Dieser Kessel 3 ist in Linearführungen 4 eines über den Tiegel 2 greifenden, als Drehrahmen ausgebildeten Rahmen 5 nach oben hin verfahrbar, so daß er vom Tiegel 2 abhe ben kann. Von oben her führt eine im Tiegel 2 abzuschmel zende Elektrodenstange 6 durch den Kessel 3 bis in den Tiegel 2. Zur Abdichtung des Kessels 3 im Bereich der Durchführung der Elektrodenstange 6 dient eine über einen Federbalg 7 mit der Oberseite des Kessels 3 verbundene Dichtung 8, welche von einer oberhalb der Kesseloberseite angeordneten, unteren Plattform 9 gehalten wird. An der Unterseite dieser Plattform 9 sind Führungsrollen 10, 11 befestigt, welche von oben her in nach oben hin offene Führungszylinder 12, 13 eingreifen. Auf diese Weise kann sich die untere Plattform 9 nicht quer zum Kessel 3 ver schieben.

Auf der Oberseite des Kessels 3 sind weiterhin Bolzen 14, 15 befestigt, welche durch die untere Plattform 9 hin durchführen und mit Abstand zur Oberseite der Plattform 9 jeweils einen Kopf 16, 17 haben. Diese Bolzen 14, 15 bil den eine Mitnehmerverbindung zwischen der unteren Platt form 9 und dem Kessel 3. Wird die untere Plattform 9 an gehoben, dann nimmt sie nach einem kurzen Leerhub den Kessel 3 mit, sobald die Köpfe 16, 17 von oben her auf ihr aufsitzen.

Zum Abheben des Kessels 3 vom Tiegel 2 dient eine Hubein richtung 18. Diese hat zwei hydraulisch zu beaufschlagen de Hubzylinder 19, 20, welche auf einer Wiegeplattform 21 befestigt sind und die jeweils eine Kolbenstange 22, 23 aufweisen, deren unteres Ende fest mit der unteren Platt form 9 verbunden ist. Ein Einfahren der Kolbenstangen 22, 23 führt deshalb zu einem Anheben der unteren Plattform und nach Überwindung des axialen Spiels zwischen den Köp fen 16, 17 und der unteren Plattform 9 zu einem Anheben des Kessels 3.

Die Wiegeplattform 21 ist über Wiegezellen 24, 25 von oben her auf dem Rahmen 5 abgestützt. Auf ihr ist weiter hin ein Stellmotor 26 angeordnet, welcher eine Gewinde spindel 27 antreibt, die mit der Elektrodenstange 6 ver bunden ist. Weiterhin hat die Wiegeplattform 21 an einer Seite eine Kabelaufhängung 28, an der ein Ende eines bo genförmig zur Elektrodenstange 6 führenden Hochstromka bels 29 befestigt ist. Von dieser Kabelaufhängung 28 kann eine gerade Hochstromzuführung 30 zu einer Hochstromver sorgung 31 führen.

Am oberen Ende der Elektrodenstange 6 ist diese fest mit einem Führungsjoch 32 verbunden, welches nahe seiner bei den äußeren Enden jeweils eine Führungsbohrung 33, 34 hat, durch die jeweils eine der Kolbenstangen 22, 23 ge führt ist. Wenn sich die Elektrodenstange 6 abwärts be wegt, dann gleitet das Führungsjoch 32 mit diesen Füh rungsbohrungen 33, 34 über die Kolbenstangen 22, 23 und führt dadurch das obere Ende der Elektrodenstange 6.

Die Fig. 2 zeigt das obere Ende des Kessels 3 und die darüber angeordnete, von den Kolbenstangen 22, 23 gehal tene untere Plattform 9 mit der Dichtung 8. Als Mitneh merverbindung sind bei diesem Ausführungsbeispiel Krallen 35, 36, 37, 38 an der unteren Plattform 9 und dem oberen Ende des Kessels 3 vorgesehen, welche mit Spiel überein andergreifen. Beim Anheben der unteren Plattform 9 wird wiederum zunächst dieses Spiel überwunden und erst dann der Kessel 3 mit angehoben.

Bezugszeichenliste

1

Fundament

2

Tiegel

3

Kessel

4

Linearführung

5

Rahmen

6

Elektrodenstange

7

Federbalg

8

Dichtung

9

untere Plattform

10

Führungsrolle

11

Führungsrolle

12

Führungszylinder

13

Führungszylinder

14

Bolzen

15

Bolzen

16

Kopf

17

Kopf

18

Hubeinrichtung

19

Hubzylinder

20

Hubzylinder

21

Wiegeplattform

22

Kolbenstange

23

Kolbenstange

24

Wiegezelle

25

Wiegezelle

26

Stellmotor

27

Gewindespindel

28

Kabelaufhängung

29

Hochstromkabel

30

Hochstromzuführung

31

Hochstromversorgung

32

Führungsjoch

33

Führungsbohrung

34

Führungsbohrung

35

Kralle

36

Kralle

37

Kralle

38

Kralle

Claims

1. Umschmelzofen mit einem Tiegel und einem darauf auf gesetzten, nach außen hin abgedichteten, durch eine Hub einrichtung vom Tiegel abhebbaren Kessel, welcher eine Durchführung aufweist, durch die hindurch mittels einer Dichtung und einem Federbalg abgedichtet eine elektrisch abschmelzbare Elektrodenstange bis in den Tiegel führt, wobei eine von einer über Wiegezellen ortsfest abgestütz ten Wiegeplattform gehaltene untere Plattform die Dich tung der Durchführung trägt und an die der Federbalg mit seinem oberen Ende befestigt ist, während sein unteres Ende auf dem Kessel sitzt und wobei zur Regelung der Ab schmelzleistung die Elektrodenstange mittels eines Elek trodenantriebs höhenverfahrbar ausgebildet und die Elek trodenstange mit ihrem Elektrodenantrieb von der Wiege plattform gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (18) auf der Wiegeplattform (21) abge stützt und zum Anheben der unteren Plattform (9) ausge bildet ist, und daß der Kessel (3) durch eine beim Auf sitzen des Kessels (3) auf dem Tiegel (2) Spiel aufwei sende Mitnehmerverbindung mit der unteren Plattform (9) Verbindung hat.

2. Umschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerverbindung durch nach oben gerichtete Bolzen (14, 15) des Kessels (3) gebildet ist, welche je weils durch die untere Plättform (9) hindurchführen und mit geringem Abstand zur Oberseite der unteren Plattfarm (9) jeweils einen Kopf (16, 17) aufweisen.

3. Umschmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerverbindung durch mit Spiel ineinandergreifende Krallen (35, 36, 37, 38) an der Oberseite des Kessels (3) und der Unterseite der unteren Plattform (9) gebildet ist.

4. Umschmelzofen nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Kessels (3) nach oben hin offene Führungszylinder (12, 13) vorgesehen sind, in welche jeweils eine an der unteren Plattform (9) befestigte Führungsrolle (10, 11) höhenverfahrbar eingreift.

5. Umschmelzofen nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (18) zumindest zwei auf der Wiegeplattform (21) befe stigte Hubzylinder (19, 20) hat, deren Kolbenstangen (22, 23) jeweils mit ihrem unteren Ende fest mit der unteren Plattform (9) verbunden sind und daß die Elektrodenstange (6) fest mit einem Führungsjoch (32) verbunden ist, wel ches Führungsbohrungen (33, 34) aufweist, durch welche die Kolbenstangen (22, 23) hindurchgeführt sind.

6. Umschmelzofen nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wiegeplatt form (21) eine Kabelaufhängung (28) zur Halterung eines zur Elektrodenstange (6) führenden, flexiblen Hochstrom kabels (29) vorgesehen ist.