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Elektrischer mittels Glimmentladung beheizter Vakuum-Glüh- und Schmelzofen
Es ist bereits ein elektrischer Ofen zum Erhitzen in ihn einzubringender Gegenstände
bekanntgeworden, bei dem zur Erhitzung die Wärmeentwicklung des negativen Glimmlichtes
vorzugsweise in einer verdünnten. Gasatmosphäre dient. Dieser bekannte Ofen, der
mit Gleichstrom oder mit gewöhnlichem Wechselstrom beheizt wurde, zeigte den Nachteil,
daß die Glimmentladung leicht in eine Lichtbogenentladung, umschlug und das Glühgut
stellenweise überhitzte und damit zerstörte. Fernher hat der bekannte Ofen den Nachteil,
daß zwischen den beiden Strommaxima eine- unerwünschte, relativ große Heizpause
liegt; denn es zeigte sich überraschenderweise, daß dem negativen Wechsel nur eine
ganz geringe Heizwirkung zukommt. Durch die Erfindung werden diese Nachteile behoben.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen, mittels Glimmentladung beheizten Vakuum-Glüh-
und Schmelzofen mit zwei isoliert und abgeschirmt in die vorzugsweise aus einem
kühlbaren, metallischen Unterteil und -einem abnehmbaren, gleichfalls kühlbar ausgebildeten
metallischen Oberteil bestehende Ofenkammer eingeführten, hohl und kühlbar ausgebildeten
Elektroden, welcher sich dadurch auszeichnet, daß die Elektroden mit zwei Polen
eines Zweiphasenwechselstromtransformators in Verbindung stehen und daß der Mittelabgriff
des Transformators über einen Wechselwiderstand 43, 44 mit der Wandung der Ofenkammer
verbunden ist, wobei das Glühgut 17 auf einer gegenüber der Ofenwandung isolierten,
abgeschirmten und gekühlten Durchführung 14 -unter Zwischenschaltung
eines
Isolators 16 angeordnet ist. Die Rufheizung des Glüh- oder Schmelzgutes wird also
durch eine Glimmentladung zwischen der Ofen-vandung und zwei mittels Zweiphaseni
Wechselstrom gespeisten, in der Vakuumofenkammer isoliert angeordneten Elektroden
vorgenommen. In der Vakuumofenkammer wird dabei vorteilhaft ein Füllgasdruck zwischen
i o und o,o i mm aufrechterhalten. Der zum Heizen verwendete Wechselstrom wird vorteilhaft
mittels eines Zweiphasentransformators auf über 6oo Volt transformiert. Die beiden
Elektroden selber sind isoliert und unter Z-vischenschaltung eines Spaltes abgeschirmt
in die Ofenkammer eingesetzt. Die Stromdurchführung ist vorteilhaft hohl und kühlbar
ausgebildet. Die beiden Elektroden werden vorzugsweise in dem Unterteil des Ofens
isoliert und abgeschirmt angeordnet. In dem Unterteil ist ferner vorteilhaft ein
isolierbarer, kühlbarer Fuß, auf dem das Glühgut oder der Schmelztiegel ruht, angeordnet.
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Die Anwendung von Zweiphasenwechselstrom zur Heizung des Vakuum-Glüh-
und Schmelzofens mittels einer Gasentladung erweist sich als besonders günstig und
bringt die -folgenden Vorteile mit sich: Dem Wechselstromwiderstand, der zwischen
dem Mittelabgriff des Zweiphasenstromtransformators und der Ofenwandung liegt, kommt
dabei eine besondere Bedeutung zu, indem er verhindert, daß die Zcvei.phasen-Glimmentladung,
mit- der der Ofen betrieben wird, in eine Lichtbogenentladung umschlägt, die das
Glühgut stellenweise stark überhitzen und damit zerstören würde. Die Anwendung der
neuen Zweiphasen-Glimmstromheizung bietet ferner gegenüber der Heizung mit gewöhnlichem
Wechselstrom den technischen Vorteil, daß die beim gewöhnlichen Wechselstrom zwischen
den beiden Strommaxima liegende Heizpause -wesentlich, und zwar auf etwa die Hälfte,
vermindert -wird, so daß mit der Zweiphasen-Glimmstromheizung eine erheblich gleichmäßigere
und intensivere Heizung @erreicht wird.
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Der Wechselstrom wird infolge der Flächenverhältnisse von Ofenwandung
und Stromzuführungselektrode gleichgerichtet, wobei eine genügende Grundspannung
als Gleichspannung eingestellt werden kann, die größer gehalten -werden kann als
die Löschspannung der Entladung. Durch diesen Zustand -wird also einer Gleichspannung
eine Wechselspannun- Die teueren Gleichrichter für gewöhnlichen Wechselstrombetrieb
kommen somit in Fortfall, da das Gefäß selbst als Gleichrichter wirkt. Es kann aber
auch vorteilhaft so verfahren werden, daß die Grundgleichspannung tiefer liegt als
die Löschspannung, so daß die Entladung nach 1
I jedem Wechsel neu zünden
muß. Dies bietet besondere Vorteile, wenn beim Schmelzen oder Sintern Metalldämpfe
an der Kathode niedergeschlagen werden, die sehr leicht Elektronen i emittieren
und -bei Gleichstrombetrieb zum Ansetzen eines Glimmbogens führen können. Durch
das Unterbrechen der Entladung erkalten und erlöschen dabei die sich evtl. bildenden
Elektronenquellen und stören den Ofenbetrieb weit weniger als bei einer Gleichstromentladung.
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In der 'Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel schematisch
näher erläutert, und zwar zeigt die Abbildung einen Schnitt durch einen elektrischen
Vakuum-Glüh- und Schmelzofen, bei dem die Aufheizung des Glüh- oder Schmelzgutes
durch eine Glimmentladung zwischen zwei mittels Zweiphasenwechselstrom gespeisten,
in der Vakuumofenkammer isoliert angeordneten Elektroden vorgenommen wird.
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Der Glüh- und Schmelzofen besteht nach der Abbildung aus einem metallischen
Unterteil i und einem abnehmbaren metallischen Oberteil 2, die mittels der Dichtung
3, die z. B. aus zwei Dichtungsringen besteht, vakuumdicht verbunden sind. Der abnehmbare
Oberteil ist mit einem Kühlkanal ¢ versehen, dem durch den Stutzen 5 ein Kühlmittel
zugeführt und durch den Stutzen 6 abgeleitet wird. Der Oberteil besitzt ferner ein
isoliertes und abgeschirmtes Schauglas 7, das in einer Metallhülse 8 angeordnet
ist, die ihrerseits mittels der Dichtung 9 isoliert in den Stutzen io des Oberteils
unter Zwischenschalten eines engen Schutzspaltes i i eingesetzt ist und durch den
Ring 12 aus Isoliermaterial mittels nicht gezeichneter Schrauben angepreßt -wird.
Der metallische Unterteil ist mit Kühlkanälen 13 versehen und trägt eine mittlere
metallische, kühlbare Durchführung 14, die eine Abschirmhaube 15 aus Metall trägt,
auf der der metallische oder aus einem Isoliermantel bestehende Teller 16, der zur
Lagerung des zu erhitzenden Gutes, z. B. eines Schmelztiegels 17, dient, welcher
das Schmelzgut 18 enthält. Zwischen der metallischen Durchführung 14 und dem Teil
ig des metallischen Bodens ist ein enger Schutzspalt 20 vorgesehen. Der Teil 21
ist ein Isolier- und Dichtungsring und der Teil 22 ein Isolier- und Anpreßring,
der durch nicht dargestellte Schrauben angepreßt wird. Der Stutzer 23 dient zum
Zuführen eines Füllgases, wie Wasserstoff, Stickstoff o. dgl., in geregelter Menge.
Das Sieb 24 verhindert, daß die Gasentladung in das Zuführungsrohr schlägt. Der
Stutzen 25 dient zum Anschließen der Vakuumpumpe, mittels deren ein Druck von 4o
bis o,oi mm, vorzugsweise io bis o, i mm, in dem Ofen aufrechterhalten wird. Das
Sieb 26 verhindert, daß die Gasentlacjung
in die zur Vakuumpumpe
führende Leitung hineinschlägt.
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Die hohle, kühlbare Stromdurchführung 27 trägt eine durch Zweiphasenwechselstrom
gespeiste Elektrode 28, der durch die Leitung 29 der Strom zugeführt wird. Zwischen
der Stromdurchführung und der metallischen Wandung des Bodens ist ein enger Schutzspalt
3o vorgesehen. Der Teil 3 r ist ein Isolier- und Dichtungsring und der Tei132 ein
Anpreßring; der durch nicht dargestellte Schrauben angepreßt wird.
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Die hohle, kühlbare Stromdurchführung 33 trägt eine durch Zweiphasenwechselstrom
gespeiste Elektrode 34, der durch die Leitung 35 der Strom zugeführt wird. Zwischen
der Stromdurchführuhg und der metallischen Wandung des Bodens ist ein enger Schutzspalt
36 vorgesehen. Der Teil 37 ist ein Isolier- und -Dichtungsring und der Teil 38 ein
Anpreßring, der durch nicht dargestellte Schrauben angepreßt wird. Die Wechselstromquelle
39 speist den regelbaren Zweiphasenwechselstrorii-Transformator 40, dessen Sekundärspule
4r über die Leitungen 32 bzw. 35 die Elektroden 28 und 34 speist, während der Mittelgriff
des Transformators über einen Schalter 42 und einen Ohmschen Widerstand 43 oder
eine Selbstinduktion oder Drosselspule 44 mit dem metallischen Boden des Schmelzofens
in Verbindung steht.