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Hochvakuumschmelzofen Zur Erzeugung hoher Temperaturen im Vakuum,
wie sie zur Vorentgasung besonders im Röhrenbau benötigt werden, werden normalerweise
Glühsender benutzt. Schwierig bzw. unmöglich wird die Verwendung von Glühsendern,
wenn es sich um sehr hohe Temperaturen, wie z. B. bei der Entgasung von Kohleanoden,
handelt. Mit Rücksicht auf die für die induktive Heizung bei Temperaturen über Z3oo°
aufzuwendende Leistung werden sehr große Glühsender benötigt, die hohe Anschatiungs-
und Betriebskosten haben. Ihr Wirkungsgrad liegt im Dauerbetrieb unter 5o°0, ihre
Störanfälligkeit verlangt besondere Wartung; (las Bedienungspersonal ist durch hohe
Betriebsspannungen gefährdet. Der Umstand, daß die Induktionsspulen in der Nähe
des auf hoher Temperatur befindlichen Schmelzgutes bzw. Schmelztiegels angeordnet
und wassergekühlt sein müssen, führt sehr bald zu einem Gleichgewicht zwischen der
zugeführten und der abgeführten Wärme, so daß die Erzeugung von Temperaturen über
2ooo" finit Glühsendern sowieso technisch unmöglich wird.
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Es sind bereits Hochvakuumschinelzö fen vorgeschlagen worden, die
mit Widerstandsheizung arbeiten. An sich wäre es möglich, bei der Entgasung von
Kohleanoden das Glühgut unmittelbar zwischen die Elektroden einer Niederspannungsquelle
zu bringen und die Wärme durch direkte Widerstandsheizung zii erzeugen. Jedoch führen
die Kontaktfrage und der Umstand, daß das Glühgut bei den aufgewendeten Temperaturen
um 2ooo° weich wird, zu außerordentlichen Schwierigkeiten.
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Es sind weiterhin Hochvakuumschinelzöfen bekannt, die nach dem Prinzip
der indirekten Widerstandsheizung arbeiten und aus einem innerhalb eines
wassergekühlten
Mantels axial zu diesem angeordneten Heizzylinder bestehen, in dessen Hohlraum das
Schmelzgut unmittelbar oder bei granulierter oder gepulverter Form in einem Tiegel
eingebracht wird. Zwischen Zylinder und 'Hantel können Strahlungsschutzbleche angeordnet
sein. Die Stromzuführung erfolgt an den Stirnflächen des Zylinders über starke.
flexible Zuleitungen.
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Die technische Durchführung dieser Konstruktion stößt bei Temperaturen
oberhalb 13oo` auf Schwierigkeiten, soweit der Heizzylinder aus einem hochschmelzenden
Metall, wie Molybdän, Wolfram, Tantal od. dgl. besteht. Die Ursachen liegen darin,
daß die Stromzuführung an den Kontaktstellen zwischen Heizzylinder und Zuführungselektroden
bei sehr hohen Temperaturen und bei dem aus wirtschaftlichen Gründen erwünschten
raschen Durchlaufen des Intervalls zwischen Zimmer- und Arbeitstemperatur unsicher
wird. Für die Stirnflächen des Zylinders muß daher eine Kühlung vorgesehen werden,
durch die wieder der Temperaturverlauf längs einer Mantellinie des Zylinders beeinflußt
wird. Praktisch ist bei den bekannten Ausführungen die Arbeitstemperatur nur in
der Umgebung der Zylindermitte vorhanden, wodurch die Größe der Einsatzcharge oder
bei gegebener Charge die Abmessungen des Schmelzofens ungünstig beeinflußt und die
Wärmeverluste erhöht werden.
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Diese Nachteile und Schwierigkeiten werden bei einem Schmelzofen nach
der Erfindung vermieden, der tnit einem metallischen Heizzylinder im Hochvakuum
arbeitet. Nach der Erfindung wird der Heizzylinder an seinen Randzonen zwischen
gekühlten, im wesentlichen starren Anschlußklemmen eingespannt, seine Oberfläche
in den Randzonen verformt und der Heizleiterquerschnitt in diesen Zonen gegenüber
dem zwischen den Randzonen liegenden, wirksamen Heizzylinderteil verringert. Die
Wasserkühlung wird biy dicht an die Einspann- und Kontaktstellen des Heizzylinders
herangezogen, um diese kühl zu halten, jede Kontaktfläche möglichst großflächig
gemacht und die Gleichmäßigkeit des Temperaturverlaufs längs der Zylinderoberfläche
sowie die Wärmeausdehnungsfähigkeit durch besondere :Maßnahmen am Heizzylinder gewährleistet.
Diese Maßnahmen bestehen einmal in einer mehrfachen Längsschlitzung der beiden Randzonen
des Zylinders, so daß sich eine Anzahl Anschlußlamellen bilden. An der Basis der
Lamellen wird durch eine Querschnittsverminderung für eine erhöhte Wärmeentwicklung
gesorgt, so daß der Wärmeabfluß überdie Kontaktlamellen zu den gekühlten Anschlüssen
ausgeglichen und eine gleichmäßige Temperatur längs des Heizzylinders erhalten wird.
Schließlich werden die Kontaktlamellen durch Ausbildung von einer oder mehreren
Ouersicken in einfacher Weise befähigt, die Längenänderung des zwischen starren
Gegenflächen eingespannten Zylinders bei Temperaturänderung elastisch nachgiebig
aufzunehmen.
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Im folgenden wird an Hand einer Zeichnung, die einen Längsschnitt
darstellt, eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstandsofens
beschrieben.
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Der Ofe-i besteht aus d^m doppelwandigen, zylindrischen Körper i,
der stni unteren Ende fest mit dem 1
Boden 2 verbunden ist und dessen oberes
Ende einen Anschlußflansch 3 trägt, auf den ein Deckel 4 unter Zwischenlage eines
Gummiringes 5 mit einer Anzahl gleichmäßig am Umfang verteilter Schrauben 6 befestigt
ist. Konzentrisch zum Hohlraum dieses Gefäßes ist der Heizzylinder 7 aus einem hochschmelzenden
Metall, z. B. Molybdän, angeordnet. Der Zylinder ist an seinen Enden mehrfach längs
geschlitzt, so daß sich Anschlußlamellen 8 bilden. Die unteren Lamellen sind einwärts
abgewinkelt und werden mittels einer kreisförmigen Druckplatte 9 und einer
oder mehrerer Schrauben io mit elektrisch einwandfreiem Kontakt mit einem zylindrischen
Ansatz ii der Bodeninnenseite 2 verbunden. Die Oberlamellen sind an ihrem Ende nach
außen rechtwinklig abgeknickt und mittels eines Kupferringes 12 und einer Anzahl
auf dessen Umfang gleichmäßig verteilter Schrauben 13 mit einem zylindrischen in
den Hohlraum hineinragenden Ansatz 14 des Deckels 4 verklemmt.
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Der Deckel 4 besitzt einen zylindrischen Kammerraum 15 gleich dem
Durchmesser des Heizzvlinders 7, durch die der Heizzylinder von außen oben beschickt
werden kann. Während des Betriebes ist die obere Öffnung 15 durch einen zweiten
Deckel 16 unter Zwischenlage eines Gummiringes ico abgeschlossen. Die Auflagefläche
des Deckels trägt mit Vorteil eine konzentrische Rille mit dreieck- oder trapezförmigem
Querschnitt und wird vom Druck der Außenatmosphäre aufgepreßt, sobald der Ofen entlüftet
wird. In den Deckel 16 ist ein Stutzen 17 mit einem Fenster 18 eingesetzt, durch
das das Ofeninnere unmittelbar oder mittelbar über einen Spiegel beobachtet werden
kann. Ein gleicher Beobachtungsstutzen 20 mit Fenster ist in die Doppelwandung i
zur Beobachtung der Mitte des Heizzylinders eingesetzt.
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Die nicht gezeichnete Stromzuführung von einer Stromquelle, z. B.
einem Generator nach Art eines. Schweißtransformators, an den Ofen erfolgt bei den
Punkten A und 13. Deckel 4 und «",mdung i sind gegeneinander durch den Gummiring
5 und eine unter den Schrauben 6 liegende Isolierung voneinander elektrisch isoliert,
so daß der Strom seinen Weg über den Heizzylinder 7 nehmen muß.
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Die Doppelwandung des Gefäßes i, der untere Anschluß ii und die beiden
Deckel 4 und 16 sind wassergekühlt; die Wasserzuleitungen sind in der Zeichnung
nicht dargestellt. Die Abstrahlung in den oberen Kammerraum 15 und gegen <las
Fenster i8 wird durch eine Anordnung von Strahlungsschutzblechen 23 herabgesetzt.
Die Lamellen 8 sind je mit einer oder mehreren quer laufenden Sicken 21 versehen,
die die infolge der Wärmeausdehnung beträchtliche Längenänderung aufnehmen; unter
Umständen kommt man mit einer Sicke je Lamelle aus, wie in der Schnittzeichnung
dargestellt ist.
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Die Zahl der Lamellen, die Zahl, der Abstand und die Form der Sicken
sind nun nach der Erfindung gegenüber der Breite der Lamellen und der zwischen ihnen
liegenden Schlitze so gewählt, daß infolge einer Widerstandserhöhung an den Rändern
des Heizzylinders 7 mehr Wärme erzeugt wird in einem Betrage, der der durch die
gekühlten Anschlußpole abgeführten Wärmemenge entspricht, so d,113 eine konstante
| Tertil)cr;itiir nicht nur in parallelen Querschnitten, |
| son(lern überli;tItl)t 1<ing; (Les Heizzylinders bis (licht |
| an (1ie .\nsdilüsse heran gew-älirlcistet ist. Zu dieser |
| Wirkung tr;igt die Forin (fei- @ickeri insofern bei, als |
| sie eine \'(@rtnin(teriiiig der abstrahlenden Fläche firn |
| Verh;iltnis zur w-ürmcerz@ugen(len Fläche darstellt. |
| Wie in (Ur Zeichnung (largestellt, kann es von Vorteil |
| sein, (lic Schlitze an ihren linden zur weiteren Wider- |
| st@n(lserl)ülinug zn erweitern, z. li. durch Bohrungen |
| 22. Picse li()1irIittg('ri küIIIien @II)er ;IUdt innerhalb
des |
| tragen(len thicr,chnitts ;in (lc,r Laniellenbasis vor- |
| t' s(@in. |
| Bei (ler bcsdiriel>cnen Konstruktion eines Iloch- |
| vakuumschmclzofens mit «'i(lerst;tn(Islieizttng kann |
| sonnt praktisch (ler ganze zur Verfügung stehende |
| Ilohlrauni (les Flcizzvlin(ler; j beschickt werden. Die |
| ertindungsgeni;il@cn \Iaßt)ahinen gewä hrleisten eine |
| sichen# und erprobte Kontaktgabe und Befestigung |
| des lleizzvlin(lers, (lic den Ausgleich der Material- |
| spannnngctl gestattet lind andererseits das bei den |
| hohen Tenil)cnittircn bereits --ciclic Material in ein- |
| facher und zit#,-crl;issiger «-cise haltert, so (laß Kon- |
| t:tktfelilcr und Durchbrennen, Ausbauchungen od. dgl. |
| verinicden wer(lcn. lieispicls--cisc -erden in einem |
| 1h)Ivl>d ;inzvlinder von 5o nim Durchmesser und |
| rso`inni cftektiver Lange ans einem o,3 mm starken |
| Blech mit einer Leistung von 3o k`'=@ Temperaturen |
| bis iy)() erzielt rtnd einwandfrei beherrscht. |