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Hochvakuumschmelzofen Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochvakuumschmelzofen
mit indirekter Widerstandsheizung. Bei dieser Bauart ist innerhalb eines wassergekühlten
Mantels axial zu diesem ein Heizzylinder angeordnet, in dessen Hdhlraum das Schmelzgut
unmittelbar oder in granulierter oder gepulverter Form in einem Tiegel eingebracht
wird. Zwischen Zylinder und Mantel können Strahlungsschutzbleche angeordnet sein.
Sie betrifft insbesondere die Ausbildung des Heizzylinders und der Stromzuführungen
(Elektroden).
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Es sind Konstruktionen bekannt, bei denen der Heizzylinder aus einem
hochschmelzenden Metall, wie Molybdän, Wolfram, Tantal od. dgl., besteht. Die technischen
Schwierigkeiten liegen in der Beherrschung der Ausdehnung des Heizzylinders und
der Kontaktsicherheit an den Kontaktstellen zwischen Elektrode und Heizzylinder
bei hohen Temperaturen oberhalb r3oo°. DieStromzuführung erfolgt 'an den Stirnflächen
des Zylinders, und diese Stirnflächen müssen gekühlt werden, um die Kontaktsicherheit
zu gewährleisten. Dadurch wird der. Temperaturverlauf längs des Zylindermantels
ungünstig beeinflußt, so daß die Arbeitstemperatur nur in der Umgebung der Zylindermitte
vorhanden ist. Die Kühlung ,der Stirnflächen beeinflußt also die Größe der Einsatzcharge
oder bei gegebener Charge die Abmessungen des Schmelzofens und die Wärmeverluste
ungünstig.
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Diese Nachteile und Schwierigkeiten bei einem Schmelzofen, der mit
einem metallischen Heizzylinder im Hochvakuum arbeitet, werden nach der
Erfindung
dadurch vermieden, daß die Wärmeausdehrmng des Heizzylinders nicht in seinen Randzonen
abgefangen, sondern auf ,die ganze Heizfläche verteilt wird. Nach dem Grundgedank
en der Erfindung erhält der Heizzylinder eine Querheizung mit in Ebenen senkrecht
zur Zylinderachse verlaufenden Strombahnen. Die Stromzuführung erfolgt durch zwei
außerhalb des Heizzylinders liegende und parallel zur Zylinderachse zwischen dem
Heizzylinder und dem Ofenmantel verlaufende . gekühlte, starre Elektroden. Besonders
vorteilhaft ist eine Anordnung, bei oder der Heizzylinder in seiner Längsrichtung
in kurze Zylinderabschnitte unterteilt wird, deren Höhe vorzugsweise gleich ihrem
Durchmesser gemacht wird. Dabei werden ,die Abschnitte mit etwas Zwischenraum zwischen
ihrenKanten angeordnet, .um dieLängenausdehnung in Richtung der Mantellinie zu gestatten.
Die Ausdehnung in Richtung des Umfanges wird durch elastische Verformung der Bleche
zwischen den Elektrodenanschlüssen in einfacher Weise aufgenommen. Die Elektroden
stehen außerhalb des Zylinders einander diametral gegenüber und liegen zwischen
den Hälften jedes Zylinderabschnittes, so daß jede Anschlußstelle nur die halbe
Strombelastung .durch den _ über den Zylinderabschnitt fließenden. Strom erfährt.
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- Zweckmäßig erfolgt dieElektrodenkühlungdurch Umlaufkühlung, indem
das Kühlrohr durch eine Mittelwand längs geteilt ist, die nicht ganz bis an das
stumpfe, im Ofenraum liegende Stirnende des Kühlrohres sheranreicht. Dabei bildet
die Elektrode selbst die Zwischenwand und tritt an denAnschlußstellen der Heizzylinder
mit einer Anschlußfahne seitlich aus dem Rohrmantel heraus, so daß die Elektrode
:bis zu den Anschlußfahnen für die Heizzylinderbleche ein kompaktes Teil ohne Stoß-
oder Lötstellen bildet.
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Inn folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Widerstandofens an Hand einer Zeichnung beschrieben. In dieser bedeutet Fig. i einen
Längsschnitt durch einen zylindrischen Mantelofen, Fig. 2 a bis 2@d Beispiele für
den Anschluß der Heizbleche an äste Elektroden, Fig.3 einen Längsschnitt durch eine
gekühlte Elektrode, Fig. q. einen Querschnitt durch .diese Elektrode längs oder
Linie I-I in Fig. 3.
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Der Ofen besteht aus dem doppelwandigen, zylindrischen Körper i (Fig..i),
der am unteren Ende auf einem in eine Nut des Bodens :2 eingelegten Dichtungsring
5 aufsitzt, .und am oberen Ende ,durch einen Deckel 3 unter Zwischenlage eines Gummiringes
¢ abgeschlossen ist. Konzentrisch im Hohlraum dieses Gefäßes ist der Heizzylinder
aus einem hochschmelzenden Metall, z. B: Molybdän, angeordnet. Der Zylinder ist
gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfindung in mehrere Abschnitte 8 unterteilt.
Die Anschlußelektroden 9 verlaufen in wassergekühlten Rohren n o außerhalb' des
Zylinders und parallel zu dessen Längsachse. Die beiden Zuführungselektroden stehen
sicr diametral gegenüber. In den Rohr-n fließt ,ein Kühlwasserstrom. Am Kopf der
im Ofen stumpf endenden Rohre treten dile Elektroden mit Fahnen i :i aus dem Kühlrohrmäntel
aus und werden mit Schrauben 12 mit den abgekanteten fahnenartigen Anschlüssen 13
der Heizbleche 8 verbunden.
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Die günstigste Ausbildung des Anschlusses wird in Fig. 2 erläutert.
Fig. 2 a zeigt eine Ausführung, bei der die Elektroden sich beide dicht gegenüberstehend
auf einer Seite des Heizzylinders 8 befinden. Diese Anordnung hat den doppelten
Nachteil, daß jede Anschlußstelle durch den vollen, .durch diesen Zylinderabschnitt
fließenden Heizstrom belastet wird und @daß die Ausdehnung des Zylinders längs des
Umfanges zu einer Verformung des Zylinders führen kann. In Fig.2b ist der Zylinder
daher in zwei gleiche Schalen 8a, 8b geteilt, die einander elektrisch parallel geschaltet
sind. Die Elektroden 9 stehen einander mit Bezug auf Aden Zylinder diametral gegenüber.
Auch bei dieser Ausführung ist die Strombelastung der Anschlußstellen noch ungünstig.
Die vorteilhafteste Ausführung zeigt Fig. 2 c, bei der jeder Zylinderabschnitt ebenfalls
aus zwei gleichen Hälften besteht und die Elektrodenfahnen i i zwischen den Anachlußfahnen
13 angeordnet sind, so daß jede Anschlußstelle nur durch den halben, den Zylinderabschnitt
,durchfließenden Strom belastet ist. Auch bei der umgekehrten Anordnung nach Fig.
2 d ist dies der Fall, :bei der die Anschlußfahnen 13 in geschlitzten Elektrodenfahnen
mit Bolzen und Mutter eingeklemmt werden. Jedoch wird diese Annahme bei ungleichmäßigen
Klemmungen nicht voll erfüllt.
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Fig. 3 und q. zeigen eine zweckmäßige Ausführungsform der gekühlten
Elektrode. Die Kupferele'ktrode 9 teilt als Mittelwand -.das Kühlrohr io
in zwei Hälften und ist nicht ganz bis an das stumpfe Kopfende 1q. des Rohres durchgeführt.
Die Kühlflüssigkeit kann also in den Raum 15 eintreten, am Kopfende in den Raum
16 übertreten und diesen am Boden des Ofens wieder verlassen. An ihrem oberen Ende
ist die Elektrode fahnenartig verbreitert. Sie tritt mit dieser Fahne i i durch
den Mantel ,des Kühlrohres hindurch und ist an dieser Stelle mit dem Kühlrohr dicht
verlötet. Die Fahne trägt Bohrungen mit Gewinde 17 für die Befestigungsschrauben
12 der Heizblechfähnen 13. Bei dieser Konstruktion tritt innerhalb des Ofens nur
eine elektrische I#',-öntaktstelle an der Verbindungsstelle der Heizbleche mit der
Elektrodenfahne auf.
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Die nicht gezeichnete Stromzuführung von einer Stromquelle, z. B.
seinem Generätoz' nach Art eines Schweißtransformators, an den Ofen erfolgt bei
den Punkten Ä und B. Von den Elektroden und ihren Kühlrohren ist mindestens
ein Satz vom Boden 2 des Ofens durch einen Flansch 6 mit einer dichtenden und elektrisch
isolierenden Beilage 7, z. B. einen Gummiring, isoliert.
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Mitunter kann es zur Vermeidung der bei den hohen Strömen durch Wirbeistrombildung
auftretenden Verluste und der damit verbundenen
Erwärmung vorteilhaft
sein, den Ofenboden aus lamelliertem Blech, mindestens -aber aus einem unmagnetischen
Werkstoff zu fertigen.
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Die Doppelwandung des Mantels i ist wassergekühlt; die Wasserzuleitungen
sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Abstrahlung in den oberen Kammerraum
2o und gegen das Fenster 18
im Deckel 3 sowie gegen den unteren Kammerraum
ig wird durch eine ,Anordnung von Strahlungsschutzblechen 23 herabgesetzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hochvakuumschmelzofen mit quer beheizten
metallischen Heizzylindern, dessen Konstruktion in Einzielheiten von dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel abweichen kann, kann somit praktisch der ganze zur Verfügung
stehende H-öhlraum des Heizzylinders 8 mit dem Glühgut beschickt werden. Die erfindungsgemäßen
Maßnahmen gewährleisten eine sichere und erprobte Kontaktgabe und Befestigung des
Heizzylinders bzw. seiner Abschnitte, die .den Ausgleich der Materialspannungen
gestattet und andererseits das bei den hohenTemperäturen bereits weicheMaterial
in einfacher und zuverlässiger Weise zwischen starren, widerstandsfähigen, wassergekühlten
Elektroden haltert. Beispielsweise wurden in einem Molybdänzylinder von 5o mm Durchmesser
und iSo mm effektiver Länge aus einem 92 mm starken Blech mit einer Leistung von
30 kVA Temperaturen bis igoo° C erzielt und einwandfrei beherrscht.