EP1205724A2 - Vorrichtung zum Trocknen und/oder Sintern von Presskörpern aus Verbundwerkstoffen - Google Patents

Vorrichtung zum Trocknen und/oder Sintern von Presskörpern aus Verbundwerkstoffen Download PDF

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EP1205724A2
EP1205724A2 EP01126388A EP01126388A EP1205724A2 EP 1205724 A2 EP1205724 A2 EP 1205724A2 EP 01126388 A EP01126388 A EP 01126388A EP 01126388 A EP01126388 A EP 01126388A EP 1205724 A2 EP1205724 A2 EP 1205724A2
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    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0028—Microwave heating

Definitions

  • the invention relates to a device for drying and / or sintering compacts made of composite materials, which hard materials and / or metal powder included, with a vacuum chamber and / or chamber with special Gas atmosphere, with at least one microwave oven in the vacuum chamber, which is a cavity resonator, a microwave source and one Coupling device for coupling the microwave field into the Contains cavity resonator, and with a microwave source for connection the coupling device.
  • the object of the invention is therefore to provide a device of the type mentioned to further develop such that a uniform, in particular also fast drying, Heating and / or sintering of such material pressed bodies (sintered bodies) is possible.
  • the microwave oven is located in a vacuum chamber and a conveyor for driving on the pellets in the cavity resonator, whereby the pellets - or Sintered body - moved through the locally variable microwave field and all around the same time during the operating time of the furnace Average of the microwave field strength are exposed, so that a uniform Drying or heating of the pressed body is guaranteed. Since the Microwave oven housed in a vacuum chamber needs the Do not close the loading opening of the cavity resonance, moreover, several microwave ovens can be easily combined in one Attach vacuum chamber, which increases the throughput of compacts per unit of time can be increased.
  • the conveying device particularly preferably conveys the compacts from the vacuum chamber into the cavity, the compacts then move in the cavity and then brings the compacts out of the Cavity resonator out.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the placement and removal of the compacts outside the cavity takes place, that is, the microwave oven for insertion and for Removal of the compacts does not have to cool down because the assembly and the Removal outside the microwave oven in the cool area of the vacuum chamber he follows. In this way, the cycle time within which a batch in the Device is operated, significantly shorten the output to heated or enlarge dried compacts per unit of time considerably.
  • the conveyor particularly preferably crosses the cavity resonator in its longitudinal direction through openings that are opposite each other End faces of the cavity resonator are provided.
  • the conveyor device particularly preferably has a circulating endless belt on, which revolves around roles outside of the cavity resonator, the upper run of the endless belt is passed through the cavity resonator and the lower run of the endless belt below the cavity runs.
  • several microwave ovens can be accommodated in the vacuum chamber are preferably aligned in line in the longitudinal direction and one have common conveyor, which has an endless belt, the is guided through all cavity resonates, with particular preference being given to the Deflection rollers are arranged outside the end cavity resonators, the upper run of the conveyor belt through the cavity resonators runs through and the lower run of the conveyor belt under the Cavity resonators runs back.
  • This company has a defined and known field distribution and can also be implemented with high field strengths. Since the compacts are only weakly coupled to the microwave field and therefore high field strengths have to be applied, multimode operation is difficult to master.
  • temperature measuring devices are also provided in the cavity resonator, which monitors the surface temperature of the compacts.
  • the compacts are preferably placed on graphite carriers or Al 2 O 3 carriers which lie on the endless belt of the conveyor.
  • tungsten carbide cobalt green compacts or metal compacts can be processed as compacts.
  • flow guiding devices are provided in the vacuum chamber and, if appropriate, also in the cavity resonator of the microwave oven, which guide a gas flow through the vacuum chamber and possibly also the cavity resonators.
  • FIGs 1 and 2 is a longitudinal section and a cross section through a device 1, which has a vacuum chamber 2, which by means of a door or flap 4 can be opened and closed.
  • a cavity resonator 10 which has a rectangular cross section has and has end faces 11 at its two longitudinal ends.
  • a Coupling device 12 leads into the cavity resonator 10 and is used for Coupling of a microwave field into the cavity resonator 10.
  • a microwave source 14 is electrically connected, which - In the embodiment shown - outside the vacuum chamber 2 is arranged and a microwave field of suitable frequency and strength in the Cavity feeds.
  • a conveyor 20 which is an endless belt 22, which with its upper run 23 through the end faces 11 of the cavity resonator 10 is passed and runs around deflection rollers 24, which are outside the cavity, but inside the vacuum chamber 2 are located.
  • the lower run 25 of the endless belt 22 is outside and below the cavity resonator - in the vacuum chamber 2 - out.
  • Locks (not shown) through which the upper run 23 of the Endless belt 22 can enter and exit the cavity resonator 10.
  • the pressed bodies to be heated or dried in the device which from composites, for example tungsten carbide cobalt green compacts, which Containing hard materials and / or metal powder are used in graphite carrier 30, which are placed on the upper run 23 of the endless belt 22 of the conveyor 20 and then from the conveyor through the cavity 10 through and / or in the cavity resonating back and forth with the stroke h and therefore rapid and even drying or heating be subjected.
  • composites for example tungsten carbide cobalt green compacts, which Containing hard materials and / or metal powder
  • the cavity resonator 10 is preferably, although operated in single mode operation, and in an H 1-one mode. Since this company has a defined and known field distribution and can easily be excited with high field strengths.

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Abstract

Vorrichtung zum Trocknen und/oder Sintern von Presslingen aus Verbundwerkstoffen, welche Hartstoffe und/oder Metallpulver enthalten, mit einer Vakuumkammer, mit mindestens einem Mikrowellenofen, der einen Hohlraumresonator und eine Einkoppeleinrichtung zum Einkoppeln des Mikrowellenfeldes in den Hohlraumresonator enthält, und mit einer Mikrowellenquelle zum Anschließen an die Einkoppeleinrichtung. In dieser Vorrichtung ist der Mikrowellenofen in der Vakuumkammer angeordnet und enthält eine Fördereinrichtung zum Verfahren der Presslinge in dem Hohlraumresonator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen und/oder Sintern von Presskörpern aus Verbundwerkstoffen, welche Hartstoffe und/oder Metallpulver enthalten, mit einer Vakuumkammer und/oder Kammer mit spezieller Gasatmosphäre, mit mindestens einem Mikrowellenofen in der Vakuumkammer, der einen Hohlraumresonator, eine Mikrowellenquelle und eine Einkoppeleinrichtung zum Einkoppeln des Mikrowellenfeldes in den Hohlraumresonator enthält, und mit einer Mikrowellenquelle zum Anschließen an die Einkoppeleinrichtung.
Aus der DE 196 33 247 A1 ist ein Mikrowellenofen zur Sinterung von Sintergut bekannt, der einen Hohlraumresonator mit einer Mikrowelleneinkoppelvorrichtung aufweist, welche zum Einkoppeln von Mikrowellenfeldern dient, die - im Resonanzbetrieb des Resonators - die zu bearbeitenden Sinterkörper volumenmäßig aufweist. Vorgesehen sind zusätzliche Wärmestrahlungsquellen, welche die Abstrahlverluste über die Sintergut-Oberfläche kompensieren oder das Sintergut über die Oberfläche aufheizen. Da Sinterprozesse oftmals unter Vakuum ablaufen müssen, sind entsprechende Einrichtungen vorgesehen, um den Innenraum des Resonators zu evakuieren. Da der Betrieb einer derartigen bekannten Vorrichtung nur nacheinander mit einzelnen Chargen - also im sogenannten Chargenbetrieb - erfolgt, ist der Zeitaufwand zum Öffnen des Hohraumresonators, anschließenden Bestücken mit dem Sintergut, dem daran anschließenden gasdichten Verschließen und dem anschließenden Evakuieren des Hohlraumresonators beträchtlich, zumal das Mikrowellenfeld vor jedem Bestücken abgeschaltet und der Resonator abgekühlt werden muss. Nachteilig ist außerdem, dass Sintergut in dem Hohlraumresonator stationär angeordnet ist, so dass mehrere Sinterkörper an verschiedenen Positionen im Hohlraumresonator einem Mikrowellenfeld ausgesetzt ist, dessen Stärke ortsabhängig ist, so dass die verschiedenen Sinterkörper je nach Position einem unterschiedlich starken Mikrowellenfeld ausgesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine gleichmäßige, insbesondere auch schnelle Trocknung, Erwärmung und/oder Sinterung derart Stoff-Presskörper (Sinterkörper) möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Mikrowellenofen in einer Vakuumkammer angeordnet ist und eine Fördereinrichtung zum Verfahren der Presslinge in dem Hohlraumresonator enthält.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Mikrowellenofen sich in einer Vakuumkammer befindet und eine Fördereinrichtung zum Befahren der Presslinge im Hohlraumresonator aufweist, wodurch die Presslinge - oder Sinterkörper - durch das örtlich veränderliche Mikrowellenfeld hindurchbewegt werden und während der Betriebszeit des Ofens alle etwa denselben zeitlichen Mittelwert der Mikrowellenfeldstärke ausgesetzt sind, so dass eine gleichmäßige Trocknung oder Erwärmung der Presskörper gewährleistet ist. Da der Mikrowellenofen in einer Vakuumkammer untergebracht ist, braucht die Beschickungsöffnung des Hohlraumresonators nicht vakuumdicht schließen, außerdem lassen sich in einfacher Weise auch mehrere Mikrowellenöfen in einer Vakuumkammer anbringen, wodurch der Durchsatz an Presslingen pro Zeiteinheit erhöht werden kann.
Besonders bevorzugt fördert die Fördereinrichtung die Presslinge aus der Vakuumkammer in den Hohlraumresonator hinein, verfährt dann die Presslinge im Hohlraumresonator und bringt die Presslinge anschließend wieder aus dem Hohlraumresonator heraus. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Bestükung und die Entnahme der Presslinge außerhalb des Hohlraumresonators erfolgt, dass also der Mikrowellenofen zum Einsetzen und zur Entnahme der Presslinge nicht abkühlen muss, da die Bestükung und die Entnahme außerhalb des Mikrowellenofens im kühlen Bereich der Vakuumkammer erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Zykluszeit, innerhalb der eine Charge in der Vorrichtung bearbeitet wird, erheblich verkürzen, der Ausstoß an erwärmten oder getrockneten Presslingen pro Zeiteinheit also erheblich vergrößern.
Besonders bevorzugt durchquert die Fördereinrichtung den Hohlraumresonator in seiner Längsrichtung durch Öffnungen hindurch, die in einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Hohlraumresonators vorgesehen sind.
Besonders bevorzugt weist die Fördereinrichtung ein umlaufendes Endlosband auf, welches um Rollen außerhalb des Hohlraumresonators umläuft, wobei das obere Trumm des Endlosbandes durch den Hohlraumresonator hindurchgeführt ist und das untere Trumm des Endlosbandes unterhalb des Hohlraumresonators verläuft. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lassen sich mehrere Mikrowellenöfen in der Vakuumkammer unterbringen, die bevorzugt in Längsrichtung hintereinander fluchtend angeordnet sind und eine gemeinsame Fördereinrichtung aufweisen, welche ein Endlosband aufweist, das durch alle Hohlraumresonaten hindurch geführt ist, wobei besonders bevorzugt die Umlenkrollen außerhalb der endseitigen Hohlraumresonatoren angeordnet sind, wobei das obere Trumm des Förderbandes durch die Hohlraumresonatoren hindurchläuft und das untere Trumm des Förderbandes unter den Hohlraumresonatoren zurückläuft. Alternativ lassen sich jedoch auch für die mehreren Mikrowellenöfen je eine separate Fördereinrichtung versehen.
Bevorzugt wird der bzw. die Hohlraumresonatoren in einem Monomode-Betrieb, besonders mit einer H1on-Mode betrieben, wobei n = 1, 2, 3... . Dieser Betrieb verfügt über eine definierte und bekannte Feldverteilung und kann auch mit hohen Feldstärken realisiert werden. Da die Presslinge nur schwach an das Mikrowellenfeld ankoppeln und also hohe Feldstärken aufzubringen sind, ist ein Multimode-Betrieb schwierig zu beherrschen.
Erfindungsgemäß sind ferner Temperaturmeßeinrichtungen im Hohlraumresonator vorgesehen, welche die Oberflächentemperatur der Presslinge überwacht. Die Presslinge werden bevorzugt auf Graphitträger oder Al2O3-Trägern gelegt, die auf dem Endlosband der Fördereinrichtung liegen. Als Presslinge lassen sich beispielsweise Wolframkarbid-Kobaltgrünlinge oder Metallpresslinge verarbeiten.
Damit die Trocknung oder Erhitzung der Presslinge auch unter Schutzgras beispielsweise Ar, N2 stattfinden kann, sind in der Vakuumkammer und gegebenenfalls auch im Hohlraumresonator des Mikrowellenofens Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen, welche einen Gasstrom durch die Vakuumkammer und gegebenenfalls auch die Hohlraumresonatoren hindurchleiten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung; und
Fig. 2
einen Querschnitt längs der Linie II-2 der Figur 1 in vergrößertem Maßstab.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Längsschnitt und ein Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 dargestellt, die eine Vakuumkammer 2 aufweist, welche mittels einer Tür oder Klappe 4 geöffnet und verschlossen werden kann. In der Vakuumkammer 2 befindet sich ein Hohlraumresonator 10, der einen rechteckförmigen Querschnitt besitzt und an seinen beiden längsseitigen Enden Stirnflächen 11 aufweist. Eine Einkoppeleinrichtung 12 führt in den Hohlraumresonator 10 hinein und dient zur Einkoppelung eines Mikrowellenfeldes in den Hohlraumresonator 10. An die Einkoppeleinrichtung 12 ist elektrisch eine Mikrowellenquelle 14 angeschlossen, welche - in der dargestellten Ausführungsform - außerhalb der Vakuumkammer 2 angeordnet ist und ein Mikrowellenfeld geeigneter Frequenz und Stärke in den Hohlraumresonator einspeist.
In der Vakuumkammer 2 befindet sich eine Fördereinrichtung 20, die ein Endlosband 22 besitzt, welches mit seinem oberen Trumm 23 durch die Stirnflächen 11 des Hohlraumresonators 10 hindurchgeführt ist und um Umlenkrollen 24 herumläuft, die sich außerhalb des Hohlraumresonators, jedoch innerhalb der Vakuumkammer 2 befinden. Das untere Trumm 25 des Endlosbandes 22 wird außerhalb und unterhalb des Hohlraumresonators - in der Vakuumkammer 2 - geführt. An den Stirnflächen 11 des Hohlraumresonators 10 befinden sich entsprechende Schleusen (nicht dargestellt), durch welche das obere Trumm 23 des Endlosbandes 22 in den Hohlraumresonator 10 eintreten und austreten kann.
Die in der Vorrichtung zu erhitzenden oder zu trocknenden Presskörper, welche aus Verbundstoffen, beispielsweise Wolframkarbit-Kobaltgrünlinge, welche Hartstoffe und/oder Metallpulver enthalten, werden in Graphitträger 30 eingesetzt, die auf das obere Trumm 23 des Endlosbandes 22 der Fördereinrichtung 20 gesetzt werden und dann von der Fördereinrichtung durch den Hohlraumresonator 10 hindurch und/ oder im Hohlraumresonator hin und her mit dem Hub h bewegt werden und dadurch einer schnellen und gleichmäßigen Trocknung bzw. Erhitzung unterzogen werden.
Der Hohlraumresonator 10 wird bevorzugt im Monomode-Betrieb, und zwar in einer H1on-Mode betrieben. Da dieser Betrieb eine definierte und bekannte Feldverteilung aufweist und leicht mit hohen Feldstärken angeregt werden kann.

Claims (16)

  1. Vorrichtung zum Trocknen und/oder Sintern von Presslingen aus Verbundwerkstoffen, welche Hartstoffe und/oder Metallpulver enthalten, mit einer Vakuumkammer, mit mindestens einem Mikrowellenofen, der einen Hohlraumresonator und eine Einkoppeleinrichtung zum Einkoppeln des Mikrowellenfeldes in den Hohlraumresonator enthält, und mit einer Mikrowellenquelle zum Anschließen an die Einkoppeleinrichtung,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrowellenofen (10, 12) in der Vakuumkammer (2) angeordnet ist und eine Fördereinrichtung (20) zum Verfahren der Presslinge in dem Hohlraumresonator (10) enthält.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) die Presslinge von der Vakuumkammer (2) durch eine Öffnung in den Hohlraumresonator (10) transportiert und in Längsrichtung des Hohlraumresonators (10) verfährt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) den Hohlraumresonator (10) in Längsrichtung durchquert und durch zwei einander gegenüberliegende Stirnflächen (11) des Hohlraumresonators (10) hindurchläuft.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) in dem Hohlraumresonator angeordnet ist, und dass der Hohlraumresonator (10) eine Öffnung zum Beschicken der Fördereinrichtung (20) aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) ein umlaufendes Endlosband (22) aufweist, welches um Rollen (24) außerhalb des Hohlraumresonators (10) umläuft, und dass das obere Trumm (23) durch den Hohlraumresonator (10) hindurchgeführt ist, und dass das untere Trumm (25) des Endlosbandes (22) außerhalb des Hohlraumresonators (10) verläuft.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator (10) im Monomode-Betrieb des Mikrowellenfeldes betreibbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator (10) des Mikrowellenofens (10, 12, 14) mit einem Mikrowellenfeld in einer H1on-Mode betrieben wird, mit n = 1,2,3... .
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch Graphitträger (30) oder Al2O3-Träger, die von der Fördereinrichtung (20) befördert werden und die Presslinge aufnehmen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Presslinge (40) Wolfram Karbid-Kobalt Grünlinge oder Metallpresslinge sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) die in den Graphitträgern oder Al2O3-Trägern angeordneten Presslinge mit definiertem Hub in dem Hohlraumresonator (10) gleichmäßig hin und her bewegt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch Temperatur-Meßeinrichtungen im Hohlraumresonator, welche die Oberflächentemperatur der Presslinge überwachen.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrowellenöfen (10, 12) in der Vakuumkammer (2) vorgesehen sind, und dass für jeden Mikrowellenofen (10, 12) je eine Fördereinrichtung (20) vorgesehen ist, die die Presslinge in bzw. durch den Hohlraumresonator (10) verfährt.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrowellenöfen (10, 12) in der Vakuumkammer (2) mit hintereinander fluchtend angeordneten Hohlraumresonatoren (10) vorgesehen sind, und dass eine gemeinsame Fördereinrichtung, welche ein um Umlenkrollen laufendes Endlosband aufweist, und welches durch alle Hohlraumresonatoren verläuft.
  14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    gekennzeichnet durch Zuleitungen in die Vakuumkammer zum Zuführen eines Gasgemisches, und Ableitungen aus der Vakuumkammer (2) zum Ableiten des Gasgemisches aus der Vakuumkammer (2).
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    gekennzeichnet durch Strömungsleiteinrichtungen in der Vakuumkammer und/oder in dem Hohlraumresonator zum Hindurchleiten des Gasstromes durch den/die Hohlraumresonatoren.
  16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (20) die Presslinge vom Außenraum durch mindestens eine Schleuse hindurch in die Vakuumkammer (2) und innerhalb der Vakuumkammer (2) in den Hohlraumresonator (10) fördert.
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