EP3833920B1 - Behälter, ofen und verfahren zur wärmebehandlung eines pulvergemisches - Google Patents

Behälter, ofen und verfahren zur wärmebehandlung eines pulvergemisches Download PDF

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EP3833920B1
EP3833920B1 EP19749578.1A EP19749578A EP3833920B1 EP 3833920 B1 EP3833920 B1 EP 3833920B1 EP 19749578 A EP19749578 A EP 19749578A EP 3833920 B1 EP3833920 B1 EP 3833920B1
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EP
European Patent Office
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container
spacers
foot
head
containers
Prior art date
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Active
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EP19749578.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3833920A1 (de
Inventor
Arian Esfehanian
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Onejoon GmbH
Original Assignee
Onejoon GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • F27D5/0012—Modules of the sagger or setter type; Supports built up from them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0006—Details, accessories not peculiar to any of the following furnaces
    • C21D9/0025—Supports; Baskets; Containers; Covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0006—Composite supporting structures
    • F27D5/0018—Separating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D5/00—Supports, screens, or the like for the charge within the furnace
    • F27D5/0068—Containers

Definitions

  • the present invention relates to a container for storing a powder mixture during heat treatment in a furnace.
  • the invention also relates to a furnace and a method for heat-treating a powder mixture.
  • powder mixtures are heat-treated in the containers mentioned at the beginning (also called saggar).
  • the containers are made of ceramics or mullite materials because these materials have good heat resistance and because the containers are exposed to large temperature gradients in the oven.
  • the chemical resistance and the mechanical strength of mullite containers are low, which means that these containers are particularly sensitive in chemically aggressive atmospheres and in contact with reactive materials and are therefore disadvantageous.
  • FIG. 1 shows a typical arrangement of three containers 1 known from the prior art, in each of which a powder bed 4 made of a powder mixture is arranged and which are stacked directly one on top of the other to increase the throughput during the firing process in the furnace, so that on the lower and upper edges of the Container 1 contact points 2 arise. So that on the one hand the process gas required for the reaction can be fed to the powder mixture and on the other hand exhaust gases produced within the container 1 can be discharged and thus an automatic gripping of each individual container 1 is possible after the heat treatment, the containers 1 have recesses 3, which the interior the container 1 open towards the oven.
  • Stacking the containers on top of each other leads to high mechanical compressive stresses in the lower containers and to a limited service life of the containers because they deform and occasionally tear.
  • the amount of powder per container and consequently the throughput per unit of time is therefore limited.
  • the combination of pressure, temperature and chemical influences on the containers occasionally leads to at least partial sticking at the contact points, which poses major problems when removing the containers, particularly with a robot.
  • a multi-part sagger is known in which four side parts are arranged around a rectangular base element of corrosion-resistant material, which form the walls of the sagger.
  • the side parts are connected via corner parts made of a different material. Individual broken elements can be replaced on such a sagger.
  • the corner parts have upward extensions so that the saggers can be stacked and cannot slip.
  • a annealing material carrier with several base plates arranged one above the other is known.
  • the base plates are spaced apart from one another by tube sections which are each threaded onto column rods below and above a base plate, which penetrate the base plates.
  • the CN 108120305A shows a transport trolley for lumpy material to be burned with several flat steel frames stacked on top of one another. This is not suitable for powder mixtures.
  • the object of the present invention to specify a container, an oven and a method with which the aforementioned problems are at least partially eliminated.
  • the throughput per unit of time should be increased and the automatic removal of the containers should be simplified.
  • the service life of the containers and the effectiveness of the heat treatment of the powder mixture should be increased.
  • several receptacles are provided for the detachable attachment of spacers, which, in the assembled state, allow several containers to be stacked one on top of the other without contact.
  • Non-contact stacking means that two containers arranged one above the other do not touch and do not form direct contact points, which avoids the risk of sticking during the firing process in the furnace.
  • the spacers that are in contact with each other are made of a material that is chemically more stable than the containers, so that no sticking occurs at the contact points.
  • the mass of the containers is no longer supported by the containers below due to the contactless stacking, but because the spacers take on the supporting function, the mass to be supported of each container is reduced to its own weight and the mass of the powder mixture. As a result, the amount of powder mixture per container can be significantly increased, which leads to a significant increase in throughput per unit of time. Furthermore, the lower total mass of a container to be carried leads to a lower mechanical load and consequently to a significant increase in the service life of the container. Finally, the storage of the containers at a distance from one another results in a comparatively larger gap between two containers in each case, through which any exhaust gases caused by the reaction can be better discharged and through which the process gas can be better guided to the powder mixture.
  • the distance allows for more effective heat transfer within the furnace.
  • the releasable connection between the container and the spacer remains in place until either the container or the spacer is damaged or worn out. In this case, a simple manual or automatic exchange is possible thanks to the detachable connection.
  • the container is delimited by a lateral wall with a lower edge and an upper edge, which has a plurality of receptacles for receiving the spacers, which pass through the wall from the lower edge to the upper edge.
  • the spacers in the mounted state protrude beyond the wall of the container at the upper edge and at the lower edge and can be locked within the receptacles.
  • the container has a rectangular cross-section and the receptacles are placed in the corners of the wall.
  • the recordings can be closed in the radial direction, with which the recordings are completely introduced into the wall of the container and open the wall only at the upper edge and at the lower edge.
  • the receptacles can have lateral openings with an opening width in the radial direction.
  • the receptacles can have any desired cross section, in particular an angular, rectangular or round cross section. If the receptacles are designed as bores with a round cross section, the opening widths of the side openings are smaller than the inner diameter of the bores.
  • the feet or the foot sections and the heads or the head sections are arranged on the sections of the supports projecting beyond the wall. Due to the spacers/supports extending through the entire wall, the containers rest exclusively on the spacers, so that the lowest spacers carry the mass of all the containers and spacers arranged above them.
  • a first preferred embodiment provides that the support of a spacer is designed in two pieces and has a lower support part with a foot and can be inserted into the bore at the lower edge of the wall.
  • An upper support part has a head and can be inserted into the bore at the upper edge of the wall.
  • the lower and upper support parts can be releasably connected to one another within the bore for locking the spacer.
  • a threaded connection with corresponding threaded sections or a bayonet connection can be provided to connect the support parts within the bore.
  • the supports of the spacers can be designed in one piece and can be locked within a bore.
  • a spacer with a post, an enlarged foot and a head section or a spacer with a post, an enlarged head and a foot section can be locked within the bore, preferably by a cotter pin, a snap connection or comparable fastening means.
  • a spacer with a one-piece support, a head and a foot can have a screw connection via corresponding threaded sections on the support and on the head and/or on the foot for detachable and at the same time captive mounting in the bore.
  • the bores can also have lateral openings which extend parallel to the longitudinal axis of the bores and continuously open the wall of the bore laterally.
  • Such bores are used for the detachable connection of spacers, the supports of which each have two parallel guide surfaces which are connected to one another via part-cylindrical sliding surfaces, so that the supports can be inserted through the lateral openings of the bores into the bores and here by rotating the supports about the longitudinal axis are stored in a form-fitting manner.
  • the opening width of the lateral opening of the bores is adapted to the distance between the sliding surfaces of the supports.
  • the supports When assembled, the supports are mounted in a form-fitting manner within the bores and the part-cylindrical sliding surfaces rest against the inner walls of the bores.
  • spacers can also be used, the one-piece supports of which are permanently connected to the feet and heads.
  • the spacers in particular the supports and/or the heads and/or the feet are preferably made of high-strength and dense high-performance ceramics, in particular aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which preferably has a porosity of less than 5%.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the spacers are designed to be significantly more stable chemically and mechanically than the containers made of ceramic or mullite material.
  • a first embodiment of the invention is in the Fig. 2a, b shown.
  • the containers 10 shown here have a bottom 11 and a wall 12, so that the containers 10 are shell-shaped for receiving a powder mixture.
  • the wall 12 has a lower edge 13 and an upper edge 14 and receptacles in the form of bores 15 penetrate between them.
  • the bores 15 serve to accommodate a spacer 16 which, in the exemplary embodiment shown, is designed in two pieces and has a support 17 consisting of a lower support part 18 and an upper support part 19 .
  • the lower support part 18 is connected to a foot 20 while the upper support part 19 is connected to a head 21 .
  • the lower support part 18 is inserted into a bore 15 from below.
  • the upper support part 19 is inserted at the upper edge 14 into the bore 15 until the upper and lower support parts 18, 19 abut one another.
  • the support parts 18, 19 can be releasably connected to one another via suitable releasable connecting means, for example via a screw connection or via a bayonet connection.
  • suitable releasable connecting means for example via a screw connection or via a bayonet connection.
  • Figure 2b shows a stack of three containers 10 according to the invention, between which compared to the prior art, a greater distance A for the supply of Process gas and is designed to remove reaction-related gases. Furthermore, it is already in Figure 2b It can be clearly seen that the total mass of all containers 10 is carried by the spacers 16 because they completely penetrate the bores 15 of the containers 10 . The lowest container 10 therefore only carries its own mass and therefore not the mass of the containers 10 arranged above it.
  • the Figures 3a and b show further alternative configurations of containers 10 with spacers 16, which are arranged in a laterally closed bore 15.
  • the spacer 16 is inserted at the lower edge 13 into the bore 15 until the foot 20 arranged on the support 17 strikes the bottom 11 of the container 10 .
  • the support 17 of the spacer 16 overhangs the top edge 14 of the containers 10 and thus forms a head portion 22 because the support 17 is not connected to a separate and enlarged head there.
  • the spacer 16 is in this position according to Figure 3a with a cotter pin 23 and according Figure 3b fastened with a locking connection 24.
  • the head section 22 of the support 17 engages in a recess 25 in the base 20, so that lateral displacement is prevented by a positive plug connection.
  • the transverse bores for receiving the cotter pin 23 within the wall 12 and/or within the support 17 are so large that no force is exerted on the wall of the container 10 in the stacked state.
  • the cotter pin 23 only prevents the spacer 16 or the support 17 from slipping out of the receptacle when a container 10 is lifted.
  • the support 17 can also be inserted into the bore 15 of the container 10 at the upper edge 14 so that the spacer 16 has a head 21 and a foot portion which protrudes at the lower edge 13 of the container 10.
  • the functioning of this alternative embodiment is analogous to the functioning according to FIG Figures 3a and 3b .
  • the Fig. 4a-h show one to the Fig. 2a, b and 3a, b alternative embodiment of containers 10 with a side opening 35 formed as a bore 15 Recording.
  • the Figure 4a shows a top view of a container 10 in the wall 12 of which a bore 15 has been made.
  • the bore 15 is open to the side and has an opening width B that is smaller than the diameter D of the bore 15 .
  • a support 17 of a spacer 16 can be inserted laterally, as in the Figures 4f and 4g is shown.
  • the illustrated spacer 16 has a head 21 and a foot 20 which are connected by the support 17 together.
  • the support 17 has parallel guide surfaces 26 which are connected to one another via part-cylindrical sliding surfaces 27 .
  • the guide surfaces 26 are so far apart that they allow the insertion of the support 17 into the bore 15, which is particularly true in the Figures 4b and 4c is shown.
  • the spacer 16 is locked within the bore 15 by rotating the support 17 about the longitudinal axis ( Fig. 4d, e ).
  • parallel wrench flats 34 are formed on the head 21, which form a contact surface for a screwing tool.
  • laterally open bores 15 allows the use of one-piece spacers 16 which not only have a one-piece support 17 but are also integrally connected to the head 21 and the foot 20.
  • the spacers 16 can be introduced into the receptacles and locked in place manually or automatically by means of a robot.
  • Fig. 4h shows a detailed view of stacked containers 10, which are each connected to a spacer 16 with lateral guide surfaces 26, which rest in laterally open bores 15 and are locked therein by a positive fit.
  • FIG 5a the automatic loading of a furnace 28 with containers 10 and the automatic removal of the containers 10 is shown by a robot 29, 30 in each case.
  • a robot 29, 30 On the left side of the oven 28 there is a first robot 29 which stacks several containers 10 filled with a powder mixture on top of one another.
  • Three stacked containers 10 are then of a suitable Transport device 31 introduced into the furnace 28 in the transport direction 32 .
  • the powder mixture is treated with heat in accordance with the specified processes before each container 10 is picked up individually by another robot 30 on the right-hand side of the furnace 28 and fed to further transport.
  • Figure 5b shows a cross section of the furnace 28 in the transport direction 32 and illustrates the advantages of the spaced storage of the containers 10, because there is a larger distance A between them due to the spacer 16, so that process gases are effectively supplied and any reaction gases are effectively fed out through a corresponding opening 33 on the bottom or on the wall of the furnace 28 can be discharged. Furthermore, the comparatively larger distance A results in a more effective heat treatment.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter zur Lagerung eines Pulvergemisches während einer Wärmebehandlung in einem Ofen.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Ofen und ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Pulvergemisches.
  • In vielen Bereichen der Pulverchemie und insbesondere bei der Herstellung von Kathodenmaterial für Batterien werden Pulvergemische in den eingangs genannten Behältern (auch Saggar genannt) wärmebehandelt. Die Behälter bestehen dabei aus Keramiken oder aus mullitischen Werkstoffen, weil diese Materialien eine gute Hitzebeständigkeit besitzen und weil die Behälter im Ofen großen Temperaturgradienten ausgesetzt sind. Allerdings sind die chemische Beständigkeit und die mechanische Festigkeit von mullitischen Behältern gering, womit diese Behälter insbesondere in chemisch aggressiven Atmosphären und in Kontakt mit reaktionsfreudigen Materialien empfindlich und daher nachteilbehaftet sind.
  • Fig. 1 zeigt eine typische Anordnung von drei nach dem Stand der Technik bekannten Behältern 1, in denen jeweils ein Pulverbett 4 aus einem Pulvergemisch angeordnet ist und die zur Erhöhung des Durchsatzes während des Brennprozesses im Ofen unmittelbar übereinandergestapelt werden, so dass an den Unter- und Oberkanten der Behälter 1 Kontaktstellen 2 entstehen. Damit einerseits das für die Reaktion notwendige Prozessgas zu dem Pulvergemisch geführt werden kann und andererseits innerhalb der Behälter 1 entstehende Abgase abgeführt werden können und damit nach der Wärmebehandlung ein automatisches Greifen jedes einzelnen Behälters 1 möglich ist, besitzen die Behälter 1 Ausnehmungen 3, die den Innenraum der Behälter 1 zum Ofen hin öffnen.
  • Das Übereinanderstapeln der Behälter führt bei den unteren Behältern zu hohen mechanischen Druckspannungen und zu einer limitierten Lebensdauer der Behälter, weil sich diese verformen und gelegentlich reißen. Die Menge an Pulver pro Behälter und mithin der Durchsatz pro Zeiteinheit ist daher begrenzt. Ferner führt die Kombination aus Druck, Temperatur und chemischen Einflüssen auf die Behälter gelegentlich zu einem zumindest partiellen Verkleben an den Kontaktstellen, was die Entnahme der Behälter insbesondere mit einem Roboter vor große Probleme stellt. Aus der DE 20 2014 100 848 U1 ist eine mehrteilige Brennkapsel bekannt, bei der um ein rechteckiges Basiselement aus korrosionsbeständigem Material herum vier Seitenteile angeordnet sind, welche die Wände der Brennkapsel bilden. Die Seitenteile werden dazu über Eckteile aus einem anderen Material verbunden. An einer solchen Brennkapsel können einzelne kaputte Element ausgetauscht werden. Zudem weisen die Eckteile nach oben gerichtete Verlängerungen auf, sodass die Brennkapsel stapelbar sind und dabei nicht verrutschen können.
  • Aus der WO 92/19778 A ist ein Glühgutträger mit mehreren übereinander angeordneten Bodenplatten bekannt. Die Bodenplatten sind dabei durch Rohrabschnitte voneinander beabstandet, die jeweils unterhalb und oberhalb einer Bodenplatte auf Säulenstangen aufgefädelt sind, welche die Bodenplatten durchdringen.
  • Die CN 108120305 A zeigt einen Transportwagen für stückiges Brenngut mit mehreren aufeinander gestapelten, flachen Stahlrahmen. Dieser ist für Pulvergemische nicht geeignet.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Behälter, einen Ofen und ein Verfahren anzugeben, mit dem die vorgenannten Probleme zumindest teilweise behoben werden. Insbesondere soll der Durchsatz pro Zeiteinheit erhöht werden und es soll die automatische Entnahme der Behälter vereinfacht werden. Ferner soll die Lebensdauer der Behälter und die Effektivität bei der Wärmebehandlung des Pulvergemisches erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch den Behälter nach Anspruch 1, den Ofen nach Anspruch 1 2 und das Verfahren nach Anspruch 3 gelöst. Erfindungsgemäß sind hierzu mehrere Aufnahmen zur lösbaren Befestigung von Abstandhaltern vorgesehen, die im montierten Zustand ein berührungsloses Stapeln mehrerer Behälter übereinander erlauben. Unter berührungslosem Stapeln ist dabei zu verstehen, dass sich zwei übereinander angeordnete Behälter nicht berühren und keine unmittelbaren Kontaktstellen bilden, womit die Gefahr des Verklebens beim Brennprozess im Ofen vermieden ist. Die sich demgegenüber berührenden Abstandhalter sind aus einem Material gefertigt, das chemisch stabiler ist als die Behälter, so dass an den Kontaktstellen keine Verklebungen auftreten. Weil die Masse der Behälter durch das berührungslose Stapeln nicht mehr von den unteren Behältern getragen wird, sondern weil die Abstandhalter jeweils die tragende Funktion übernehmen, reduziert sich die zu tragende Masse jedes Behälters auf das Eigengewicht und die Masse der Pulvermischung. Hierdurch kann die Menge an Pulvergemisch pro Behälter deutlich erhöht werden, was zu einer signifikanten Erhöhung des Durchsatzes pro Zeiteinheit führt. Ferner führt die geringere zu tragende Gesamtmasse eines Behälters zu einer geringeren mechanischen Belastung und mithin zu einer deutlichen Steigerung der Lebensdauer des Behälters. Schließlich entsteht durch die beabstandete Lagerung der Behälter zueinander ein vergleichsweise größerer Spalt zwischen jeweils zwei Behältern, über den etwaige reaktionsbedingte Abgase besser abgeführt werden können und über den das Prozessgas besser zu dem Pulvergemisch geführt werden kann. Zudem erlaubt der Abstand eine effektivere Wärmeübertragung innerhalb des Ofens. Außerhalb des Ofens bleibt die lösbare Verbindung zwischen Behälter und Abstandhalter solange bestehen, bis entweder die Behälter oder der Abstandhalter beschädigt oder verschlissen ist. In diesem Fall ist ein einfacher manueller oder automatischer Austausch durch die lösbare Verbindung möglich.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Behälter durch eine seitliche Wandung mit einer Unterkante und einer Oberkante begrenzt ist, die zur Aufnahme der Abstandhalter mehrere Aufnahmen aufweist, die die Wandung von der Unterkante zur Oberkante durchgreifen.
  • Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abstandhalter im montierten Zustand die Wandung des Behälters an der Oberkante und an der Unterkante überragen und innerhalb der Aufnahmen arretierbar sind.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden sowie in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Vorzugsweise ist der Behälter im Querschnitt rechteckig ausgebildet und die Aufnahmen sind in den Ecken der Wandung eingebracht. Dabei sind im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von Aufnahmen vorgesehen. Zunächst können die Aufnahmen in radialer Richtung geschlossen sein, womit die Aufnahmen vollständig in die Wandung der Behälter eingebracht sind und die Wandung nur an der Oberkante und an der Unterkante öffnen. Alternativ können die Aufnahmen in radialer Richtung seitliche Öffnungen mit einer Öffnungsbreite besitzen. Die Aufnahmen können einen an sich beliebigen Querschnitt aufweisen, insbesondere einen eckigen, rechteckigen oder runden Querschnitt. Sofern die Aufnahmen als Bohrungen mit einem runden Querschnitt ausgebildet sind, sind die Öffnungsbreiten der seitlichen Öffnungen kleiner als der Innendurchmesser der Bohrungen.
  • Die Aufnahmen erlauben die lösbare Aufnahme der Abstandhalter, die jeweils eine Stütze und
    1. a) einen Fuß oder einen Fußabschnitt und/oder
    2. b) einen Kopf oder einen Kopfabschnitt besitzen,
    wobei die Stütze in jeweils eine Aufnahme des Behälters einführbar ist. Der Fuß und/oder der Kopf eines Abstandhalters ist gegenüber der zugehörigen Stütze verbreitert ausgestaltet. Der Fußabschnitt und/oder der Kopfabschnitt ist demgegenüber nicht verbreitert ausgestaltet und geht vorzugsweise stufenlos in die Stütze über. Im einfachsten Fall ist die Stütze zur Bildung eines Kopfabschnitts und/oder eines Fußabschnitts lediglich verlängert ausgebildet. Die Stützen sind im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und im Querschnitt und in der Höhe den Aufnahmen innerhalb des Behälters angepasst.
  • An den die Wandung überragenden Abschnitten der Stützen sind die Füße oder die Fußabschnitte und die Köpfe oder die Kopfabschnitte angeordnet. Durch die die gesamte Wandung durchgreifenden Abstandhalter/Stützen liegen die Behälter ausschließlich auf den Abstandhaltern auf, so dass die untersten Abstandhalter die Masse aller darüber angeordneter Behälter und Abstandhalter tragen.
  • Es sind verschiedene bevorzugte Ausführungsformen von Abstandhaltern vorgesehen. Eine erste bevorzugte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass die Stütze eines Abstandhalters zweistückig ausgebildet ist und ein unteres Stützenteil mit einem Fuß besitzt und an der Unterkante der Wandung in die Bohrung einführbar ist. Ein oberes Stützenteil besitzt einen Kopf und ist an der Oberkante der Wandung in die Bohrung einführbar. Das untere und das obere Stützenteil sind innerhalb der Bohrung zur Arretierung des Abstandhalters miteinander lösbar verbindbar. Zur Verbindung der Stützenteile innerhalb der Bohrung kann beispielsweise eine Gewindeverbindung mit korrespondierenden Gewindeabschnitten oder eine Bajonettverbindung vorgesehen sein.
  • Alternativ zu einer zweistückigen Ausgestaltung der Abstandhalter können die Stützen der Abstandhalter einstückig ausgebildet und innerhalb einer Bohrung arretierbar sein. Ein Abstandhalter mit einer Stütze, einem verbreiterten Fuß und einem Kopfabschnitt oder ein Abstandhalter mit einer Stütze, einem verbreiterten Kopf und einem Fußabschnitt kann innerhalb der Bohrung vorzugsweise durch einen Splint, eine Rastverbindung oder vergleichbare Befestigungsmittel arretiert sein.
  • Ein Abstandhalter mit einer einstückigen Stütze, einem Kopf und einem Fuß kann zur lösbaren und gleichzeitig verliersicheren Lagerung in der Bohrung eine Schraubverbindung über korrespondierende Gewindeabschnitte an der Stütze und am Kopf und/oder am Fuß aufweisen.
  • Alle beschriebenen Ausführungsvarianten erlauben ein einfaches und problemloses Einführen der Stützen in die Bohrungen und eine einfache Arretierung hierin.
  • Es wurde bereits erwähnt, dass die Bohrungen auch seitliche Öffnungen aufweisen können, die sich parallel zur Längsachse der Bohrungen erstrecken und die Wandung der Bohrung durchgehend seitlich öffnen. Solche Bohrungen dienen zur lösbaren Verbindung von Abstandhaltern, deren Stützen jeweils zwei parallele Führungsflächen besitzen, die über teilzylinderförmige Gleitflächen miteinander verbunden sind, so dass die Stützen durch die seitlichen Öffnungen der Bohrungen in die Bohrungen einführbar sind und hierin durch eine Verdrehung der Stützen um die Längsachse formschlüssig gelagert sind. Hierzu ist die Öffnungsbreite der seitlichen Öffnung der Bohrungen an den Abstand der Gleitflächen der Stützen angepasst. Im zusammengesetzten Zustand sind die Stützen formschlüssig innerhalb der Bohrungen gelagert und die teilzylinderförmigen Gleitflächen liegen an den Innenwänden der Bohrungen an. Mit dieser Befestigungsvariante können auch Abstandhalter verwendet werden, deren einstückige Stützen unlösbar mit den Füßen und Köpfen verbunden sind.
  • Zugunsten einer stabilen Lagerung der Behälter im gestapelten Zustand ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
    1. a) der Kopf oder der Kopfabschnitt der Abstandhalter und
    2. b) der Fuß oder der Fußabschnitt der Abstandhalter
    an den Stirnseiten korrespondierende Ausnehmungen und Erhebungen aufweisen, so dass im gestapelten Zustand eine seitliche Verschiebung der Behälter blockiert ist. Im einfachsten Fall können solche Ausnehmungen und Erhebungen ring- oder kreisförmige Nuten und Federn sein, die eine Steckverbindung zweier übereinander angeordneter Abstandhalter bilden.
  • Die Abstandhalter, insbesondere die Stützen und/oder die Köpfe und/oder die Füße bestehen vorzugsweise aus hochfesten und dichten Hochleistungskeramiken, insbesondere aus Aluminiumoxid (Al2O3), das vorzugsweise eine Porosität von weniger als 5 % besitzt. Hiermit sind die Abstandhalter chemisch und mechanisch deutlich stabiler ausgestaltet als die aus Keramik oder mullitischem Werkstoff hergestellten Behälter.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen und konkrete Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden und anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Stapel aus drei Behältern nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2a, b
    Behälter mit zweistückigen Abstandhaltern,
    Fig. 3a, b
    Detailansichten von Behältern mit einstückigen Abstandhaltern,
    Fig. 4a-e
    Detailansichten von Behältern mit seitlich geöffneten Aufnahmen,
    Fig. 4f, g
    Querschnittsdarstellungen eines Abstandhalters,
    Fig. 4h
    Detailansichten von gestapelten Behältern und
    Fig. 5a, b
    Querschnittsdarstellungen eines Ofens mit Behältern.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 2a, b dargestellt. Die hierin gezeigten Behälter 10 weisen einen Boden 11 und eine Wandung 12 auf, so dass die Behälter 10 zur Aufnahme eines Pulvergemisches schalenförmig ausgebildet sind. Die Wandung 12 besitzt eine Unterkante 13 und eine Oberkante 14 und ist hierzwischen von Aufnahmen in Form von Bohrungen 15 durchgriffen. Die Bohrungen 15 dienen zur Aufnahme eines Abstandhalters 16, der im gezeigten Ausführungsbeispiel zweistückig ausgebildet ist und eine Stütze 17 aus einem unteren Stützenteil 18 und einem oberen Stützenteil 19 besitzt. Das untere Stützenteil 18 ist mit einem Fuß 20 verbunden, während das obere Stützenteil 19 mit einem Kopf 21 verbunden ist. Um den Abstandhalter 16 lösbar mit dem Behälter 10 zu verbinden, wird das untere Stützenteil 18 von unten in eine Bohrung 15 eingeführt. Das obere Stützenteil 19 wird an der Oberkante 14 in die Bohrung 15 soweit eingeführt, bis die oberen und unteren Stützenteile 18, 19 aneinanderstoßen. Dort können die Stützenteile 18, 19 über geeignete lösbare Verbindungsmittel, beispielsweise über eine Schraubverbindung oder über eine Bajonettverbindung miteinander lösbar verbunden werden. Nach der Befestigung der Abstandhalter 16 können mehrere Behälter 10 übereinandergestapelt werden, ohne dass sich die Behälter 10 dabei berühren und Kontaktstellen bilden.
  • Fig. 2b zeigt einen Stapel aus drei erfindungsgemäßen Behältern 10, zwischen denen gegenüber dem Stand der Technik ein größerer Abstand A zur Zufuhr von Prozessgas und zur Abfuhr von reaktionsbedingten Gasen ausgebildet ist. Ferner ist bereits in Fig. 2b deutlich zu erkennen, dass die Gesamtmasse aller Behälter 10 von den Abstandhaltern 16 getragen werden, weil diese die Bohrungen 15 der Behälter 10 komplett durchgreifen. Der unterste Behälter 10 trägt mithin nur seine eigene Masse und mithin nicht die Masse der darüber angeordneten Behälter 10.
  • Die Fig. 3a und b zeigen weitere alternative Ausgestaltungen von Behältern 10 mit Abstandhaltern 16, die in einer seitlich geschlossenen Bohrung 15 angeordnet sind. In beiden Ausführungsbeispielen wird der Abstandhalter 16 an der Unterkante 13 in die Bohrung 15 eingeführt, bis der an der Stütze 17 angeordnete Fuß 20 am Boden 11 der Behälter 10 anschlägt. In dieser Position überragt die Stütze 17 des Abstandshalters 16 die Oberkante 14 der Behälter 10 und bildet mithin einen Kopfabschnitt 22, weil die Stütze 17 dort nicht mit einem separaten und verbreiterten Kopf verbunden ist. Der Abstandhalter 16 wird in dieser Position gemäß Fig. 3a mit einem Splint 23 und gemäß Fig. 3b mit einer Rastverbindung 24 befestigt. Im gestapelten Zustand der Behältern 10 greift der Kopfabschnitt 22 der Stütze 17 in eine Ausnehmung 25 im Fuß 20 ein, so dass eine seitliche Verschiebung durch eine formschlüssige Steckverbindung verhindert wird. Die Querbohrungen zur Aufnahme des Splints 23 innerhalb der Wandung 12 und/oder innerhalb der Stütze 17 sind dabei so groß, dass im gestapelten Zustand keine Kraft auf die Wandung der Behälter 10 ausgeübt wird. Der Splint 23 verhindert lediglich, dass der Abstandhalter 16 bzw. die Stütze 17 beim Hochheben eines Behälters 10 aus der Aufnahme herausrutscht.
  • Alternativ zu der Ausgestaltung gemäß Fig. 3a, b kann die Stütze 17 auch an der Oberkante 14 in die Bohrung 15 der Behälter 10 eingeführt werden, so dass der Abstandhalter 16 einen Kopf 21 und einen Fußabschnitt aufweist, der an der Unterkante 13 der Behälter 10 herausragt. Im Übrigen ist die Funktionsweise dieser alternativen Ausgestaltung analog zu der Funktionsweise gemäß den Fig. 3a und 3b.
  • Die Fig. 4a-h zeigen eine zu den Fig. 2a, b und 3a, b alternative Ausgestaltung von Behältern 10 mit einer seitlichen Öffnung 35 der als Bohrung 15 ausgebildeten Aufnahme. Die Fig. 4a zeigt in Draufsicht einen Behälter 10 in dessen Wandung 12 eine Bohrung 15 eingebracht ist. Die Bohrung 15 ist zur Seite hin geöffnet und besitzt eine Öffnungsbreite B, die geringer als der Durchmesser D der Bohrung 15 ist. In eine solche Bohrung 15 ist eine Stütze 17 eines Abstandhalters 16 seitlich einführbar, wie sie in den Fig. 4f und 4g dargestellt ist. Der dargestellte Abstandhalter 16 weist einen Kopf 21 und einen Fuß 20 auf, die von der Stütze 17 miteinander verbunden sind. Die Stütze 17 besitzt parallele Führungsflächen 26, die über teilzylinderförmige Gleitflächen 27 miteinander verbunden sind. Die Führungsflächen 26 sind dabei so weit voneinander beabstandet, dass sie das Einführen der Stütze 17 in die Bohrung 15 erlauben, was insbesondere in den Fig. 4b und 4c dargestellt ist. Sobald die Stütze 17 vollständig innerhalb der Bohrung 15 angelangt ist (Fig. 4c), erfolgt die Arretierung des Abstandhalters 16 innerhalb der Bohrung 15 durch eine Drehung der Stütze 17 um die Längsachse (Fig. 4d, e). Um die Abstandhalter 16 drehen zu können, sind an dem Kopf 21 parallele Schlüsselflächen 34 ausgebildet, die eine Anlagefläche für ein Schraubwerkzeug bilden. Die Verwendung von seitlich geöffneten Bohrungen 15 erlaubt die Verwendung von einstückigen Abstandhaltern 16, die nicht nur eine einstückige Stütze 17 aufweisen, sondern auch einstückig mit dem Kopf 21 und dem Fuß 20 verbunden sind.
  • Die Abstandhalter 16 lassen sich manuell oder automatisch mittels eines Roboters in die Aufnahmen einführen und hierin arretieren.
  • Fig. 4h zeigt eine Detailansicht von gestapelten Behältern 10, die jeweils mit einem Abstandhalter 16 mit seitlichen Führungsflächen 26 verbunden sind, die in seitlich geöffneten Bohrungen 15 ruhen und hierin durch einen Formschluss arretiert sind.
  • In Fig. 5a ist die automatische Bestückung eines Ofens 28 mit Behältern 10 und die automatische Entnahme der Behälter 10 durch jeweils einen Roboter 29, 30 dargestellt. Auf der linken Seite des Ofens 28 befindet sich ein erster Roboter 29, der mehrere mit einem Pulvergemisch gefüllte Behälter 10 übereinanderstapelt. Jeweils drei übereinandergestapelte Behälter 10 werden anschließend von einer geeigneten Transportvorrichtung 31 in Transportrichtung 32 in den Ofen 28 eingebracht. Dort wird die Pulvermischung den vorgegebenen Prozessen entsprechend mit Wärme behandelt, bevor auf der rechten Seite des Ofens 28 jede Behälter 10 einzeln von einem weiteren Roboter 30 aufgenommen und dem Weitertransport zugeführt wird.
  • Fig. 5b zeigt einen Querschnitt des Ofens 28 in Transportrichtung 32 und verdeutlicht die Vorteile der beabstandeten Lagerung der Behälter 10, weil hierzwischen durch den Abstandhalter 16 ein größerer Abstand A besteht, so dass Prozessgase effektiv zugeführt und etwaige Reaktionsgase effektiv durch eine entsprechende Öffnung 33 am Boden oder an der Wand des Ofens 28 abgeführt werden können. Ferner ergibt sich durch den vergleichsweise größeren Abstand A eine effektivere Wärmebehandlung.
    • Bezugszeichenliste
  • 1 Behälter 31 Transportvorrichtung
    2 Ausnehmung 32 Transportrichtung
    3 Kontaktstelle 33 Öffnung
    4 Pulverbett 34 Schlüsselfläche
    35 seitliche Öffnung
    10 Behälter
    11 Boden A Abstand
    12 Wandung B Öffnungsbreite
    13 Unterkante D Durchmesser
    14 Oberkante
    15 Bohrung
    16 Abstandhalter
    17 Stütze
    18 unteres Stützenteil
    19 oberes Stützenteil
    20 Fuß
    21 Kopf
    22 Kopfabschnitt
    23 Splint
    24 Rastverbindung
    25 Ausnehmung
    26 Führungsflächen
    27 Gleitflächen
    28 Ofen
    29 Roboter
    30 Roboter

Claims (13)

  1. Behälter zur Lagerung eines Pulvergemisches während einer Wärmebehandlung in einem Ofen (28),
    wobei der Behälter (10) durch eine seitliche Wandung (12) mit einer Unterkante (13) und einer Oberkante (14) begrenzt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die seitliche Wandung (12) mehrere Aufnahmen, die die Wandung (12) von der Unterkante (13) zur Oberkante (14) durchgreifen, zur lösbaren Befestigung von Abstandhaltern (16) aufweist, die im montierten Zustand ein berührungsloses Stapeln mehrerer Behälter (10) übereinander erlauben, indem die Abstandhalter (16) im montierten Zustand die Wandung (12) des Behälters (10) an der Oberkante (14) und an der Unterkante (13) überragen und innerhalb der Aufnahme arretierbar sind.
  2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (10) einstückig ausgestaltet ist.
  3. Behälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen in radialer Richtung geschlossen ausgebildet sind oder in radialer Richtung seitliche Öffnungen (35) mit einer Öffnungsbreite B besitzen.
  4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (16) jeweils eine Stütze (17) und
    a) einen Fuß (20) oder einen Fußabschnitt und/oder
    b) einen Kopf (21) oder einen Kopfabschnitt (22) besitzen,
    wobei die Stütze (17) in jeweils eine Aufnahme des Behälters (10) einführbar ist.
  5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (17) zweistückig ausgebildet ist und
    a) ein unteres Stützenteil (18) mit einem Fuß (20) besitzt, das an der Unterkante (13) der Wandung (12) in die Aufnahme einführbar ist, sowie
    b) ein oberes Stützenteil (19) mit einem Kopf (21), das an der
    Oberkante (14) der Wandung (12) in die Aufnahme einführbar ist, wobei das untere und das obere Stützenteil (18, 19) innerhalb der Aufnahme zur Arretierung des Abstandhalters (16) miteinander lösbar verbindbar sind.
  6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (17) der Abstandhalter (16) einstückig ausgebildet sind.
  7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Arretierung ein Splint (23), eine Rastverbindung (24) oder eine Schraubverbindung von der Stütze (17) zum Fuß (20) oder zum Kopf (21) vorgesehen ist.
  8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen (17) jeweils zwei parallele Führungsflächen (26) besitzen, die über teilzylinderförmige Gleitflächen (27) miteinander verbunden sind, so dass die Stützen (17) in die seitlichen Öffnungen (35) der Aufnahmen einführbar sind und hierin durch eine Verdrehung der Stützen (17) um die Längsachse formschlüssig gelagert sind.
  9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) der Kopf (21) oder der Kopfabschnitt (22) der Abstandhalter (16) und
    b) der Fuß (20) oder der Fußabschnitt der Abstandhalter (16)
    an den Stirnseiten korrespondierende Ausnehmungen (25) und Erhebungen aufweisen, so dass eine seitliche Verschiebung des Behälters (10) im gestapelten Zustand blockiert ist.
  10. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalter (16), insbesondere die Stützen (17) und/oder die Köpfe und/oder die Füße, aus Aluminiumoxid bestehen.
  11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxid eine Porosität von weniger als 5 % besitzt.
  12. Ofen zur Wärmebehandlung eines Pulvergemisches, der einen Behälter (10) umfasst, in welchem das Pulvergemisch wärmebehandelt wird, wobei der Behälter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
  13. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Pulvergemisches, mit folgendem Schritt:
    Wärmebehandeln des Pulvergemisches in einem Behälter (10), der nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
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