WO2023220765A1

WO2023220765A1 - Temperiereinrichtung

Info

Publication number: WO2023220765A1
Application number: PCT/AT2023/060161
Authority: WO
Inventors: Robert Ebner; Andreas Sauschlager
Original assignee: Ebner Industrieofenbau Gmbh
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2023-05-19
Publication date: 2023-11-23
Also published as: AT526173A1; AT526173B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung (6) umfassend ein erstes Temperierelement (7), das zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist, und zumindest ein zweites Temperierelement (8), das ebenfalls zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist, wobei das erste und das zweite Temperierelement (7, 8) zumindest teilweise ineinander verschachtelt angeordnet sind.

Description

TEMPERIEREINRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung umfassend ein erstes Temperierelement, das zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist.

Weiter betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung mit einer Aufnahme für ein zu erwärmendes Material und mit einer Temperiereinrichtung für die Erwärmung des Materials.

Zur Erwärmung eines Materials, insbesondere auch zum Aufschmelzen von dem Material, beispielsweise für die Herstellung von Einkristallen, ist es bekannt, dass elektrische Heizeinrichtungen verwendet werden. Als ein Beispiel von vielen sei die DE 101 03 691 Al genannt.

Gerade die Züchtung großer Kristalle erfordert sehr konstante Bedingungen, um Störstellen bzw. Fehler im Kristallgitter möglichst zu vermeiden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine möglichst gleichmäßige Temperierung, insbesondere Beheizung, einer Fläche zu ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei der eingangs genannten Temperiereinrichtung dadurch gelöst, dass die Temperiereinrichtung zumindest ein zweites Temperierelement aufweist, das ebenfalls zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist, wobei das erste und das zweite Temperierelement zumindest teilweise ineinander verschachtelt angeordnet sind.

Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Temperiervorrichtung gelöst, bei der die Temperiereinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass mit der verschachtelten Anordnung der Temperierelemente Unterschiede in der Temperierung mit den Temperierelementen, die in den Temperierelementen selbst begründet sind, besser ausgeglichen werden können. Mit Temperierung ist dabei einerseits die Beheizung, andererseits aber auch die Kühlung gemeint. Die Temperiereinrichtung kann also eine Heizeinrichtung oder eine Kühleinrichtung sein. Demgemäß kann der Begriff „Temperierung“ als „Beheizung“, „Erwärmung“ oder „Kühlung“ verstanden werden. Die Temperiereinrichtung ermöglicht somit einen gleichmäßigeren Energieeintrag in ein zu erwärmendes Material oder einen gleichmäßigeren Energieaustrag aus einem zu kühlenden Material. Darüber hinaus kann damit die Länge der einzelnen Temperierelemente bei gleicher beheizter oder gekühlter Fläche im Vergleich zu einer Temperiereinrichtung mit nur einem spiralförmig ausgebildeten Temperierelement verkürzt werden, womit ebenfalls der Energieeintrag in das zu erwärmende bzw. erhitzende (diese beiden Begriffe werden in dieser Beschreibung synonym verwendet) oder zu kühlende Material vergleichmäßigt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die spiralförmigen Verläufe des ersten und des zweiten Temperierelementes als Fibonacci Spiralen ausgebildet sind. Mit dieser Ausbildung kann die technische Ausführung der Verschachtelung der Temperierelemente ineinander einfacher realisiert werden. Zudem ist die Temperierung einer Fläche im Vergleich zu einer andersförmigen Spirale mit größerer Homogenität möglich.

Zur weiteren Verbesserung der voranstehend genannten Effekte kann nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass diese zumindest ein drittes Temperierelement und gegebenenfalls zumindest ein weiteres Temperierelement aufweist, das mit dem ersten und dem zweiten Temperierelement zumindest teilweise ineinander verschachtelt angeordnet ist, wobei der spiralförmige Verlauf des dritten Temperierelementes und gegebenenfalls des zumindest einen weiteren Temperierelementes vorzugsweise als Fibonacci Spirale ausgebildet ist oder sind.

Eine weitere Verbesserung der Homogenität der Temperierung einer Fläche bzw. des Energieeintrags in das zu beheizende Material oder der Energieabfuhr aus dem zu kühlenden Material kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung erreicht werden, wenn das erste, das zweite und das dritte Temperierelement jeweils einen ersten und einen zweiten An- schlussbereich für die elektrische Kontaktierung aufweisen und die ersten Anschlussbereiche um 120 ⁰ zueinander versetzt angeordnet sind.

Es kann nach eine anderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass sämtliche Temperierelemente einen gemeinsamen zweiten Anschlussbereich aufweisen, womit die konstruktive Ausgestaltung der Temperiereinrichtung vereinfacht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariant der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ersten und einen zweiten Anschlussbereiche einen Drehstromanschluss bilden. Es ist damit nicht nur eine größere Leistung der Temperiereinrichtung erreichbar, sondern können damit auch die Leistungsflüsse verbessert werden, womit ebenfalls eine homogenere Beheizung eines zu erhitzenden Materials erreichbar ist.

Bevorzugt ist dabei nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der Drehstromanschluss als Sternschaltung ausgebildet ist, wobei die zweiten Anschlussbereiche des ersten, des zweiten und des dritten Temperierelements den Sternpunkt der Sternschaltung bilden. Insbesondere im Zusammenspiel mit der Ausbildung der Temperierelemente als Fibonacci Spiralen kann damit die zu beheizende Fläche des Materials besser mit den Temperierelementen abgedeckt werden. Zudem ist damit auch die Anordnung der Temperierelemente in der Temperiereinrichtung einfacher realisierbar, da weniger Befestigungspunkte erforderlich sind. Gleiches gilt, wenn die Temperierelemente elektrisch betriebene Kühlelemente sind, die beispielsweise auf dem thermoelektrischen Effekt beruhen. Der Sternpunkt kann als Masseanschluss verwendet werden, womit er auch als Befestigungspunkt zu einem Gehäuse herangezogen werden kann.

Eine weitere Verbesserung des Energieeintrags in das zu erhitzende Material kann erreicht werden, wenn entsprechend einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen ist, dass das erste und das zweite Temperierelement zumindest abschnittsweise flachdrahtförmig ausgebildet sind.

Eine dementsprechende Verbesserung kann erreicht werden, wenn auch das dritte Temperierelement und das gegebenenfalls vorhandene weitere Temperierelement oder die gegebenenfalls vorhandenen weiteren Temperierelemente zumindest abschnittsweise flachdrahtförmig ausgebildet ist.

Zur weiteren Homogenisierung des Energieeintrages in ein zu erhitzendes Material kann erreicht werden, wenn nach anderen Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen ist, dass ein Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Temperierelement maximal 50 mm beträgt, und gegebenenfalls ein Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Temperierelement und/oder zwischen dem zweiten und dem dritten Temperierelement maximal 50 mm beträgt.

Zur weiteren Verbesserung der Homogenisierung des Energieeintrages in ein zu erhitzendes Material kann nach einer Ausführungsvariante der Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass die Temperiereinrichtung, insbesondere in der Ausführung als Heizeinrichtung, zwischen zumindest einem Reflektorelement und der Aufnahme für das zu erhitzende Material angeordnet ist. Mit dem Reflektorelement können die Zwischenbereiche zwischen den Temperierelementen besser mit Heizenergie beaufschlagt werden. Zudem ist damit auch eine Verbesserung der Energieeffizienz der Temperiervorrichtung erreichbar.

In der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Aufnahme für das zu erwärmende Material als Tiegel zum Erwärmen bzw. Erhitzen des Materials ausgebildet, insbesondere zum Erwärmen bzw. Erhitzen von Material für die Einkristallzüchtung, da insbesondere für diese technischen Bereiche eine gleichmäßige Erhitzung des Materials von Vorteil ist.

Zur weiteren Verbesserung des Energieeintrags in ein zu erhitzendes oder zu kühlendes Material kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Temperiervorrichtung vorgesehen sein, dass das erste, das zweite und das dritte Temperierelement bzw. generell die Temperierelemente der Temperiereinrichtung mit einer Lastaufteilungsregelung verbunden sind.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Temperiervorrichtung mit zumindest einer Temperiereinrichtung;

Fig. 2 eine Ausführungsvariante einer Temperiereinrichtung;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante einer Temperiereinrichtung in Draufsicht;

Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer Temperiervorrichtung;

Fig. 5 eine Ausführungsvariante einer Temperiervorrichtung;

Fig. 6 eine Ausführungsvariante einer Temperiervorrichtung;

Fig. 7 eine Ausführungsvariante einer Temperiervorrichtung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In Fig. 1 ist eine Temperiervorrichtung 1 in Seitenansicht vereinfacht gezeigt. Die Temperiervorrichtung 1 kann ein Ofen bzw. eine Heizvorrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung sein. Demzufolge kann die Temperiervorrichtung 1 der Erwärmung bzw. Erhitzung von einem Material oder der Abkühlung eines Materials oder dem Halten des Materials auf einem definierten Temperaturniveau dienen. Vorzugsweise wird die Temperiervorrichtung 1 zum Erhitzen oder zum Schmelzen eines festen Materials (Feststoffes) eingesetzt, insbesondere zur Züchtung bzw. Herstellung von einem Einkristall, wie beispielsweise aus Aluminiumoxid (Saphir), Si, SiC, etc. Obwohl der Einsatz der Temperiervorrichtung 1 in der Einkristall-Herstellung eine der bevorzugten Anwendungen ist, sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt ist.

Im Folgenden wird die Temperiervorrichtung 1 zur übersichtlicheren Darstellung der Erfindung als Heizvorrichtung beschrieben. Diese Ausführungen können jedoch entsprechend auch für die Ausführung „Kühlvorrichtung“ übernommen werden, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist, wie beispielswiese „in der Ausführung als Heizvorrichtung“. Formulierungen wie „zu erhitzendes Material“ oder „Ofen“ sind daher auch als „zu kühlendes Material“ oder „auf einer Temperatur zu haltendes Material“, „Kühler“, etc. zu lesen.

Die Temperiervorrichtung 1 nach Fig. 1 umfasst eine Aufnahme für das zu erhitzende Material, wie beispielsweise ein Ablageboden, auf den das zu erhitzende Material aufgelegt wird. Insbesondere kann die Aufnahme entsprechend einer Ausführungsvariante der Temperiervorrichtung 1 ein Tiegel 2 bzw. ein Aufnahmebehälter sein, in den das Material zur Temperierung eingefüllt wird und in dem es gegebenenfalls geschmolzen wird.

Der Tiegel 2 ist vorzugsweise zylinderförmig mit einer kreisrunden Bodenfläche 3 ausgebildet. Der Tiegel 2 kann aber auch eine andere Querschnittsform aufweisen, beispielsweise eine rechteckige, quadratische oder generell polygonale. Weiter kann der Tiegel 2 auch eine von der Zylinderform abweichende Form aufweisen, beispielsweise kegelstumpfförmig bzw. generell mit sich in Richtung auf eine Öffnung 4 zum Einfüllen des Materials erweiternden Querschnitt ausgebildet sein. Falls die Temperiervorrichtung 1 zur Herstellung eines Einkristalls verwendet wird, wird dieser bevorzugt nicht aus dem Tiegel 2 gezogen. Der fertige Einkristall kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 5 cm und 50 cm und eine Höhe zwischen 5 cm und 80 cm aufweisen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Werte der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang nicht beschränkend verstanden werden sollen.

Es sei bereits an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt, dass die Temperiervorrichtung 1 noch weitere als die in dieser Beschreibung erwähnten Elemente umfasst bzw. umfassen kann, wie z.B. eine Steuer- und/oder Regeleinheit, etc. Da diese aber dem Stand der Technik entsprechen können, wird in dieser Beschreibung nicht weiter darauf eingegangen, sondern an den hierfür einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

Die Temperiervorrichtung 1 weist vorzugsweise ein Gehäuse 5 zur Ausbildung eines Aufnahmeraums (auch als Ofenraum bezeichenbar) auf, in dem die Aufnahme und das zu erhitzende Material zumindest während des Erhitzens anordenbar sind.

Die Temperiervorrichtung 1 weist weiter zumindest eine Temperiereinrichtung 6 auf, die insbesondere im Aufnahmeraum der Temperiervorrichtung 1 angeordnet ist.

Die Temperiereinrichtung 6 ist insbesondere unterhalb der Aufnahme für das Material angeordnet, also beispielsweise unterhalb der Bodenfläche 3 des Tiegel 2. Die Temperiereinrichtung 6 kann alternativ auch in einem anderen Bereich in der Temperiervorrichtung 1 angeordnet sein, beispielsweise seitlich oder oberhalb der Aufnahme für das zur erhitzende Material. Weiter besteht die Möglichkeit, dass in der Temperiervorrichtung 1 mehrere Temperiereinrichtung 6 angeordnet sind, beispielsweise unterhalb und seitlich und/oder oberhalb der Aufnahme für das zur erhitzende Material, wie dies in Fig. 1 teilweise strichliert dargestellt ist.

Wie besser aus Fig. 2 zu ersehen ist, die eine Ausführungsvariante eines zur Erfindung gehöh- renden Details der Temperiereinrichtung 6 zeigt, weist die Temperiereinrichtung 6 ein erstes Temperierelement 7 und ein zweites Temperierelement 8 auf. Die in Fig. 2 dargestellte (bevorzugte) Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6 weist zudem ein drittes Temperierelement 9 auf. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Temperiereinrichtung 6 auch nur das erste und das zweite Temperierelement 7, 8 aufweisen kann, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, oder mehr als drei Temperierelemente 7, 8, 9 aufweisen kann, wie dies aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist. Das erste und das zweite Temperierelement 7, 8 und das insbesondere vorhandene dritte Temperierelement 9 bzw. jedes weitere gegebenenfalls vorhandene Temperierelement sind zumindest abschnittsweise spiralförmig ausgebildet. Insbesondere ist jedes der Temperierelemente 7, 8, 9 der Temperiereinrichtung 6 spiralförmig ausgebildet. Zur Klarstellung sei angemerkt, dass Spiralen Gebilde in einer Ebene sind, und nicht mit Wendeln, wie beispielsweise Heiz- wendeln, zu verwechseln sind. Die Temperierelemente 7, 8, 9 sind nicht schraubenförmig ausgebildet, folgen also nicht dem Verlauf von Schraubenlinien.

Mit „zumindest abschnittsweise spiralförmig“ ist gemeint, dass die Temperierelemente 7, 8, 9 Anfangs- und Endabschnitte aufweisen, die einen von der Spiralform abweichenden Verlauf aufweisen können. Zwischen den Anfangs- und Endabschnitten folgen die Temperierelemente 7, 8, 9 jedoch dem spiralförmigen Verlauf.

Die Temperierelemente 7, 8, 9 sind zumindest teilweise bzw. zumindest abschnittsweise ineinander verschachtelt angeordnet. Aufgrund dieser Verschachtelung sind in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6 das erste Temperierelement 7 abschnittsweise unmittelbar zwischen dem zweiten und dem dritten Temperierelement 8, 9 das zweite Temperierelement 8 abschnittsweise unmittelbar zwischen dem ersten und dem dritten Temperierelement 7, 9 und das dritte Temperierelement 9 abschnittsweise unmittelbar zwischen dem ersten und dem zweiten Temperierelement 7 angeordnet. Generell sind aufgrund der Verschachtelung die Temperierelemente der Temperiereinrichtung 6 zumindest abschnittsweise zwischen anderen Temperierelementen der Temperiereinrichtung 6 bzw. zumindest einem anderen Temperierelement der Temperiereinrichtung 6 angeordnet.

In der Fig. 2 sind nur die Temperierelemente 7, 8, 9 der Temperiereinrichtung 6 dargestellt. Die Temperiereinrichtung 6 kann aber auch noch weitere Bestandteile bzw. Bauteile aufweisen, wie beispielsweise eine Regel- und/oder Steuervorrichtung, ein Gehäuse, etc. Diesbezüglich sei auf den für Heizeinrichtungen bekannten Stand der Technik verwiesen.

Die Temperiereinrichtung 6 ist vorzugsweise der Bodenfläche 3 oder der der Öffnung 4 des Tiegels 2 zugeordnet. Insbesondere ist die in Fig. 2 dargestellte Ausführung der Temperiereinrichtung 6 einem Tiegel 2 mit kreisrunder Bodenfläche 3 bzw. kreisrunder Öffnung 4 zugeordnet bzw. beabstandet dazu angeordnet. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante der Temperiervorrichtung 1 weist diese mehrere Temperiereinrichtungen 6 auf. Dabei können eines oder mehrere oder alle dieser Temperiereinrichtungen 6 erfindungsgemäß ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung 6 kann aber auch mit aus dem Stand der Technik bekannten Temperiereinrichtungen kombiniert werden oder auch nur allein als einzige Temperiereinrichtung 6 der Temperiervorrichtung 1 eingesetzt werden.

In der Temperiervorrichtung 1 können auch mehrere Temperiereinrichtung 6 miteinander kombiniert werden. In diesem Falls weist die kombinierte Temperiereinrichtung 6 mehrere (zumindest zwei) Gruppen von ineinander verschachtelten, spiralförmig angeordneten Temperierelementen 7, 8 und gegebenenfalls 9 auf. Diese können unterhalb (der Bodenfläche 3) und/oder oberhalb (der Öffnung 4) und/oder seitlich der Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere des Schmelztiegels 2, angeordnet sein.

Es besteht weiter die Möglichkeit, dass auch die unterhalb (der Bodenfläche 3) und/oder oberhalb (der Öffnung 4) und/oder seitlich der Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere des Tiegels 2, angeordnete Temperiereinrichtung 6 zumindest zwei oder mehrere Gruppen von ineinander verschachtelten, spiralförmig angeordneten Temperierelementen 7, 8 und gegebenenfalls 9 aufweist/aufweisen.

Die Temperierelemente 7, 8, 9 können in der Ausführung als Heizvorrichtung als Widerstandsheizelemente ausgebildet sein. Da Widerstandsheizelemente an sich bekannt sind, sei dazu auf den einschlägigen Stand der Technik dazu verwiesen.

Die Temperierelemente 7, 8, 9 können aber auch als Rohre ausgeführt sein und von einem Heizfluid oder ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, durchströmt werden.

Der Abstand zwischen den Temperierelemente 7, 8, 9 und dem zu erhitzenden Material kann beispielsweise zwischen 3 cm und 150 cm, insbesondere zwischen 10 cm und 50 cm, betragen. Es ist aber nach einer Ausführungsvariante der Temperiervorrichtung 1 auch möglich, dass zumindest die Temperierelemente 7, 8, 9 an einer Oberfläche der Aufnahme, insbesondere des Tiegels 2, anliegen, insbesondere unmittelbar anliegen.

Wie ausgeführt weisen das erste Temperierelement 7, das zweite Temperierelement 8 und das dritte Temperierelement 9 zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf auf. Der spiralförmige Abschnitt kann dabei in Form einer archimedischen oder hyperbolischen, oder logarithmischen Spirale ausgebildet sein. Andere spiralförmige Verläufe oder Kombinationen von verschiedenen spiralförmigen Verläufen sind ebenfalls möglich.

Gemäß bevorzugten Ausführungsvarianten der Temperiereinrichtung 6 sind die spiralförmigen Verläufe des ersten und des zweiten Temperierelementes 7, 8 als Fibonacci Spiralen ausgebildet und/oder ist der spiralförmige Verlauf des dritten Temperierelementes 9 als Fibonacci Spirale ausgebildet. Diese Ausführungsvarianten sind in Fig. 2 dargestellt. Diese basiert auf den sogenannten Fibonacci-Zahlen, also einer Zahlenfolge, bei der jedes Element aus der Summe der beiden vorherigen Zahlen gebildet wird (0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, ...). Die Fibonacci-Spirale wird derart gebildet, dass die Radien von unmittelbar aufeinander folgenden Kreissektoren dieser Fibonacci-Zahlenfolge gewählt werden. Näherungsweise kann die Fibonacci-Spirale als die Aneinanderreihung von Viertelkreisbögen dargestellt werden, wobei die Vierteilkreisbögen mit dem Radius 1 bzw. der kleinsten Zahl aus der Fibonacci-Zahlenfolge am inneren Ende der Fibonacci-Spirale angeordnet sind. Aufgrund des Beginns der Fibonacci-Zahlenfolge kann im inneren Ende ein Halbkreis mit Radius 1 ausgebildet sein. Die Temperierelemente der Temperiereinrichtung 6 können nach den Fibonacci Zahlen skaliert werden. Die Ausbildung der Temperierelemente als Fibonacci-Spiralen hat den Vorteil der besseren Verschachtelbarkeit der einzelnen Temperierelemente ineinander.

Mit Fig. 3 soll verdeutlicht werden, dass im Rahmen der Erfindung auch andere Spiralformen für die Temperierelemente 7, 8 möglich sind, beispielsweise Temperierelemente 7, 8 die einen abschnittsweisen Verlauf in Form einer rechteckigen, insbesondere quadratischen, Spirale aufweisen. Generell können die Temperierelemente 7, 8 einen Verlauf in Form polygonaler Spiralen aufweisen. Derartige zumindest viereckige Spiralformen werden insbesondere für eine Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere Tiegel 2, eingesetzt, die ein de- mensprechende polygonale Grundfläche, insbesondere Bodenfläche 3 aufweisen. Beispielsweise wird eine rechteckige Spiralform für einen Tiegel 2 mit rechteckförmiger Bodenfläche 3 oder eine quadratische Spiralform für einen Tiegel 2 mit quadratischer Bodenfläche 3 verwendet. Die Form der Temperiereinrichtung 6, d.h. der Temperierelemente 7, 8, 9 (in Draufsicht betrachtet) richtet sich also bevorzugt nach der Form der Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere der Form der Bodenfläche 3 des Tiegels 2. Insbesondere weist die Temperiereinrichtung 6, d.h. weisen die Temperierelemente 7, 8, 9, (in Draufsicht betrachtet) also bevorzugt die gleiche Form auf wie die Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere die Form der Bodenfläche 3 des Tiegels 2, wobei jedoch Größenunterschiede bestehen können.

Vorzugsweise weist die Temperiereinrichtung 6 eine Flächenausdehnung aus, die zumindest 70 %, insbesondere zwischen 80 % und 100 %, der Flächenausdehnung der Aufnahme für das zur erhitzende Material, insbesondere der Bodenfläche 3 des Tiegels 2, entspricht.

Diese Flächenausdehnung entspricht dabei der Flächenausdehnung der Temperierelemente 7, 8, 9 ohne gegebenenfalls vorhandene erste Anschlusselemente 10 für den Anschluss der Temperierelemente 7, 8, 9 an ein Fluidführungssystem oder für die elektrische Kontaktierung der Temperierelemente 7, 8, 9. Jedes der Temperierelemente 7, 8, 9 weist (insbesondere in der Ausführungsvariante mit Widerstandsheizelementen) den ersten Anschlussbereich 10 und einen zweiten Anschlussbereich 11 für die elektrische Kontaktierung auf. Die ersten Anschlussbereiche 10 sind dabei am äußeren Anfang und die zweiten Anschlussbereiche 11 am inneren Ende der Temperierelemente 7, 8, 9. Die ersten Anschlussbereiche sind dabei jene Bereich, die von der Spiralenform abweichen, also beispielsweise sich in Fig. 2 winkelig zu dem weiteren Verlauf der Temperierelemente 7, 8, 9 verlaufenden Abschnitte am äußeren Umfang der Temperiereinrichtungö bzw. der Temperierelemente 7, 8, 9.

Die ersten und zweiten Anschlussbereiche 10, 11 können auch für den Anschluss eines Fluids, beispielsweise Wasser, ausgebildet sein.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, können die ersten und/oder zweiten Anschlussbereiche 10, 11 nebeneinanderliegend angeordnet sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6 sind die ersten Anschlussbereiche 10 jedoch um 120 ⁰ zueinander versetzt angeordnet, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Andere Anordnungen der ersten Anschlussbereiche 10 mit einer Versetzung zueinander in Umfangsrichtung der Temperiereinrichtung 6 bzw. der Temperierelemente 7, 8, 9 sind ebenfalls möglich, beispielsweise in einem Bereich zwischen 30 ⁰ und 110 °, wenngleich die Ausführungsvariante mit 120 ⁰ die bevorzugte ist.

Insbesondere in der Ausführungsvariante mit den Widerstandsheizelementen können das erste, das zweite und das dritte Temperierelement 7, 8, 9 bevorzugt erste und zweite Anschlussbereiche 10, 11 für die elektrische Kontaktierung in Form eines Drehstromanschlusses bilden. Der Drehstromanschluss kann dabei in Form einer Dreieckschaltung ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6 ist der Drehstromanschluss jedoch als Sternschaltung ausgebildet ist, wobei die zweiten Anschlussbereiche 11 des ersten, des zweiten und des dritten Temperierelements 7, 8, 9 den Stempunkt 12 der Sternschaltung bilden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Auch in der Ausführung der Temperierelemente 7, 8, 9 als Fluidleitungen können die Temperierelemente 7, 8, 9 einen gemeinsamen Anschluss in der Mitte der Temperiereinrichtung 6 aufweisen, in den die oder alle Temperierelemente 7, 8, 9 der Temperiereinrichtung 6 münden. Im weitesten Sinnen weist also auch diese Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6 einen „Stempunkt“ auf.

Die ersten und/oder zweiten Anschlussbereiche 10, 11 können mit Durchbrüchen, beispielsweise Bohrungen, versehen sein, womit die ersten und/oder zweiten Anschlussbereiche 10, 11 gleichzeitig auch als Befestigungspunkte für die Temperierelemente 7, 8, 9 dienen können, insbesondere für die Aufnahme von Schrauben bzw. andere Befestigungsmitteln.

Die Temperierelemente 7, 8, 9 können als Runddrähte, oder Flachdrähte bzw. als elektrische Leiter mit einem polygonalen, beispielsweise rechteckförmigen oder quadratischen, Querschnitt der als Rohre mit einem runden oder polygonalen, beispielsweise rechteckförmigen oder quadratischen, Querschnitt ausgeführt sein. Beispielsweise können die Temperierelemente 7, 8, 9 eine Breite 13 zwischen 0,1 mm und 50 mm und eine Höhe 14 zwischen 0,1 mm und 50 mm aufweisen. Weiter können sie zwischen den beiden Anschlussbereichen 10, 11 eine Länge zwischen 10 cm und 200 cm aufweisen. Ein Runddraht kann beispielsweise einen Durchmesser zwischen 5 mm und 1000 mm aufweisen. Andere Formen von Temperierelementen 7, 8, 9 können eine Querschnittsfläche zwischen 0,01 mm² und 2500 mm² bzw. zwischen 0,01 mm² und 0,1 m² aufweisen. Diese Angaben sollen jedoch den Schutzumfang nicht beschränkend verstanden werden. Die Temperierelemente 7, 8, 9 können auch größer oder kleiner sein. Die Temperierelemente 7, 8, 9 können in ihrem Verlauf auch Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsformen aufweisen.

Die Temperierelemente 7, 8, 9 weisen einen metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus eine metallische Legierung auf bzw. bestehen daraus. Beispielsweise umfassen die Temperierelemente 7, 8, 9 aus Manganin, Konstantan, Platin, etc., bzw. bestehen daraus. Insbesondere für höhere Temperaturen können auch Halbleiter, wie z.B. auch Siliziumcarbid, Molybdändisili- zid, etc., verwendet werden. Die Temperierelemente 7, 8, 9 können auch aus einem anderen Material bestehen bzw. dieses aufweisen, wie beispielsweise Grafit in der Ausführung als Heizvorrichtung .

Es kann nach anderen Ausführungsvarianten vorgesehen sein, dass ein Abstand 15 zwischen dem ersten und dem zweiten Temperierelement 7, 8 maximal 50 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm, beträgt, und/oder dass ein Abstand 15 zwischen dem ersten und dem dritten Temperierelement 7, 9 und/oder zwischen dem zweiten und dem dritten Temperierelement 8, 9 maximal 50 mm, beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm, beträgt. Der Abstand 15 wird dabei zwischen unmittelbar nebeneinander verlaufenden Abschnitten der Temperierelemente 7, 8, 9 gemessen.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer Au sführungs Variante einer Temperiervorrichtung 1 dargestellt. Gezeigt sind die Aufnahme für das (zur erhitzende) Material, insbesondere der Tiegel 2, und die Temperiereinrichtung 6. Die Temperiervorrichtung 1 weist zudem zumindest ein Reflektorelement 16 auf. Die Temperiereinrichtung 6 ist bei dieser Ausführungsvariante zwischen dem Reflektorelement 16 und der Aufnahme für das zu erwärmende Material, insbesondere dem Tiegel 2, angeordnet. Das Reflektorelement 16 kann beispielsweise aus einem keramischen Werkstoff oder aus Grafit bestehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das erste, das zweite und das dritte Temperierelement 7, 8, 9 der Temperiereinrichtung 6 mit einer Lastaufteilungsregelung 17 verbunden sind. Es ist damit möglich, Unterschiede in den Heizleistungen der Temperierelemente 7, 8, 9 zumindest zu reduzieren bzw. die Heizleistungen der Temperierelemente 7, 8, 9 aneinander anzugleichen.

Der Vollständigkeit halber zeigt Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Temperiereinrichtung 6, die nur das erste und das zweite Temperierelement 7, 8 aufweist, die anders als in Fig. 3 gezeigt hier als Fibonacci-Spiralen ausgeführt sind. Vorzugsweise sind die ersten Anschlussbereiche 10 um 180 ⁰ zueinander verdreht angeordnet.

Es ist weiter möglich, dass die Temperierelemente 7, 8, 9 mehrfach verschachtelt ausgebildet sind, insbesondere in der Ausführung als Fibonacci-Spiralen. Zur Verdeutlichung dieser Ausführungsvarianten zeigen die Fig. 6 und 7 eine sechsfache bzw. sechzehnfache Verschachtelung bei denen die Temperierelemente 7, 8, 9 mit sechs bzw. dreizehn weiteren Temperierelementen 18 entsprechend voranstehenden Ausführungen verschachtelt angeordnet sind, insbesondere auch einen gemeinsamen Stempunkt 12 aufweisen können.

Generell können mit den mehrfach ineinander geschachtelten Temperierelementen 7, 8, 9, 18 auch verschiedene Temperierstufen bzw. Schaltstufen realisiert werden, sodass also die Temperierelemente 7, 8, 9, 18 unterschiedlich stark temperieren können bzw. damit auch eine Flächenanpassung an unterschiedliche große Ausnahmen für das Material möglich ist, also beispielsweise bei Bedarf nur ein innerer Ring der Temperiereinrichtung 6 zur Temperierung herangezogen werden kann.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der Temperiervorrichtung 1 bzw. der Temperiereinrichtung 6, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Temperiervorrichtung 1 bzw. der Temperiereinrichtung 6 diese nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.

Bezugszeichenaufstellung

T emperiervorrichtung

Tiegel

Bodenfläche

Öffnung

Gehäuse

T emperiereinrichtung

T emperierelement

Anschlussbereich

Stempunkt

Breite

Höhe

Abstand

Reflektorelement

Lastaufteilungsregelung

T emperierelement

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Temperiereinrichtung (6) umfassend ein erstes Temperierelement (7), das zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (6) zumindest ein zweites Temperierelement (8) aufweist, das ebenfalls zumindest abschnittsweise einen spiralförmigen Verlauf aufweist, wobei das erste und das zweite Temperierelement (7, 8) zumindest teilweise ineinander verschachtelt angeordnet sind.

2. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Verläufe des ersten und des zweiten Temperierelementes (7, 8) als Fibonacci Spiralen ausgebildet sind.

3. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest ein drittes Temperierelement (9) und gegebenenfalls zumindest ein weiteres Temperierelement (18) aufweist, das mit dem ersten und dem zweiten Temperierelement (7, 8) zumindest teilweise ineinander verschachtelt angeordnet ist.

4. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Verlauf des dritten Temperierelementes (9) und gegebenenfalls des weiteren Temperierelementes (18) oder der weiteren Temperierelemente (18) als, gegebenenfalls mehrfach verschachtelte, Fibonacci Spirale ausgebildet ist oder sind.

5. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und das dritte Temperierelement (7, 8, 9) jeweils einen ersten und einen zweiten Anschlussbereich (10, 11) für die elektrische Kontaktierung aufweisen, wobei die ersten Anschlussbereiche um 120 ⁰ zueinander versetzt angeordnet sind.

6. Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Temperierelemente (7, 8, 9, 18) einen gemeinsamen zweiten Anschlussbereich (11) aufweisen.

7. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und einen zweiten Anschlussbereiche (10, 11) einen Drehstromanschluss bilden.

8. Temperiereinrichtung (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstromanschluss als Sternschaltung ausgebildet ist, wobei die zweiten Anschlussbereiche (11) des ersten, des zweiten und des dritten Temperierelements (7, 8, 9) den Sternpunkt (12) der Sternschaltung bilden.

9. Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Temperierelement (7, 8) zumindest abschnittsweise flachdrahtförmig ausgebildet sind.

10. Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Temperierelement (9) und das gegebenenfalls vorhandene weitere Temperierelement (18) oder die gegebenenfalls vorhandenen weiteren Temperierelemente (18) zumindest abschnittsweise flachdrahtförmig ausgebildet ist.

11. Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (15) zwischen dem ersten und dem zweiten Temperierelement (7, 8) maximal 50 mm beträgt.

12. Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (15) zwischen dem ersten und dem dritten Temperierelement (7, 9) und/oder zwischen dem zweiten und dem dritten Temperierelement (8, 9) maximal 50 mm beträgt.

13. Temperiervorrichtung (1) mit einer Aufnahme für ein zu erwärmendes Material und mit einer Temperiereinrichtung (6) für die Erwärmung des Materials, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.

14. Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (6) zwischen zumindest einem Reflektorelement (16) und der Aufnahme für das zu erwärmende Material angeordnet ist.

15. Temperiervorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme für das zu erwärmende Material als Tiegel (2) ausgebildet ist.

16. Temperiervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und das dritte Temperierelement (7, 8, 9) der Temperiereinrichtung (6) mit einer Lastaufteilungsregelung (17) verbunden sind.