DE3302679C2 - Aufklappbarer, elektrisch beheizter Präzisionsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aufklappbaren, mit Heizwiderständen elektrisch beheizbaren Präzisionsofen mit einer Innenwandung, insbesondere für Warmzugversuche und Zerreißprüfungen von Werkstoffproben bei Temperaturen von über 700°C.

Bei Warmzugversuchen und Zerreißprüfungen werden die Werkstoffproben unter kontrollierten thermischen Bedingungen erhitzt, wobei die mechanischen und physikalischen Parameter des jeweiligen Werkstoffes experimentell festgestellt werden. Wesentlich für die Effektivität solcher Versuche ist es, in möglichst kurzer Zeit reproduzierbare thermische Bedingungen zu schaffen, wobei von der Temperaturregelung eine hohe Genauigkeit eingehalten werden muß.

Aus der DE-OS 22 19 111 ist eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von kleinen Teilen, insbesondere von kleinen Magnetkernen, bekannt. Der Ofen dieser Wärmebehandlungsvorrichtung weist ein senkrecht verlaufendes Trägerrohr auf; die kleinen Teile werden in das obere Ende des Trägerrohrs eingeführt und werden während des freien Falles durch das Rohr einer intensiven Erwärmung unterzogen. Um das Trägerrohr ist ein Mantelrohr angeordnet, welches wiederum von Heizzonen umgeben ist, die ihrerseits mit Heizelementen versehen sind. Eine Feuerziegelisolierung umgibt die Rohre und die mit Heizelementen versehenen Heizzonen. Die Innenwandung des Ofens wird also durch das Trägerrohr gebildet, das noch von dem Mantelrohr umgeben ist, worauf die Heizelemente folgen. Dieser Ofen nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, daß durch die zwischen der Ofeninnenwandung und den Heizwiderständen liegende, wärmespeicherungsfähige Masse ein thermisches Trägheitsverhalten des Ofens resultiert, wodurch eine exakte Temperaturregelung selbst bei höchstem Regelaufwand praktisch nicht oder erst nach sehr langen Aufheiz- und Haltezeiten erreicht wird. Hiervon ist der Betrieb im unteren und mittleren Temperaturbereich besonders betroffen.

Aus der US-PS 4,139,341 ist ein aufklappbarer Ofen mit Isolationsziegeln bekannt. Die Isolationsziegel dienen zur Außenisolation des Ofens; die Heizelemente grenzen zwar unmittelbar an die Wandung des Ofeninnenraums, sind jedoch auf einem Heizelementträger befestigt, welcher ebenfalls ein thermisches Trägheitsverhalten zeigt. Darüber hinaus sind die Heizelemente nur einseitig, also asymmetrisch an der Wandung des Ofeninnenraums angeordnet. Eine präzise und gleichzeitig schnelle Temperaturregelung ist mit diesem Ofen nach dem Stand der Technik ebenfalls nicht zu erreichen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, einen aufklappbaren, mit Heizwiderständen elektrisch beheizbaren Präzisionsofen mit einer Innenwandung vorzuschlagen, mit dem eine möglichst rasche und vor allem auch gleichmäßige Erwärmung einer Probe erzielbar ist, wobei das Überschwingverhalten der Temperaturregelung zum Zweck einer exakten Sollwerteinhaltung minimiert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus Heizwiderständen und Isoliertragsteinen bestehenden Heizelemente die Ofeninnenwand bilden und daß die Isoliertragsteine nach außen hin von weiteren Isolierlagen umgeben sind, mit denen die Isoliertragsteine die Innenauskleidung bilden.

Die erfindungsgemäße, spezielle Ausgestaltung und Anordnung der Heizelemente stellt ein leistungsfähiges und robustes Beheizungssystem mit minimaler Speicherkapazität dar: Da die Isolationstragsteine die innere Wandung des Ofens bilden, die Heizwiderstände also unmittelbar im Ofenhohlraum angeordnet sind, muß keine unnötige Ballastmasse aufgeheizt werden, wenn im Ofeninnenraum eine definierte Temperatur erzeugt werden soll. Die Isolationstragsteine bestehen dabei erfindungsgemäß aus einem thermisch isolierenden Material, so daß sie neben der tragenden Funktion für die Heizwiderstände zum einen eine gute thermische Abstrahlung von den Heizwiderständen in Richtung des Ofeninnenraumes und zum andern eine thermische Isolation nach außen bewirken.

Das Überschwingen des Temperaturregelkreises im erfindungsgemäßen Präzisionsofen ist somit vernachlässigbar gering; der erfindungsgemäße Präzisionsofen zeigt ein exaktes Temperaturverhalten im Aufheiz-, Halte- und Regelprozeß.

Ferner wird der Aufheizvorgang durch die Erfindung wesentlich verkürzt und die Außentemperatur des Ofens gegenüber dem Stand der Technik gesenkt, wodurch sich unter anderem der Vorteil ergibt, daß der erfindungsgemäße Präzisionsofen einen wesentlich verringerten Energieverbrauch aufweist.

Der einfache und robuste Aufbau des erfindungsgemäßen Präzisionsofens ermöglicht eine einfache Montage und ist leicht zu handhaben, sowie unproblematisch in Wartung und Reparatur: Da die Heizwiderstände unmittelbar an den Wänden des Ofeninnenraums angeordnet sind, lassen sich einzelne defekte Heizwiderstände sehr einfach bei geöffnetem Ofen ausbauen und durch funktionsfähige ersetzen.

Infolge des einfachen Aufbaus weist der erfindungsgemäße Präzisionsofen außerdem ein geringes Gewicht auf, so daß auch aus diesem Grund eine vielseitige Verwendbarkeit in Wissenschaft und Technologie gewährleistet ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Isolationstragsteine aus vorgeformten Isoliersteinscheiben zusammengesetzt. Dieser Schichtaufbau bietet gegenüber einem aus dem vollen Block herausgearbeiteten oder aus ungeformten Massen hergestellten Isoliertragstein eine erhöhte Stabilität. Ferner läßt sich so die Form der Isoliertragsteine auf einfache Weise variieren: Zum Beispiel können bei dieser Aufbauform nutenartige Vertiefungen in der dem Ofeninnenraum zugewandten Seite der Isoliertragsteine ausgespart werden. In diese können die Heizwiderstände eingesetzt werden, so daß sie zwar direkt im Ofeninnenraum angeordnet, aber durch die Isoliertragsteine gegen mechanische Einflüsse, beispielsweise bei der Bestückung des Ofens, geschützt sind.

Vorteilhafterweise werden beim erfindungsgemäßen Präzisionsofen relativ dicke Heizdrähte mit einem Durchmesser von 3 mm und mehr verwendet, was besonders zum erzielen von hohen Betriebstemperaturen von ca. 700°C bis ca. 1200°C sinnvoll ist.

Der erfindungsgemäße Präzisionsofen wird zwar bevorzugt bei Warmzugversuchen und Zerreißprüfungen von Werkstoffproben bei Temperaturen von über 700°C eingesetzt, er kann jedoch auch für eine Reihe von sonstigen wissenschaftlichen und technologischen Prozeß- und Experimentalverfahren angewandt werden, beispielsweise zum raschen und präzisen Anwärmen von Materialien und Proben, zum Verflüssigen und Verdampfen von Stoffen, für Schmelz- und Wärmprozesse im Bereich der Solarenergieumwandlung, sowie für thermische Prozesse im Nuklearbereich.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 den prinzipellen Aufbau eines erfindungs­ gemäßen Präzisionsofens,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 die Aufheiz- und Abkühlkurve des Ausführungs­ beispiels nach den Fig. 3 und 4.

Fig. 1 zeigt in der Schnitthälfte A eine modifizierte Ausführung der Schnitthälfte B. Bei dieser modifizierten Ausführung wurde das halbrunde, schalenförmige Heizelement 1 und 2 durch ein trapezförmiges Heizelement 3 und 4 ersetzt. Die Funktion und Arbeitsweise, wie auch der prinzipelle innere und äußere Aufbau werden hiervon nicht beeinträchtigt.

Der Ofen ist um den Scharnierpunkt 9 aufklappbar. Über klappbare Verschlußschrauben 11 mit Sterngriff 10 wird der Ofen geschlossen. Griffe mit Kugelknöpfen 12 erleichtern die Handhabe.

Die Isoliertragsteine 2 oder 4 sind von den Isolierlagen 13 und 14 umgeben. Die gesamte Innenauskleidung wird von den Anpreßblechen 15 gehalten. Über den Thermoelementflansch 16 können 3 Thermoelemente 20 radial an die Probe 17 und an die Zugstange 6 geführt werden. Die Abdichtung in der Klappachse erfolgt durch umlaufende Streifendichtungen 5. Die obere Zugstange 6 ist mit flexiblen Dichtungen umgeben, die von den zweiteiligen Schiebern 8 oder den verschraubba­ ren Deckeln angepreßt werden.

Die untere Zugstange 6 wird von einem Kulissenschieber 18 verschlossen. Die Öffnungen für das Meßgestänge 19 und die Zugstange 6 sind ausgespart.

Die Anschlußenden der Heizwiderstände 1 oder 3 werden über Durchführungen 22 gegenüber der Bedienungsseite herausge­ führt und von Schutzhauben 23 abgedeckt.

Der Ofenmantel 24 bildet mit den verschraubbaren Deckeln 25 das Ofengehäuse. Die Deckel sind allseitig mit Gewin­ debohrungen 26 versehen, damit die Befestigungslaschen 27 wahlweise rechts oder links angebracht werden können.

Claims (3)

1. Aufklappbarer, mit Heizwiderständen elektrisch beheizbarer Präzisionsofen mit einer Innenwandung, insbesondere für Warmzugversuche und Zerreißprüfungen von Werkstoffproben bei Temperaturen von über 700°C, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Heizwiderständen (1, 3) und Isoliertragsteinen (2, 4) bestehenden Heizelemente die Ofeninnenwand bilden, und daß die Isoliertragsteine (2, 4) nach außen hin von weiteren Isolierlagen (13, 14) umgeben sind, mit denen die Isoliertragsteine (2, 4) die Innenauskleidung bilden.

2. Präzisionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliertragsteine (2, 4) aus vorgeformten Isoliersteinscheiben zusammengesetzt sind.

3. Präzisionsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwiderstände (1, 3) durch Widerstandsdrähte von mindestens 3 mm Durchmesser gebildet sind.