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Title:
SINTERING FURNACE FOR COMPONENTS MADE OF SINTERED MATERIAL, IN PARTICULAR DENTAL COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/128534
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a sintering furnace (1) for components (15) made of a sintered material, in particular for dental components, comprising a furnace chamber (2) having a chamber volume (VK) and a chamber inner surface (OK), wherein a heat-up device (5), a receiving space (9) having a gross volume (VB) located in the chamber volume (VK) and delimited by the heat-up device (5), and a useful region (10) having a useful volume (VN) located in the gross volume (VB), are disposed in the furnace chamber (2). The furnace chamber (2) has an outer wall (3) consisting of a plurality of walls having a wall portion (7) to be opened for introduction into the receiving space (9) of a component to be sintered (15) and having an object volume (VO). In the furnace chamber (2) the heat-up device (5) has a thermal radiator (6) having a radiation field (13) which radiator is disposed on at least one side of the receiving space (9). Said thermal radiator (6) has a specific resistance of 0.1 Ωmm2 /m to 1,000,000 Ωmm2/m and has a total surface, the maximum of which is three times the chamber inner surface (OK). With this sintering furnace (1) a heat-up temperature of at least 1100°C can be achieved within 5 minutes at a maximum power input of 1.5 kW.

Inventors:
FORNOFF, Peter (Wünschbacher Str. 3a, Reichelsheim, 64385, DE)
SCHMIDT, Christian (Jakobsweg 70, Bensheim, 64625, DE)
Application Number:
EP2016/052968
Publication Date:
August 18, 2016
Filing Date:
February 12, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SIRONA DENTAL SYSTEMS GMBH (Fabrikstr. 31, Bensheim, 64625, DE)
International Classes:
F27B5/14; F27B17/00; F27B17/02; F27D11/02; F27D11/06; F27D99/00
Domestic Patent References:
WO2012057829A22012-05-03
Foreign References:
US20120037610A12012-02-16
US20130146580A12013-06-13
EP2495520A12012-09-05
DE19753895A11999-06-10
EP2101547A12009-09-16
EP2551620A12013-01-30
Attorney, Agent or Firm:
SOMMER, Peter (PRIO Patentanwälte, Augustaanlage 22, Mannheim, 68165, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Sinterofen (1) für Bauteile (15) aus einem Sinterwerkstoff, insbesondere für Dentalbauteile und insbesondere für Bauteile (16) aus Keramik, umfassend eine Ofenkam¬ mer (2) mit einem Kammervolumen (VK) und einer Kammerinnenoberfläche (OK), wobei in der Ofenkammer (2) eine Aufheizvorrichtung (5), ein Aufnahmeraum (9) mit einem im Kammervolumen (VK) liegenden durch die Aufheizvorrichtung (5) begrenzten Bruttovolumen (VB) und ein Nutzbereich (10) mit einem im Bruttovolumen (VB) liegenden Nutzvolumen (VN) angeordnet sind und wobei die Ofenkammer (2) eine aus mehreren Wänden bestehende Um- wandung (3) mit mindestens einem zu öffnenden Wandab¬ schnitt (7) zum Einbringen eines zu sinternden Bauteils (15) in den Aufnahmeraum (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizvorrichtung (5) in der Ofenkammer (2) mindestens einen thermischen Strahler (6) enthält, der einen spezifischen Widerstand von

0,lQmm2/m bis 1000000 Qmm2/m aufweist und der eine Ge¬ samtoberfläche besitzt, die maximal das 3-fache, insbe¬ sondere maximal das 2,5-fache der Kammerinnenoberfläche (OK) beträgt.

Sinterofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammervolumen (VK) des Sinterofens (1) zwi¬ schen 50 cm3 und 200 cm3 liegt.

Sinterofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers (6) etwa 400 cm" beträgt.

Sinterofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ob ektvolumen (VO) maximal 20 x 20 x 40 mm3 beträgt . Sinterofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strahler (6) resistiv oder induktiv erwärmbar ist.

Sinterofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizvorrichtung (5) aus Graphit, M0S12, SiC oder Glaskohlenstoff besteht.

Sinterofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandung eine für das Strahlungsfeld (13) undurchlässige und/oder diese zu¬ rückgebende Kammerinnenwand aufweist, die insbesondere eine reflektierende Beschichtung trägt oder als Reflek¬ tor ausgebildet ist.

Sinterofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strahler (6) der Aufheizvorrichtung (5) eine Aufheizrate im Nutzbereich von mindestens 200 K/min bei 20°C aufweist.

Sinterofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzvolumen (VN) maxi¬ mal 20x20x40 mm3 beträgt und dass die Dimensionen des Nutzvolumens (VN) höchstens 20 mm x 20 mm x 40 mm sind.

Sinterofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strahler als Tiegel (11) ausgebildet ist.

Sinterofen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtoberfläche min¬ destens das 1,0-fache der Kammerinnenoberfläche (OK) beträgt .

Description:
Beschreibung

Sinterofen für Bauteile aus Sinterwerkstoff, insbesondere

Dentalbauteile

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Sinterofen für Bauteile aus einem Sinterwerkstoff, insbesondere für Dentalbauteile und insbesondere für Bauteile aus Keramik, umfassend eine

Ofenkammer mit einem Kammervolumen und einer Kammerinneno- berfläche, wobei in der Ofenkammer eine Aufheizvorrichtung, ein Aufnahmeraum mit einem im Kammervolumen liegenden durch die Aufhei zVorrichtung begrenzten Bruttovolumen und ein Nutzbereich mit einem im Bruttovolumen liegenden Nutzvolumen angeordnet sind und wobei die Ofenkammer eine aus mehreren Wänden bestehende Umwandung mit einem in zumindest einer der Wände zu öffnenden Wandabschnitt zum Einbringen eines zu sinternden Bauteils mit einem Ob ektvolumen in den Aufnahmeraum aufweist.

Stand der Technik

Entscheidend für die Gestaltung eines Sinterofens ist das zu sinternde Material. Gesintert werden grundsätzlich metallische oder keramische Formkörper, die aus einem

Pulver gepresst wurden und die eventuell entweder direkt oder nach einem Ansinterprozess durch einen Fräs- oder Schleifprozess weiterverarbeitet wurden. Das Material bestimmt das notwendige Temperaturprofil. Die Größe und die Menge der Bauteile bestimmen die Baugröße des Ofens und ebenso das Temperaturprofil. Je heißer der Ofen sein soll, umso dickwandiger ist die Isolation. Die Baugröße des

Ofens, der Bauteile und die gewünschte Aufheizgeschwindig- keit bestimmen die Auslegung des Heizsystems und des

Regelverhaltens. Dabei spielt auch die Stromversorgung eine Rolle. Letztendlich unterscheiden vor allem die Baugröße und auch die zur Verfügung stehende Stromversorgung einen Dentalofen für ein Labor von einem Industriesinterofen.

Wärmebehandlungsprozesse, insbesondere das vollständige Sintern von dentalen Restaurationen aus vorgesinterten

Keramiken oder Metallen unter Verwendung eines Sinterofens dauern typischer Weise zwischen 60 min und mehreren Stunden. Der Herstellungsprozess einer dentalen Restauration, die auch noch vorbereitende sowie nachfolgende Schritte erfordert, wird durch diesen Zeitbedarf eines Einzel ¬ schritts nachhaltig unterbrochen. So benötigt das sogenann ¬ te Speed-Sintern für Zirkonoxid minimal 60 min.

Das sogenannte Super-Speed-Sintern für Zirkonoxid benötigt heute nur noch minimal 15 Minuten Prozessdurchlaufzeit . Dies setzt allerdings voraus, dass der Sinterofen, insbe ¬ sondere aufgrund seiner Masse, auf die vorgesehene Halte ¬ temperatur vorgeheizt wird, was abhängig von der verfügba ¬ ren Netzspannung zwischen 30 und 75 Minuten dauert. Weiterhin muss der Ofen nach dem Vorheizen über eine automatische Beladesequenz beladen werden, damit spezielle Temperaturprofile eingehalten werden können und der Ofen nicht unnötig abkühlt.

Aus WO 2012/057829 ist ein Verfahren für schnelles Sintern von keramischen Materialien bekannt. In einer ersten

Ausführungsform bildet ein wassergekühltes Kupferrohr eine

Spule, die mit einem Hochfrequenznetzteil verbunden ist.

Die Spule umgibt einen Suszeptor genannten thermischen

Strahler, in dem sich das zu sinternde Material befindet.

Der Suszeptor wird dabei erwärmt, wobei der erwärmte

Suszeptor als thermischer Strahler die Wärme an das zu sinternde Material weitergibt. In einer zweiten Ausführungsform wird die Spule mit einer Hochfrequenz Stromversorgung mit einer ausreichend hohen Frequenz und Leistung verbunden, um ein Plasma zu erzeugen, das dann das Material aufheizt. Ein Nachteil des Vorheizens und anschließenden Beiadens ist jedoch, dass der Ofen, insbesondere dessen Isolation sowie dessen Heizelemente einer hohen thermischen Wechselbelastung ausgesetzt werden, was sich mindernd auf die Gerätele ¬ bensdauer auswirkt .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Sinterofen bereitzustellen, der eine entsprechend kurze Herstellungszeit ermöglicht, ohne dass ein Vorheizen des Sinterofens und/oder eine spezielle Beladesequenzen notwendig sind.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch einen Sinterofen für Bauteile aus einem Sinterwerkstoff, insbesondere für Dentalbauteile und insbesondere für Bauteile aus Keramik, gelöst, der eine Ofenkammer umfasst, die ein Kammervolumen und eine Kamme- rinnenoberfläche aufweist und in der eine Aufheizvorrich ¬ tung, ein Aufnahmeraum und ein Nutzbereich angeordnet sind. Der Aufnahmeraum nimmt ein im Kammervolumen liegendes und durch die Aufheizvorrichtung begrenztes Bruttovolumen ein. Der Nutzbereich weist ein Nutzvolumen auf und liegt im Aufnahmeraum. Die Ofenkammer weist weiterhin eine aus mehreren Wänden bestehende Umwandung mit zumindest einem zu öffnenden Wandabschnitt zum Einbringen eines zu sinternden Bauteils in den Aufnahmeraum auf. Die Aufheizvorrichtung in der Ofenkammer weist mindestens einen thermischen Strahler mit einem Strahlungsfeld auf, der an mindestens einer Seite des Aufnahmeraums angeordnet ist und in dessen Strahlungs ¬ feld zumindest das Nutzvolumen des Nutzbereichs angeordnet ist. Der maximal mögliche Abstand des zu sinternden Bau ¬ teils zu dem Strahler entspricht höchstens der zweitgrößten Dimension des maximalen Nutzvolumens.

Der thermische Strahler weist einen spezifischen Widerstand von 0,lQmm 2 /m bis 1000000 Qmm 2 /m auf und besitzt eine

Gesamtoberfläche, die maximal das 3-fache, vorzugsweise maximal das 2,5-fache der Kammerinnenoberfläche beträgt.

Die Ofenkammer, auch Brennkammer genannt, bildet den das zu sinternde Bauteil aufnehmenden und erhitzenden Teil, also den Kern des Sinterofens. Das gesamte von der Ofenkammer umschlossene Volumen wird als Kammervolumen bezeichnet. Der zwischen der in der Ofenkammer angeordneten Aufheizvorrich- tung verbleibende freie Raum kann das zu sinternde Bauteil aufnehmen und wird daher als Aufnahmeraum bezeichnet. Das Volumen des Aufnahmeraums ergibt sich im Wesentlichen aus der zwischen der Aufheizvorrichtung und gegebenenfalls den Kammerwänden verbleibenden Weite und Höhe und wird daher als Bruttovolumen bezeichnet.

Als Nutzbereich wird der Bereich des Sinterofens bezeich- net, in dem die für den Sinterprozess notwendige bzw.

gewünschte Temperatur mittels der Heizvorrichtung erreicht wird. Der Nutzbereich ist somit der Bereich, in dem das von dem thermischen Strahler erzeugte Strahlungsfeld die nötige Intensität und/oder Homogenität für den Sinterprozess aufweist und in dem das Bauteil für die Sinterung positio ¬ niert wird. Das Bauteil weist dabei ein Ob ektvolumen auf. Dieser Nutzbereich ergibt sich somit im Wesentlichen aus dem Strahlungsfeld bzw. aus der Anordnung der Aufheizvorrichtung und deren Abstrahlcharakteristik und kann entspre- chend kleiner sein als das Bruttovolumen. Für einen erfolgreichen Sinterprozess sollte das Ob ektvolumen des zu sinternden Objekts daher maximal die Größe des Nutzvolumens aufweisen. Andererseits sollte für möglichst effiziente und schnelle Sintervorgänge die Größe des Nutzvolumens maximal die Größe einer oberen Abschätzung der zu sinternden

Ob ektvolumen aufweisen. Die Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers besteht aus der dem Nutzvolumen zugewandten Fläche, also einer Innenseite und auch aus der der Wand der Ofenkammer zugewandten Fläche, also einer Außenseite sowie aus den Oberflächen zur Verbindung der Innenseite und der Außenseite. Bei einem thermischen Strahler in Form eines Ringes setzt sich die Gesamtoberfläche daher die innere Mantelfläche, die äußere Mantelfläche und die beiden Stirnseiten zusammen. Bei einem thermischen Strahler in Form eines geschlossenen Hohlzylinders wird die Gesamtoberfläche durch die Außenfläche und die Innenfläche gebildet.

Die Kammerinnenoberfläche wird durch die Wände der Ofenkam ¬ mer bestimmt. Bei einer zylindrischen Ofenkammer gibt es den Boden, den Deckel und die Mantelfläche, welche zusammen die Kammerinnenoberfläche bilden. Bei einer quaderförmigen Ofenkammer bilden die sechs Seitenwände die Kammerinneno ¬ berfläche .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird für einen thermischen Strahler mit einer Gesamtoberfläche in dem Bereich des 1,0 - bis 3-fachen der Kammerinnenoberfläche ein Ofen bereitgestellt, der ein ausreichend schnelles Aufheizen des Bauteils ermöglicht. Besonders vorteilhaft hat sich ein Verhältnis von mehr als 1,3 herausgestellt, da hier eine gut ausreichende Erwärmung erreicht wird, obwohl der thermische Strahler die Ofenkammer nur teilweise abdeckt. Soll der Ofen zum Sintern oder zum Erwärmen von Objekten verschiedener Größe verwendbar sein, beispielsweise zum Sintern von einzelnen Zahnkronen und auch von Brücken, so kann es daher vorteilhaft sein, den thermischen Strahler der Aufheizvorrichtung bewegbar auszugestalten, so dass die Größe des Aufnahmeraums , also das Bruttovolumen, sowie insbesondere die Größe des Nutzbereichs, also das Nutzvolu- men, an die Größe des Objekts anpassbar ist.

Das Nutzvolumen kann aber auch durch das Verkleinern des Nutzbereichs verringert und an die Objektgröße angepasst werden. Beispielsweise kann mit einem isolierenden Türeinsatz ein Teil des Aufnahmeraums ausgeblockt werden. Durch eine möglichst gute Ausnutzung des Bruttovolumens, also ein im Verhältnis zum Bruttovolumen möglichst großes Nutzvolumen, kann das während des Sinterprozesses zu erwärmende Volumen möglichst gering gehalten werden, wodurch ein schnelles Aufheizen und insbesondere das

Einsparen eines Vorheizprozesses möglich ist.

Dentale Objekte haben typischerweise Größen von nur wenigen Millimetern bis Zentimetern, so dass entsprechend ein

Nutzvolumen im Bereich von Zentimetern typischerweise ausreicht. Für zu sinternde Einzelzahnrestaurationen, wie Kronen oder Käppchen, kann beispielsweise ein Nutzvolumen von 20x20x20 mm 3 ausreichen. Für größere dentale Objekte, wie beispielsweise Brücken, kann ein Nutzvolumen von

20x20x40 mm 3 ausreichen. Entsprechend kann der maximal mögliche Abstand des zu sinternden Bauteils zum Strahler für einen dentalen Sinterofen beispielsweise auf 20mm beschränkt bzw. sichergestellt werden.

Vorteilhafterweise steht das Nutzvolumen zum Kammervolumen der Ofenkammer in einem Verhältnis von 1:50 bis 1:1 und zum Bruttovolumen des Aufnahmeraums in einem Verhältnis von 1:20 bis 1:1. Vorteilhafterweise liegt das Kammervolumen des Sinterofens zwischen 50 cm 3 und 200 cm 3 .

Von Vorteil ist, wenn die maximale Gesamtoberfläche des Strahlers und damit der Aufheizvorrichtung etwa 400 cm" beträgt .

Je weniger Volumen und je weniger Masse insgesamt erwärmt werden müssen, umso schneller kann eine gewünschte Tempera ¬ tur in der Ofenkammer bzw. im Nutzbereich erreicht werden und ist der Sinterprozess erfolgreich durchführbar. Bei- spielsweise kann das Kammervolumen der Ofenkammer 60x60x45 mm 3 und das Bruttovolumen noch 25x35x60 mm 3 betragen. Diese Angaben bedeuten, dass die Dimensionen des jeweiligen

Volumens 60 mm x 60 mm x 45 mm bzw. 25 mm x 35 mm x 60 mm sind .

Vorteilhafterweise kann das Objektvolumen maximal 20 x 20 x 40 mm 3 betragen. Die Dimensionen sind dann 20 mm x 20 mm x 40 mm .

Das Nutzvolumen für das zu sinternde Bauteil zum Objektvo ¬ lumen des zu sinternden Bauteils kann in einem Verhältnis von 1500:1 bis 1:1 stehen.

Je kleiner der Unterschied zwischen dem Nutzvolumen des Nutzbereichs und dem Objektvolumen des zu sinternden

Bauteils ist, umso energieeffizienter und schneller ist der Sintervorgang für das Bauteil durchführbar. Mit diesem Sinterofen kann daher aufgrund der optimalen Dimensionierung bei einer maximalen Leistungsaufnahme von 1,5 kW eine Aufheiztemperatur von wenigstens 1100°C innerhalb von 5 Minuten erreicht werden.

Vorteilhafterweise ist das Heizelement bzw. der thermische Strahler resistiv oder induktiv erwärmbar. Induktive Heizelemente oder Widerstandsheizelemente stellen einfache Ausführungsvarianten für ein einen thermischen Strahler darstellendes Heizelement eines Sinterofens dar.

Vorteilhafterweise besteht der thermische Strahler der Aufheizvorrichtung aus Graphit, M0S1 2 , SiC oder Glaskohlen ¬ stoff, da diese Materialen einen spezifischen Widerstand aufweisen, der im Bereich 0,lQmm 2 /m bis 1000000 Qmm 2 /m liegt .

Vorteilhafterweise weist die Umwandung eine für das Strah- lungsfeld undurchlässige und/oder dieses zurückgebende Kammerinnenwand auf, die insbesondere eine reflektierende Beschichtung trägt oder als Reflektor ausgebildet ist.

Durch eine reflektierende Beschichtung kann die Intensität des Strahlungsfelds des thermischen Strahlers im Nutzbe- reich, also innerhalb des Nutzvolumens erhöht werden. Ist der thermische Strahler nur an einer Seite des Aufnahme ¬ raums angeordnet, so kann mittels einer beispielsweise gegenüberliegenden, reflektierenden Beschichtung oder einem gegenüberliegend angeordneten Reflektor ein homogeneres und/oder intensitätsstärkeres Strahlungsfeld im Nutzbereich erreicht werden.

Vorteilhafterweise weist die Aufheizvorrichtung ein Heiz ¬ element als thermischen Strahler mit einer Aufheizrate im Nutzbereich von mindestens 200 K/min bei 20°C auf. Vorteilhafterweise kann das Nutzvolumen maximal 20x20x40 mm 3 betragen und sind die Dimensionen des Nutzvolumens höchstens 20 mm x 20 mm x 40 mm.

Gemäß einer Weiterbildung kann der thermische Strahler als Tiegel ausgebildet sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Sinterofens für Bauteile aus einem Sinterwerkstoff, insbeson- dere für Dentalbauteile;

Fig. 2A,B eine induktiv erwärmbare Aufheizvorrichtung mit einem aus Tiegel und Spule bestehenden thermischen Strahler;

Fig. 3 einen plattenförmigen induktiv erwärmbaren

thermischen Strahler mit integrierter Spule;

Fig. 4A,B resistiv erwärmbare Aufheizvorrichtungen mit aus stabförmigen Heizelementen bestehendem thermischen Strahler;

Fig. 5 eine Heizspirale als Widerstandsheizelement;

Fig. 6 einen aus Heizspirale und Reflektor bestehenden thermischen Strahler;

Fig. 7 einen aus U-förmigen Heizelementen bestehenden thermischen Strahler;

Fig. 8 einen aus Flachheizelementen bestehenden thermi- sehen Strahler;

Fig. 9-16 verschiedene Anordungen des thermischen Strahlers und des Nutzvolumens in der Ofenkammer.

Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1 zeigt einen Teil eines Sinterofens 1, der eine Ofenkammer 2 mit einem Kammervolumen VK aufweist, deren Wände 3 mit einer Isolierung 4 zum Abschirmen der heißen Ofenkammer 2 gegen die Umgebung versehen sind. Das Kammervolumen VK liegt dabei zwischen 50 cm 3 und 200 cm 3 . Zum Aufheizen der Ofenkammer 2 ist in der Ofenkammer 2 eine Aufheizvorrichtung 5 mit zwei thermischen Strahlern 6 angeordnet . Die Ofenkammer 2 weist einen zu öffnenden

Wandabschnitt 7 zum Einbringen eines zu sinternden Bauteils 15 in die Ofenkammer 2 auf, der hier der untere Wandabschnitt, also der Boden der Ofenkammer 2 ist. Das zu sinternde Bauteil 15 weist ein Volumen von mindestens

10x10x10 mm 3 auf. Die maximale Größe des Bauteils 15 beträgt 20x20x40 mm 3 .

Der Boden 7 weist ebenfalls eine Isolierung 4 auf, auf die eine Unterlage 8 für die zu sinternden Bauteile 15 abge- stellt ist, die auch als Träger 8 bezeichnet wird. Als Träger 8 kommen aber auch Bügel oder ein Tiegel oder senkrecht stehende Stifte aus Keramik oder hochschmelzendem Metall in Betracht, auf die das Bauteil 15 aufgesetzt wird.

Durch die Aufheizvorrichtung 5 bzw. den thermischen Strah1er 6, der in Fig. 1 beispielhaft an zwei Seiten der

Ofenkammer 2 angeordnet ist, ergibt sich innerhalb der Ofenkammer 2 ein im Vergleich zum Kammervolumen VK geringeres freies Volumen, welches in Fig. 1 mit gestrichelter Linie angedeutet ist und als Bruttovolumen VB bezeichnet wird. Der Raum, den dieses Bruttovolumen VB einnimmt, ist der Aufnahmeraum 9, in den ein zu sinterndes Objekt 15 eingebracht werden kann. Die Aufheizvorrichtung 5 weist dabei eine Gesamtoberfläche auf, die maximal das 2,5-fache einer Kammerinnenoberfläche OK beträgt. Die Gesamtoberflä- che der Aufheizvorrichtung 5 ist dabei nicht größer als 400 cm". Das Material der Aufheizvorrichtung 5 weist einen spezifischen Widerstand auf, der zwischen 0,lQmm 2 /m bis 1000000 Qmm 2 /m liegt, wobei die Aufheizvorrichtung 5 beispielsweise aus Graphit, M0S1 2 , SiC oder Glaskohlenstoff bestehen kann.

Mit dem thermischen Strahler 6 der Aufheizvorrichtung 5 wird ein Aufheizen des Aufnahmeraums 9 erreicht, wobei zumindest ein Teil des Bruttovolumens VB des Aufnahmeraums 9 ausreichend stark und gleichmäßig aufgeheizt wird. Dieser Bereich wird als Nutzbereich 10 und das Volumen als Nutzvo ¬ lumen VN bezeichnet. Der Nutzbereich 10 ist in Fig. 1 mit einer strichpunktierten Linie schematisch dargestellt und eine zweitgrößte Dimension des Nutzbereichs 10 als D y eingezeichnet. Die Größe und Lage des Nutzbereichs 10 wird im Wesentlichen durch die Abstrahlcharakteristik, also das Strahlungsfeld 13, und die Anordnung der Strahler 6 be- stimmt, wobei durch eine Anordnung der Strahler 6 an mindestens einer Seite des Aufnahmeraums 9 sichergestellt wird, dass der Nutzbereich 10 innerhalb des Aufnahmeraums 9 liegt .

Die Erwärmung des zu sinternden Objekts 15 kann beispiels- weise resistiv oder induktiv erfolgen. In Fig. 2A und 2B ist beispielsweise ein induktiv erwärmter thermischer

Strahler 6 als Aufheizvorrichtung 5 dargestellt. Der thermische Strahler 6 ist als Tiegel 11, beispielsweise aus Graphit, M0S1 2 , SiC oder Glaskohlenstoff, mit mindestens einer umlaufenden Spule 12 zur induktiven Erwärmung ausgebildet, wobei das Abstrahlen des Tiegels 11, also die thermische Strahlung 13, durch Pfeile angedeutet ist. In diesem Beispiel wird der Aufnahmeraum 9 durch den Innenraum des Tiegels gebildet. Der Nutzbereich 10 liegt ebenfalls im Innenraum des Tiegels 11, wobei das Verhältnis des Nutzvo ¬ lumens VN des Nutzbereichs 10 zum des Bruttovolumens VB des Aufnahmeraums 9 1:1 beträgt.

Obwohl in Fig. 2A nicht dargestellt, so kann eine Retorte, zum Beispiel eine Glasglocke, vorgesehen sein, die im

Tiegel angeordnet ist und das Bauteil 15 umgibt.

Das zu sinternde Bauteil 15 wird in dem Innenraum des

Tiegels 11, im mit dem Nutzbereich 13 übereinstimmenden Aufnahmeraum 9 angeordnet. Der Abstand des Objekts zum thermischen Strahler 6, also hier zum Tiegel 11 wird als d bezeichnet .

Fig. 3 zeigt einen aus zwei plattenförmigen Elementen gebildeten thermischen Strahler 6, der mittels integrierter Spulen 12 erwärmt wird. Der Aufnahmeraum 9 befindet sich entsprechend zwischen den beiden plattenförmigen Elementen. In Fig. 3 ist weiterhin das Strahlungsfeld 13 des thermi ¬ schen Strahlers 6 mit Linien dargestellt. Entsprechend ergibt sich ein im Aufnahmeraum 9 angeordneter Nutzbereich 10, der einen möglichst homogenen Bereich des Strahlungs ¬ felds 13 mit hoher Intensität abdeckt.

Die in den Fig. 4A und 4B dargestellten thermischen Strahler 6 bestehen aus drei bzw. vier stabförmigen Widerstands- heizelementen 14.

Weitere Varianten von resistiven, thermischen Strahlern 6 und Anordnungen sind in den Fig. 5 bis 8 dargestellt. Der in Fig. 5 gezeigte thermische Strahler 6 ist als Heizspira ¬ le 16 ausgebildet, wobei Aufnahmeraum 9 und Nutzbereich 10 zylinderförmig ausgebildet und innerhalb der Heizspirale angeordnet sind. In Fig. 6 ist der thermische Strahler 6 eine Kombination aus einem Heizstrahler, hier einer Heizspirale 16 und einem Reflektor 17, wobei sich Aufnahmeraum 9 und Nutzbereich 10 zwischen der Heizspirale 16 und dem Reflektor 17 befinden. Fig. 7 zeigt einen aus zwei U- förmigen Heizelementen 18 bestehenden thermischen Strahler mit einem zwischen den beiden U-förmigen Heizelementen 18 angeordneten Aufnahmeraum 9. In Fig. 8 ist ein thermischer Strahler 6 aus zwei Flachheizelementen 19 dargestellt.

Diese weisen typischerweise eine flächige Abstrahlung auf, wodurch der Nutzbereich einen besonders großen Teil des zwischen den Flachheizelementen 19 liegenden Aufnahmeraums 9 einnimmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Sinterofen 1 kann bei einer maximalen Leistungsaufnahme von 1,5 kW eine Aufheiztempera- tur von wenigstens 1100°C innerhalb von 5 Minuten erreicht werden .

Das Verhältnis von Strahleroberfläche zur Oberfläche der Kammerinnenoberfläche ist mit maximal 2,5 angegeben. Bei der Angabe dieses Wertes ist davon ausgegangen worden, dass die Kammerinnenoberfläche auch der Oberfläche des Nutzvolu ¬ mens entsprach. Bei den Überlegungen zu diesem maximalen Verhältnis war im wesentlichen ein ringförmiger thermischer Strahler zugrundegelegt, wie er durch die Mantelfläche des Tiegels aus Fig. 2A gebildet ist.

Bei stabförmigen thermischen Strahlern als Ausführungsform etwa gemäß den Fig. 4a, 4b, 7 ergibt sich, dass die Oberflä ¬ che solcher thermischer Strahler kleiner sein kann, als die Oberfläche der Ofenkammer bzw. als die Oberfläche des

Nutzvolumens. Bei einem Ofenaufbau mit Stabelementen als thermischen Strahlern ist die Kammerinnenoberfläche deut ¬ lich größer als das Nutzvolumen, wodurch die Oberflächenverhältnisse quasi gegen Null gehen. Wird stattdessen die Oberfläche des Nutzvolumens gewählt, kommt man auf ein sinnvolles minimales Verhältnis von Strahleroberfläche zur Oberfläche des Nutzvolumens von 0,4.

Das Nutzvolumen ist als Grenze definiert, innerhalb derer ein sicherer Brennprozess möglich ist. Es weist geometrische Dimensionen auf, die beispielsweise durch die Länge, die Breite und die Höhe (1 x b x h) angegeben werden können. Erhöht man die Größe des nutzbaren Volumens, wird das angegebene Verhältnis zur Gesamtoberfläche des thermi- schen Strahlers kleiner. Ein solcher Ofen kann aber nur mit einer geringeren Leistung dauerhaft betrieben werden.

Es ist auch denkbar, dass die Abmessungen des thermischen Strahlers über die Begrenzung der Ofenkammer hinaus ragen, etwa um über das Verhältnis von 2,5 zu kommen. Mit einer Obergrenze des Verhältnisses von 3 ist hier ein ausreichen ¬ der Ausgleich zwischen dem zu betreibenden zusätzlichen technischen wirtschaftlichen Aufwand und dem Vorteil der Erfindung angegeben. Die Untergrenze von 1 grenzt die

Erfindung leistungsmäßig gegen Öfen mit kleineren thermischen Strahlern ab.

Fig. 9-16 zeigt verschiedene Anordungen des thermischen Strahlers und des Nutzvolumens in der Ofenkammer. So zeigt Fig. 9 einen schematischen Aufbau eines Ofens 21 mit einer Ofenkammer 22, die nach unten zumindest teilweise von einem inneren und einem äußeren Türstein 23, 24, auch als oberer und unterer Türstein bezeichnet, begrenzt ist. Der Türstein ist seitlich von dem unteren Wandabschnitt der Ofenkammer umgeben, der im vorliegenden Fall mehrteilig ausgebildet ist, nämlich mit drei Lagen.

Auf dem unteren Wandabschnitt 25 sitzt ein in der Ofenkammer 22 angeordneter ringförmiger thermischer Strahler 26, der wiederum von einem ringförmigen isolierenden Wandabschnitt 27 umgeben ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die weiter außen liegenden Spulen zur induktiven

Erwärmung des thermischen Strahlers 26 nicht dargestellt.

Oberhalb des ringförmigen Wandabschnitts 27 wird die

Ofenkammer 22 durch den oberen Wandabschnitt 28 begrenzt, der wie der untere Wandabschnitt 25 mehrlagig ausgebildet ist. Durch den oberen Wandabschnitt 28 ragt ein Thermoele ¬ ment 29 in die Ofenkammer 22 hinein und dringt dabei auch ein Stück weit in den vom thermischen Strahler 26 umschlos- senen Innenraum 30 und begrenzt so ein im Innenraum 30 angeordnetes Nutzvolumen 31, da das auf dem Türstein 23 angeordnete, nicht dargestellte Bauteil nicht mit dem

Thermoelement 30 in Kontakt kommen darf.

Die Oberfläche der Ofenkammer 22 wird hier von der der Ofenkammer zugewandten Oberfläche des Wandabschnitts 27 sowie von der Oberseite des Türsteins 23 und der Unterseite des oberen Wandabschnitts 28 gebildet. Der Ringraum um das Thermoelement sowie Spalte zwischen dem ersten Türelement und dem unteren Wandelement werden vernachlässigt.

In Fig. 10A ist die Anordnung des eingeschränkten Nutzbereichs 31 bezüglich des Strahlers 26 aus Fig. 9 im Detail dargestellt, um sie einem in Fig. 10B dargestellten Nutzbereich 31 gegenüberzustellen. Das Verhältnis der Gesamtober- fläche des thermischen Strahlers und der Ofenkammer ändert sich nicht, auch wenn das Verhältnis der Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers zur Oberfläche des Nutzvolumens von Fig. 10A nach Fig. 10B gesenkt wird.

In Fig. 11 ist ein thermischen Strahler 26 gezeigt, der zudem noch einen Boden 32 und einen Deckel 33 aufweist, wodurch sich die Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers 26 gegenüber der Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers 26 aus Fig. 9 erhöht. Das Nutzvolumen 31 entspricht dem aus Fig. 10B. In Fig. 12 wird das Nutzvolumen 31 durch isolierende

Wandabschnitte 34, 35 verringert, wobei der thermische Strahler selbst gegenüber Fig. 9 und 10A, 10B unverändert bleibt. Damit verringert sich auch die Oberfläche der

Ofenkammer und das Verhältnis der Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers und der Ofenkammer wird größer. In Fig. 13 ist ein Ofen 41 mit einer Ofenkammer 42 gezeigt, die über den Innenraum 31 des thermischen Strahlers 43 oben und unten hinausgeht und sich in den oberen und in den unteren Wandabschnitt 28, 25 fortsetzt, sodass der Nutzbe- reich vergrößert ist. Dadurch sinkt das Verhältnis der

Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers und der Ofenkam ¬ mer .

In Fig. 14 Wird der Nutzbereich gegenüber dem Nutzbereich aus Fig. 13 weiter verringert, indem der obere und der untere Wandabschnitt 28', 25' nicht mehr denselben Innen ¬ durchmesser wie der thermische Strahler 43 aufweisen. Die Gesamtoberfläche des thermischen Strahlers bleibt gleich, aber die Oberfläche der Ofenkammer verringert sich gegenüber der aus Fig. 13.

In Fig. 15 sind in einer vorgegebenen Ofenkammer 51 mehrere zylindrische thermische Strahler 52, hier dargestellt sind 4 thermische Strahler, paarweise in einem Abstand zueinan ¬ der angeordnet, die in die Zeichenebene hinein verlaufen. Zwischen einem Strahlerpaar liegt der Nutzbereich. Das Verhältnis der Gesamtoberfläche der thermischen Strahler 52 und der Oberfläche der Ofenkammer 51 ist verglichen mit der Anordnung aus den Fig. 9 - 14 kleiner.

Dies gilt auch dann, wenn in deiner Ofenkammer 61 statt zylindrischer thermische Strahler längliche Flächenheizele- mente 62 verwendet werden, wie in Fig. 16 dargestellt.

Bei den thermischen Strahlern aus Fig. 15 und 16 kann es sich auch um resistive Strahler handien, die sich aufgrund des elektrischen Widerstandes beim Durchleiten eines elektrischen Stroms erwärmen.