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Leichtbau Metallische Heizeinsätze für Vakuumöfen verlieren an Gewicht

| Autor / Redakteur: Matthias Ebinger / Josef-Martin Kraus

Seit sich vollmetallische Heizeinsätze energiesparend betreiben lassen, etablieren sie sich in Vakuumöfen für die Wärmebehandlung. Eine Leichtbaukonstruktion aus Molybdänlegierungen wird diese Entwicklung verstärken und die Substitution von Graphitelementen forcieren. Festigkeit und Formstabilität verschlechtern sich nicht.

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Bild 1: Zum Aufheizen und zur thermischen Abschirmung ist die Vakuumkammer mit metallischen Einsätzen aus Molybdänlegierungen ausgekleidet. Erstmals wurde damit eine Leichtbaukonstruktion realisiert.
Bild 1: Zum Aufheizen und zur thermischen Abschirmung ist die Vakuumkammer mit metallischen Einsätzen aus Molybdänlegierungen ausgekleidet. Erstmals wurde damit eine Leichtbaukonstruktion realisiert.
(Bild: Plansee)

Kurze Zykluszeiten, exzellente Vakuumbedingungen und eine homogene Temperaturverteilung gehören zu den positiven Ergebnissen bei Verwendung metallischer Heizeinsätze in Vakuumöfen. Einzig der Energieverbrauch ließ bislang zu wünschen übrig. Das hat sich mit der Entwicklung der Baureihe Enerzone geändert (Bild 1). Diese Leichtgewichte der Plansee-Gruppe, Reutte (Österreich), senken den Energiebedarf um bis zu 25 %.

Heizeinsätze sind das multifunktionale Herzstück jedes Vakuumofens: Heizelemente sorgen für die notwendige Temperatur, Chargenträger positionieren das Gut im Ofen und die Abschirmung sorgt dafür, dass möglichst wenig Hitze aus dem Heizraum austritt. In 80 % aller Vakuumöfen besteht die Isolierung aus Graphitplatten oder Graphitfilz. Dieses Konzept spart zwar Energie ein, doch das eingesetzte Material nimmt Wärme schlecht auf und kühlt nur langsam wieder ab. Zudem ist Kohlenstoff im Ofen bei sensiblen Prozessen und Werkstoffen problematisch.

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Energieverbrauch um 25 % niedriger als bei üblichen Konstruktionen

Bei einem metallischen Heizeinsatz wird die Abschirmung aus mehreren Blechlagen Molybdän und Edelstahl oder – bei Ofentemperaturen über 1800 °C – auch Wolfram aufgebaut. Trotz höherer Anschaffungskosten werden vollmetallische Heizeinsätze bei Ofenbauern und Ofenbetreibern immer beliebter. Der Hauptgrund dafür liegt im vorteilhaften Eigenschaftsprofil vollmetallischer Heizeinsätze: optimale Prozessreinheit (graphitfreie Werkstoffe), kurze Abpumpzeiten und exzellente Vakuumbedingungen (keine porösen Werkstoffe), kurze Aufheiz- und Abkühlphasen (Leichtbau mit geringer Wärmekapazität). Ein weiterer positiver Effekt ist die homogene Temperaturverteilung.

Allerdings wurde metallischen Heizeinsätzen lange Jahre ein besonders hoher Energieverbrauch nachgesagt. In den vergangenen Jahren haben findige Ingenieure zahlreiche energiesparende Maßnahmen ergriffen, um diesem Image entgegenzutreten. Plansee als Experte für Molybdän und Wolfram hat jüngst eine neue, besonders energieeffiziente Variante ganzmetallischer Heizeinsätze entwickelt, die Baureihe Enerzone. Sie kommt im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen mit etwa einem Viertel weniger Energie aus.

U-förmige leichte Trägerschienen aus Molybdänlegierungen

In herkömmlichen metallischen Heizeinsätzen für Vakuumöfen werden meist Chargenträger aus Molybdän verwendet. Sie bestehen üblicherweise aus mehreren schweren Schienen, die über massive Kappen und Bolzen im Kesselboden gestützt werden. Bei der Baureihe Enerzone setzt Plansee dagegen auf besonders leichte Schienen aus hochfesten Molybdänlegierungen, die U-förmig gebogen werden (Bild 2). Sie liegen direkt auf den Bolzen auf und müssen nur quergestiftet werden. Kappen sind nicht mehr notwendig. Ein erfreulicher Nebeneffekt: Die leichten Chargenträger verformen sich weniger und lassen sich wesentlich leichter austauschen als ihre schweren Kollegen.

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