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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizmuffel für einen Brennofen zur Herstellung
eines Titan enthaltenden Dentalkeramikerzeugnisses gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizmuffel
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 6, die Verwendung der Heizmuffel in einem Brennofen
gemäß Anspruch
9 sowie einen die Heizmuffel enthaltenden Brennofen gemäß Anspruch
10.
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Heizmuffeln
als Bestandteil von Dental-Keramikbrennöfen sind seit langem bekannt.
Sie bestehen aus feuerfester Keramik, Keramikfasern oder Quarz als
Trägermaterial.
Eine Heizspirale ist üblicherweise
spiralförmig
oder wendel- oder meanderförmig
in dem Trägermaterial
fixiert. Dabei wird die Heizspirale üblicherweise in eine in das
Trägermaterial
gefräste
Nut eingelegt, oder sie ist in Quarzgutrohren oder Quarzglasrohren
fixiert. Konstruktiv stellen diese Heizmuffeln einen Hohlkörper aus
einem beidseitig offenen Zylinderrohr mit entsprechenden Fixierungen
für den
Heizleiter dar. Im Brennofen eingebaut, werden diese Heizmuffeln
oben durch eine Isolierplatte und unten durch einen isolierenden Brennsockel
abgeschlossen. Nachteilig bei diesem Aufbau ist, dass nicht die
vollständige
Innenwand des Hohlkörpers
beheizbar ist. Beim Aufheizen tritt daher ein nicht unerheblicher
Warmeabfluss durch die beiden unbeheizten Flächen der Isolierplatte und
des Brennsockels auf, wobei vor allem über die obere Isolierplatte
ein beträchtlicher
Wärmeabfluss
erfolgt. Damit treten vertikale und horizontale Temperaturgradienten
in einer für
das Brenngut ungünstigen Weise
auf.
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Temperaturgradienten
sind besonders dann nachteilig, wenn ein Titan enthaltendes Dentalkeramikerzeugnis
gebrannt werden soll. Titan weist ein für das Metall spezifisches Verhalten
auf. Bei 822°C tritt
ein Phasensprung auf, der zu einer Volumenänderung des Titans führt. Deshalb
muss bei der Herstellung Titan enthaltender Dentalkeramikerzeugnisse
eine Überschreitung
dieser Temperatur vermieden werden. Für die Titan enthaltenden Dentalkeramikerzeugnisse
wurden spezielle niedrig schmelzende Keramikmassen entwickelt, die
knapp unterhalb von 822°C
schmelzen und eine exakte Brenntemperatur erfordern. Daher war es
wünschenswert
einen Brennofen und eine Heizmuffel zu schaffen, die eine gleichmäßige Wärmeübertragung
auf das Erzeugnis gewährleisten
und Temperaturgradienten vermeiden.
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Aus
der
US 6 157 004 A ist
eine Muffel bekannt, die einen zylindrischen Hohlkörper aufweist, der
an einem Ende mit einem flachen Zylinderdeckel abgeschlossen ist.
Die Innenwand ist durch in der Muffel vorgesehene Heizdrähte vollständig beheizbar.
Die elektrischen Heizdrähte
sind beabstandet voneinander im Inneren des zylindrischen Hohlkörpers angeordnet
und können
getrennt voneinander durch eine Steuereinheit an oder ausgeschaltet
werden. Durch zwei Temperaturfühler,
die in zwei verschiedenen Höhenstufen
in dem Brennraum des Brennofens angeordnet sind, werden die Heizdrähte entsprechend
eines voreingestellten Schwellenwertes, an- oder ausgeschaltet.
Dadurch soll zwar eine gleichmäßige Erwärmung der
in dem Brennofen zu brennenden Keramikerzeugnisse erreicht und Temperaturgradienten
vermieden werden. Diese Muffel löst
diese Probleme jedoch nicht. Sie weist dagegen mehrere Nachteile
auf.
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Zum
einen ist eine aufwendige Temperaturregelung notwendig. Diese Temperaturregelung
reagiert aber nur sehr träge
und langsam auf einen Temperatur-gradienten, da die Heizdrähte weit
im Inneren der Zylinderwandung liegen und ihr Abstand von der Innenwand
des Zylinders groß ist,
so dass sich beim Betrieb dieser Heizmuffel trotz der aufwendigen Regelung
relativ große
Temperaturschwankungen ergeben. Diese Temperaturregelung führt zu Temperaturunterschieden
und Temperaturgradienten an der Innenwand des Hohlkörpers der
Heizmuffel. Es treten lokal überhitzte
Bereiche und Punkte auf, sogenannte "Hot-Spots", die eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf ein Keramikerzeugnis
und eine exakte Temperaturführung
eines Brennvorgangs mit dieser Heizmuffel nicht erlauben.
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Zum
anderen soll die in der
US
6 157 004 A beschriebene Muffel mindestens zwei Keramikerzeugnisse
aufnehmen können.
Diese Keramikerzeugnisse werden entlang einer Kreislinie auf einem Sockel,
der zusammen mit der Muffel den Brennraum bildet, angeordnet. Dabei
wird jedes einzelne Dentalkeramikerzeugnis um eine Achse rotiert,
die parallel zu der Zylinderachse der Muffel steht. Während der Rotation
der einzelnen Keramikerzeugnisse kühlen diese auf der von der
Innenwand der Muffel abgewandten Seite beim Brennen ab. Denn die
der Innenwand zugewandte Seite liegt näher an der Innenwand der Muffel,
von der das Keramikerzeugnis beheizt wird, wohingegen die der Innenwand
abgewandte Seite von der Innenwand weiter entfernt liegt. Während der
Rotation stellt sich daher beim Brennen in dem Keramikerzeugnis
zwischen der der Innenwand zugewandten Seite und der der Innenwand
abgewandten Seite des Keramikerzeugnisses zwangsläufig ein
Temperaturgradient ein. Auch aus diesem Grund erfolgt die Wärmeübertragung
auf das zu brennende Keramikerzeugnis ungleichmäßig.
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DE 197 53 895 C2 beschreibt
eine Heizmuffel für
einen Brennofen, die einen Hohlkörper
umfasst, der ein einen spiralförmigen
Heizleiter enthaltendes, spiralförmig
gebogenes beidseitig offenes Rohr aufweist, und wobei der Hohlkörper aus
einem Zylinder besteht. Über
das beidseitig offene Zylinderrohr fließt Wärme ab, was zu Temperaturgradienten führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Heizmuffel für einen
Brennofen zur Herstellung eines Titan enthaltenen Dentalkeramikerzeugnisses
bereitzustellen, mit der beim Brennen auf einfache Weise eine gleichmäßige Wärmeübertragung
auf ein Dentalkeramikerzeugnis erfolgen kann und Temperaturgradienten
vermieden werden können.
Außerdem
soll ein Verfahren zur Herstellung dieser Heizmuffel und eine Verwendung
der Muffel geschaffen werden.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die gestellte Aufgabe mit einer Heizmuffel für einen Brennofen zur Herstellung
eines Titan enthaltenden Dentalkeramikerzeugnisses durch die Merkmale
des Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß für das Verfahren
durch die Merkmale des Anspruchs 6, für die Verwendung eines Heizmuffel
durch die Merkmale des Anspruchs 9 und für den Brennofen durch die Merkmale
des Anspruchs 10 gelöst.
Diese Heizmuffel umfasst einen Hohlkörper, der zur Aufnahme des Keramikerzeugnisses
mit mindestens einer Öffnung versehenen
ist und eine vollständig
beheizbare Innenwand aufweist. Zusammen mit einem Sockel kann die
Heizmuffel einen Brennraum bilden, in dem das Keramikerzeugnis von
der Innenwand beheizt wird. Der Hohlkörper umfasst für eine gleichmäßige Wärmeübertragung
auf das Dentalkeramikerzeugnis und zur Vermeidung von Temperaturgradienten
mindestens ein einen Heizleiter enthaltendes spiralförmig gebogenes
Rohr. Der Hohlkörper
ist (a) aus einem an einer Seite eines Zylindermantels (15; 15') mit einem
flachen oder gewölbten
Zylinderdeckel (12; 12') abgeschlossenen Zylinder besteht,
oder (b) im Wesentlichen halbkugelförmig oder im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet.
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Durch
die einfache Konstruktion des einen Heizleiter enthaltenden spiralförmigen Rohrs
und den Aufbau der Heizmuffel als Hohlkörper mit einer vollständig beheizbaren
Innenwand kann einerseits eine gleichmäßige und direkte Wärmeübertragung von einer
gleichmäßig erwärmbaren
Innenwand des Hohlkörpers
aus dem den Heizleiter enthaltenden Rohr auf das Keramikerzeugnis
erfolgen und andererseits kann ein Wärmeabfluss durch einen unbeheizten
Teil des Hohlkörpers
und somit ein Temperaturgradient verhindert werden. Die gesamte
Innenwand des Hohlkörpers
der erfindungsgemäßen Heizmuffel
läßt sich
dadurch schnell und leicht steuerbar durch das Anlegen von Spannung
an den Heizleiter aufheizen. Somit wird mit Ausnahme des Sockels
die gesamte Innenwand des Brennraums vollständig beheizt. Lokal überhitzte
Bereiche auf der Innenwand des Hohlkörpers werden vermieden, und
ein Keramikerzeugnis kann gleichmäßig ohne wesentliche Temperaturschwankungen
von der Innenwand des Hohlkörpers
beheizt werden. Die Wärmeübertragung
erfolgt gleichmäßig. Temperaturgradienten
werden vermieden. Eine Regelung von verschieden ansteuerbaren, ein-
und ausschaltbaren Heizleitern ist nicht notwendig. Verschiedene
Temperaturzonen an der Innenwand und Temperaturgradienten an der
Innenwand des Brennraums werden vermieden, die wegen der Verzögerung bei
einer Temperaturregelung von verschiedenen Bereichen in der Brennkammer
aus dem Stand der Technik zwangsläufig auftreten.
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Ferner
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zu Herstellung der
erfindungsgemäßen Heizmuffel
bereit. Dabei wird ein einen Heizleiter enthaltendes Rohr zur Ausbildung
des eine beheizbare Innenwand aufweisenden Hohlkörpers spiralförmig angeordnet.
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Außerdem wird
ein neuer und vorteilhafter Brennofen geschaffen, der die erfindungsgemäße Heizmuffel
enthält.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 den
Querschnitt einer erfindungsgemäßen Heizmuffel
für einen
Brennofen zur Herstellung eines Titan enthaltenden Dentalkeramikerzeugnisses;
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2 den
Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Heizmuffel;
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3 die
Draufsicht auf die Heizmuffel gemäß 2.
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Die
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Heizmuffel
10.
Sie umfasst einen Hohlkörper,
der zur Aufnahme eines Keramikerzeugnisses (nicht gezeigt) mit einer Öffnung
11 versehenen
ist. Die Öffnung
des Hohlkörpers
ist in der Betriebsposition nach unten gerichtet und kann nach Aufnahme
des Keramikerzeugnisses mit einem Sockel (nicht gezeigt) zur Bildung
eines Brennraumes zusammenwirken. Die erfindungsgemäße Muffel
kann dabei zum Beispiel in dem in der
EP 0 087 111 A2 beschriebenen Brennofen eingesetzt
werden aber auch in jedem anderen üblichen Muffelofen. Der Hohlkörper besteht
aus einem an einer Seite mit einem Zylinderdeckel
12 abgeschlossenen
Zylinder mit der Höhe
H und dem Durchmesser D. Der Zylinder umfasst den Zylindermantel
15 und
den Zylinderdeckel
12. Der Zylinderdeckel
12 ist
flach. Er kann bei einer alternativen Ausführungsform aber auch gewölbt sein,
so dass er wie in
2 halbkugelförmig oder kuppelartig ausgebildet
ist. Der Zylinderdeckel
12 ist vorzugsweise geschlossen.
Er kann aber auch, wie in
1 und
2 gezeigt,
eine weitere Öffnung
13 mit
einem Durchmesser d für
ein Thermoelement aufweisen. Bei der Ausführungsform mit geschlossenem
Zylinderdeckel kann ein Thermoelement zum Beispiel über den
Sockel in den Brennraum eingeführt
werden. Der Hohlkörper
umfasst für
eine gleichmäßige Wärmeübertragung
auf ein Keramikerzeugnis und zur Vermeidung von Temperaturgradienten
ein einen Heizleiter enthaltendes spiralförmig gebogenes Rohr
16.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Hohlkörper
aus einem einzigen solchen Rohr. Somit kann er auf einfache Weise
hergestellt werden. Er kann aber auch mehrere spiralförmig gebogene
Rohre umfassen, wenn es zum Beispiel wegen der Größe der Muffel
erforderlich ist.
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Die 2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Heizmuffel,
wobei die Elemente, die auch in 1 gezeigt
sind, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Heizmuffel
in 2 umfasst einen Hohlkörper, der aus einem an einer
Seite mit einem gewölbten
Zylinderdeckel 12' abgeschlossenen
Zylinder besteht. Auch der Zylinderdeckel 12' ist vorzugsweise geschlossen.
In 2 weist er jedoch die weitere Öffnung 13 für ein Thermoelement
auf.
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Der
Heizleiter 18 befindet sich bei allen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Heizmuffel vorzugsweise
in der Wand des Rohrs 16. Er kann spiralförmig in
dem gebogenen Rohr 16 angeordnet sein, wie in 2 gezeigt.
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Die
Wandstärke
des Rohrs 16 kann von 1 bis 4 mm betragen, vorzugsweise
von 1,5 bis 3 mm, ganz besonders bevorzugt beträgt sie 1,5 mm. Der Außendurchmesser
AD des Rohrs 16 kann von 8 bis 14 mm betragen, vorzugsweise
beträgt
er von 8 bis 12 mm, ganz besonders bevorzugt 10 mm. Der Innendurchmesser
ID des Rohrs 16 kann von 6 bis 13 mm betragen, vorzugsweise
beträgt
er von 7 bis 10 mm, ganz besonders bevorzugt 7 mm.
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Das
Rohr 16 kann aus Quarz bestehen, vorzugsweise besteht es
aus Quarzgut oder Quarzglas. Ganz besonders bevorzugt ist Quarzglas.
Da das Quarzglas transparent ist, kann die Wärmeübertragung von dem in dem Quarzglas
enthaltenden Heizleiter direkt auf das Keramikerzeugnis als Primärstrahlung
erfolgen. Somit erfolgt die Wärmeübertragung
noch gleichmäßiger. Die
Erwärmung
und der Brennvorgang sind noch leichter steuerbar als bei einer
Heizmuffel mit einem Hohlkörper
aus einem opaken Quarzgutrohr. Bei einem einen Heizleiter enthaltenden,
opaken Quarzgutrohr erfolgt die Wärmeübertragung durch Sekundärstrahlung.
Der Heizleiter erwärmt
zuerst das Quarzgutrohr und von diesem erfolgt die Wärmeübertragung
auf ein in dem Brennraum befindliches Keramikerzeugnis.
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Die
Höhe H
des Hohlkörpers
der erfindungsgemäßen Heizmuffel
ist nicht besonders beschränkt. Sie
kann zum Beispiel von 50 bis 150 mm betragen, vorzugsweise beträgt sie 60
bis 80 mm.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
sie etwa 70 mm wenn der Hohlkörper aus
einem an einer Seite mit einem flachen Zylinderdeckel abgeschlossenen
Zylinder besteht, wie in 1 gezeigt.
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Bei
einer Ausführungsform
gemäß 2 mit gewölbtem Zylinderdeckel
beträgt
die Höhe
H des Hohlkörpers
bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform etwa 80 mm. Die
Höhe h
des Zylindermantels 15 kann dabei von 20 bis 50 mm betragen, vorzugsweise
beträgt
sie 25 bis 30 mm, ganz besonders bevorzugt etwa 28 mm.
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Der
Durchmesser D des Hohlkörpers
kann von 70 bis 150 mm betragen. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser
D 90 bis 130 mm. Bei bevorzugten Ausführungsformen gemäß 1 und 2 beträgt der Durchmesser
D des Zylinders etwa 110 mm.
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Der
Radius r des halbkugelförmig
gewölbten Zylinderdeckels
kann von etwa 30 bis 70 mm betragen, vorzugsweise beträgt er von
40 bis 60 mm, ganz besonders bevorzugt etwa 50 mm.
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Bei
weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Heizmuffel
besteht der Hohlkörper
aus einem im Wesentlichen halbkugelförmigen Hohlkörper oder
einem im Wesentlichen kugelförmigen
Hohlkörper,
wobei diese Hohlkörper
vorzugsweise einen Durchmesser D und einem Radius r mit den oben
für die
anderen Ausführungsformen beschriebenen
Größen aufweisen.
Bei diesen nicht gezeigten Ausführungsformen
erfolgt eine noch gleichmäßigere Wärmeübertragung
auf das Keramikerzeugnis als bei den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen.
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Besonders
vorteilhaft ist eine zentrale Anordnung des Keramikerzeugnisses
auf dem Sockel, der zusammen mit der Muffel in der Betriebsposition
den Brennraum bildet. Für
die zentrale Anordnung eines Keramikerzeugnisses in einem im Wesentlichen
kugelförmigen
Hohlkörper
kann der Sockel in der Mitte eine Erhöhung aufweisen auf die das
Keramikerzeugnis für
den Brennvorgang positioniert wird, so dass sich das Keramikerzeugnis
in der Betriebsposition etwa im Mittelpunkt des im Wesentlichen
kugelförmigen
Hohlkörpers
befindet. Auch die nicht gezeigten Ausführungsformen mit dem im Wesentlichen
halbkugelförmigen
Hohlkörper
bzw. dem im Wesentlichen kugelförmigen
Hohlkörper
können
neben der Öffnung
zur Aufnahme des Keramikerzeugnisses eine weitere Öffnung für ein Thermoelement aufweisen.
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Der
Durchmesser d der weiteren Öffnung 13 für ein Thermoelement
kann bei allen Ausführungsformen 8 bis
50 mm betragen, vorzugsweise beträgt er 8 bis 40 mm.
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Die 3 zeigt
eine Draufsicht auf die Heizmuffel gemäß 2. Sie umfasst
ein einziges einen Heizleiter enthaltendes Rohr 16, das
zur Ausbildung des eine beheizbare Innenwand aufweisenden Hohlkörpers spiralförmig angeordnet
ist. An den Enden des spiralförmig
angeordneten Rohrs 16 sind elektrische Anschlüsse 21 und 22 über die
der in dem Rohr 16 enthaltene Heizleiter mit Spannung versorgt
werden kann.
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Bei
dem Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizmuffel wird wie in 3 zu
sehen ist ein einen Heizleiter 18 enthaltendes Rohr 16 zur
Ausbildung des eine beheizbare Innenwand aufweisenden Hohlkörpers spiralförmig angeordnet.
Die Ganghöhe
der spiralförmigen
Anordnung ergibt sich aus den oben angegebenen Größen des
Rohrs und der Form des Hohlkörpers.
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Dabei
kann das Rohr 16 spiralförmig zu einem Zylinder aus
einem einen Zylindermantel 15 oder 15' und einen den
Zylinder an einer Seite abschließenden Zylinderdeckel 12 oder 12' angeordnet werden.
Das Rohr kann zur Ausbildung eines gewölbten Zylinderdeckels 12' mit einem im
Unterschied zu dem Zylindermantel 15' kleineren Radius spiralförmig angeordnet
werden, so dass die in 2 gezeigte Heizmuffel hergestellt
werden kann.
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Das
Rohr kann zur Ausbildung eines flachen Zylinderdeckels 12 mit
einem im Unterschied zu dem Zylindermantel 15 kleineren
Radius spiralförmig
angeordnet werden, wobei die Spiralform im Bereich des Zylinderdeckels 12 keine
Ganghöhe
aufweist, so dass die in 1 gezeigte Heizmuffel erhalten
wird.
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Das
Rohr 16 kann aber auch spiralförmig zu einem im Wesentlichen
halbkugelförmigen
oder zu einem im Wesentlichen kugelförmigen Hohlkörper angeordnet
werden.
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Die
spiralförmige
Anordnung des einen Heizleiter enthaltenden Rohrs 16 kann
bei allen diesen Verfahren von beiden Seiten her erfolgen. Von der Seite,
die die Öffnung 11 zur
Aufnahme des Keramikerzeugnisses aufweist, aber auch von der Seite,
die vollständig
geschlossen ist oder eine weitere Öffnung 13 für ein Thermoelement
aufweisen kann. All diese Verfahren bieten den Vorteil, dass kein
Fräsen
einer Nut in ein Trägermaterial
aus Keramik oder Keramikfasern notwendig ist.
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Ein
neuer und vorteilhafter Brennofen enthält eine erfindungsgemäße Heizmuffel,
die nach einem der oben beschriebenen Verfahren auf einfache Weise
hergestellt werden kann.