Von Craig Moller, Chefingenieur bei Ipsen USA
Spezialdämmstoffe spielen eine Schlüsselrolle bei der Vakuumöfen effizient arbeiten und gleichbleibende Ergebnisse liefern. Es ist eine verborgene Komponente Ihres Ofens, die einen großen Unterschied in der Ausfallzeit der Pumpe ausmachen kann, die dazu beiträgt, dass Ihr Ofen die Temperatur jedes Mal zuverlässig erreicht und hält, und die den Rest Ihres Ofens vor der intensiven Hitze im heißen Bereich schützt.
Wenn Sie sich den Querschnitt einer mit Graphit isolierten Heizzone ansehen, können Sie eine von zwei Materialarten erkennen: Graphitplatten oder Graphitfilz. Diese Materialien werden häufig mit einer Heißseite geschützt, die aus einer Graphitfolie oder einer kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffplatte besteht (auch bekannt als "Kohlenstoff-Kohlenstoff-Platte").
Graphitpappe hat bei 1150 °C 0,25 W/mK. Graphitfilz hat bei 1150 °C einen Wert von 0,14 W/mK. Daher hat Graphitfilz 0,11 W/mK weniger als Graphitpappe, oder 44% weniger Wärmeverlust aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit.
(W/mK, oder Watt pro Meter Kelvin, ist die Einheit, die die Wärmeübertragungsrate durch ein Material misst)
Viele Jahre lang enthielten die Isolierquerschnitte der Ipsen-Öfen häufig sowohl 1-Zoll-Graphitplatten als auch zwei ½-Zoll-Abschnitte aus Graphitfilz zwischen der heißen Seite und dem Plenum. Eine dünne Schicht aus Graphitfolie schützte die heiße Seite. Die Graphitfolie und die Platte bildeten zusammen eine starre Schicht, die Schäden durch Kleinteile, die beim Be- und Entladen in die heiße Zone fallen, verhindern sollte.
Wenn Sie sich einen neuen Ipsen-Vakuumofen ansehen, werden Sie feststellen, dass sich unsere Standards geändert haben. Die heutigen Ipsen-Öfen werden mit vier ½"-Graphitfilzschichten hinter einer dünnen Schicht aus Kohlenstoff-Kohlenstoff-Blech als Heißseite angeboten. Bei bestimmten Ipsen-Öfen kann an der vorderen Kante der heißen Zone ein Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kappenschild installiert werden, um Schäden durch Winderosion zu verhindern.
Ofenbetreibern, die nach einer neuen Heizzone suchen, wird häufig empfohlen, auf ein Isolierpaket für die gesamte Heizzone mit Filz umzusteigen, obwohl auf Wunsch des Kunden auch eine Heizzone aus Platten und Filz angeboten werden kann. Viele Anwender haben gefragt - warum der Wechsel?
Das Argument für die Ganzfilzdämmung
Wärmedämmung funktioniert am besten, wenn sie weniger dicht ist - Dämmstoffe mit geringerer Dichte begrenzen die Übertragung von Wärmeenergie effektiver als Materialien mit höherer Dichte. Obwohl Graphitplatten so konzipiert sind, dass sie porös sind, wird durch die größeren Lücken im gewebeartigen Material des Graphitfilzes die Übertragung von Wärmeenergie durch Leitung deutlich verringert. Auf diese Weise lässt der Filz weniger Wärmestrom in das Plenum und die kalte Wand der Kammer gelangen und schützt beide effektiver.
Und der Unterschied ist signifikant. Bei einem Vergleich zwischen einer Kombination aus Pappe und Filz und einer reinen Filzlösung haben unsere Ingenieure festgestellt, dass es ungefähr einen 10% Gesamtanstieg des Wärmeverlusts bei einer 1"-Filz- und 1"-Plattenisolierung im Vergleich zu einem ähnlichen Aufbau mit ausschließlich 2" Graphitfilz.
Der Gesamtunterschied von 10% beim Wärmeverlust bezieht sich auf die Verringerung des Gesamtwärmeverlustes durch die gesamte heiße Zone. Die 44% Wärmedämmungsverbesserung, die eine Vollfilzdämmung bietet, macht einen großen Unterschied beim Wärmeverlust, sagt aber nicht alles aus.
Wärmeverluste werden durch zwei Faktoren verursacht: 1) Wärmeleitung durch die Isolierung und 2) Wärmeleitung entlang von Durchdringungen (Elementaufhängungen, Kühlstutzen, Herdpfosten) durch die Isolierung. Grob geschätzt macht der Wärmeverlust durch die Isolierung etwa 60% des gesamten Wärmeverlustes aus, und der Wärmeverlust entlang der Durchführungen macht die anderen 40% aus.
Bedenken Sie auch, dass die neue Norm nur 1" Plattenisolierung durch Filz in beliebiger Dicke ersetzt.
Graphitfilz hat außerdem eine ausreichende Elastizität, um der thermischen Ausdehnung standzuhalten, und er hat sich als pflegeleichter erwiesen. Der Austausch von Filz kann so einfach sein wie das Entfernen der Kohlefaser-Heizfläche, das Ausschneiden des beschädigten Filzes mit einer Schere oder einem Teppichmesser und das Ersetzen des Abschnitts durch ein neues, auf die richtige Größe zugeschnittenes Stück Filz. Außerdem ist es einfacher, den Filz um Befestigungspunkte und Düsen herum zu manövrieren. Ein handgehaltenes Schneidewerkzeug ermöglicht präzise Schnitte um die Eintrittsstellen während der Installation. Eine Rolle Graphitfilz, die auf Vorrat gehalten wird, kann für Notreparaturen verwendet werden.
Die thermische Ausdehnung und Kontraktion kann gelegentlich dazu führen, dass Graphitplatten in bestimmten Bereichen Risse aufweisen. Mit der Zeit können diese Risse so groß werden, dass die Platte ersetzt werden muss. Da Graphitkarton ein steiferes, dichteres Material ist, muss er sorgfältig bearbeitet werden, damit er zu dem Teil passt, das er ersetzt.
Die gewebten Fasern in der Carbon-Carbon-Platte machen sie viel reißfester und spröder als Folie, während die Komprimierbarkeit des Filzes den Stoß fallender Teile besser abfedert und zurückfedert. Die Bretter sind auch anfälliger für Winderosion in den Rissen und Löchern, was sich negativ auf die Langlebigkeit des Brettes auswirkt.
Sind Sie bereit für eine neue Hot Zone?
Sie wissen, dass es an der Zeit ist, Ihre alte Heizzone aus Filz und Pappe durch eine neue Heizzone aus Vollfilz zu ersetzen, wenn:
- Ihr Ofen pumpt nicht mehr effektiv ab
- Es fällt Ihnen schwer, die Sollwerte zu erreichen, die Sie früher bei höheren Temperaturen regelmäßig erreicht haben.
- Ihre konstante Leistung hat sich im Vergleich zu der Zeit, als die heiße Zone neu war, erhöht.
- Sie sehen heiße Stellen an der Außenseite Ihres Ofens
- Ihr Ofen fällt aus Temperaturgleichmäßigkeitsprüfungen
- Sie sehen Graphitverunreinigungen auf den Oberflächen der Teile
- Oder Sie stellen Risse und Erosionen an Ihren Graphitdämmplatten fest
Wenn Sie einen Kostenvoranschlag für eine neue Heizzone oder eine Reparatur Ihrer aktuellen Heizzone wünschen, wenden Sie sich bitte an den Ipsen-Kundendienst unter folgender Telefonnummer 844-464-7736 oder per E-Mail an retrofits@ipsenusa.com.
Zusammenfassung der Vorteile eines
ganzfilzige heiße Zone:
- Geringerer Energieverbrauch
- Reduzierter Wärmeverlust
- Bessere Gleichmäßigkeit
- Schnelleres Rampen
- Strengere Prozesskontrolle
- Weniger lose Kohlenstoffpartikel im Laufe der Zeit
- Geringere Wartungskosten
- Leichter zu pflegen
All dies führt zu einer höheren Investitionsrendite.