Einsatz von Hochtemperatur-Thermoelementen in Vakuumöfen

Die Temperaturmessung und -regelung in der extremen Umgebung von Vakuumöfen stellt die Hersteller von Thermoelementen vor ganz besondere Herausforderungen. Hier bieten wir eine kurze Einführung in Vakuumöfen und erklären, welche unserer exotischen Thermoelemente am besten für diese anspruchsvolle industrielle Anwendung geeignet sind.

Ein Vakuumofen ist ein spezieller Ofentyp, der Materialien, insbesondere Metalle, auf extrem hohe Temperaturen erhitzen kann. Das Besondere daran ist, dass er in einem Vakuum arbeitet, d. h. während des Heizprozesses sind weder Luft noch andere Gase im Ofen vorhanden. Dies dient mehreren wichtigen Zwecken.

• Erstens verhindert es, dass die Materialien mit Sauerstoff in der Luft reagieren, wobei bestimmte Stoffe Schaden nehmen könnten.
• Zweitens trägt die Vakuumumgebung dazu bei, den Wärmeverlust der Materialien durch Konvektion zu reduzieren, wobei die Wärme durch die Bewegung von Luft oder Gas abgeführt wird.
  
• Schließlich wird sichergestellt, dass sich keine potenziellen Kontaminationsquellen im Ofen befinden.

Dank dieser Eigenschaften kann ein Vakuumofen außergewöhnlich hohe Temperaturen von bis zu 3.000 °C (5.432 °F) erreichen. Dadurch eignet er sich für verschiedene Anwendungen, bei denen Materialien extremen Temperaturen mit hoher Konsistenz und geringer Verschmutzung ausgesetzt werden müssen, wie z. B. Sintern und Wärmebehandlung. Zusätzlich kann der Vakuumofen zum Vakuum-Hartlöten genutzt werden. Hartlöten ist ein Verfahren, bei dem Metallteile miteinander verbunden werden. Dabei wird ein spezielles Metall, der sogenannte Schweißzusatz, erhitzt, bis er flüssig wird. Dieser flüssige Schweißzusatz wird dann durch Kapillarwirkung in die kleinen Zwischenräume zwischen den beiden (oder mehreren) zu verbindenden Metallteilen gezogen.

Um den Schweißzusatz zu schützen und einen erfolgreichen Lötprozess zu gewährleisten, wird er leicht über seine Schmelztemperatur (die sogenannte Liquidustemperatur) erhitzt und dabei einer kontrollierten Atmosphäre mit einem niedrigeren Druck als dem Standardatmosphärendruck ausgesetzt. Diese kontrollierte Atmosphäre ist in der Regel ein Vakuum.

Sobald der flüssige Schweißzusatz über die Oberfläche der zu verbindenden Metallteile geflossen ist (ein Prozess, der als Benetzung bezeichnet wird), wird die gesamte Baugruppe abgekühlt. Dadurch verfestigt sich der Schweißzusatz und verbindet die Metallteile fest miteinander. Diese Vakuumlöttechnik wird in verschiedenen Branchen verwendet, um starke und präzise Verbindungen zwischen verschiedenen Metallkomponenten herzustellen. Ein Beispiel sind unsere mineralisolierten Heizelemente. Durch Vakuumhartlöten dieser mineralisolierten Heizelemente in Nuten auf Edelstahlplatten kann Temperaturgleichmäßigkeit erreicht werden.

Temperaturfühler für Vakuumöfen

Aufgrund des breiten Temperaturbereichs von Vakuumöfen werden in der Regel mehrere verschiedene Typen von Thermoelementen für diese Anwendung verwendet. Zu den Thermoelementtypen gehören:

• Thermoelemente des Typs K (-200 bis 1250 °C) gehören aufgrund ihres großen Temperaturbereichs und ihrer hohen Genauigkeit zu den am häufigsten verwendeten Temperaturfühlern. Sie eignen sich für viele Hochtemperaturanwendungen, einschließlich Vakuumöfen. In der Regel werden diese Thermoelemente in MI-Kabelform für Temperaturen bis 1150 °C eingesetzt. Oberhalb dieser Temperaturen werden zum Schutz nichtmetallische Rohre, wie z. B. C610-Rohre, eingesetzt.
• Thermoelemente des Typs N haben einen Temperaturbereich, der dem des Typs K ähnelt (-200 bis 1300 °C), bieten jedoch höhere Genauigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen. Wie Thermoelemente des Typs K werden solche des Typs N in MI-Kabelform für Temperaturen bis 1150 °C eingesetzt. Oberhalb dieser Temperaturen werden zum Schutz nichtmetallische Rohre, wie z. B. C610-Rohre, eingesetzt.
• Thermoelemente Typ S, R und B: Dies sind Edelmetall-Thermoelemente mit hoher Genauigkeit und Stabilität bei sehr hohen Temperaturen. Thermoelemente des Typs S decken einen Temperaturbereich von 0 bis 1600 °C ab, Thermoelemente des Typs R von 0 bis 1600 °C und Thermoelemente des Typs B von 600 bis 1800 °C. In der Regel werden diese Thermoelemente in Kombination mit nichtmetallischen Rohren wie C799-Rohren oder Molybdän-Rohren eingesetzt. 
• Thermoelemente der Typen C und D: Thermoelemente der Typen C (auch als Typ W bezeichnet) und D eignen sich für Ultrahochtemperaturanwendungen. Typ C deckt einen Bereich von 0 bis 2300 °C ab. Typ D deckt zwar auch einen Bereich von 0 bis 2300 °C ab, ist aber für den Einsatz in Vakuum- oder inerten Atmosphären ausgelegt. Im Allgemeinen werden diese Thermoelemente in Kombination mit Molybdän-Schutzrohren sowie Tantal-Schutzrohren eingesetzt.

C799-, Molybdän- oder Tantalschutzrohre für Vakuumöfen

Molybdän hat einen deutlich höheren Schmelzpunkt (2610 °C) im Vergleich zur maximalen Betriebstemperatur von C799 (1800 °C). Molybdän hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und extreme thermische Umgebungen. Es bleibt stabil und reagiert nicht ohne Weiteres mit anderen Materialien bei Temperaturen, die häufig in Vakuumöfen auftreten. Darüber hinaus hat Molybdän eine höhere mechanische Festigkeit und Zähigkeit als C799-Schutzrohre, was es haltbarer und widerstandsfähiger gegen potenzielle mechanische Belastungen oder Schäden in der Vakuumofenumgebung macht.

Kamet Hochtemperatur-Thermoelemente für Vakuumofenanwendungen

Thermoelemente, die in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden, sind in Branchen mit anspruchsvollen Bedingungen unerlässlich, wie z. B. in speziellen Vakuumöfen. Während herkömmliche Thermoelemente (Typ K oder N) oder Thermoelemente aus Platin einige Einschränkungen aufweisen, sind die Thermoelemente der Typen C und D speziell dafür ausgelegt, bei sehr hohen Temperaturen und schwierigen Situationen, die Platin-Thermoelemente nicht bewältigen können, besser zu funktionieren. Diese speziellen Thermoelemente bieten eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen.

Für weitere Spezifikationen und detaillierte Informationen zu unserem Sortiment an Hochtemperatur-Thermoelementen empfehlen wir Ihnen, unsere Broschüre zu diesem Thema herunterzuladen. Unser Expertenteam steht Ihnen auch jederzeit für eine Beratung zur Verfügung und kann hier kontaktiert werden.