-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Befestigungsmittel
zur Befestigung einer Mehrzahl von elektrischen Heizwiderständen in
einem Ofen, mit mindestens einem Haken zum Einhängen des Befestigungsmittels
an eine Trägerstange, die
an der Decke, an der Wand oder am Boden des Ofens verläuft, und
mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Aufnahmen, in
welche je ein elektrischer Heizwiderstand einlegbar ist, wobei das Profil
des Befestigungsmittels einen im Wesentlichen rechteckigen Flächenabschnitt
umfasst, welcher sich entlang der Aufnahmen über die gesamte Breite des Befestigungsmittels
erstreckt.
-
-
Bei
der Wärmebehandlung
von technischen Produkten wie z.B. Stahl-Coils oder keramischen Bauteilen
werden so genannte Haubenöfen
verwendet. Dies sind Hauben-artig ausgebildete Deckel, die innen
an Decke und Seitenwänden
mit einer Vielzahl von elektrischen Heizwiderständen versehen sind. Der Haubenofen
wird auf das zu vergütende
Einsatzgut von oben mit einem Kran aufgesetzt. An die elektrischen
Heizwiderstände
wird eine Spannung angelegt. Bei der Wärmebehandlung von Stählen oder beim
Glühen
von Keramik werden mit derartigen Haubenöfen Temperaturen bis 1600°C gefahren.
-
Die
hohen Temperaturen und Ströme
durch die elektrischen Heizwiderstände – in der Regel Runddrähte, flache
Banddrähte
wie in der eingangs genannten Druckschrift oder Keramikrohre mit
umschlungener Heizwendel – stellen
hohe Anforderungen an die Befestigungsmittel, mit denen die Heizwiderstände in der Isolierschicht
des Ofens befestigt werden. Somit werden in der Regel fast ausschließlich keramische
Befestigungsmittel eingesetzt, welche die hohen Temperaturen mühelos ertragen
und die Heizelemente gegen Kurzschluss voneinander isolieren. Die
Heizwiderstände
sind Verschleißteile und
müssen
deshalb gelegentlich ausgetauscht werden. Auch Befestigungsmittel
gehen vereinzelt zu Bruch und müssen
ersetzt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Einsatzgut
im Ofen umfällt und
die spröde
Keramik zerschlägt.
Auch geraten Haubenöfen
leicht ins Pendeln, wenn sie mit dem Kran auf das Einsatzgut abgehoben
oder abgesenkt werden. Dabei können
die Befestigungsmittel aneinander stoßen und sich gegenseitig beschädigen. Aus diesem
Grunde werden die Befestigungsmittel mit einem Haken an eine zugehörige, in
der Isolierschicht des Ofens verlaufende Trägerstange lediglich formschlüssig eingehängt, so
dass die Befestigungsmittel zusammen mit den von ihnen getragenen
Heizwiderständen
rasch aus dem Ofen entfernt werden können.
-
Das
Montieren von den Heizwiderständen
im Ofen muss besonders rasch erfolgen, um Stillstandszeiten zu verringern.
Die aus der
4 der zitierten Druckschrift
DE 698 17 661 T2 ersichtlichen
Befestigungsmittel zur Befestigung an der Ofendecke lassen sich
nicht so rasch montieren, da ein Teil des Befestigungsmittels Prinzip
bedingt frei in den biegsamen Heizdrähten hängt. Beim Installieren der
Heizdrähte
müssen
diese mühsam über Kopf
eingehängt und
eingefädelt
werden. Das Befestigen von nicht steifen, und daher schwer handhabbaren
Objekten an einer Decke stellt immer eine mühselige Arbeit dar, die vergleichsweise
viel Zeit in Anspruch nimmt. Auch ist es Aufgrund der mäandrierend
durch die Aufnahmen geschlungenen Banddrähte nicht möglich, einzelne Befestigungsmittel
auszutauschen, ohne die Heizwiderstände zuvor zu entfernen. Sobald
die Banddrähte
einmal benutzt worden sind, werden sie aufgrund der hohen Temperaturen
glasspröde,
sodass sie bei Aushängversuchen
zerbersten.
-
Ein
weiterer Nachteil des aus
4 der
DE 698 17 661 T2 bekannten
Deckenbefestigungsmittels ist seine mechanische Stabilität. Die Aufnahmen sind
beiderseits des Hakens angeordnet. Die darin eingelegten Banddrähte üben zusammen
mit den frei hängenden
Teilen des Befestigungsmittels eine große Gewichtskraft auf den rechteckigen
Flächenabschnitt
aus, welche zu Biegemomenten im Anbindungsbereich zwischen Flächenabschnitt
und Hakenansatz führt.
An dieser Stelle ist das Befestigungsmittel sogar durch die Kerbwirkung
der innersten Aufnahmen weiter geschwächt. Um Bruch zu vermeiden,
ist viel Material erforderlich, welches das Befestigungsmittel verteuert
und seine Handhabung erschwert.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungsmittel
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Heizwiderstände rasch
und mannarm an der Decke des Ofens befestigt werden können. Des
Weiteren soll ein einzelnes Befestigungsmittel ohne vorherige Demontage
der Heizelemente austauschbar sein. Schließlich ist eine geringe Masse
anzustreben, um die Montage zu erleichtern und die Herstellungskosten
zu senken.
-
Dies
alles gelingt dadurch, dass der Flächenabschnitt zwischen Haken
und Aufnahmen angeordnet wird.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Kraftfluss
durch das Festigungsmittel weitestgehend linear zu arrangieren.
Biegemomente sind – soweit
möglich-
zu vermeiden. Wenn der Flächenabschnitt
zwischen Haken und Aufnahme angeordnet ist, leitet dieser den Kraftfluss
fast ohne Umlenkung linear vom Haken zur Aufnahme. Der rechteckige
Flächenabschnitt
wird somit quer mit Druck- oder Zugkräften belastet, was der Belastbarkeit
der keramischen Werkstoffstruktur entgegen kommt.
-
Es
sind unterschiedliche Ausführungsformen der
Erfindung denkbar, deren Merkmale in den Unteransprüchen niedergelegt
sind.
-
Nach
einer ersten Ausführungsform
gemäß Anspruch
2 ist das keramische Befestigungsmittel einteilig ausgeführt. Der
Haken ist unmittelbar mit dem Flächenabschnitt
verbunden. Als Aufnahmen dienen eine Mehrzahl von Bögen, die
sich jeweils an das distale Ende von Stegen anschließen, die
diametral zum Haken unmittelbar mit dem Flächenabschnitt verbunden sind.
Der Kraftfluss geht bei dieser Ausführungsform zunächst von
dem Haken in den Flächenabschnitt
und wird von diesem auf die Stege verteilt. Die Stege selbst können vergleichsweise schlank
ausgelegt werden, da sie jeweils nur einen einzelnen Heizwiderstand
tragen. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das
einteilige Befestigungsmittel besonders rasch montiert werden kann.
Darüber
hinaus erlaubt es auch die Entnahme einzelner Heizwiderstände. Das Ersetzen
eines derartigen Befestigungsmittels ohne vorherige Demontage der
Heizwiderstände
ist indes nicht möglich.
-
Hierfür wird ein
zweiteiliges Befestigungsmittel benötigt. Die beiden Teile der
Befestigungsmittel sind vorzugsweise mittels parallel zu den Heizwiderständen verlaufenden,
in Bohrungen eingesteckten Bolzen zu fügen. Hierfür werden die beiden Teile mit Bohrungen
versehen, die beim montierten Befestigungsmittel zueinander fluchten.
Die Bolzen werden in die fluchtenden Bohrungen eingesteckt. Sie
werden ebenfalls in einer Keramik oder in einem hochwarmfesten Stahl
ausgeführt.
Die Durchmesser der Bohrungen sind so zu wählen, dass der sich unter Hitzelast
dehnende Bolzen die Löcher
nicht aufsprengt. In der Praxis ist somit eine Spielpassung zwischen
Bolzen und Bohrung erforderlich.
-
Für das zweiteilige
Befestigungsmittel werden in den Ansprüchen 4, 5 und 6 drei bevorzugte Ausführungsformen
vorgeschlagen.
-
Gemäß Anspruch
5 umfasst das erste Teil des Befestigungsmittels den Haken und den
Flächenabschnitt.
Das zweite Teil des Befestigungsmittels weist eine Mehrzahl von
parallel zueinander verlaufenden und auf diese Weise Spalten ausbildende Stege
auf. Das zweite Teil erhält
dadurch eine Kamm-artige Gestalt. Die zwischen den Stegen ausgebildeten
Spalten dienen als Aufnahme für
die Heizwiderstände.
Diese Ausführungsform
der Erfindung wird wie folgt montiert: Zunächst wird das erste Teil mit
dem Haken und dem rechteckigen Flächenabschnitt in die Trägerstangen
eingehängt.
Alsdann werden die Widerstandsheizelemente an das rechteckige Flächenelement
heran geführt
und das zweite Kamm-artige Teil zwischen die einzelnen Heizwiderstände geschoben.
Mit Hilfe der Bolzen werden die beiden Teile aneinander gefügt.
-
Diese
Ausführungsform
erlaubt sowohl eine isolierte Demontage einzelner Heizwiderstände als auch
einzelner Befestigungsmittel.
-
Die
zweite Ausführungsform
des zweiteiligen Befestigungsmittels gemäß Anspruch 4 sieht ebenfalls
einen unmittelbar mit dem Flächenabschnitt
verbundenen Haken vor. Darüber
hinaus weist das erste Teil dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von
parallel zueinander verlaufenden und auf diese Weise Spalten ausbildender
Stege auf, die diametral zum Haken unmittelbar mit dem Flächenabschnitt
verbunden sind. Zwischen den Stegen bilden sich Spalten aus, die
als Aufnahmen dienen. Zur Fixierung der Heizwiderstände in den
Spalten wird das zweite Teil mittels Bolzen an dem ersten Teil befestigt.
Das zweite Teil ist dementsprechend rechteckig ausgeführt und
verschließt
die Spalten an ihrer distalen Mündung.
-
Es
ist auch möglich,
Stege an beiden Teilen vorzusehen, Anspruch 6. Beim montierten Befestigungsmittel
liegen die Spalten deckungsgleich aufeinander und bilden so gemeinsam
die Aufnahmen. Die Stege können
dann besonders leicht ausgelegt werden.
-
Der
Kraftfluss durch das Befestigungsmittel wird bei allen Ausführungsformen
dadurch optimiert, dass mehrere Haken entlang des Flächenabschnitts angeordnet
werden. Die einzelne Last auf den Haken wird dadurch gesenkt und
der rechteckige Flächenabschnitt
dem Ideal einer reinen Querbelastung weiter angenähert.
-
Die
Haken selbst werden vorzugsweise in Gestalt eines im wesentlichen
rechtwinklig abgewinkelten Zweigs mit einer tropfenförmig abgerundeten Spitze
ausgeführt.
Diese Gestaltung erlaubt gegenüber
dem Stand der Technik eine universelle Verwendung des Befestigungsmittels
an der Decke, an der Wand oder am Boden des Ofens. Zur Bestückung des
Ofens ist somit nur noch eine Art von Befestigungsmitteln erforderlich.
Beim eingangs genannten Stand der Technik werden unterschiedliche
Befestigungsmittel für
Wand, Decke und Boden benötigt.
-
Die
beschriebene Gestaltung des Befestigungsmittels wird schließlich dadurch
vollendet, dass die einzelnen Teile – mit Ausnahme der Bolzen – flächig ausgeführt werden.
Auf diese Weise kann das Halteelement auch preiswert aus Presskeramik
angefertigt werden und platzsparend verlegt und gestapelt werden.
-
Die
unterschiedlichen Ausführungsformen der
Erfindung sollen nun anhand von Gestaltungsbeispielen näher erläutert werden.
Hierfür
zeigen:
-
1:
einteiliges Befestigungsmittel;
-
2:
zweiteiliges Befestigungsmittel mit kamm-artigen zweiten Teil;
-
3:
zweiteiliges Befestigungsmittel mit rechteckigem zweiten Teil;
-
4:
Befestigungsmittel aus 3 in Seitenansicht;
-
5:
Befestigungsmittel mit deckungsgleichen Spalten und Stegen.
-
1 zeigt
eine erste, einteilige Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Befestigungsmittels 1 zusammen
mit einem Heizwiderstand 2, ein Keramikrohr mit nicht dargestellter
Drahtwendel. 1 zeigt das Profil des flächigen Befestigungsmittels 1,
zu dem die Heizwiderstände 2 rechtwinklig verlaufen.
Die tragende Basis des Befestigungsmittels 1 bildet ein
im wesentlichen rechteckiger Flächenabschnitt 3,
der sich über
die gesamte Breite des Befestigungsmittels 1 erstreckt.
Lateral sind an den Flächenabschnitt 3 unmittelbar
zwei Haken 4 und vier Stege 5 angebunden, wobei
letztere an ihrem distalen Ende jeweils in einen Bogen 6 übergehen.
Die medial gewandte Krümmung
des Bogens 6 dient als Aufnahme 7 für die Heizwiderstände 2.
-
Die
Haken 2 sind in Gestalt eines im Wesentlichen rechtwinklig
abwinkelten Zweigs 8 mit einer tropfenförmig abgerundeten Spitze 9 ausgeführt. Spitze 9,
Zweig 8 und lateraler Rand des rechteckigen Flächenabschnitts 3 umgrenzen
eine im Wesentlichen viereckige Fläche 10 mit paarweise
parallelen Seiten. Diese Fläche 10 wird
von einer Trägerstange 11 durchstoßen, in
welche das Befestigungsmittel 1 eingehängt wird. Die Trägerstangen 11 verlaufen
somit parallel zu den Heizwiderständen 2 entlang der Decke,
der Wand oder des Bodens des Ofens innerhalb der isolierenden Auskleidung.
Ihr Querschnitt ist in den Figuren rechteckig dargestellt, das Befestigungsmittel 1 ist
aber auch in Trägerstangen 11 mit rundem
Querschnitt einhängbar.
-
Aufgrund
der vom Haken 4 umschlossenen viereckigen Fläche 10 ist
es prinzipiell möglich,
das Befestigungsmittel 1 wie in 1 dargestellt
an der Decke, um 90° nach
links gedreht an der Wand oder um 180° gedreht am Boden einzusetzen.
Vom Einsatz am Boden ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
abzuraten, da dann die Heizwiderstände 2 nicht wie vorgesehen
in der Aufnahme 7 aufliegen, sondern lateral an dem rechteckigen
Flächenabschnitt 3.
Für den
Bodeneinsatz sind die später
beschriebenen, zweiteiligen Ausführungsformen besser
geeignet. Zum Einsatz an der Seitenwand ist es empfehlenswert, entweder
die Haken 4 oder die Bögen 6 spiegelbildlich
zu der in 1 dargestellten Ausrichtung
anzuordnen.
-
Insbesondere
beim Einsatz an der Decke ist der Kraftfluss von den Bögen 6 zu
den Zweigen 8 der Haken 4 weitestgehend linear,
quer durch den rechteckigen Flächenabschnitt 3 hindurch.
Kraftumlenkungen werden durch die Verwendung von zweier, nebeneinander
angeordneten Haken 4 vermindert.
-
2 zeigt
eine Aufreihung von zwei Befestigungsmitteln 1. Es handelt
sich hierbei um zweiteilige Befestigungsmittel bestehend aus einem
ersten Teil 12 und einem zweiten Teil 13. Das
erste Teil 12 umfasst den rechteckigen Flächenabschnitt 3 sowie zwei
nebeneinander angeordnete Haken 4, es entspricht somit
dem einteiligen Befestigungsmittel aus 1, jedoch
ohne Steg und Bögen.
Die Aufnahmen 7 für
die Heizwiderstände 2 werden
bei den zweiteiligen Befestigungsmitteln 1 aus 2 mit
Hilfe eines Kamm-artigen zweiten Teils 13 realisiert. Dieser
umfasst eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Stegen 5,
zwischen denen Spalten 14 ausgebildet werden. Die Spalten 14 dienen
als Aufnahme 7 für
jeweils einen Heizwiderstand 2. Das zweite Teil 13 des
Befestigungsmittels 1 wird mit dem ersten Teil 12 mit
Hilfe von hier nicht dargestellten Bolzen gefügt. Diese werden in Bohrungen 15 eingesteckt,
die sich in den Stegen 5 sowie in dem rechteckigen Flächenabschnitt 3 befinden.
Beide Teile 12, 13 sind vor dem Einstecken der
Bolzen so auszurichten, dass die Bohrungen 15 zueinander
fluchten.
-
Der
in die Aufnahme 7 eingelegte Heizwiderstand 2 ist
allseitig umgrenzt, so dass das in 2 dargestellte
Befestigungsmittel an Decke, Wand und Boden verwendet werden kann.
Darüber
hinaus ist es vorzugsweise so bemessen, dass zwei identische Befestigungsmittel
wie in 2 dargestellt unmittelbar aneinander aufgereiht
werden können,
so dass über
die Befestigungsmittel hinweg eine konstante Teilung T zwischen
den Heizwiderständen 2 eingehalten
wird.
-
Eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung zeigt 3. Auch diese ist zweiteilig
mit einem ersten Teil 12, der zwei Haken 4, ein
rechteckigen Flächenabschnitt 3 und
insgesamt fünf
parallele Stege 5 umfasst. Stege 5 und Haken 4 sind
diametral zueinander unmittelbar am rechteckigen Flächenabschnitt 3 angeordnet.
Zwischen den Stegen 5 werden Spalte 14 ausgebildet,
die distal münden.
Zum Verschließen der
Mündungen
wird das zweite Teil 13 mit Hilfe von hier nicht dargestellten
Bolzen an dem ersten Teil 12 festgesetzt. Das rechteckige
zweite Teil 13 und die distalen Enden der Stege 5 sind
jetzt somit Bohrungen 15 versehen, durch die die Bolzen
hindurch gesteckt werden. Gefügt
bildet das in 3 dargestellte Befestigungsmittel 4 allseitig
geschlossene Aufnahmen 7 in den Spalten 14 aus.
Dieses Befestigungsmittel kann somit wie dargestellt unter der Decke,
um 90° nach
links gedreht an der Wand oder um 180° gedreht am Boden eingesetzt
werden.
-
4 zeigt
die Seitenansicht des zweiteiligen Befestigungsmittels 1 aus 2.
Zu erkennen ist, dass beide Teile 12, 13 als flächige Platten
ausgeführt
sind. Die Heizwiderstände 8 und
die Trägerstangen 11 verlaufen
senkrecht zum Profil der Teile 12, 13. Nur in 4 dargestellt
ist ein Bolzen 16, der durch die fluchtenden Bohrungen
hindurchgesteckt ist. Axial gesichert wird der Bolzen 16 einerseits
mit einem festen Kopf 17, andererseits mit einem Splint 18,
der nach dem Einstecken des Bolzens 16 quer eingetrieben
wird. Der Bolzen 16 besteht entweder aus einem hochwarmfesten
Stahl oder aus einer Keramik. Er sitzt mit einer Spielpassung in
der Bohrung 15, ein Verschrauben ist nicht notwendig.
-
5 zeigt
ein weiteres zweiteiliges Ausführungsbeispiel,
bei dem beide Teile 12, 13 mit Stegen 5 versehen
sind. Im montieren Zustand liegen Stege 5 und Spalten 14 deckungleich
aufeinander.
-
Das
vorliegende Befestigungsmittel wird vorzugsweise in Haubenöfen zur
metallurgischen Behandlung von großen Stahl-Werkstücken oder
zum Glühen
von großen
Keramik-Bauteilen verwendet. Gleichwohl ist ein Einsatz in anderen Öfen möglich.