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Die
Erfindung betrifft einen Brenngestellaufbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Zum
Brennen von keramischem Brenngut, auch Grünling genannt, in Durchlauföfen werden
die Grünlinge
auf ein Brenngestell gestellt, welches üblicherweise mit einer automatischen
Beladestation auf einen Brennwagen umgesetzt wird. Dieses wird dann zum
Brennen der Grünlinge
in den Brennofen gefahren. Hierbei ist der Brenngestellaufbau zumeist
aus mehreren Brenngestellen aufgebaut, die jeweils aus mehreren
in Reihe nebeneinander angeordneten Brennstäben gebildet sind, die in geeigneten
stegartigen Kassetten gesteckt und gehalten sind. Auf diesen Brennstäben wird
as zu brennende Gut gelagert. Je nach Ausführung weist jedes Brenngestell
zwei oder mehr Kassetten auf.
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Bei
einer derartigen Konstruktion zeigt sich das Problem, dass die Brennstäbe nicht
an den Lagerstellen in den Kassetten gegen eine axiale Verschiebung
geschützt
sind. Dies bedeutet, dass beim automatischen Einsatz sich leicht
die Brennstäbe
relativ zu den Kassetten verschieben können, was zu einem Herunterfallen
und zur Beschädigung
des keramischen Guts beim Einführen
des Brenngestellaufbaus in den Ofen führen kann. Da die Brenngestelle wiederholt
in den Ofen eingeführt
werden und so ständig
hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, verbietet sich eine
Lösung
einer starren Verbindung der Elemente des Brenngestells, da sich
sowohl die Kassetten als auch die Brennstäbe aufgrund der unterschiedlichen
thermischen Belastung unterschiedlich ausdehnen können, was
so zu Spannungen in dem Gestell führen würde.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Brenngestellaufbau zu schaffen, bei
welchem die oben genannten Probleme beseitigt sind. Insbesondere
soll das Brenngut sicher aufnehmbar sein, indem die Kassetten und
Brennstäbe
gegen ein Verschieben zueinander geschützt sein sollen, wobei es auch
wesentlich ist, dass die gefundene Lösung kostengünstig und
für den
Alltagseinsatz eine robuste Struktur aufweist, sowie eine einfache
und schnelle Montage und Demontage erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen
sind durch die in den Unteransprüchen
enthaltenen Merkmaler gekennzeichnet.
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Nach
Maßgabe
der Erfindung wird in einfacher Weise eine Auszugssicherung der
Brennstäbe gegenüber den
Kassetten in axialer Richtung vorgesehen. Hierbei werden an den
Kassetten Zungen angebracht, welche arretierend in entsprechende
Halteöffnungen
der Brennstäbe
eingreifen, so dass die Brennstäbe
in den Kassetten formschlüssig
gehalten sind, was insbesondere beim Umsetzen des Brenngestellaufbaus
auf den Brennwägen
wesentlich ist.
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Die
Aufnahmeöffnungen
der Kassetten also der Fenster in den Seitenwänden weisen in einer Richtung
eine höhere
Breite auf, als die Breite der Brennstäbe, wodurch ein Spiel in der
Lagerung in dieser Richtung erreicht wird. Über dieses Spiel ist es möglich, die
Brennstäbe
in dieser Richtung gegen die entsprechende Kassette zu verschieben
oder zu schwenken, was wiederum bedeutet, dass die beiden Kassetten
eines Brenngestells zum Zwecke der Montage und Demontage gegeneinander schwenkend
verschiebbar sind. Die Zungen stehen von der Aufnahmeöffnung zahnförmig zum
Inneren der Aufnahmeöffnung.
Vorzugsweise ist die erweiterte Breite in axialer Richtung der Kassette
angeordnet, so dass die Kassetten gegeneinander parallel versetzt
in der Ebene schwenkbar sind, welche durch die Brennstäbe beschrieben
wird. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Erweiterung der Aufnahmeöffnung in
der vertikalen Richtung ausgerichtet ist.
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Die
Brennstäbe
als auch die Kassetten werden üblicherweise
aus Siliciumkarbid (SiC) gefertigt und sind somit feuerfest. Die
entsprechende Geometrie der Zungen und der Halteöffnungen wird entweder bei
der Formgebung der Kassetten bzw. Brennstäbe mitgestaltet oder anschließend durch
beispielsweise einen Fräs-
oder Bohrvorgang eingebracht.
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Alternativ
ist eine Ausführungsform
denkbar, an der an den Brennstäben
Zungen geformt sind, welche mit einer entsprechend passenden Geometrie
der Kassetten im Eingriff stehen. In diesem Fall werden an den Kassetten
keine Zungen benötigt.
Es ist denkbar, dass die Zungen der Brennstäbe bei der Brennstabherstellung
mit angeformt werden, da hier, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform,
eine Fertigung über
einen Fräs-
oder Bohrvorgang ausscheidet.
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Die
Kassetten als auch die Brennstäbe
werden üblicherweise
als ein Hohlprofil ausgeführt,
was neben Vorteilen beim Gewicht auch ein beschleunigtes Aufheizen
ermöglicht.
Da die Kassetten als Hohlprofil geformt sind, durchstoßen die
Brennstäbe
die Kassetten zweimal, nämlich
an ihrer Vorder- und Rückwand,
so dass zwei Fenster definiert sind. Vorzugsweise sind an beiden
Fenstern Zungen angeformt. Die Durchbrüche sind zu den Seiten geschlossen,
so dass eine Entnahme der Brennstäbe beispielsweise nach oben
oder zu den Seiten nicht möglich
ist.
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Durch
die oben beschriebene Schwenkbewegung werden zwei Zustände der
Führung
der Brennstäbe
in den Kassetten erreicht: Zum einen eine auszugsgesicherte Stellung,
bei der ein zungenförmiger
Vorsprung in den Fenstern der Kassette mit Halteöffnungen, welche in den Brennstäben befindlich
sind, im Eingriff steht. Die se auszugsgesicherte Stellung entspricht
der normalen Arbeitsposition des Brenngestells. In dieser Stellung
stehen die Brennstäbe – aus der
Ebene der Brennstäbe
gesehen – im Wesentlichen
senkrecht zu den Kassetten. In der zweiten Stellung, welche als
Freigabestellung bezeichnet wird, sind die Kassettenelement relativ
zu einander geschwenkt versetzt, was bedeutet, dass die Brennstäbe nicht
mehr senkrecht zu den Kassetten stehen. In dieser Freigabestellung
greifen die genannten Zungen nicht mehr in die Halteöffnungen
der Brennstäbe
ein, so dass die Brennstäbe über eine Verschiebung
in ihrer Axialrichtung aus den Kassetten für die Demontage entfernbar
sind und natürlich zum
Zwecke der Montage einsteckbar sind.
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Die
Brennstäbe
haben vorzugsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt,
wodurch die Brennstäbe
verdrehsicher in den Kassetten geführt sind. Eine gute Führung der
Brennstäbe
in den Aufnahmeöffnungen
der Kassetten wird auch dadurch erreicht, dass die Aufnahmeöffnungen
zu den Seiten geschlossen sind.
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Alternativ
wäre es
erfindungsgemäß ausreichend,
dass lediglich an einem dieser beiden Fenster die oben genannten
Zungen angeformt sind. In diesem Fall wird an dem zungenlosen Fenster
nicht die oben beschriebene erhöhte
Fensterbreite benötigt.
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Die
Zungen sind vorzugsweise mittig an einer der Fensterkanten angeformt
und zeigen zum Fensterinneren. Die Richtung, in welcher die Fenster eine
höhere
Breite aufweisen, entspricht der Ausrichtung der Zungen. Die Zungen
behindern die oben beschriebene Schwenkbewegung nicht, da sie beim Schwenken
in die entsprechenden Halteöffnungen der
Brennstäbe
abtauchen.
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Üblicherweise
weist ein Brenngestell zwei Kassetten auf, welche eine Mehrzahl
von Aufnahmeöffnungen
für die
Brennstäbe
aufweisen. Denkbar wäre
auch ein Brenngestell, welches drei oder mehrere Kassetten umfasst.
Die Brennstäbe
haben im dargestellten Ausführungsbeispiel
die beschriebenen Halteöffnungen
bei ca. ¼ oder ¾ ihrer
Länge,
so dass der Abstand der Kassetten in etwa der guten Hälfte der Gesamtlänge der
Brennstäbe
entspricht. Hierdurch wird eine gute Lastverteilung innerhalb der Brennstäbe erreicht.
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Üblicherweise
ist der Brenngestellaufbau aus mehreren übereinander angeordneten Brenngestellen
gebildet, wobei jeweils die Kassetten aufeinander aufliegen, und
so die Brennstäbe
mit Abstand zueinander in parallelen Ebenen liegen. In dieser Ausführungsform
entspricht die Höhe
der Kassetten der maximalen Höhe
des Brennguts, abzüglich
der Dicke der Brennstäbe.
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Die
Kassetten weisen im Bereich des Kontakts zur nächsten Kassette Erhöhungen beziehungsweise
Vertiefungen auf, welche den Zweck haben, die Lage unterschiedlicher
Brenngestelle zueinander zu justieren. Vorzugsweise sind die Vertiefungen
als Nuten oder Sicken ausgeformt, welche vorzugsweise V-förmig sind
und die entsprechenden Erhöhungen
weisen eine entsprechende Gegenform auf. Die Ausrichtung der Vertiefungen
und Erhöhungen
ist in axialer Richtung der Kassetten, so dass die unterschiedlichen
Brenngestelle sich automatisch zu einander in der Achsrichtung der
Brennstäbe
ausrichten. Es ist nicht zwingend, dass die Erhebung V-förmig ist, sondern wesentlich
ist die Funktion, dass aufgrund von Formschluss im aufeinander gesetzten
Zustand die Kassetten gegen Verrutschen gesichert sind. Ferner ist
eine schräg
ansteigende Flanke für
das Positionieren beim Zusammensetzen hilfreich. Genauso denkbar
sind (kreis)bogenförmige Bereiche
oder lokale Erhebungen und Vertiefungen, wie Kugel- oder Kegel-
oder Pyramidenformen.
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Vorteilhaft
ist, dass die Ausrichtung der Nuten, bzw. der Erhöhungen in
axialer Richtung der Kassetten liegt. So werden die Brenngestelle
beim Übereinanderstapeln
senkrecht zur Nutrichtung, also entsprechend zur Längsrichtung
der Brennstäbe, ausgerichtet.
Da die Breite der Kassetten deutlich geringer ist als ihre Länge, ist
eine Ausrichtung in dieser Richtung insbesondere wichtig.
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Vorzugsweise
befinden sich an der Oberseite und der Unterseite jeder Kassette
jeweils eine Erhöhung
und eine Vertiefung. Im Bereich, an dem an einer Oberseite einer
Kassette eine Erhöhung
ist, ist an der nächstgelegenen
Unterseite eine ent sprechende Nut oder Sicke. Durch dieses Konzept
ist es möglich
die Kassetten sicher und stabil übereinander zu
stapeln. Ferner ist es hierdurch möglich, die Kassetten auch in
einem gedrehten Zustand so aufeinander zu platzieren, dass eine
Oberseite einer ersten Kassette, nachdem das Brenngestell gewendet
wurde, mit einer Oberseite einer zweiten Kassette in Kontakt stehen
kann. Da die Aufnahmeöffnungen
der Brennstäbe
in den Kassetten in vertikaler Richtung nicht mittig angeordnet
sind, können
durch diese umgekehrte Zusammenbauweise unterschiedliche Abstände der
Brenngestelle in vertikaler Richtung erreicht werden.
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Da
der Brenngestellaufbau durch Zusammenstecken und Übereinandersetzen
der Kassetten und Brennstäbe
gebildet wird, ist ein gewisses Spiel zwischen den Kassetten und
Brennstäben
sowie zwischen den Erhöhungen
und Vertiefungen der Kassetten zweckmäßig, um eine gewisse Relativbewegung zuzulassen
und thermische Ausdehnungen aufzunehmen.
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Es
ist auch eine Variante derart denkbar, dass lediglich eine der beiden
Kassetten eines Brenngestells die beschriebene Auszugsicherung aufweist.
Die zweite Kassette und ggf. weitere Kassette des Brenngestells
hingegen, weist dann keine derartige Vorrichtung auf, sondern die
Aufnahmeöffnung
entspricht zuzüglich
der notwendigen Toleranzen, dem Profil der Brennstäbe. Ein
Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Brennstäbe durch die Auszugssicherung
der ersten Kassette gegen ihre axiale Verschiebung ausreichend gesichert
sind. Zum anderen kann eine mögliche
Anfälligkeit
eines – nicht
zu einem Brenngestellaufbau zusammengebauten – Brenngestells gegen eine
parallelogrammartige Verwindung, wie es im Vergleich von 2 zu 3 erkennbar
ist, vermieden werden.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben, darin zeigen:
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1 einen
Brenngestellaufbau, welcher vier Brenngestelle aufweist;
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2 ein
Brenngestell in seiner auszugsgesicherten Stellung;
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3 ein
Brenngestell in seiner Freigabestellung;
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4 eine
stirnseitige Ansicht des Brenngestells in Freigabestellung;
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5 einen
Schnitt durch die Brennstabmitten in der Freigabestellung;
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6 einen
Detailausschnitt aus 5;
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7 zwei übereinander
gestapelte Kassettenelemente, bei denen keine Brennstäbe eingeführt sind;
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8 Einen
Schnitt der 7;
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9 eine
Detailvergrößerung des
Kontaktbereichs zweier Kassetten;
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10 einen
Brenngestellaufbau, bei dem die zweiten und vierten Brenngestelle
verdreht sind, so dass die Abstände
der Brennstabebenen unterschiedlich sind;
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11 eine
Seitenansicht eines Brenngestells;
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12 eine
Schnitt durch die Ebene der Brennstäbe in der auszugsgesicherten
Stellung;
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13 einen
Detailvergrößerung von 12;
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14 eine
Teilansicht eines Brennstabs;
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15 einen
Schnitt durch den Brennstab gemäß 14;
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16 eine
3-D-Ansicht einer Kassette;
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17 eine
alternative Aufführungsform
mit Zungen, welche an den Brennstäben angeformt sind.
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1 zeigt
einen Brenngestellaufbau, welcher vier Brenngestelle 3 gemäß 2 aufweist,
wobei jedes Brenngestell zwei Kassetten 1 und vier Brennstäbe 2 aufweist.
Selbstverständlich
kann die Anzahl der Brennstäbe
auch größer oder
kleiner sein und die Brennstäbe
können über mehr
als nur zwei Kassetten abgestützt
werden. Die Brennstäbe 2 sind hier
in einem rechteckförmigen
Querschnitt dargestellt. Sowohl die Brennstäbe als auch die Kassetten sind
aus Siliciumkarbid (SiC) gefertigt, sind also feuerfest. Sowohl
die Brennstäbe
als auch die Kassetten sind hohl, was sich beispielsweise aus 15 und 16 ergibt.
Beim Beladen des Brenngestellaufbaus mit dem Brenngut (keramischen
Grünlingen) wird
zunächst
ein erstes unteres Brenngestell mit dem Brenngut beladen, dann ein
zweites Brenngestell so auf das erste Brenngestell positioniert,
dass es sich über
die Kassetten abstützt.
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Nach
dem auch dieses zweite Brenngestell mit Brenngut befüllt ist,
werden entsprechend weitere Ebenen hinzugefügt. Ein fertig befüllter Brenngestellaufbau
wird auf einen Brennwagen verladen, welcher in einen keramischen
Durchlaufofen fährt
wird, so dass das Brenngut dort, zusammen mit dem Brenngestellaufbau
und dem Wagen gebrannt wird.
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Die
erfindungsgemäße Auszugssicherung zeigt
sich im Schnitt der 13, in welchem eine Kassette 1 und
ein Brennstab 2 dargestellt sind. Es zeigt sich deutlich,
dass Bereiche der Kassette, nämlich
die Zungen 6a und 6b mit dem Brennstab 2 an dessen
Halteöffnungen 7a, 7b im
Eingriff stehen, so dass eine Entfernung des Brennstabs durch eine
Verschiebebewegung in seiner axialen Richtung nicht möglich ist.
Da die Darstellung gemäß 13 dem normalen
Arbeitsbedingungen gemäß 1 entspricht,
sind in dieser Stellung die Brennstäbe sicher gegen Herausziehen
gesichert. 13 zeigt ferner die Fenster 5a und 5b der
Kassette 1. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass der
Brennstab 2 in Uhrzeigersinn gegen die Kassette 1 verdreht
werden kann, so dass in Folge die Zungen 6a und 6b nicht
mehr mit den Halteöffnungen 7a und 7b in
Kontakt stehen. In diesem verdrehten Zustand ist dementsprechend
der Brennstab 2 aus der Kassette 1 entfernbar.
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3 zeigt
eben diese Verdrehung der Kassetten gegenüber den Brennstäben. Die
linke Kassette ist nicht in ihrer Montageposition dargestellt, sondern
rechts neben dieser Kassette sind die Halteöffnungen 7a von vier
Brennstäben 2 dargestellt. 4 zeigt
eben diese Situation, in einer stirnseitigen Sicht auf die Kassette 1,
bei der die Brennstäbe 2 entsprechend
perspektivisch verkürzt
dargestellt. 5 und 6 zeigen
einen Schnitt in der Ebene der Mitten der Brennstäbe in der
Freigabestellung, d. h. in der Stellung, in der die Brennstäbe gegenüber der
den Kassetten verdreht sind, wobei die Verdrehung circa 20° beträgt und wobei 6 ein
Detail aus 5 zeigt. Wesentlich ist nicht
der Verdrehungswinkel selbst, sondern dass die Zungen 6a und 6b in
der verdrehten, also der Freigabestellung, nicht mit den Halteöffnungen
der Brennstäbe 2 in
Eingriff stehen. Kleinere Winkel wie 10° oder 15° oder größere Winkel wie 25° oder 30° sind ebenso
denkbar.
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6 zeigt,
dass die Zungen 6a mit den Halteöffnungen 7a dann in
Kontakt stehen werden, wenn der Brennstab 2 relativ zur
Kassette 1 gegen den Uhrzeigersinn geschwenkt wird und
dabei leicht nach links versetzt wird. Aus dieser Figur ist ebenso
ersichtlich, dass für
eine erfindungsgemäße Verriegelung
nicht zwei Zungen notwendig sind, sondern dass lediglich eine auch
ausreichen würde.
Wenn nämlich die
rechte Halteöffnung 7b geschlossen
wäre und
im gleichen Zug die Zunge 6b entfernt wäre, ist vorstellbar, dass der
Brennstab 2 lediglich über
die Zunge 6a in der Halteöffnung 7a gehalten
ist. In diesem Fall wäre
die Breite des Fensters 5b vorteilhafterweise nur unwesentlich
größer als
die Breite des Brennstabs 2.
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7 zeigt
zwei übereinander
gestapelte Kassetten 1, ohne dass Brennstäbe in den
Aufnahmeöffnungen 5 vorhanden
sind. Hier zeigen sich deutlich die Zungen 6a, welche an
der nach vorne weisenden Wand der Kassette 1 angeformt
sind. Ferner ist der Blick durch die Aufnahmeöffnung 5 auf die Zunge 6b der
hinteren Wand sichtbar.
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8 zeigt
einen Schnitt durch 7 durch den Kontaktbereich der
beiden Kassetten und dieser Bereich ist in 9 detailvergrößert. Hierbei
weist die untere Kassette 1 eine V-förmige Auswölbung nach oben auf und die
obere Kassette hat eine etwas größere Ausnehmung 9.
Der direkte Kontakt zwischen den Kassetten findet über eine
Kontaktfläche 10 statt,
welche eine horizontale Ausrichtung hat. Da zwischen der Erhöhung 8 und
der Vertiefung 9 ein deutlicher Spalt ersichtlich ist,
wird die obere Kassette über
die Kontaktfläche 10 gehalten,
und die Erhöhung 8 bzw.
Vertiefung 9 hat ihre Funktion lediglich bei dem Aufsetzen
des weiteren Brenngestells, welche die obere Kassette 1 beinhaltet
und bei möglichen
Erschütterungen,
die bei dem Transport auftreten können. Der genannte Spalt ist
auch vorteilhaft, um thermisch verursachten Spannungen vorzubeugen.
Wenn nämlich
die Erhöhung 8 mit
beiden Flanken eng an der Vertiefung 9 anliegen würde, könnte eine
Temperaturerhöhung
der unteren Kassette zu Spannungen im Bodenbereich der oberen Kassette führen.
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Aus 16 in
Verbindung mit 7 wird ersichtlich, dass die
jede Kassette an ihrer Oberseite eine V-förmige Erhöhung 8 sowie eine
Vertiefung 9 umfasst. Ebenso ist an der Unterseite eine
entsprechende Erhöhung
und Vertiefung angebracht. Hierdurch wird zum einen ermöglichst,
dass mehrere Kassetten selbstzentrierend übereinander gestapelt werden.
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Ferner
ist es möglich,
wie in 10 dargestellt, dass ein Brenngestell
mit beiden Kassetten so gewendet werden kann, dass ihre ehemalige
Oberseite nach unten zeigt und in entsprechenden Erhöhungen und
Vertiefungen der Oberseite von Kassetten dem unten gelegenen Brenngestell
aufgenommen werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Abstände der
Brennstabebenen in vertikaler Richtung zu variieren, da die Aufnahmeöffnungen 5 der
Kassetten 1 in vertikaler Richtung nicht mittig angeordnet sind. 10 zeigt,
dass der Abstand zwischen der untersten und zweituntersten Ebene
deutlich größer ist
als der von der zweituntersten zur drittuntersten Ebene. Hierdurch
kann auf der untersten und der dritten Ebene Brenngut von größerer Höhe aufgenommen
werden.
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14 zeigt
eine Seitenansicht eines Teils von einem Brennstab 2 mit
einer Halteöffnung 7a.
An der Rückseite,
also gestrichelt dargestellt, eine die weitere Halteöffnung 7b.
Die Geometrie ist der Halteöffnung 7b ist
symmetrisch zur Halteöffnung 7a.
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17 zeigt
eine Variante eines Brennstabs 2, an dem zwei Zungen 16a und 16b angeformt
sind. Bei dieser Variante weisen die Fenster 5a und 5b keine
Zungen auf, sondern die Brennstäbe 2 werden über die
Zungen 16a und 16b an über die Kontaktpunkte zu der
Kassette 1 gegen ein Verrutschen in axialer Richtung des
Brennstabs 2 gesichert. Das Einführen und Entfernen der Brennstäbe erfolgt
in dieser Ausführungsform
analog zu der erstgenannten Ausführungsform.
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Bei
dem Zusammensetzen des Brenngestells werden zunächst zwei Kassetten parallel
in einem gewissen Abstand zueinander und leicht schräg versetzt
z.B. auf dem Hallenboden positioniert, wie in 3 dargestellt.
Im Anschluss werden die Brennstäbe 2 durch
die Aufnahmeöffnungen 5 geschoben. 3 zeigt
in diesem Arbeitsschritt die Halteöffnungen 7a. Im folgenden
Schritt werden die Brennstäbe über die
Halteöffnungen 7a und 7b zu
den Zungen 6a und 6b der Fenster 5a und 5b ausgerichtet.
Im abschließenden
Schritt werden die Brennstäbe
am besten zeitgleich parallel zueinander gegen den Uhrzeigersinn
(gemäß 3)
verdreht, so dass die Zungen voll in Eingriff zu den Aufnahmeöffnungen
kommen. Dieses so vormontierte Brenngestell kann im Folgenden entweder
manuell oder automatisch auf andere Brenngestelle gesetzt werden,
um so einen kompletten Brenngestellaufbau zu erhalten.