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Die
Erfindung betrifft eine temperaturbeständige Tragstruktur
für industrielle Ofenanwendungen. Insbesondere betrifft
die Erfindung eine Tragstruktur nach Anspruch 1.
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Im
Bereich der industriellen Ofenanwendungen wird Keramik als Werkstoff
immer bedeutender, weil dieser Werkstoff sehr zuverlässig
großtechnisch gefertigt werden kann. Im Bereich der Brennöfen
für Sanitär- und Dekorkeramik sind beispielsweise
langsam arbeitende Wagen- oder Tunnelöfen bekannt. In diesen
Wagen- oder Tunnelöfen wird das Glühgut auf keramischen
Brennhilfsmitteln gestapelt. Bei den Brennhilfsmitteln handelt es
sich um keramische Stützelemente, welche das Glühgut
während des Brennvorgangs in einer bestimmten Position
halten. Bei diesem Prozess sind die keramischen Stützelemente
nicht aneinander befestigt, sondern werden lediglich durch die Schwerkraft
in der gewünschten Position gehalten. Wegen der geringen
Dynamik des Glüh- beziehungsweise Brennvorgangs hat sich
diese Anordnung durch ihre Einfachheit bewährt.
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Beispielsweise
offenbart die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2005 005 607 ein
Brennhilfsmittel, das wenigstens zwei Brennhilfsmittelteile aus
unterschiedlichen feuerfesten keramischen Werkstoffen umfasst. Die
beiden Brennhilfsmittelteile sind formschlüssig zu einem
Brennhilfsmittel verbunden und die Werkstoffe der beiden Teile werden
so gewählt, dass sie sich bezüglich ihrer Eigenschaften
im Hoch- und Tieftemperaturbereich ergänzen.
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Für
Anwendungen mit höherer Dynamik sind unverbundene keramische
Anordnungen als Brennhilfsmittel jedoch nicht zuverlässig
einsetzbar, da Erschütterungen und/oder Beschleunigungen
zu einem Verrutschen der keramischen Stützelemente führen können.
Deshalb wird in solchen Anwendungsfällen üblicherweise
mit metallischen Stützelementen gearbeitet, welche miteinander
verschweißt oder verschraubt sind. Die metallischen Stützelemente
erreichen jedoch bei steigender Arbeitstemperatur – zum Beispiel
bei etwa 800°C – ihre wirtschaftliche Anwendungsgrenze.
Als Metalle für die metallischen Stützelemente
werden meist hoch legierte Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen eingesetzt,
die in dem genannten Temperaturbereich zum Kriechen neigen und oftmals
ihre Form unzulässig verändern. Das Kriechen der
Metalle wirkt sich insbesondere auf längliche Träger
ungünstig aus, die mit Biegekräften beansprucht
werden.
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Hiervon
ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tragstruktur
zu schaffen, welche die Vorteile von Stützelementen aus
Keramik und solchen aus Metall miteinander verbindet. Diese Aufgabe
wird durch eine temperaturbeständige Tragstruktur nach
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Tragstruktur ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–17.
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Die
Erfindung sieht eine temperaturbeständige Tragstruktur
zur Verwendung in Öfen vor, wobei die Tragstruktur eine
Befestigungsplatte aufweist, auf welcher ein Abstandshalter angeordnet
ist, der einen Tragbalken aus Keramik trägt. Ein Spannmittel
aus Metall presst den Tragbalken auf den Abstandshalter. Vorzugsweise
ist das Spannmittel als Metallband ausgebildet, das den Tragbalken übergreift.
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In
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist wenigstens
ein Ende des Metallbands fest mit einem Gewindebolzen verbunden,
der durch eine Öffnung der Befestigungsplatte ragt und
auf den eine Mutter aufgeschraubt ist, wobei sich zwischen der Mutter
und der Befestigungsplatte eine Schraubenfeder befindet, die im
Zusammenwirken mit der aufgeschraubten Mutter und der Befestigungsplatte
als Widerlager eine Zugkraft auf das Metallband ausübt.
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Vorzugsweise
sind auf diese Weise beide Enden des Metallbands fest mit jeweils
einem Gewindebolzen verbunden, so dass auf beide Enden des Metallbands
eine elastische Zugkraft ausgeübt werden kann. In einem
alternativen Ausführungsbeispiel ist das Metallband an
einem Ende fest mit der Befestigungsplatte verbunden, während
lediglich das andere Ende fest mit einem Gewindebolzen verbunden ist.
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Der
Abstandshalter besteht aus temperaturbeständigem Metall
und ist beispielsweise als hohle Säule ausgebildet. An
dem Abstandshalter ist eine Auflagefläche für
den Tragbalken vorgesehen, die vorzugsweise an die Form des Tragbalkens
angepasst ist. Aus der Auflagefläche ragt in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ein Arretierbolzen, der in eine Öffnung in
dem Tragbalken hineinragt.
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Vorzugsweise
umfasst die Tragstruktur Isoliermaterial, welches den Abstandshalter
umgibt. Zusätzlich kann sich im Innern des hohlen Abstandhalters
weiteres Isoliermaterial befinden. Das Isoliermaterial kann beispielsweise
so dick ausgebildet sein, dass aus dem Isoliermaterial nur ein Endbereich
des Abstandshalters herausragt, welcher den Tragbalken trägt.
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Vorzugsweise
sind zwei oder mehr Abstandshalter mit Spannbändern vorgesehen,
zwischen denen sich der Tragbalken erstreckt.
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Die
Tragstruktur kann auf einem beweglichen Ofenwagen angeordnet oder
fest in einem Ofen installiert sein. Bei einer festen Ofeninstallation
kann die Befestigungsplatte durch eine Ofenwand gebildet werden.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt darin, dass keramische Werkstoffe mit
metallischen Werkstoffen für eine Tragstruktur so kombiniert
werden, dass ihre jeweiligen Vorteile beim Einsatz in einem Ofen
genutzt werden können. Insbesondere die elastische Zugkraft
auf ein Metallband, das einen Tragbalken übergreift, ermöglicht
dabei den Ausgleich von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der beiden Materialien Keramik und Metall, so dass eine stabile Tragstruktur
geschaffen wird, die den Anforderungen bei unterschiedlichen Ofenanwendungen
genügt.
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Weitere
Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Abbildungen.
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Von
den Abbildungen zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Tragstruktur in einer schematischen Querschnittsansicht; und
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2 die
Tragstruktur aus 1 in einer um 90° gedrehten
Ansicht.
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In
der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Tragstruktur schematisch dargestellt. Die Tragstruktur als Ganzes
wird mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Tragstruktur
wird zum Transport und zur Lagerung von Glühgut in einem
Ofen vorzugsweise von der unteren kalten Außenwand her
eingebaut und an einer Befestigungsplatte 2 aus Metall
befestigt. Die Befestigungsplatte kann sich dabei innerhalb oder
außerhalb des Ofengehäuses befinden. Ferner kann
die Befestigungsplatte auch durch die Ofenwand selbst gebildet werden,
so dass die Tragstruktur direkt an der metallischen Außenwand
des Ofens befestigt wird.
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Die
erfindungsgemäße Tragstruktur ist somit vielfältig
einsetzbar. Beispielsweise kann sie fest in einem Ofen installiert
sein, wobei die beiden beschriebenen Befestigungsarten an der Ofenwand oder
an einer Befestigungsplatte im kalten Teil eines Ofeninnenraums
in Frage kommen. Wird die Tragstruktur beweglich ausgeführt,
kann sie beispielsweise an einem Schlitten angebracht werden, der
durch den Ofen verfahrbar ist. Der Schlitten kann dabei beispielsweise
in einer Rinne verfahren werden, die sich am Boden des Ofens befindet.
Unabhängig von der Verwendung der Tragstruktur in einem
Ofen wird diese daher vorzugsweise an einer Befestigungsplatte angebracht,
wobei die Platte wiederum auf vielfältige Weise am Ofen
oder an beweglichen Komponenten angebracht sein kann.
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Unabhängig
von der Verwendung der erfindungsgemäßen Tragstruktur
in einem Ofen, ist die Befestigungsplatte 2 ferner üblicherweise
von dem heißen Teil des Ofens durch eine Isolationsschicht 3 aus
Isoliermaterial getrennt. Wird die Tragstruktur an der Außenhülle
des Ofens angebracht, handelt es sich bei der Isolierung beispielsweise
um die Ofenisolierung. Die Schichtdicke der Isolationsschicht 3 beträgt üblicherweise
zwischen 150 und 450 mm.
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Auf
der Befestigungsplatte 2 wird ein metallischer Abstandshalter 4 befestigt,
der ungefähr die gleiche Höhe wie die Isolationsschicht
hat. Der Abstandshalter 4 kann zum Beispiel auf der Befestigungsplatte 2 festgeschweißt
sein. Die Art der Befestigung ist für die Erfindung jedoch
nicht wesentlich, solange die Verbindung zwischen dem Abstandshalter 4 und
der Befestigungsplatte 2 temperaturfest ist. Der Abstandshalter 4 ist
beispielsweise als Hohlprofil ausgebildet, dessen Inneres mit weiterem
Isoliermaterial 6 gefüllt ist. Als Isoliermaterial 6 kann
beispielsweise eine Mineralwolle verwendet werden, die einen hohen
Schmelzpunkt aufweist.
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An
dem von der Befestigungsplatte 2 abgewandten freien Ende
des Abstandshalters 4 ist eine V-förmige Auflage 7 angeordnet,
die eine große Auflagefläche für einen
keramischen Tragbalken 8 bietet. Der Tragbalken 8 ist
dabei beispielsweise als Vierkanthohlprofil ausgebildet und kann
aus bekannten Materialien wie Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid oder
SiC bestehen, die sich für Ofenanwendungen bewährt
haben.
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Die
V-förmige Auflagefläche der Auflage 7 sorgt
für eine Verteilung des Auflagedruckes und somit für
eine Verminderung der Bruchgefahr des keramischen Tragbalkens 8 im
Vergleich zu einem Tragbalken der unmittelbar, das heißt
ohne die V-förmige Auflage 7, auf dem Abstandshalter 4 aufliegen
würde. Darüber hinaus fixiert die V-förmige
Auflage 7 die Lage des Tragbalkens 8 in einer
ersten horizontalen Richtung, die in 1 mit x
bezeichnet ist.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hat
die V-förmige Auflagefläche 7 die Gestalt eines
rechtwinkligen Winkelprofils. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann
die Auflage 7 jedoch auch andere Formen annehmen. Wesentlich
ist lediglich, dass die Auflage 7 an die äußere
Form des Tragbalkens 8 angepasst ist, um den Auflagedruck
zu vermindern.
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In
der V-förmigen Auflage 7 ist vorzugsweise ein
Arretierbolzen 9 angeordnet, der aus der dem Tragbalken 8 zugewandten
Auflagefläche der Auflage 7 herausragt und in
eine korrespondierende Öffnung 11 in den hohlen
Tragbalken 8 hineinragt. Der Arretierbolzen 9 fixiert
die Lage des Tragbalkens 8 in einer zweiten horizontalen
Richtung, die in 1 mit y bezeichnet ist.
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Auf
dem Tragbalken 8 schließlich kommt das Glühgut 12 zu
liegen. Damit auch während stärkerer Beschleunigungen
und Verzögerungen der Tragbalken 8 seine Lage
nicht verändert, wird er zusätzlich mit einem
durch Zugkraft vorgespannten metallischen Spannband 13 elastisch
festgehalten, indem er in die V-förmige Auflage 7 und
auf den Arretierbolzen 9 gepresst wird. Auf diese Weise
wird der Tragbalken 8 auch in einer vertikalen Richtung
fixiert, die in 1 mit z bezeichnet ist.
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Das
Spannband 13 ist, ebenso wie der Abstandshalter 4,
beispielsweise aus einer wärmebeständigen Nickel-Chrom-Eisen-Legierung
hergestellt.
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Die
beiden Enden des Spannbandes 13 sind fest mit Gewindebolzen 14 verbunden,
die durch Öffnungen 16 in der Befestigungsplatte 2 ragen.
Auf die unter die Befestigungsplatte 2 hinausragenden freien Enden
der Gewindebolzen 14 sind Muttern 18 aufgesteckt.
Diese Muttern dienen als Einstell- und Befestigungsmuttern. Zwischen
den Muttern 17 und der Unterseite der Befestigungsplatte 2 sind
jeweils Schraubenfedern 17 angebracht, welche bei Anziehen
der Muttern 18 gegen die Unterseite der Befestigungsplatte 2 zusammengedrückt
werden. Die Schraubenfedern üben so im gespannten Zustand eine
elastische Zugkraft auf das Metallband 13 aus. Die Befestigungsplatte 2 dient
dabei als Widerlager für die Schraubenfedern 17.
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Die
Schraubenfedern 17 dienen dazu, die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
der beiden Werkstoffe Metall und Keramik zu kompensieren, sowie
die Formänderungen des unter Temperatur kriechenden Metalls
des Spannbandes 13 und des Abstandshalters 4 auszugleichen.
Mithilfe der im Kalten befindlichen Muttern 18 kann in
Wartungsintervallen die notwendige Vorspannung wiederhergestellt
werden.
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In
der 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Tragstruktur 1 in einer Blickrichtung dargestellt, die
in der 1 mit dem Pfeil 19 angedeutet ist. Der
Abbildung in 2 ist zu entnehmen, dass die
V-förmige Auflage so lang ausgebildet ist, dass der Tragbalken
stabil darauf liegt. Auf dem Tragbalken können mehrere
zu brennende Bauteile 12 abgelegt werden. An einem Tragbalken
befinden sich beispielsweise mehrere Spannbänder, die auf die
beschriebene Art gespannt werden, so dass ein Tragbalken an mehreren
Stellen gehalten wird.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in
der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist ein Ende des Spannbandes 13 an
der Befestigungsplatte 2 fixiert, während nur
das andere Ende des Spannbandes 13 an einem Gewindebolzen 14 befestigt
ist, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist.
Bei dieser Anordnung wird die Zugkraft nur an einem Ende an dem
Spannband 13 eingestellt. Diese Anordnung eignet sich beispielsweise
für runde Tragbalken, auf welchen das Spannband 13 ohne
nennenswerte Reibung rutscht.
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Als
Alternative zu einem Spannband aus Metall können beispielsweise
metallische Stempel vorgesehen sein, welche den keramischen Tragbalken 8 von
oben auf die V-förmige Auflage 7 pressen. Diese Stempel
haben an ihren unteren Enden jeweils eine ebenfalls V-förmige
Auflage, welche der äußeren Form des Tragbalkens 8 entspricht.
Die Stempel sind ebenfalls durch eine Federanordnung elastisch gefedert,
so dass die Wärmeausdehnung der Stempel und des Abstandhalters
kompensiert werden kann und ein konstanter Druck auf den Tragbalken
ausgeübt wird.
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- 1
- Tragstruktur
- 2
- Befestigungsplatte
- 3
- Isolationsschicht
- 4
- Abstandshalter
- 6
- Isolationsmaterial
- 7
- V-förmige
Auflage
- 8
- Tragbalken
- 9
- Arretierbolzen
- 11
- Öffnung
im Tragbalken
- 12
- Glühgut
- 13
- Spannband
- 14
- Gewindebolzen
- 16
- Öffnung
in der Befestigungsplatte
- 17
- Schraubenfeder
- 18
- Mutter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005005607
A [0003]