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Die
Erfindung betrifft eine temperaturbeständige Tragstruktur für industrielle
Ofenanwendungen und deren Verwendung. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Tragstruktur nach Anspruch 1 und ihre Verwendung
nach einem der Ansprüche
15 und 16.
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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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Ferner
ist aus der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 463 290 A1 ein Ofenwagen mit austauschbaren Stützelementen
bekannt, die teilweise in wärmeisolierendem
Material eingebettet sind, wobei die Stützelemente mit geringem Spiel
formschlüssig in
das wärmeisolierende
Material eingesetzt sind. Diese Stützelemente stützen sich
mit ihrem Fuß am Gestell
des Ofenwagens ab und weisen an ihrem anderen Ende Platten zur Aufnahme
von Brenngut auf.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
81 16 662 U1 offenbart darüber hinaus einen Regalaufbau für Brennwagen
der keramischen Industrie, bei dem Brennplatten an zwei gegenüber liegenden
Seiten auf keramischen Hohlbalken aufliegen. Diese keramischen Hohlbalken
sind wiederum mit Steckfortsätzen
in das obere Ende keramischer Hohlstützen aufgesteckt.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 31 306 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Brennhilfsmitteln bekannt, bei dem mehrere keramische Profilbauteile
zu einem leichten keramischen Bauteil zusammengefügt werden.
Die Profilbauteile werden durch Mischen, Formgeben, Trocknen und Brennen
keramischer Masse vorgefertigt und unter Verwendung eines Klebers
oder einer keramischen Masse zusammengefügt.
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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, wobei die Tragstruktur
den Anforderungen bei unterschiedlichen Ofenanwendungen genügen sollte.
Diese Aufgabe wird durch eine temperaturbeständige Tragstruktur nach Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Tragstruktur ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–14. Diese Aufgabe wird ferner
durch die Verwendung einer solchen Tragstruktur nach einem der Ansprüche 15 bis
17 gelöst.
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Die
Erfindung sieht eine temperaturbeständige Tragstruktur zur Verwendung
in Öfen
vor, wobei die Tragstruktur eine Befestigungsplatte aufweist, auf welcher
mindestens ein Abstandshalter angeordnet ist, der einen Tragbalken
aus Keramik trägt.
Mindestens ein Spannmittel aus Metall presst den Tragbalken auf
den mindestens einen Abstandshalter. Vorzugsweise ist das mindestens
eine 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, und durch eine Öffnung der Befestigungsplatte
ragt das freie Ende des Gewindebolzens, auf das 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
mindestens eine Abstandshalter besteht aus temperaturbeständigem Metall
und ist beispielsweise als hohle Säule ausgebildet. An dem Abstandshalter
ist eine Auflage mit einer Auflagefläche für den Tragbalken vorgesehen,
und die Auflagefläche
ist vorzugsweise an die Form des Tragbalkens angepasst. Aus der Auflagefläche der
Auflage 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 als Anordnung auf einem beweglichen Ofenwagen
oder als feste Installation in einem Ofen verwendet werden. Weiterhin kann
die Tragstruktur mit der Maßgabe
verwendet werden, dass die Befestigungsplatte durch eine Ofenwand
gebildet wird.
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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 Auflage 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/Metallband 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 18 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 Glühgüter 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,
Metallband
- 14
- Gewindebolzen
- 16
- Öffnung in
der Befestigungsplatte
- 17
- Schraubenfeder
- 18
- Mutter