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Die
Erfindung betrifft eine feuerfeste Rohrwandverkleidung, bestehend
aus Platten und aus Halteelementen zur Halterung dieser Platten
an einer Rohrwand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Halteelement für ein solches Rohrwandverkleidungssystem
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
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Bekannte
Rohrwände für Feuerungsräume bestehen
aus zwei parallel verlaufenden und über einen Steg verbundenen
Kühlrohren. Diese Kühlrohre sind an der Wand einer
Verbrennungskammer, wie beispielsweise eines Müllverbrennungsofens,
vertikal angeordnet und dienen im Betriebszustand als Wärmetauschervorrichtung
zur Abkühlung der Abgase und zugleich zur Wärmerückgewinnung.
Um die meist aus Edelstahl gefertigten Kühlrohre vor den
in der Verbrennungskammer herrschenden Temperaturen, die bis zu
1500°C betragen können, und vor den korrosiven
Verbrennungsgasen zu schützen, werden plattenförmige
Hitzeschutzkörper eingesetzt. Diese bestehen in der Regel
aus keramischen Platten, insbesondere aus Siliziumcarbid, auf deren
zur Rohrwand gerichteten Rückseite blind endende, hinterschnittene
Nuten eingeformt sind, die mit an der Rohrwand, vorzugsweise an
den Rohrstegen befestigten Halteelementen zusammenwirken, so dass
die Platten leicht über diese Halteelemente aufgeschoben
und eingehängt werden können. Die fertige Wandauskleidung
besteht dann schließlich aus mehreren aufeinander gesetzten
und nebeneinander angeordneten Platten.
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So
beschreibt beispielsweise die
DE 20 2005 018 131 U1 einen feuerfesten plattenförmigen
Formstein zur Auskleidung eines Feuerungsraums. Zur Halterung dieser
Formsteine sind an der Rohrwand zunächst waagerecht angeordnete
Haltestifte befestigt, auf deren freies Ende jeweils ein Haltekopf
aufgeschraubt ist. Der Formstein besitzt wiederum auf seiner Rückseite
eine Nut, so dass er von oben auf diesen Haltekopf eingehängt
werden kann, wobei der Haltekopf innerhalb der Formsteinnut unter
Anlage an den Nutinnenflächen geführt ist. Zwischen
den Formsteinen und den damit abgedeckten Rohren der Rohrwand verbleibt
ein freier Abstand, der anschließend mit einer Verfüllmasse
ausgefüllt wird, beispielsweise mit einer Mörtel-
oder einer Betonmischung oder mit einem Kleber.
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Der
Haltestift einer derartigen Befestigung ist aus Metall gefertigt,
um eine sichere Befestigung an der Rohrwand zu ermöglichen,
was meistens durch Anschweißen oder Anschrauben am Steg
der Rohrwand erfolgt.
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Durch
die hohen thermischen Belastungen, die vor allem beim Anheizen und
beim Erkalten aufgrund der großen Temperaturunterschiede
zwischen dem Feuerungsraum und den umgebenden Wänden auftreten,
kommt es häufig zu Rissen in den keramischen Hitzeschutzplatten
oder zu Undichtigkeiten in deren Stoßbereichen, durch welche
dann Verbrennungsgase in den Zwischenraum zwischen Auskleidung und
Rohrwand gelangen können. Insbesondere Verbrennungsgase
in der Müllverbrennung enthalten hoch korrosiv wirkende
chemische Verbindungen, die die metallischen Befestigungsteile der
Halteelemente sofort angreifen und beschädigen. Außerdem tragen
die hohen Temperaturen der Verbrennungsgase zum Verglühen
oder zumindest zum Verzundern der metallischen Befestigungsteile
bei. Eine solche Beschädigung der Halteelemente kann im
Extremfall zu deren Bruch führen und somit zu einem Ablösen
der Hitzeschutzplatten von der Feuerungsraumwand, was nicht nur
eine Beschädigung der Rohrwand zu Folge hat, sondern ein
permanentes Unfallrisiko für die Beschäftigten
einer solchen Anlage in sich birgt.
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Aus
der
DE 29 32 160 C2 ist
auch schon eine Halterung für die Auskleidung des Feuerungsraums eines
Industrieofens bekannt, bei der ein an der Ofenwand befestigter
metallischer Flacheisen-Stift mit einem keramischen Halteteil schützend
umhüllt ist. Allerdings dient eine solche Halterung nicht
zur Aufhängung von Platten an einer Rohrwand, sondern lediglich
zur klammerartigen Befestigung mehrerer Lagen eines mattenförmigen
Auskleidungsmaterials an einer glatten Ofenwand. Zu diesem Zweck
durchdringt die an der Ofenwand befestigte Halterung die gesamten
Auskleidungsschichten, wobei der Keramikhalter schließlich
den dem Feuerungsraum zugewandten Abschluss der Halterung bildet.
Der Keramikhalter ist demzufolge unmittelbar der vollen Hitze- und
Korrosionseinwirkung der Ofenatmosphäre ausgesetzt. Jedoch
lässt sich das mattenförmige Auskleidungsmaterial
nicht mit den Rohrschutzplatten bzw. Rohrformplatten vergleichen,
in welchen die erfindungsgemäßen Halteelemente
von der Rückseite her verankert sind ohne diese zu durchdringen.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, ein verbessertes System zur Halterung von Hitzeschutzplatten
an einer Rohrwand eines Feuerungsraumes anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rohrwandverkleidung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Halteelement für
ein Rohrwandverkleidungssystem nach Anspruch 13 gelöst.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Halteelements bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Kern
der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Halteelemente für
die Platten einer feuerfesten Rohrwandauskleidung mindestens zweiteilig
ausgeführt sind und aus einem an der Rohrwand befestigten,
vorzugsweise angeschweißten, metallischen Befestigungsteil
und aus einem damit kraftschlüssig verbundenen keramischen
Teil bestehen. Das keramische Teil ist wiederum innerhalb des Plattenquerschnitts
rückseitig in der Hitzeschutzplatte in Richtung seiner
Längsachse, also längskraftschlüssig, verankert,
wobei die Vorderseiten der Platten auch im Bereich der Halterung
eine geschlossene, dem Feuerungsraum zugewandt Oberfläche
bilden.
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Das
hat zunächst den Vorteil, dass das metallische Befestigungsteil
sowohl durch die Platte als auch den keramischen Teil der Halterung
vor einer thermischen Überbeanspruchung geschützt
ist, die jeweils für sich eine Wärmeübergangsbarriere
darstellen. Dies verringert die thermische Belastung des an das
keramische Teil des Halteelements kraftschlüssig anschließenden
metallischen Teils des Halteelements, so dass die Halterung als
ganzes länger und mit erhöhter Sicherheit verwendet
werden kann.
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Das
mit der Platte verankerte keramische Teil des Halteelements endet
dabei zumindest bündig gegenüber der der Rohrwand
zugewandten Rückseite der Hitzeschutzplatte und steht vorzugsweise
in den Zwischenraum zwischen Platte und Rohrwand über.
Dieser aus der Platte hervorstehende Abschnitt des keramischen Teils
des Halteelements bildet somit auch in dem Bereich außerhalb der
Platte eine Umhüllung für das an der Rohrwand befestigte
metallische Teil des Halteelements und schützt dieses zusätzlich
vor in den Zwischenraum zwischen Platte und Rohrwand eindringenden
heißen und korrosiven Verbrennungsgasen.
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Dabei
umfasst das keramische Teil des Halteelements in einer bevorzugten
Ausführungsform einen Keramikkopf, der in einer hinterschnittenen
Nut auf der Rückseite der Platte verankert ist, und einen hohlzylindrischen
Keramikschaft, der das an der Rohrwand angeschlossene metallische
Befestigungsteil über mindestens 50%, vorzugsweise über 80%,
seiner Längserstreckung schützend umhüllt,
so dass in diesem Überlappungsbereich keine korrosive Schädigung
des metallischen Befestigungselements mehr stattfinden kann.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schaft
des keramischen Teils des Halteelements ein Innengewinde auf, das
mit einem Außengewinde am Ende des metallischen Befestigungselements
zusammenwirkt, so dass das metallische Teil unterschiedlich weit
in das keramische Teil eingeschraubt werden kann, womit eine Längeneinstellung
des Halteelements möglich ist. Durch eine solche veränderbare
Einstellung der Länge des Halteelements kann der Abstand
zwischen Hitzeschutzkörper und davon abgedeckter Rohrwand
individuell justiert und damit fertigungs- oder montagebedingte
Toleranzen ausgeglichen werden. Andere Ausführungsformen
mit Rast- oder Bajonettverbindung anstelle der Schaubverbindung
liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Außerdem
kann in weiteren Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsform
der Keramikkopf des Halteelements eine Form, beispielsweise eine
ballige, konische oder zylindrische Form, aufweisen, die entweder
der Nutinnenform des Hitzeschutzkörpers entspricht, so
dass der Keramikkopf des Halteelements formschlüssig innerhalb
der Platte eingepasst und verankert ist, oder aber eine Form, die
von der Nutinnenform derart abweicht, dass der Keramikkopf zwar
immer noch längskraftschlüssig in der Platte verankert
ist, aber gleichzeitig zwischen der Plattennut und dem Kopf des
Halteelements so viel Spiel bestehen bleibt, dass zum Ausgleich
fertigungsbedingter oder montagebedingter Toleranzen die Platte
beim Einbau in Bezug auf das fest an der Rohrwand angeschweißte
Halteelement noch beschränkt beweglich ist.
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Nachfolgend
wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Im Einzelnen
zeigt
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1 eine
Frontansicht einer Platte zur Rohrwandverkleidung,
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2 einen
vertikalen Schnitt durch die in 1 dargestellte
Platte entlang der Linie II-II,
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3 einen
horizontalen Schnitt durch die in 1 dargestellte
Platte entlang der Linie III-III, die
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4 bis 7 unterschiedliche
Ausführungsformen des keramischen Teil des Halteelements
jeweils in halbgeschnittener Längsansicht und
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8 das
metallische Teil des Halteelements in einer Längsansicht.
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In 1 ist
eine Frontansicht einer keramischen Platte 1 dargestellt,
die zur Verkleidung einer Rohrwand 3 in einem Feuerungsraum
bestimmt ist. Die Platte 1 ist mit ihrer Rückseite 6 über
ein Halteelement 2 an einer Rohrwand 3 befestigt,
während die hier sichtbare Vorderseite 15 der
Platte 1 dem Feuerungsraum zugewandt ist. Zur Verankerung
des Halteelements 2 in der Platte 1 weist diese
auf ihrer der Rohrwand 3 zugewandten Rückseite 6 eine
Nut 11 auf, die in 1 durch
gestrichelte Linien angedeutet ist. Zur Montage der Platte 1 wird
diese mit dem unten offenen Ende der Nut 11 auf den Kopf 13 des
an der Rohrwand 3 angeschweißten Halteelements 2 geschoben
und anschließend die Platte 1 soweit vertikal
verschoben bis der Kopf 13 am Ende der Nut 11 in
der dargestellten Endmontagestellung anschlägt.
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Die 2 und 3 zeigen
die an der Rohrwand 3 befestigte Patte 1 seitlich
in einem vertikalen Schnitt bzw. von oben in einem horizontalen
Schnitt, wodurch das Halterungssystem der Platte 1 deutlich erkennbar
wird. Das Halteelement 2, mit welchem die Platte 1 an
der Rohrwand 3 gehalten ist, besteht unter anderem aus
einem im Durchmesser erweiterten, ballig geformten etwa halbkugelförmigen
Kopf 13, der in der Nut 11 der Platte 1 geführt
ist und so eine formschlüssige Verankerung des Halteelements 2 innerhalb
des Plattenquerschnitts gewährleistet. Das Halteelement 2 erstreckt
sich horizontal, also senkrecht zur Plattenebene, von der Platte 1 in
Richtung der Rohrwand 3 und weist an dem der Rohrwand 3 zugewandten
Ende einen stiftförmigen Fortsatz 4 auf, der an
dem die Rohre 8 der Rohrwand 3 miteinander verbindenden
Rohrsteg 7 angeschweißt ist. Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist dieses Halteelement 2 zweiteilig
ausgebildet und besteht aus einem keramischen Teil 5 und
aus einem metallischen Teil 4, wobei das keramische Teil 5 formschlüssig durch
die beschriebene Nut 11-Kopf 13-Verbindung mit
der Platte 1 verankert ist, während das metallische
Teil 4 am Rohrsteg 7 angeschweißt ist.
Diese beiden Teile 4, 5 des Halteelements 2 sind
wiederum miteinander verschraubt.
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3 zeigt
die Rohrwandverkleidung in einem horizontalen Schnitt entlang der
Längsachse des Halteelements 2, die in 1 mit
der Linie III-III markiert ist. In dieser Schnittdarstellung wird
sichtbar, dass die Platte 1 zwei im lichten Abstand zu
ihrer Rückseite 6 vertikal verlaufende durch einen
Rohrsteg 7 miteinander verbundene Rohre 8 einer
Rohrwand 3 abdeckt. Dazu besitzt die quersymmetrisch gestaltete
Platte 1 auf ihrer Rückseite 6 zwei entsprechend
geformte teilzylindrische Ausnehmungen, wobei die Weite des Spalts
zwischen Rohrwand 3 und Platte 1 durch das zentriert
angeordnete Halteelement 2 sichergestellt und nach erfolgter
Plattenmontage mit einer Verfüllmasse, beispielsweise Beton, ausgefüllt
wird. Die Verankerung des Halteelements 2 in der Platte 1 wird
durch eine in der Plattenrückseite 6 eingeformte,
bogenförmig hinterschnittene Nut 11 erreicht,
in die der halbkugelförmige Kopf 13 des Halteelements 2 formschlüssig
eingepasst ist. An diesem sich zur Rohrwand 3 hin im Durchmesser
verjüngenden Kopf 13 ist ein zylindrischer Schaft 12 angeformt,
der sich teilweise aus der Plattenrückseite 6 heraus
in den Zwischenraum zwischen Platte 1 und Rohrwand 3 erstreckt.
Kopf 13 und Schaft 12 sind einteilig aus Keramik
hergestellt. Der Schaft 12 weist ein Innengewinde 9 auf,
in welches der metallische Stiftbolzen 4 eingeschraubt
ist. Die planparallele Positionierung der Platte 1 gegenüber
der Rohrwand 3 ergibt sich aus der Befestigung des Halteelements 2 an
der Rohrwand 3, die vorteilhafterweise durch Anschweißen
im Bereich des Rohrstegs 7 erfolgt. Somit liegt die Platte 1 mit
ihrer Nut 11 dem Halteelement 2 in der durch dessen
Längsachse vorgegebenen Flucht gegenüber.
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Die
keramische Ausgestaltung des mit der Platte 1 verankerten
Kopfes 13 des Halteelements 2 bietet nun den Vorteil,
dass eine geringere Wärmeübertragung durch Wärmeleitung
von der mit der vollen Hitze des Feuerungsraums beaufschlagten Vorderseite 15 der
Platte 1 an das empfindliche metallische Teil 4 des
Halteelements 2 stattfindet. Der zusätzliche,
mit Innengewinde 9 ausgestattete Schaft 12 des
keramischen Teils 5 bietet den weiteren Vorteil, dass eine
keramische Umhüllung für das metallische Befestigungsteil 4 des
Halteelements 2 im Zwischenraum zwischen Platte 1 und
Rohrwand 3 gegeben ist, wodurch das metallische Teil 4 vor
heißen und hochkorrosiven Verbrennungsgasen, die durch Risse
in der Platte 1 in diesen Bereich vordringen können,
geschützt ist.
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In
den 4 bis 8 werden die beiden Einzelteile
des erfindungsgemäßen Halteelements 2 separat
dargestellt. 4 zeigt eine halbgeschnittene
Längsansicht des keramischen Teils 4 des Halteelements 2,
wie es gemäß den 1 bis 3 zur Verankerung
an der Platte 1 und zur Verbindung mit dem angeschweißten
metallischen Teil 5 aus 8 verwendet
wird. Der Aufbau des keramischen Teils 4 des Halteelements 2 lässt
sich in zwei Abschnitte unterteilen. Zum einen besitzt er einen
Kopf 13 der sich, in montierter Stellung betrachtet, in
Richtung zur Rohrwand 3 hin halbkugelförmig verjüngt.
Daran anschließend folgt ein zylindrischer Schaft 12,
der mit einem Innengewinde 9 versehen ist, dessen Gewindelänge
in etwa der Schaftlänge entspricht, sich aber auch teilweise
bis in den Kopfbereich erstrecken kann.
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Andere
Ausführungsformen der Kopfausbildung des keramischen Teils 4 zeigen
die 5 bis 7. In 5 ist ein
in Längsrichtung des Halteelements 4 konisch verlaufender
Kopf 16 dargestellt mit einfach gekrümmten Anlageflächen 14.
Der in 6 gezeigte Kopf 17 besitzt eine gegenüber
dem Schaft 12 sprunghafte Umfangserweiterung mit einer
ebenen Anlagefläche 14 in Form einer Ringscheibe. Schließlich
zeigt 7 einen kugelförmigen Kopf 18, dessen
zweifach gekrümmte Anlagefläche 14 von der
dem Schaft 12 zugewandten Kugelhälfte gebildet wird.
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In
all diesen Fällen muss die Platte 1 eine geeignet
geformte hinterschnittene Nut 11 aufweisen, die eine Verankerung
des Keramikkopfes 13, 16, 17, 18 mit
der Platte 1 ermöglicht. Dabei kann die Form der
Plattennut 11 der Form des Keramikkopfes 13, 16, 17, 18 entsprechen,
so dass dieser, in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 3, formschlüssig
eingepasst ist, oder aber die Nut 11 weist eine Form auf,
bei der die ballig, konisch oder eben ausgebildeten Anlageflächen 14 des
Kopfes 13, 16, 17, 18 nur punktuell
oder linienförmig an den hinterschnittenen Nutwänden
anliegen. Hierbei wäre der Kopf 13, 16, 17, 18 zwar
immer noch in der Plattennut 11 längskraftschlüssig
verankert, gleichzeitig würde aber zwischen Kopf 13, 16, 17, 18 und
Nut 11 ein ausreichendes Spiel bestehen bleiben, um fertigungs-
oder montagebedingte Toleranzen durch ein beschränktes
Verkippen der Platte 1 in Relation zum positionsfesten
Halteelement 2 auszugleichen.
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Das
zur Kombination mit dem in den 4 bis 7 gezeigten
keramischen Teils 5 des Halteelements 2 bestimmte
metallische Teil 4 ist in 8 dargestellt.
Das metallische Teil 4 ist ein zylindrischer Stiftbolzen
mit einem Außengewinde 10, das sich über
fast die gesamte Länge des Stiftbolzens 4 erstreckt.
Somit kann der Stiftbolzen 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit annähernd 90% seiner Länge in das unter den 4, 5, 6 oder 7 beschriebene
keramische Teil 5 eingeschraubt werden. Es ist dabei das
Kennzeichen des vorliegenden erfindungsgemäßen
Halteelements 2, dass das metallische Teil 4 mit über
50%, vorzugsweise mit über 80%, seiner Längserstreckung
in das keramische Teil 5 einschraubbar ist. Dies erlaubt
eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Haltelements 2 in
einer Form, bei der das keramische Teil 5 den metallischen Teils 4 fast
vollständig umhüllt. Der weitaus größte Längsabschnitt
des metallischen Stiftbolzens liegt somit geschützt vor
eindringenden Verbrennungsgase innerhalb der Keramikummantelung
durch den Schaft 12.
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Insbesondere
bei hinterlüfteten Hitzeschutzplatten 1, bei denen
der freie Raum zwischen den Platten 1 und der Rohrwand 3 nicht
mit einer Vergussmasse ausgefüllt, sondern von einem Luftstrom ständig
durchströmt ist, ist es sinnvoll, das metallische Teil 4 des
Halteelements 2 zur Verbesserung des Korrosionsschutzes
nicht nur abschnittsweise sondern komplett in das keramische Teil 5 einzubetten.
Zu diesem Zweck erstreckt sich das keramische Teil 5 des
Haltelements 2 durch den kompletten Spalt bis zur Rohrwand 3.
Die Verbindung zur Rohrwand erfolgt in diesem Fall vorteilhafterweise
mittels rein mechanische, nahtlose Schweißverfahren, wie
beispielsweise Reibschweißverfahren oder Kaltpressschweißverfahren.
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Die
relativ große Eingriffslänge zwischen Innengewinde 9 des
keramischen Teils 5 und Außengewinde 10 des
metallischen Teils 4 erlaubt durch gegenseitiges Herein-
bzw. Herausdrehen der beiden Teile die Länge des Halteelements 2 über
einen weiten Längenbereich einzustellen, da, selbst wenn
der metallische Stiftbolzen 4 nur mit seinem Ende im Keramikschaft 12 eingeschraubt
ist, immer noch eine stabile Halterung der Platte 1 an
der Rohrwand 3 gegeben ist. Durch diese breite Einstellmöglichkeit
der effektiven Länge des Halteelements 2 kann
der Abstand zwischen Platte 1 und Rohrwand 3 bestimmungsgemäß justiert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005018131
U1 [0003]
- - DE 2932160 C2 [0006]