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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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In der
US 5,673,527 B wird eine feuerfeste Platte beschrieben, die mit Halteelementen an einer Rohrwand befestigt ist. Die Halteelemente umfassen ein metallisches Gewinde, welches mit der Rohrwand verbunden ist, sowie eine keramische T-Nut, welche in der Platte eingebracht wird. Die Verbindung der T-Nut mit dem metallischen Halteelement erfolgt durch Verschraubung. Hierzu ist eine Bohrung vorgesehen, die sich durch die Stärke der Platte erstreckt. Vor der Montage der Platten können die Rohre mit Mörtel behandelt werden. Einalternatives System ist in der
DE 571 987 A beschrieben, bei dem die feuerfesten Platten über Tragglieder unter einem Haken befestigt werden.
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Die
DE 20 2005 018 131 U1 beschreibt einen feuerfesten plattenförmigen Formstein für das Auskleiden eines Feuerraumes, wobei der Formstein zueinander parallele, Wärme abführende Rohre abdeckt und rückseitig senkrechte teilzylindrische Längsausnehmungen aufweist, in denen jeweils ein Rohr teilweise derart hineinreicht, dass zwischen Rohraußenwand und der Wand der Längsausnehmung ein Abstand besteht, der von einem Mörtel oder Beton ausfüllbar ist, und wobei der Formstein mindestens eine senkrechte, sich nach innen erweiternde Nut aufweist, um den Kopf mindestens eines Haltestiftes aufzunehmen, der an einem Rohr oder an einem Steg der Rohre befestigt ist.
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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 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
- 1 eine Frontansicht einer Platte zur Rohrwandverkleidung,
- 2 einen vertikalen Schnitt durch die in 1 dargestellte Platte entlang der Linie II-II,
- 3 einen horizontalen Schnitt durch die in 1 dargestellte Platte entlang der Linie III-III, die
- 4 bis 7 unterschiedliche Ausführungsformen des keramischen Teils des Halteelements jeweils in halbgeschnittener Längsansicht und
- 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.
