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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine insbesondere austenitische Stahllegierung, deren Verwendung sowie einen Verschleißschutz für Kesselrohre.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kesselrohre, wie sie beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zuckerfabriken verwendet werden, können widrigen Umgebungsbedingungen mit hohen Temperaturen, korrodierenden Gasen oder dergleichen ausgesetzt sein, die zu einem erhöhten Verschleiß der Kesselrohre führen. Um die Kesselrohre hiergegen zu schützen, können die Kesselrohre mit einem Verschleißschutz versehen werden.
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Ein derartiger Verschleißschutz ist aus der
DE 10 2007 020 085 A1 bekannt und zeichnet sich durch eine elastisch aufweitbare Schnappverbindung auf, die eine einfache Montage ermöglicht.
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Die Schnappverbindung erfordert eine hohe Dehnbarkeit und gleichzeitig eine hohe Bruchsicherheit. Diese beiden Anforderungen sind jedoch mit üblichen Stahllegierungen wie etwa dem der in der
DE 10 2007 020 085 A1 erwähnten Stahlschlüssel 1.4865 nur bedingt realisierbar. Gleiches gilt für die aus
DE 25 44 545 A1 ,
DE 6 43 444 A ,
AT 3 27260 B ,
GB 12 67 955 A ,
US 45 30 720 A ,
US 44 24 083 A ,
US 38 25 417 A ,
JP 63-0 33 549 A ,
JP 61-0 26 759 A und
JP 01-2 87 249 A bekannten Stahllegierungen.
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Hohe Anforderungen an Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, und Bruchfestigkeit sowie auch Hitzebeständigkeit sind aber nicht nur bei Schutzschalen, sondern allgemein bei Stahlformteilen gewünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine insbesondere austenitische Stahllegierung, eine Verwendung sowie einen Verschleißschutz für Kesselrohre zu schaffen, die hinsichtlich Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, und Bruchfestigkeit bei hoher Hitzebeständigeit verbessert sind.
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Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1, 5 bzw. 4 gelöst.
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Demnach wird eine insbesondere austenitische Stahllegierung geschaffen, die 15 bis 17 Gew.-% Ni, 25 bis 27 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,5 und insbesondere 0,8 bis 1 Gew.-% Nb, 0,1 bis 0,9 und insbesondere 0,3 bis 0,5 Gew.-% C, 1 bis 1,5 Gew.-% Si, und 1,4 bis 1,6 Gew.-% Mn enthält.
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Die Stahllegierung weist gegenüber bekannten Stahllegierungen eine erheblich verbesserte Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit und Dehnbarkeit auf. Sie ist daher besonders vorteilhaft zur Herstellung von Stahlformteilen geeignet, die eine Elastizität aufweisen müssen und dennoch erheblichen mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen insbesondere über lange Zeiträume ausgesetzt sind. Es handelt sich um einen Austenit, der eine große Dehnung ermöglicht, keine Tendenz zur Rißbildung zeigt und bis über 1000°C hitzebeständig ist.
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Die Erfindung schafft ferner einen Verschleißschutz, wie er aus der
DE 10 2007 020 085 A1 bekannt ist, für ein Kesselrohr oder dergleichen, insbesondere zur Verwendung in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zuckerfabriken, umfassend eine am Kesselrohr befestigbare Schutzschale mit einer elastisch aufweitbaren Schnappverbindung für ein lösbares Aufklemmen auf das Kesselrohr, wobei die Schutzschale aus der Stahllegierung gebildet ist.
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Die Stahllegierung ermöglicht dabei eine besonders stabile und elastische Ausgestaltung des Schnappverbindungselements, welches eine Form aufweist, die durch Krafteinwirkung beim Aufsetzen der Schutzschale auf das Kesselrohr elastisch aufweitbar ist, um das Kesselrohr aufzunehmen, um danach in die ursprüngliche Form zurückzukehren und das Kesselrohr teilweise umgreifend zu halten, wobei eine auf das Kesselrohr wirkende Restspannung verbleiben kann.
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Hierzu kann das Schnappverbindungselement einen zur Längskante der Schutzschale benachbarten Abschnitt aufweisen, der in Richtung auf die gegenüberliegende Längskante der Schutzschale abgewinkelt ist. Dieser abgewinkelte Abschnitt umgreift das Kesselrohr im schnappverbundenen Zustand der Schutzschale zumindest teilweise und übt gegebenenfalls einen Druck auf das Kesselrohr aus, um ein Verdrehen oder Verschieben der Schutzschale zu verhindern oder zu erschweren.
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Zudem kann das freie Ende des Schnappverbindungselements sich von der gegenüberliegenden Längskante der Schutzschale weg erstrecken. Hierdurch kann die Schutzschale vor Herstellen der Schnappverbindung einfach auf dem Kesselrohr positioniert und in Position gehalten werden, ohne seitlich wegzurutschen. Zudem leitet das freie Ende die zur Montage auf die Schutzschale in Richtung auf das Kesselrohr ausgeübte Kraft so um, dass das Schnappverbindungselement aufgeweitet wird, so dass Werkzeuge zum Aufweiten des Schnappverbindungselements nicht erforderlich sind. Es ergibt sich eine besonders einfache Montage.
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Durch die Kombination aus hoher Elastizität, Bruchfestigkeit und Belastbarkeit bei hoher Temperaturwiderstandsfähigkeit eignet sich die Legierung allgemein für Verschleißschutzelemente, die hohen Temperaturen und ggf. mechanischen Belastungen auf Dauer ausgesetzt sind und insbesondere elastische Elemente wie etwa Schnappverbindungselemente aufweisen, die kurz- oder langfristig elastisch sein müssen.
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Weitere Ausgestaltungen und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist eine perspektivische Ansicht des Verschleißschutzes in auf ein Kesselrohr aufgesetztem Zustand.
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2 ist eine stirnseitige Ansicht auf den Verschleißschutz der 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINZELNER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Stahllegierung der bevorzugten Ausführungsform weist die folgenden Zusätze auf:
| Ni | 15 bis 17 Gew.-% |
| Cr | 25 bis 27 Gew.-% |
| Nb | 0,8 bis 1 Gew.-% |
| C | 0,3 bis 0,5 Gew.-% |
| Si | 1 bis 1,5 Gew.-% |
| Mn | 1,4 bis 1,6 Gew.-% |
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Vergleichsbeispiel:
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Die Zugfestigkeit, die Bruchfestigkeit und die Dehnbarkeit einer erfindungsgemäßen Stahllegierung und einer Vergleichs-Stahllegierung sind auf üblich Weise ermittelt worden.
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Die Stahllegierung der bevorzugten Ausführungsform weist die folgenden Zusätze auf:
| Ni | 16 Gew.-% |
| Cr | 26 Gew.-% |
| Nb | 0,9 Gew.-% |
| C | 0,4 Gew.-% |
| Si | 1,25 Gew.-% |
| Mn | 1,5 Gew.-% |
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Die Stahllegierung des Vergleichsbeispiels weist die folgenden Zusätze auf:
| Ni | 13 Gew.-% |
| Cr | 26 Gew.-% |
| Nb | 0 Gew.-% |
| C | 0 Gew.-% |
| Si | 1,25 Gew.-% |
| Mn | 2 Gew.-% |
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Es ergeben sich folgende Werte für das Vergleichsbeispiel (erster Wert) und die erfindungsgemäße Legierung (zweiter Wert):
| Zugfestigkeit | 450 N/mm2 | 516 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 220 N/mm2 | 380 N/mm2 |
| Dehnung | 6% | 12% |
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Ersichtlich ergeben sich erheblich verbesserte Werte. So ist z. B. die Zugfestigkeit (0.2% yield stress bei 20°C) gegenüber der Vergleichslegierung um 66 N/mm2 oder 15% höher. Bei der Bruchfestigkeit (tensile strength bei 20°) ergibt sich eine Steigerung von 160 N/mm2 oder 72%. Die Dehnbarkeit (elongation alter fracture) hat sich verdoppelt.
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Für weitere Vergleichslegierungen ergeben sich folgende Mindestsollwerte gemäß Datenblatt nach
DIN EN 10295 (01/2003): 1. DIN-Werkstoff gemäß Stahlschlüssel 1.4826 GX40CrNiSi22-10
| Zugfestigkeit | 450 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 230 N/mm2 |
| Dehnung | 8% |
2. DIN-Werkstoff gemäß Stahlschlüssel 1.4832 GX25CrNiSi20-14
| Zugfestigkeit | 450 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 230 N/mm2 |
| Dehnung | 10% |
3. DIN-Werkstoff gemäß Stahlschlüssel 1.4848 GX40CrNiSi25-20
| Zugfestigkeit | 450 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 220 N/mm2 |
| Dehnung | 8% |
4. DIN-Werkstoff gemäß Stahlschlüssel 1.4849 GX40NiCrSiNb38-19
| Zugfestigkeit | 420 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 220 N/mm2 |
| Dehnung | 4% |
5. DIN-Werkstoff gemäß Stahlschlüssel 1.4837 GX40CrNiSi25-12
| Zugfestigkeit | 450 N/mm2 |
| Bruchfestigkeit | 220 N/mm2 |
| Dehnung | 6% |
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Die erfindungsgemäße Stahllegierung ist auch diesen Legierungen deutlich überlegen hinsichtlich Dehnung, Zugfestigkeit und Streckgrenze.
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Die erfindungsgemäße Stahllegierung weist die überraschenden Eigenschaften nur in dem beanspruchten engen Bereich der einzelnen Zusätze auf.
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Infolge der extrem hohen Dehnbarkeit, Bruchfestigkeit und Zugfestigkeit kann die Stahllegierung für eine Vielzahl neuer Stahlformteile, insbesondere Stahlgussteile, verwendet werden, die dann über einen langen Zeitraum widrigen Bedingungen widerstehen und ein elastisches Element wie etwa eine Schnappverbindung aufweisen können.
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Beispielhaft wird nachfolgend die Verwendung für einen Verschleißschutz für ein Kesselrohr beschrieben.
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Der in 1 und 2 dargestellte Verschleißschutz umfasst eine Schutzschale 1, die über elastisch aufweitbare Schnappverbindungen 2 mit beispielsweise jeweils zwei Schnappverbindungselementen 3 an einem Kesselrohr 4 lösbar befestigt wenden kann.
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Die Schnappverbindungselemente 3 sind hier einstückig mit der Schutzschale 1 ausgebildet und erstrecken sich aus gegenüberliegenden Längskanten 5, 6 der Schutzschale 1 heraus. Die Schutzschale 1 mit Schnappverbindungen 2 kann aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, geformt sein. Zwar ist grundsätzlich ein Edelstahlguss gemäß Stahlschlüssel 1.4865 (= DIN-Bezeichnung Gx40MiCrSi36 16) geeignet. Allerdings ist die Schutzschale hier aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung gebildet, die hochgradig dehnbar, bruchfest, zugfest, hitzebeständig und abriebfest ist.
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Die Schnappverbindungselemente 3 weisen jeweils einen zur entsprechenden Längskante 5, 6 der Schutzschale 1 benachbarten Abschnitt 7 auf, der in Richtung auf die jeweils gegenüberliegende Längskante 6, 5 der Schutzschale 1 abgewinkelt ist. Die Abwinkelung erfolgt gegenüber der Innenfläche der Schutzschale 1. Die Länge und der Winkel des Abschnitts 7 im Querschnitt der 2 sind entsprechend des Kesselrohrdurchmesser so zu wählen, dass mit dem gewählten Material eine ausreichende elastische Aufweiung sichergestellt ist. Eine große elastische Aufweiung wird durch die Dehnbarkeit und Bruchfestigkeit der erfindungsgemäßen Stahllegierung ermöglicht. Sofern in montiertem Zustand eine Restspannung auf das Kesselrohr wirken soll, ist dies bei der Bemaßung ebenfalls zu berücksichtigen.
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Das sich an den Abschnitt 7 anschließende freie Ende 8 der Schnappverbindungselemente 3 ist in die entgegengesetzte Richtung abgewinkelt, erstreckt sich also von der jeweils gegenüberliegenden Längskante 5, 6 der Schutzschale 1 weg.
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Im Bereich zwischen dem Abschnitt 7 und dem freien Ende 8 kann eine Einkerbung auf der Außenseite des Schnappverbindungselements 3 vorgesehen sein. Hierdurch wird die elastische Aufwertung erleichtert.
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Stirnseitig kann die Schutzschale 1, die hier beispielhaft als Halbrohr dargestellt ist, eine Verbindungsmuffe 10 aufweisen, um überlappend an eine benachbarte Schutzschale angesetzt werden zu können. Eine stirnseitige Verbindungsnase 11 sowie eine endseitige komplementäre Aussparung 12 können vorgesehen sein, um eine einfache ordnungsgemäße Ausrichtung benachbarter Schutzschalen 1 ohne zusätzliche Werkzeuge oder Arbeitsschritte zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzschale
- 2
- Schnappverbindung
- 3
- Schnappverbindungselement
- 4
- Kesselrohr
- 5, 6
- Längskante
- 7
- Abschnitt
- 8
- freies Ende
- 9
- Einkerbung
- 10
- Verbindungsmuffe
- 11
- Verbindungsnase
- 12
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007020085 A1 [0003, 0004, 0010]
- DE 2544545 A1 [0004]
- DE 643444 A [0004]
- AT 327260 B [0004]
- GB 1267955 A [0004]
- US 4530720 A [0004]
- US 4424083 A [0004]
- US 3825417 A [0004]
- JP 63-033549 A [0004]
- JP 61-026759 A [0004]
- JP 01-287249 A [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 10295 (01/2003) [0024]
- DIN-Bezeichnung Gx40MiCrSi36 16 [0030]
