DE19631291C2 - Isolationsverkleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Isolationsverkleidung im Innern einer Gas führenden Leitungsanordnung.

Es zählt zum Stand der Technik (z. B. DE 39 27 624 A1), Gasweichen und die an diese angeschlossenen Abgaskanäle (Leitungsanordnungen) im Innern mit einer Isolationsverkleidung zu versehen. Eine Innenisolation bietet den Vorteil einer kostengünstigen Erstellung ganzer Abgassysteme sowie einer geringeren Belastung, bezogen auf die durchweg hohen Betriebstemperaturen.

Das Isolationsmaterial wird meistens in einer Dicke von ca. 200 mm vorge­ sehen. Es besteht in der Regel aus keramischen Fasern oder aus Steinwolle.

Kanalseitig wird das Isolationsmaterial mit Gasleitblechen aus Edelstahl abge­ deckt. Diese Gasleitbleche haben im Bereich der begehbaren Flächen eine Dicke von etwa 3 mm, wohingegen an den Seiten und an den Decken Gasleit­ bleche mit Dicken < 2 mm zur Anwendung gelangen. Zur Festlegung der Gas­ leitbleche an den Wandungen des Gehäuses einer Leitungsanordnung werden zunächst Edelstahlstifte mit einem Durchmesser von 12 mm bis 16 mm mit der Gehäusewandung schweißtechnisch verbunden. Im Regelfall werden die Edel­ stahlstifte in einem gleichmäßigen rechteckförmigen Raster von etwa 300 mm vorgesehen. Bei Gasgeschwindigkeiten, die höher als 30 m/s liegen, kann sich der Abstand benachbarter Edelstahlstifte aber auf 200 mm und weniger verrin­ gern.

Die freien Enden der Edelstahlstifte sind mit Gewinden versehen. Diese Ge­ windeenden durchsetzen Bohrungen in den Gasleitblechen. Mit Hilfe von im Durchmesser vergleichsweise großen Abdeckscheiben und Muttern werden dann die Gasleitbleche so in Richtung auf die Wandungen des Gehäuses ver­ lagert, dass das Isolationsmaterial um ca. 10 mm verpresst wird. Anschließend werden die Muttern durch Schweißpunkte gegen ein unbeabsichtigtes Lösen gesichert. Die von den Edelstahlstiften durchsetzten Bohrungen in den Gasleit­ blechen sind so groß, dass sie Wärmedehnungen der Gasleitbleche ausglei­ chen können.

Ein Nachteil der bekannten Isolationsverkleidung bildet der Sachverhalt, dass die hohe Gastemperatur im Innern des Gehäuses über die Edelstahlstifte auf die Wandungen übertragen wird, so dass nicht nur die Wandungen insgesamt eine erhöhte Temperatur aufweisen, sondern im Bereich der Edelstahlstifte eine Vielzahl von heißen Punkten vorhanden ist, die für das Betriebspersonal zwangsläufig ein Verletzungsrisiko in sich bergen.

Obwohl über die von den Edelstahlstiften durchsetzten Bohrungen in den Gas­ leitblechen sicher gestellt sein soll, dass sich die Gasleitbleche in ihren Er­ streckungsebenen dehnen und zusammenziehen können, wird dennoch in der Praxis häufig beobachtet, dass die Gasleitbleche erheblichen Verwerfungen ausgesetzt sind. Diese werden durch einen extrem schnellen Temperaturan­ stieg aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke der Gasleitbleche hervor­ gerufen mit der Folge, dass eine Wärmedehnung der Gasleitbleche von Boh­ rung zu Bohrung durch Verhaken und somit letztlich durch Festpunktbildung nicht mehr erfolgen kann. Die Gasleitbleche werden dann stark ausgebeult und bieten folglich dem strömenden heißen Gas Angriffsflächen, über die es die Gasleitbleche von den Wandungen zumindest lösen, wenn nicht sogar völlig abreißen kann. Größere Spalte zwischen gelösten Gasleitblechen oder aus der Isolationsverkleidung sogar heraus gerissene Gasleitbleche sind indessen gleichbedeutend mit einem Verlust der Isolation, so dass die in der Regel aus einem einfachen Kohlenstoffstahl der Güteklasse St 37 bestehenden Wandun­ gen des Gehäuses durch das heiße Gas exponiert werden. Das Material der Wandungen kann ausglühen mit der Folge, dass das Gehäuse seine statische Tragfähigkeit verliert.

Die schweißtechnische Verbindung der Edelstahlstifte mit den Wandungen des Gehäuses kann unter Einsatz von Schweißschussgeräten oder mit Hilfe der Elektrodenschweißung durchgeführt werden. Der Einsatz von Schweißschuss­ geräten hat sich in der Vergangenheit insofern nicht zufriedenstellend bewährt, als Edelstahlstifte häufig abgerissen sind. Abgerissene Edelstahlstifte bedeuten jedoch wiederum eine Lockerung der Gasleitbleche mit der Gefahr, dass diese zumindest gelöst oder sogar aus ihrer Betriebslage ganz herausgerissen wer­ den. Das Verschweißen der Edelstahlstifte mit Elektroden hat sich zwar be­ währt, ist jedoch außerordentlich arbeitsintensiv. Zur Gewährleistung einer betriebssicheren Isolationsverkleidung wurde dennoch die Elektroden­ schweißung vorgezogen. Der Aufwand hierfür ist aber, insbesondere unter Kostengesichtspunkten, extrem hoch.

Aus der DE 42 25 448 A1 ist eine Isolationsverkleidung bekannt, bei welcher durch die Seitenbleche eindeutige Wärmebrücken zwischen dem Heißgaskanal und der Umgebung bestehen.

Der Vorschlag der DE 41 42 178 C2 ist im Prinzip nur bei einer runden oder polygonalen Leitung anwendbar. Heißgaskanäle mit rechteckigen Querschnit­ ten von 20 m² und mehr können unter Anwendung dieses Vorschlags nicht isoliert werden.

Aus der DE 40 36 690 C1 geht ein Haltebolzen hervor, der die gesamte Isola­ tionsschicht durchsetzt und mithin eine Wärmebrücke zwischen dem Heiß­ gaskanal und der Umgebung bildet.

Auch die Bolzen der DE 39 40 381 A1 bilden einwandfreie Wärmebrücken zwi­ schen dem Heißgaskanal und der Umgebung.

Im Umfang der DE 36 06 179 A1 werden Haltebolzen eingesetzt, die aus einem speziellen faserverstärkten keramischen Werkstoff bestehen. Diese Halte­ bolzen bilden zwar keine Wärmebrücken, sind jedoch extrem aufwendig in der Fertigung und daher kostspielig.

Durch die DE 35 20 072 A1 werden zwar radial zum Heißgaskanal teleskopier­ bare Abstandshalter offenbart. Diese Abstandshalter bilden aber dennoch ein­ deutige Wärmebrücken zwischen dem Heißgaskanal und der Umgebung mit der Gefahr, dass nach wie vor eine Gefährdung des Betriebspersonals auf­ grund der auf die Außenwände übertragenen hohen Temperaturen befürchtet werden muss. Auch ist die Zwangsführung der Führungshülsen sowie der Stege unter Einbeziehung der Federn nicht geeignet, die aufgezeigten Mängel zu beheben.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Isolationsverkleidung zu schaffen, die mit vergleichsweise ge­ ringem technischen Aufwand herstellbar ist und während des Betriebs unter Ausschluss der Gefährdung des Betriebspersonals weder durch den Gasdruck in der Leitungsanordnung noch durch die Gastemperatur in ihrer Funktion be­ einträchtigt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im Patentan­ spruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Die Erfindung sieht nunmehr eine eindeutige Trennung der dem heißen Gas ausgesetzten Bereiche von den der Umgebung zugewandten Bereichen vor. Dies wird durch die besondere Ausbildung der Distanzkörper erreicht, welche sicherstellen, dass keine hohen Temperaturen mehr auf die Außenwandungen übertragen werden und somit eine Gefährdung des Betriebspersonals zu be­ fürchten wäre. Vielmehr ist jetzt im Prinzip durchweg von kalten Gehäusewan­ dungen zu sprechen. Durch die Mehrgliedrigkeit der Distanzkörper können jetzt deren einzelnen Distanzglieder vom Material her gezielt einerseits auf das Material der Tragschienen und andererseits auf den Werkstoff der Wandungen des Gehäuses abgestimmt werden. Das heißt, dass die wandungsseitigen Distanzglieder des Distanzkörpers wie auch das Gehäuse aus einem einfachen Kohlenstoffstahl, z. B. der Güteklasse St 37, bestehen können, so dass die schweißtechnische Verbindung dieser Distanzglieder mit den Wandungen keine Probleme aufwirft. Hingegen können die kanalseitigen Distanzglieder in Anpassung an die hohen Temperaturen ausgesetzten Tragschienen demgegenüber aus einem deren wärmetechnische Beanspruchungen berück­ sichtigenden Material bestehen. Aufgrund der Mehrgliedrigkeit der Distanzkör­ per ist es außerdem gewährleistet, dass die Distanzglieder jedes Distanzkör­ pers begrenzt relativ zueinander verschwenken können. Somit kann den tem­ peraturbedingten Längenveränderungen der Tragschienen und der mit diesen über die Schraubbolzen und Muttern verbundenen Klemmschienen in vollem Umfang Rechnung getragen werden.

Die Erfindung gestattet es ferner, durchweg ebene Gasleitbleche zu verwen­ den, wenn die Leitungsanordnungen im Querschnitt rechteckige Gaskanäle aufweisen. Die in den Eckbereichen der Gaskanäle anzuordnenden Gasleitble­ che brauchen dann lediglich einmal um 90° abgekantet zu werden. Denkbar sind aber auch Gasleitbleche für die Eckbereiche, die hier mit einem geeigne­ ten Radius gerundet sind. Ferner können die Gasleitbleche gekrümmt sein, wenn die Gaskanäle der Leitungsanordnung einen kreisrunden Querschnitt be­ sitzen.

Die Tragschienen sind mit ihren Schenkeln zum Gaskanal gerichtet. Die Gas­ leitbleche liegen dann auf den Schmalseiten der Schenkel der Tragschienen. Auf diese Weise bilden die Tragschienen zugleich Wasserablaufkanäle. Zu diesem Zweck können die Tragschienen mit einer entsprechenden Neigung verlegt werden. Die Tragschienen sind dann mit einem entsprechenden Drai­ nagesystem des Gehäuses flüssigkeitsleitend verbunden.

Die U-förmige Profilierung der die Distanzkörper bildenden Distanzglieder er­ möglicht auf der einen Seite eine einwandfreie Verschweißung der wandseiti­ gen Distanzglieder mit den Wandungen des Gehäuses und auf der anderen Seite eine gegenseitige Führung der Distanzglieder eines Distanzkörpers sowie der kanalseitigen Distanzglieder an den Tragschienen. Außerdem können die Distanzglieder jeweils eines Distanzkörpers über ihre Schenkel begrenzt gelen­ kig miteinander und die kanalseitigen Distanzglieder über ihre Schenkel mit den Schenkeln der Tragschienen begrenzt gelenkig verbunden werden. Hierfür gelangen bevorzugt Schraubbolzen und Muttern zur Anwendung. Diese werden nach einer definierten Vorspannung letztlich zur Lagesicherung verschweißt. Außerdem sind die von den Schraubbolzen durchsetzten Bohrungen in den Schenkeln unter der Tragschiene so bemessen, dass spannungsfreie Verlage­ rungen der Bauteile zueinander sichergestellt sind. Die Schraubbolzen er­ strecken sich quer zu den Tragschienen, um ein Verschwenken der Distanz­ glieder eines Distanzkörpers relativ zueinander sowie der kanalseitigen Di­ stanzglieder relativ zu den Tragschienen zu ermöglichen.

Die mit ihren Schenkeln zum Gaskanal gerichteten Tragschienen liegen zwi­ schen den Schenkeln der kanalseitigen Distanzglieder. Zur Durchführung der Tragschienen sind dann die Stege der kanalseitigen Distanzglieder um etwa die Höhe der Tragschienenschenkel ausgeklinkt. Dieses Ausklinken kann beim Herstellen der bevorzugt aus Edelstahlblechen gestanzten und U-förmig um­ geformten Distanzglieder erfolgen.

Die wärmeisolierenden Schichten in den Kontaktbereichen der ineinander greifenden Distanzglieder einerseits bzw. der kanalseitigen Distanzglieder und der Tragschienen andererseits senkt die Größe des Wärmeübergangs von den Gasleitblechen auf die Wandungen des Gehäuses derart, dass an den Wan­ dungen keine unzulässigen Temperaturen herrschen, die das Betriebspersonal gefährden können. Im Prinzip ist eine Wärmeübertragung nur über die linien­ förmigen Kontaktbereiche der Schraubbolzen mit den von ihnen durchsetzten Bohrungen in den Schenkeln der Distanzglieder und der Tragschienen möglich.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der wärmeisolierenden Schichten wird gemäß Patentanspruch 2 darin gesehen, dass diese aus Keramikbändern bestehen. Hiermit können alle Kontaktbereiche innerhalb der Distanzkörper sowie zwischen den Distanzkörpern und den Tragschienen abgedeckt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch eine Leitungsanordnung für heiße Abgase;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Teilansicht auf die Innenverklei­ dung der Leitungsanordnung gemäß dem Pfeil II der Fig. 1;

Fig. 3 in nochmals vergrößerter perspektivischer Darstellung einen Querschnitt durch die Fig. 2 entlang der Linie III-III;

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend derjenigen der Fig. 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 5 ebenfalls in der Perspektive ein Gasleitblech und

Fig. 6 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VI der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine heißes Abgas führende Leitungsanordnung be­ zeichnet. Hierbei kann es sich um eine Gasweiche handeln.

Die Leitungsanordnung 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Rahmen 3 aus ho­ rizontal und vertikal verlaufenden rechteckigen Hohlprofilen 4, die endseitig miteinander verschweißt sind, sowie aus in den Längsebenen der Seitenwände des Rahmens 3 zwischen die Hohlprofile 4 ge­ schweißten trapezförmig abgekanteten Versteifungsblechen 5. Diese bilden somit die Wandung des Gehäuses 2.

Das Gehäuse 2 besitzt eine innere Isolationsverkleidung 6, welche aus wandseitigem Isolationsmaterial 7, wie bei­ spielsweise Steinwolle, und aus kanalseitigen Gasleitble­ chen 8 besteht.

Wie die Fig. 1 bis 5 bei gemeinsamer Betrachtung zu erkennen geben, sind die quadratisch ausgebildeten Gas­ leitbleche 8 mit einer kreuzförmigen Sickung 9 und rand­ seitigen Abkantungen 10 versehen. Die Abkantungen 10 er­ strecken sich nicht über die gesamten Seitenlängen der Gasleitbleche 8. Vielmehr bleiben die Eckbereiche 11 frei von Abkantungen 10. Im Einbauzustand weisen die randsei­ tigen Abkantungen 10 in Richtung zum Gaskanal 12.

Die Gasleitbleche 8 liegen frei beweglich auf im Quer­ schnitt U-förmigen Tragschienen 13, 13a, die sich in Längs- und Querrichtung des Gaskanals 12 erstrecken (Fig. 1 bis 6). Die Stege 14 der Tragschienen 13, 13a verlaufen parallel zu den Gasleitblechen 8, während bei der Ausführungsform der Fig. 3 die Schenkel 15 zu den Wandungen 5 des Gehäuses 2 gerichtet sind. Bei der Aus­ führungsform der Fig. 4 sind die Schenkel 15a der Trag­ schienen 13a zum Gaskanal 12 gerichtet.

Die Abkantungen 10 der Gasleitbleche 8 werden von den Schenkeln 16 U-förmiger Klemmschienen 17 übergriffen. Die Klemmschienen 17 erstrecken sich in den Längsebenen der Tragschienen 13, 13a. Sie besitzen auch ihre Länge.

Auf den Innenseiten der Stege 14 der Tragschienen 13 sind in Längsrichtung der Tragschienen 13 versetzt die Köpfe 18 von Schraubbolzen 19 festgeschweißt (Fig. 3). Die Ge­ windeschäfte 20 der Schraubbolzen 19 durchsetzen Bohrun­ gen 21 in den Stegen 22 der Klemmschienen 17. Der Durch­ messer der Bohrungen 21 ist deutlich größer als der Durchmesser der Gewindeschäfte 20. Mittels Muttern 23 können die Klemmschienen 17 gegen die Tragschienen 13 ge­ zogen werden, so daß dann die Gasleitbleche 8 zwar lage­ orientiert, ansonsten aber frei beweglich in ihren Er­ streckungsebenen sind.

Die Muttern 23 können nach der Lageorientierung der Gas­ leitbleche 8 durch Punktschweißung unverdrehbar festge­ legt werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 sind die Köpfe 18 der Schraubbolzen 19 auf die Außenseiten der Stege 14 ge­ schweigt.

Jede Tragschiene 13, 13a wird von mehreren Distanzkörpern 24, 24a getragen (Fig. 3 und 4). Die Distanzkörper 24, 24a bestehen jeweils aus zwei U-förmig profilierten Di­ stanzgliedern 25, 25a, 26, 26a die ineinander geschach­ telt sind. Die wandseitigen Distanzglieder 25, 25a sind aus einfachem Kohlenstoffstahl, wie z. B. St 37, gefertigt und an den Innenflächen der Wandungen 5 des Gehäuses 2 durch Schweißung festgelegt. Die kanalseitigen, aus Edel­ stahl bestehenden Distanzglieder 26, 26a sind über Schraubbolzen 27 und Muttern 28 mit den wandseitigen Di­ stanzgliedern 25, 25a begrenzt gelenkig verbunden. Die Schraubbolzen 27 durchsetzen ausreichend große Bohrungen 29 in den Schenkeln 30, 31 der Distanzglieder 25, 25a, 26, 26a. Außerdem ist im Kontaktbereich der Schenkel 30, 31 der beiden Distanzglieder 25, 25a, 26, 26a ein Keramikband 32 als Wärmeisolierung zwischen die Schenkel 30, 31 eingegliedert.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 umfassen die dem Gaskanal 12 zugewandten Enden der Distanzglieder 26 die Schenkel 15 der Tragschienen 13 und sind mit diesen über Schraubbolzen 33 und Muttern 34 verbunden. Bei der Aus­ führungsform der Fig. 4 umgreifen die Schenkel 31 der kanalseitigen Distanzglieder 26a ebenfalls die Schenkel 15a der Tragschienen 13a. Außerdem sind die Stege der kanalseitigen Distanzglieder 26a im Höhenbereich der Schenkel 15a der Tragschienen 13a bei 36 ausgeklinkt. Auf diese Weise können die kanalseitigen Distanzglieder 26, 26a sowohl zu den wandseitigen Distanzgliedern 25, 25a als auch zu den Tragschienen 13, 13a begrenzte Schwenkbe­ wegungen durchführen. Die auf die Schraubbolzen 33 ge­ drehten Muttern 34 werden nach Lageorientierung durch Punktschweißung fixiert.

Auch zwischen die Schenkel 31 der kanalseitigen Distanz­ glieder 26, 26a und die Schenkel 15, 15a der Tragschienen 13, 13a werden Keramikbänder 32 eingegliedert, um eine Wärmeübertragung in unzulässiger Größenordnung zu verhin­ dern.

Aus der Fig. 5 ist ein Eckbereich der Leitungsanordnung 1 gemäß Fig. 1 erkennbar. Es ist hierbei veranschau­ licht, daß in den Eckbereichen die Gasleitbleche 8a ge­ rundet oder gemäß 8b rechtwinklig abgekantet sein können.

Bezugszeichenaufstellung

1

Leitungsanordnung

2

Gehäuse v.

1

3

Rahmen v.

2

4

Hohlprofile

5

Versteifungsbleche

6

Isolationsverkleidung

7

Isolationsmaterial

8

Gasleitbleche

8

a Gasleitbleche

8

b Gasleitbleche

9

Sickung

10

Abkantungen

11

Eckbereich v.

8

,

8

a,

8

b

12

Gaskanal

13

Tragschienen

13

a Tragschienen

14

Stege v.

13

,

13

a

15

Schenkel v.

13

15

a Schenkel v.

13

a

16

Schenkel v.

17

17

Klemmschienen

18

Köpfe v.

19

19

Schraubbolzen

20

Gewindeschäfte v.

19

21

Bohrungen in

22

22

Stege v.

17

23

Muttern

24

Distanzkörper

24

a Distanzkörper

25

Distanzglied

25

a Distanzglied

26

Distanzglied

26

a Distanzglied

27

Schraubbolzen

28

Muttern

29

Bohrungen in

30

u.

31

30

Schenkel v.

25

,

25

a

31

Schenkel v.

26

,

26

a

32

Keramikbänder

33

Schraubbolzen

34

Muttern

35

Stege v.

26

,

26

a

36

Ausklinkungen v.

26

,

26

a

Claims (2)

1. Isolationsverkleidung im Innern einer Gas führenden Leitungsanordnung (1), insbesondere einer Gasweiche, welche aus wandseitigem Isolationsmaterial (7) und aus druckstabil gesickten rechtwinklig gestalteten kanalseitigen Gasleitblechen (8, 8a, 8b) besteht, die unter Verpressung des Isolationsmaterials (7) mittels Schraubbolzen (19) und Muttern (23) an den Wandungen (5) des Gehäuses (2) der Leitungsanordnung (1) fest­ legbar sind, wobei die Gasleitbleche (8, 8a, 8b) mit­ tels randseitig wirksamer Klemmschienen (17) sowie den Schraubbolzen (19) und den Muttern (23) zwar la­ georientiert, ansonsten aber in ihren Erstreckungs­ ebenen frei beweglich mit ihren Randbereichen auf Tragschienen (13a) liegen, welche über das Isola­ tionsmaterial (7) durchsetzende Distanzkörper (24a) mit den Wandungen (5) des Gehäuses (2) verbunden sind, und wobei die Aussparungen (36) in den Distanz­ körpern (24a) durchsetzenden Tragschienen (13a) U- förmig mit zum Gaskanal (12) gerichteten Schenkeln (15a) ausgebildet und die Schraubbolzen (19) auf den Außenseiten ihrer Stege (14) festgeschweißt sind, während die Schäfte (20) der Schraubbolzen (19) Boh­ rungen (21) in den Stegen (22) der Klemmschienen (17) mit Spiel durchsetzen, und wobei die Distanzkörper (24a) jeweils aus zwei ineinandergesteckten und be­ grenzt gelenkig miteinander verbundenen U-förmigen Distanzgliedern (25a, 26a) bestehen, von denen die wandseitigen Distanzglieder (25a) an die Wandungen (5) des Gehäuses (2) geschweißt und die kanalseitigen Distanzglieder (26a) begrenzt gelenkig mit den Schen­ keln (15a) der Tragschienen (13a) verbunden sind, und wobei in die Kontaktbereiche einerseits zwischen den Schenkeln (30, 31) der Wand- und kanalseitigen Di­ stanzglieder (25a, 26a) und andererseits zwischen den kanalseitigen Distanzgliedern (26a) und den Trag­ schienen (13a) Wärme isolierende Schichten (32) ein­ gegliedert sind.

2. Isolationsverkleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme isolieren­ den Schichten (32) aus Keramikbändern gebildet sind.