DE19653483C2 - Hängevorrichtung für den Einsatz in Brennöfen zur Herstellung keramischer Bauteile - Google Patents
Hängevorrichtung für den Einsatz in Brennöfen zur Herstellung keramischer BauteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hängevorrichtung für den
Einsatz in Brennöfen zur Herstellung keramischer Bau
teile. Dabei sollen keramische Rohlinge, insbesondere
großformatiger Bauteile, wie Rollenrohlinge, nach der
Trocknung gebrannt werden. Während des Brennvorganges
können dabei die keramischen Bauteile und insbesonde
re die Rollenrohlinge im Brennofen aufgehängt werden.
Keramische Bauteile und dabei insbesondere Ofenrollen
aus keramischen Material werden zum Brennen in ent
sprechend ausgebildeten Ofenkammern aufgehängt. Hier
für werden üblicherweise feuerfeste Stützmauern ver
wendet, auf denen Querverstrebungen oben aufgelegt
werden.
Die thermischen Belastungen berücksichtigend, werden
diese Stützmauern entweder aus Siliciumcarbidsteinen
(nitridisch oder silicatisch gebunden) oder aus
Al2O3-Steinen (Korund) in die Brennöfen hineingebaut.
Dabei müssen die für das Brennen vorgesehenen Ofen
kammern in ihren Abmessungen auf die zu brennenden
keramischen Bauteile angepaßt werden, um eine wirt
schaftliche Befüllung des Brennofens zu gewährlei
sten. Für keramische Rollenrohlinge sind dabei Rol
lenlängen von bis zu 5 m zu berücksichtigen.
Dabei werden gegenwärtig die maximale Größe der
Brennkammer, ausgehend von der maximal erforderlichen
Brenntemperatur ausgelegt und dabei wird berücksich
tigt, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung im
Brennofen erreicht wird, um eine sehr hohe Qualität
der gebrannter Bauteile (Ofenrollen) zu sichern. Das
bedeutet, daß je größer die maximal erforderliche
Brenntemperatur wird, das maximale Brennvolumen in
der Ofenkammer entsprechend kleiner werden muß. Bis
her übliche, mit Stützmauern ausgestattete Brennkam
mern, erlauben daher für das Brennen keramischer
Ofenrollen einen Besatz zwischen 1.000 und 3.000
Stück.
Bei den erforderlichen sehr hohen Brenntemperaturen
und dem zyklischen Ofenbetrieb, mit den dabei auftre
tenden Temperaturdifferenzen, unterliegen die bisher
üblicherweise verwendeten Stützmauern einer außeror
dentlich harten thermomechanischen Belastung und Ver
schleißen dadurch, was eine ständige Wartung und Er
neuerung zur Folge hat.
Ein weiterer Nachteil, den die bisher verwendeten
Stützmauern mit sich bringen, ist der, daß der in den
Ofenkammern zur Verfügung stehende Raum entsprechend
eingeschränkt und demzufolge auch die Kapazität und
Produktivität des zu verwendenden Brennofens verringert
wird. Darüberhinaus wird die Energiebilanz des
Brennofens ebenfalls negativ beeinflußt, da beim Auf
heizen auch das Material für die Stützmauerkonstruk
tion erwärmt werden muß.
Aus der DE 43 01 841 A1 ist eine Hängevorrichtung be
kannt, wobei mindestens ein an der Decke des Brenn
vorgangs befestigbares Hängeelement aus SiC mit einem
Tragbalken aus SiC verbunden ist. Die Tragvorrichtung
nach dieser Druckschrift hat allerdings keine Durch
brechungen zur Aufname der Hängeelemente.
Hängeelemente sind auch aus der DE-GM 79 22 798 sowie
aus der DE 28 50 571 A1 bekannt.
Eine Vorrichtung zum Brennen ist auch in der
US-PS 4 721 460 bekannt. Die EP 0 707 188 A1 be
schreibt einen Tragkörper aus SiC.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Hängevor
richtung für den Einsatz in Brennöfen zur Herstellung
keramischer Bauteile vorzugeben, die gegenüber ther
momechanischer Belastung und unter dem Einfluß hoher
Temperaturgradienten hochgradig widerstandsfähig ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal
tungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich mit der Verwendung der in den untergeordneten
Ansprüchen genannten Merkmale.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Hängevorrichtung be
steht dabei aus mindestens zwei Elementen, die aus
Siliciumcarbid bestehen und die formschlüssig so mit
einander verbunden sind, daß das an der Decke des
Brennofens befestigbare Hängeelement und ein an diesem
befestigter Tragbalken, Relativbewegungen der
beiden Elemente zueinander ermöglichend, verwendet
werden. Dabei sollen in erster Linie bei der Erwär
mung während der Aufheizphase und Abkühlung nach Ab
schluß des Brennvorganges auftretende Temperaturdif
ferenzen mit den damit verbundenen Wärmeausdehnungen
dadurch abgefangen werden.
Vorteilhaft werden dabei mindestens zwei Hängeelemen
te an der Decke des Brennofens befestigt und die Be
festigung erfolgt in der Form, daß diese Hängeelemen
te teilweise durch die Decke des Brennofens geführt
und dort oberhalb der Decke arretiert werden.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Tragbalken weist
dann entsprechend der Anzahl der verwendeten Hänge
elemente Durchbrechungen auf, durch die die Hängeele
mente geführt sind und dabei der unterhalb des Trag
balkens verbleibende Teil der Hängeelemente eine Auf
weitung aufweist, die größer ist als der freie Quer
schnitt der Durchbrechungen.
Vorteilhaft können dann die Durchbrechungen und die
genannten Aufweitungen entsprechend zueinander ko
nisch ausgebildet sein, um einen gleichmäßigen Kraft
angriff unter Vermeidung von Seiten- und Querkräften
zu erreichen.
Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Auf
weitungen und die Durchbrechungen als Kugel-Pfanne-
Anordnung auszubilden.
Die Tragbalken befinden sich mit der erfindungsgemäß
ausgebildeten Hängevorrichtung unmittelbar unterhalb
der Ofendecke und es können an diesen mit weiteren
Hilfskonstruktionen zum Aufhängen, die zu brennenden
Rohlinge aufgehängt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine thermisch
und mechanisch hochbelastbare Hängevorrichtung zur
Verfügung gestellt, die den zyklischen Brennbedingun
gen über einen großen Zeitraum standhält. Dies ist
auch bei den sehr hohen Temperaturen im Brennofen bei
der relativ großen Wärmeausdehnung der feuerfesten
Ofeninnenauskleidung, den Wärmedurchgängen und den
Temperaturgradienten, die insbesondere im Veranke
rungsbereich der Ofendecke zu berücksichtigen sind,
der Fall.
Bei der bevorzugt zu verwendenden Verankerung der
Hängeelemente oberhalb der Ofendecke, treten an die
sem während der Hochtemperaturphase ein Temperatur
gradient bis zu 1.400°C auf. Mit der erfindungsgemä
ßen Ausbildung der Hängevorrichtung kann die entspre
chende Wärmeabführung und die unterschiedliche Wärme
ausdehnung der anderen Ofenkonstruktionsmaterialien
ausgeglichen werden und es treten keine mechanischen
Verspannungen in einer Größenordnung auf, die zum
Bruch oder anderweitiger Zerstörung an den erfin
dungsgemäß zu verwendenden Elementen führt und demzu
folge Havarien, die zu Ausschuß und Produktionsaus
fällen mit den entsprechenden erhöhten Kosten führen
können, sind vermeidbar.
Ein weiterer Vorteil, den die erfindungsgemäß ausge
bildete Hängevorrichtung mit sich bringt, ist die
Möglichkeit, daß die zu brennenden Rohlinge und dabei
insbesondere die zu brennenden Ofenrollen sehr dicht
und unmittelbar unterhalb der Ofendecke angehängt
werden können, so daß eine leichte Zugänglichkeit zur
Aufhängung und wieder Abnahme ermöglicht wird und au
ßerdem der im Brennofen zur Verfügung stehende Raum
optimal genutzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Hängevorrichtung hat dabei den
Vorteil, daß, obwohl die an den Tragbalken angreifen
de Last als reine Zugbelastung auftritt, die eigent
lich bei einer Keramikkonstruktion vermieden werden
sollte, da Keramiken eine um den Faktor 10 bis 100
geringere Zugfestigkeit im Vergleich zur Druckfestig
keit hat, trotzdem einsetzbar sind. Die erfindungs
gemäße Lösung vermeidet außerdem, insbesondere durch
die Gestaltung der formschlüssigen Verbindung zwi
schen Hängeelement und Tragbalken erhöhte Biege-,
Zug- und/oder Torsionsspannungen, die zu lokalen
Spannungsüberhöhungen und dementsprechend zu Brüchen
der verschiedenen Bauteile an diesen orten führen
können.
Dem kann einmal dadurch entgegen gewirkt werden, daß
eine gleichmäßige Kraftübertragung zwischen Tragbal
ken und Hängeelementen durch eine jeweils dem ent
sprechenden Bauelement angepaßte konische Ausbildung,
im Bereich der formschlüssigen Verbindung oder eine
Ausbildung als Kugel-Pfanne-Anordnung verwendet wird.
Bei der letzteren Variante wird die bevorzugt am un
teren Ende der Hängeelemente ausgebildete Aufweitung,
zumindest im Bereich, der im direkten Kontakt als
Auflage für den Tragbalken dient, halbkugelförmig
ausgebildet wird. Dabei können die verwendeten Radien
für die Kugelform optimiert werden. Dem entsprechend
ist der untere Bereich der Durchbrechungen in den
Tragbalken, der sich an der Aufweitung der Hängeele
mente abstützt, ebenfalls zumindest teilweise halbku
gelförmig als entsprechende Pfanne ausgebildet, so
daß Hängeelement und Tragbalken je nach dem Radius
verhältnis über einen Ringbereich die Kraft übertragen.
Bevorzugt sollte ein Radiusverhältnis größer 0,5
eingehalten werden. Dadurch wird gesichert, daß auf
das Hängeelement der Kraftangriff so erfolgt, daß ei
ne entsprechende gleichmäßige Verteilung der Zug
spannung wirkt und gefährliche zusätzliche überla
gernde Biegemomente, die infolge von Quer- und Sei
tenkräften auftreten könnten, weitestgehend vermieden
werden. Da lokale Zugspannungsüberhöhungen mit einer
entsprechenden Ausbildung vermieden werden, ist die
erfindungsgemäße Lösung wesentliche widerstandsfähi
ger und Brüche können vermieden werden.
Mit einer entsprechend ausgebildeten Hängevorrichtung
konnten sehr hohe Lasten über den Tragbalken auf die
Hängeelemente übertragen werden, so daß auf engstem
Raum eine große Anzahl von zu brennenden Rohlingen
angeordnet werden können.
Die besonders günstig zu verwendende Kugel-Pfanne-
Anordnung bei den Hängeelementen und den Tragbalken,
erlaubt eine bewegliche Anordnung zwischen diesen
beiden Elementen, so daß Wärmedehnungen ohne weiteres
ausgeglichen werden können und trotzdem eine gleich
mäßige Spannungsverteilung gesichert bleibt. Auch an
dere Bewegungen, die z. B. durch die Strömungen im
Brennofen hervorgerufen werden oder beim Auf- und Ab
hängen der Rohlinge zwangsläufig auftreten, können
durch die insgesamt relativ bewegliche Konstruktion
ebenfalls weitestgehend abgefangen werden.
Als geeignete Materialien für die erfindungsgemäß zu
verwendenden Hängeelemente und Tragbalken sind rekri
stallisiertes Siliciumcarbid (R-SiC), siliciuminfil
triertes Siliciumcarbid (SiSiC), nitridgebundenes Si
liciumcarbid (N-SiC), gesintertes Siliciumcarbid (S-
SiC) oder verschiedene Mischungen der genannten Siliciumcarbide.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungs
beispiel näher beschrieben werden.
Dabei zeigt:
Fig. 1: eine Darstellung eines Beispiels für eine
erfindungsgemäße Hängevorrichtung und
Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung der form
schlüssigen Verbindung mit einer Kugel-
Pfanne-Anordnung an einem Hängeelement und
einem Tragbalken.
Zum Brennen von keramischen Ofenrollen als Rohlinge
sollen diese, bevorzugt sehr dicht unterhalb der
Ofendecke, in einem sogenannten Deckenförderofen hän
gend angeordnet werden können. Hierfür eignet sich
eine entsprechende Tragkonstruktion zur Aufnahme der
senkrecht aufgehängten Ofenrollen, bei der parallel
zueinander ausgerichtete Tragbalken 2 mittels Hänge
elementen 1 gehalten werden. Dabei sollte jeder Trag
balken 2 mit mindestens zwei Hängeelementen 1, bevor
zugt drei Hängeelementen 1 gehalten werden. Die Hän
geelemente 1 werden in einer bevorzugten Ausführung
durch die Ofendecke geführt und dort oberhalb veran
kert. Zur Verankerung kann im Hängeelement 1 eine Nut
5 ausgebildet sein, in die eine entsprechend ausge
bildete Arretierung eingreifen kann, die sich dann
oberhalb der Ofendecke abstützt und die Last auf
nimmt.
Am unteren Ende des Hängeelementes 1 ist dann eine
Aufweitung 4 ausgebildet, auf der sich der Tragbalken
2 abstützen kann. Der Tragbalken 2 weist dabei entsprechend
der Anzahl der verwendeten Hängeelemente 1
in gleichmäßigen Abständen zueinander oder in einer
symmetrischen Anordnung Durchbrechungen 3 auf, durch
die das jeweilige Hängeelement 1 geführt werden kann,
bis sich der Tragbalken 2 an der Aufweitung 4 des
Hängeelementes 1 abstützt.
Bei diesem Beispiel ist der untere Teil der Durchbre
chung 3 des Tragbalkens 2 zumindest teilweise halbku
gelförmig und der entsprechende Teil der Aufweitung 4
des Hängeelementes 1 dieser Form entsprechend ange
paßt ausgebildet, so daß beide Teile in diesem Be
reich eine Kugel-Pfanne-Anordnung bilden.
Der obere Teil des Tragbalkens 2 bildet dabei den
Auflagegurt 6 für das Brenngut.
In der Fig. 2 ist dann in einer vergrößerten Dar
stellung das Beispiel mit der erfindungsgemäß zu ver
wendenden Kugel-Pfanne-Anordnung deutlicher darge
stellt. Zur besseren Erkennbarkeit liegt in dieser
Darstellung der Tragbalken 2 nicht direkt auf der
Aufweitung 4 des Hängeelementes 1 auf.
Bei diesem Beispiel wurde ein Kugelradius der Pfanne
RP-T im Tragbalken 2 von 67 mm und beim Kugelradius
RK-H an der Aufweitung 4 des Hängeelementes 1 von 65 mm
gewählt, was ein Radiusverhältnis von RP-T : RK-H =
0,97 ergibt. Die sich daraus ergebende theoretische
Kraftübertragungslinie 7 ist in Fig. 2 eingezeich
net. Dabei zeigt insbesondere die Darstellung der
Fig. 2, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Geo
metrien einen gleichmäßigen Kraftangriff mit einer
entsprechenden Spannungsverteilung sichern und da
durch gewährleistet wird, daß die zwar thermisch sehr
stabilen Siliciumcarbide eingesetzt werden können,
obwohl deren Zugfestigkeit begrenzt ist.
Beim Brennen von keramischen Ofenrollenrohlingen kön
nen diese an den Tragbalken 2 über zusätzliche nicht
dargestellte Hilfsleisten aufgehängt werden und dabei
je Tragbalken 2 eine Masse von ca. 450 kg bei Tempe
raturen von ca. 1.550°C sicher gehalten werden, wo
bei sich die Betriebsfestigkeit bereits bei einer ho
hen Anzahl von Versuchen, bei denen keine Abrizse
oder andere Beschädigungen festgestellt werden Konn
ten, bestätigt hat.
Claims (6)
1. Hängevorrichtung für den Einsatz in Brennöfen
zur Herstellung keramischer Bauteile mit minde
stens einem an einer Decke des Brennofens befe
stigten und Aufweitungen aufweisenden Hängeele
ment aus Siliziumcarbid und einem mit dem minde
stens einen Hängeelement verbundenen Tragbalken
aus Siliziumcarbid,
Relativbewegungen dieser beiden Elemente zulas send,
dadurch gekennzeichnet
daß der Tragbalken (1) für jedes Hängeelement mit einer Durchbrechung (3), die an einem der Decke abgewandten Ende eine Querschnittserweite rung aufweist, versehen ist
und daß das mindestens eine Hängeelement (2), das zum Abstützten des Tragbalkens (1) dient, derart durch jeweils eine Durchbrechung (3) geführt ist, daß die Aufweitung (4) formschlüssig in die Querschnittserweiterung eingreift.
Relativbewegungen dieser beiden Elemente zulas send,
dadurch gekennzeichnet
daß der Tragbalken (1) für jedes Hängeelement mit einer Durchbrechung (3), die an einem der Decke abgewandten Ende eine Querschnittserweite rung aufweist, versehen ist
und daß das mindestens eine Hängeelement (2), das zum Abstützten des Tragbalkens (1) dient, derart durch jeweils eine Durchbrechung (3) geführt ist, daß die Aufweitung (4) formschlüssig in die Querschnittserweiterung eingreift.
2. Hängevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das/die Hängeelement(e) (1)
teilweise durch die Decke des Brennofens geführt
und oberhalb der Ofendecke verankerbar ist/sind.
3. Hängevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbre
chung(en) (3) und die Aufweitung(en) (4) zu
mindest teilweise konisch ausgebildet sind.
4. Hängevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbre
chung(en) (3) und die Aufweitung(en) (4) als Ku
gel-Pfanne-Anordnung ausgebildet sind.
5. Hängevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Radiusverhältnis zwischen
dem Kugelradius (RK-H) des/der Hängeelemente(s)
(3) und dem Pfannenradius (RP-T) am Tragbalken
(2) größer 0,5 ist.
6. Hängevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß Hängeelement (3)
und Tragbalken (2) aus rekristallisiertem Sili
ciumcarbid (R-SiC), siliciuminfiltriertem Sili
ciumcarbid (SiSiC), nitridgebundenem SiC (N-SiC)
und/oder gesintertem Siliciumcarbid gebildet
sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: THE MORGAN CRUCIBLE COMPANY PLC, WINDSOR, BERKSHIR |
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Representative=s name: PFENNING MEINIG & PARTNER GBR, 80336 MUENCHEN |
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