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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Baustein für Öfen und Rauchzugsysteme. Sie
bezieht sich auf das technische Gebiet der Heiztechnik, insbesondere
die Baustofftechnik für Öfen für die Biomasse-Verbrennung.
Zusätzlich
wird ein Ofen oder Kachelverband vorgeschlagen, der vorwiegend aus diesem
Baustein besteht. Einsatz findet dieser Baustein in vielfältiger Form
im Ofenbau zur Fertigung von Kachelöfen, und hier vor allem für Grund-,
Warmluft oder Kombiöfen
als Ersatz für
mehrschalige Baukonstruktionen aus Kacheln und Schamott-Grundaufbau.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Verwendung als Rauchzug im
Wohnraum oder als Heizkamin für
flexible Anwendbarkeit.
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Der
Ofenbau blickt auf eine lange Tradition zurück. Der Kachelofen ist ein
Speicherofen, da der Kachelofen die in ihm freigesetzte Wärme aufnimmt und
langsam an seine Umgebung mittels angenehmer Strahlungswärme abgibt.
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Das
im Kachelofen integrierte Rauchzugsystem und natürlich auch die Brennkammer
ist gewöhnlich
komplett schamottiert und wird Speicherkern genannt. Über die
Oberfläche,
die aus demselben oder ähnlichen
Material (Kacheln, Speckstein, etc.) besteht, wird die aufgenommene
Wärme langsam
abgegeben. Der Kachelofen hat fast nur Vorteile. Er ist sparsam
im Verbrauch an Holz-Brennstoffen und erzeugt ein gesundes Raumklima.
Einer seiner Nachteile ist, dass er für kurzfristiges Aufheizen von
Räumen
nicht gut geeignet ist. Das kommt daher, dass zuerst die Kachelofenmasse
erwärmt
werden muss und der Kachelofen erst etwas zeitverzögert mit
der Wärmeabgabe
beginnt. Ist jedoch häufig
eine rasche Wärmeabgabe
gewünscht,
wird der Kachelofen in leichter Bauart gebaut, durch die sein Gewicht
verringert und die Wärmeabgabe
beschleunigt wird. Eine schnellere Wärmeabgabe bedeutet aber auch
eine kürzere
Strahlungsperiode.
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Für besonders
hohe Wärmeausbeute
gibt es auch Heizeinsätze
welche in den Kachelofen anstatt der Feuerkammer eingebaut werden.
Diese sind aus Gusseisen und durch einen Luftraum von der Außenschale
(z.B. Kachelwand) des Kachelofens rasch abzustrahlen und aufgrund
der etwas stärkeren
höher frequenten
Wärmestrahlung
erwärmt
es hervorragend Luft, welche als Wärmetransportmedium sehr gut
geeignet ist. Die im Hohlraum erwärmte Luft kann direkt mittels
Luft-Auslässen
in den Raum geleitet werden und unterstützt und beschleunigt die Wärmeabgabe
des Kachelofens. Jedoch kann die im Kachelofen erhitzte Luft mittels
Kanälen
auch in andere Räumlichkeiten
geleitet werden und dort wärmend einströmen, aber
auch in so genannte Hypokaustenwände
(Strahlwände),
welche ebenfalls sanfte Wärmestrahlung
abgeben. Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass Kachelöfen zweischalig
aus Kachelverkleidung und Schamott-Grundaufbau bestehen (Grundofen)
oder eine Kammer aus Gusseisen in der Kachelhülle besitzt und die Luft in
einem Spalt erhitzt und weiterleitet (Warmluftofen, bzw. Einsatzofen)
oder eine Kombination aus Grundofen und Warmluftofen darstellen
(Kombiofen), wobei die Rauchgase (Heizgase) zusätzlich durch einen Rauchgaszug
aus Schamott oder ähnlichem
Material geführt
werden und sowohl der Heizeinsatz aus Gusseisen als auch der Rauchgaszug
zusammen mit Kacheln verkleidet werden. Dadurch sind schnelle Ausheizung
als auch lang anhaltende Speicherwärme möglich.
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Für gewöhnlich werden
rechtwinklige Schamott-Bausteine zur Speicherkernbildung und Kacheln
in verschiedener Ausführung
zur Erzeugung der Verkleidung der Außenwand des Ofens eingesetzt.
Die Form der Kacheln ist optische und bautechnisch bedingt. Gebrauchsmuster
DE9418264U beschreibt
ein zweiteiliges Speicherstein- Element
mit Hohlraum zur Warmluftzirkulation. Die Speichermasse wird hier
angepasst durch ein Nut-Feder Prinzip in eine hohle dreiseitige
Kachel eingebracht, wobei die Hohlräume der Warmluft und nicht
dem Rauchzug dienen.
DE8319804U beschreibt
einen Grundofen-Nachheizkasten-Bausatz mit U-Profil zur Gestaltung
eines zu verbauenden Rauchzuges.
DE20218351U offenbart eine Rauchgasführung mit einem
Gehäuse
vorzugsweise aus Blech.
DE20105469U beschreibt
einen vorfabrizierbaren Kachelgrundofen ohne Grundgerüst in selbst
tragender Bauweise.
AT403317B beschreibt
einen Bausatz für
einen prismatischen Rauchzug dessen abgestimmte Teile einen sich
verjüngenden
Schacht ergeben.
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AT409416B beschreibt
ein Speicherbauteil für
ein Zugsystem mit achtkantiger Außenseite und rundem Innendurchmesser.
AT2857U beschreibt
einen weiteren Speicherbauteil für
ein Zugsystem mit rechteckigem oder achteckigem Querschnitt und Umlenkkanal.
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Aufsetzend
auf diesen Stand der Technik wurde ein Baustein gesucht, der die
Funktion von Schamottstein und Kachel vereint und zudem als Rauchzugstein
mit besonders guten Zugeigenschaften für beliebige Heizphasen erfüllt, insbesondere, dass
die Wärmeströmung über den
Weg eine konstante Energieabgabe erlaubt. Weitere Aspekte sind leichte
Transportfähigkeit
des Bauteiles, kurze Errichtungszeit für daraus gebildete Öfen oder
Rauchzüge
sowie ein ansprechendes fertiges Äußeres der mithilfe des Bausteines
errichteten Funktionskörper.
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Vorgeschlagen
werden ein Baustein sowie der Verband mehrerer solcher Bausteine
als Ofen und Rauchzug-System. Der Baustein soll aus einem massiven
feuerfesten Grundwerkstoff bestehen. Dieser ist „aus einem Guss" gefertigt und weist
eine dreiseitige ebene Wand-Außenfläche mit
zwei Knickstellen oder Flächenkrümmungen
auf. So ergibt sich jeweils eine Kante mit oder ohne Abrundung.
Die Flächennormalen
benachbarter Außen-Seiten
schließen einen
Winkel von mindestens 60°,
vorzugsweise genau 60° oder
90° ein.
Der Baustein besitzt eine durchschnittliche Wandstärke von mindestens
3cm. Dadurch ergibt sich eine hohe Speicherwirkung. Gleichzeitig
bildet der Baustein durch die Wand-Innenfläche einen Tunnel, dessen Wandabstand
sich zur Tunneldecke hin verjüngt.
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Eine
Veredelung der Oberfläche
zumindest an einem nach dem Verbau sichtbaren Teil erlaubt den optisch
ansprechenden sofortigen Einsatz ohne Verkachelung, leichtere Reinigung
und verbessert die Lebensdauer.
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Der
Baustein besteht vorteilhaft aus einem keramischen oder metallischen
Grundstoff. Diese Stoffe sind gießbar, formbar und leicht zu
bearbeiten.
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Wie
für alle
Kachelöfen
kann zur Bildung des Grundwerkstoffes irdenes Material aus Tonmineralien
wie Kaolinit, Halloysit, Montmorillonit, Vermiculit oder Allophan
oder Kaolin oder Zement oder dergleichen getrennt. Diese Aluminium-haltigen
Verbindungen sind mit Wasser zur formbaren und brennbaren Massen
mischbar und zur Sinterung fähig.
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Ebenso
ist es möglich,
dass der Grundwerkstoff des Bausteins aus Gusseisen, Aluminium oder Metallschaum
vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminium-Legierung besteht. Dies verringert gegenüber keramischen
Werkstoffen die Wärmespeicherfähigkeit,
beschleunigt aber die Lufterwärmung.
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Auch
Glaskeramik ist für
die Herstellung des Bausteines denkbar. Durch die Verwendung lassen sich
Sichtfenster bilden. Grundsätzlich
sind dabei Hohlwände
vorteilhaft, da Glas ein schlechter Wärmeleiter ist.
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Speziell
bei der Gestaltung können
verschiedene Bausteine kombiniert und dadurch die Vorteile unterschiedlicher
Materialien ausgenutzt werden.
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Von
Bedeutung ist eine künstlerische und/oder
die Abstrahlfläche
vergrößernde Prägung in der
Oberfläche
oder Erhebungen aus der Oberfläche.
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Für ästhetische
Gestaltung eignet sich vorteilhaft ein Schliff, eine Polierung,
eine Beschichtung vorzugsweise mittels Glasur, Emailschicht, Farb- und/oder
Lackauftrag oder eine ähnliche
Vergütung zur
Veredelung der Oberfläche.
Diese Erfolgt ökonomisch
zumindest an nach dem Verbau sichtbaren Teilflächen der Bausteine ist.
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Die
Form des Bausteines weist für
die Spannungsfestigkeit vorteilhaft zumindest im Bereich der Knickstellen
Hohlräume
auf. Diese bilden zusätzliche Kanäle, welche
für Warmluft-Leitungen
genutzt werden können.
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Zur
Verbesserung der Wärmespeicherung können die
die Hohlräume
einen Füllstoff
aus lose komprimierbarem feuerfestem Material vorzugsweise aus Aluminiumfolie
tragen.
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Besonders
hervorzuheben ist die Verwendbarkeit als Bauelement für einschalige Öfen zusammen
mit Boden- und Deckenplatten, Rauchabzugsrohr und vierter Wandabschluss
als Platte mit Abgasrohr sowie Rauchzugs-Umlenkplatte und einer
Sichtfenster tragenden Ofentür.
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Bei
Bildung von Zugkanälen
mit raum- zugewandten optisch ansprechenden Flächen werden die Bausteine derart
verbunden, dass die Rauchgase im Tunnelrohr zur Tunneldecke steigen
können,
wobei eine optimale gleichmäßige Wärmeverteilung
resultiert.
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Die
Erfindung wird anhand beiliegender Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 bis 8 ein
Beispiel des Bausteins in verschiedenen Ansichten und Zusammenstellungen.
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9 bis 11 zeigen
eine weitere Gestaltung des Erfindungsgegenstandes.
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12 bis 15 zeigen
einen durch die Zugbausteine und zusätzliche Konstruktionselemente
gebildeten Kachel-Kleinstofen mit Pelletsrutsche.
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16 zeigt
eine Anordnung der Bausteine als Strahlungswand bildendes Zugsystem.
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1 zeigt
den erfindungsgemäßen Baustein 1 in
als Tunnel 7 aufgestellter Lage. Die Außenseite 2 dieses
U-profilförmigen
Bausteins ist hier rechtwinklig geformt und die Innenseite zeigt
den tunnelartigen Wandverlauf, welcher sich nach innen zu verjüngt. Hier
ist ein tonnenförmiger
Abschluss als Tunneldecke 9 gezeigt, der für die Rauchgasführung sehr
effizient wirkt, da er unabhängig
von der Durchströmgeschwindigkeit
gleichmäßige Wärme-abgabe an
die Speichermasse des Bausteines erlaubt. Eine Seite 10 weist
eine Oberflächenveredelung 11 auf, die
am zweckmäßigsten
eine Glasur ist.
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2 und 3 zeigen
je eine der Stirnflächen-Ansichten
des Bausteins 1 aus 1 in umgelegter
Lage z.B. in Grundriss-Ansicht. Die untere Seitenwand 10 ist
die veredelte und raumzugewandte Seite. Durch Stapelung mehrerer
solcher Bausteine 1 übereinander
entsteht ein längerer
offener Kanal. Werden spiegelbildlich und paarweise zusammengefügte Bausteine 1 übereinander
angeordnet entsteht eine geschlossene Ofenwand, welche allseitig
oberflächenveredelt
einen kleinen Kachelofen bilden kann. Wird einer der solchermaßen gestapelten
und an den Bausteine umgedreht, sodass die gegabelte Öffnung zur
Seite schaut, ergibt sich eine Brennstoffzuführ- oder Sichtfensteröffnung oder
eine Kaminanschluss-Öffnung.
Die zusätzlichen
Ausnehmungen 14 laut 2 dienen
der thermischen Verbesserung zur Vermeidung von Sprüngen und
können
als Warmluftpfade genutzt werden. Füllstoffe 15 wie lose geformte
Aluminiumfolie können
weitere Eigenschafts-Verbesserungen
ermöglichen.
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In 3 sind
Vertiefungen 12 und Erhebungen 13 angedeutet.
Diese dienen der Verzierung, der Oberflächen-Vergrößerung oder als Hilfe für die Verbindung
zweier solcher Bausteine.
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In 4 und 5 sind
die Schrägrisse
der Bausteine gezeigt.
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Zur
Bildung eines Rauchzuges werden von unten nach oben durchströmte Tunnelgebilde
mithilfe der Anordnung wie in 6 gezeigt
eingesetzt. Diese Anordnung wird vorzugsweise zeilenweise übereinander
gestapelt. Zur Richtungsumleitung in die nächst höhere Zeile wird der letzte
Baustein in Durchzugsrichtung einer Zeile einfach mit der Tunneldecke nach
unten gedreht. Zur Dichtung der Stirnseiten jeder Zeile kann eine
Schamottfläche
oder ein Stapel der Bausteine in der Lage, wie in 4 und 5 gezeigt
dienen. Die Vorzüge
dieser Anordnung der Bausteine als Rauchzug sind experimentell und
rechnerisch nachgewiesen, wobei die nach oben verjüngende Form
gasdynamisch ideal für
die Wärmeabgabe
der Rauchgaswärme
an das Bausteinmaterial ist. Durch Teilung der Bausteine mittels
Gehrungsschnitte können
auch nicht plane Rauchzüge
gestaltet werden.
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7 zeigt
eine alternative Anordnung zur Rauchzug-Bildung wobei eine Lage
nach oben offen und eine Lage nach unten offen einen Tunnel bildet. Dadurch
ist der Querschnitt des Rauchzuges doppelt so groß.
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8 zeigt
ein Beispiel für
eine weitere Anordnung.
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Die 1 bis 3 sind
mit einem anderen erfindungsgemäßen Baustein
als 9 bis 11 wiederholt. Hier ergeben
sich durch einen größeren Öffnungswinkel
der Tunnelform, halb-wabenartige hexagonale Gebilde, welche sich
zu Waben zusammensetzen lassen. Dadurch resultiert ein größerer Querschnitt
für die
Kombinationsform gegenüber
der Verwendung der Bausteine gemäß 7 bei
in etwa gleichem Materialbedarf.
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12 bis 15 zeigen
einen Klein-Kachelofen aus den erfindungsgemäßen Bausteinen 1. Der
hier gezeigte Ofen verwendet sieben übereinander geschichtete tunnelförmigen Bausteine,
wovon der unterste und die vier oberen ihre gabelförmige Öffnung nach
hinten haben und die restlichen zwei ihre Öffnung nach vorne. Dort befindet
sich eine Ofentür 16,
idealerweise mit Sichtfenster 17. Dieser Bausteinstapel
ist oben und unten mit je einer Kachel 18, 19 abgedeckt.
Die Oberen vier Bausteine werden an der Rückseite durch eine Schamott-Platte 20 abgedichtet,
die ein Abzugs- oder
Kaminanschlussrohr 21 aufweist.
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Ein
Brennstoffzufuhrbehälter 22 zur
Abbrandautomatisierten Zuführung
vorzugsweise von Pellets in den Brennraum schließt die Konstruktion ab. Im
Inneren ist vorteilhaft eine Rauchzugs-Trennplatte 23 vorgesehen,
die den Weg des Heizgases verlängert.
Unter dem Aufbau können
Standbeine 24 vorgesehen sein. Unter dem Brennraum befindet sich
eine herausnehmbare Aschenlade 25.
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15 stellt
eine Explosionszeichnung des Ofens dar.
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16 zeigt
ein Beispiel für
einen Rauchzug aus 3 Reihen der erfindungsgemäßen Bausteine mit der veredelten
Seite nach vorne. Der Rauch tritt unten rechts ein und gelangt durch
die Bausteine der untersten Reihe von links nach rechts, dann hinauf
in die zweite Reihe wieder zurück
nach links und schließlich
hinauf in die dritte Reihe, wo er dann an der rechten Seite oben
austritt. Der Rauch kommt vom Ofen und geht in den Kamin.
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- 1
- Ofen-
oder Rauchzug-Baustein
- 2
- Wand-Außenfläche
- 3
- Knickstelle
1
- 4
- Knickstelle
2
- 5
- Winkel
- 6
- Mittlere
Wandstärke
- 7
- Tunnel
- 8
- Tunnelwandabstand
- 9
- Tunneldecke
- 10
- Sichtbarer
Ofen- oder Rauchzugteilstück
- 11
- Veredelung
(Glasur, Email, Farblasur, Lack, ..)
- 12
- Vertiefung
- 13
- Erhebung
(Relief)
- 14
- Hohlpfad,
ohne Rauchdurchgang
- 15
- Füllstoff
- 16
- Ofentür
- 17
- Sichtfenster
- 18
- untere
Abdeckkachel
- 19
- obere
Abdeckkachel
- 20
- Schamottrückwand
- 21
- Abzugsrohr
(Kaminanschluss)
- 22
- Brennstoffzufuhr(-behälter)
- 23
- Rauchzug-Umlenkplatte
- 24
- Füße
- 25
- Aschenlade