DE202009012119U1 - Hochtemperaturstabiles Hohlprofil - Google Patents

Abstract

Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) mit Seitenwänden (3) und Querwänden (6), wobei im Querschnitt die Wandstärken der Seitenwände (3) und der Querwände (6) vom Mittenbereich (4) in den Eckbereich (5) hin zunehmen.

Description

• Hohlprofile mit temperaturstabilen Eigenschaften werden beispielsweise als krafttragende Halterungen für Prozessgüter oder als Brennhilfsmittel in Hochtemperaturprozessen eingesetzt. Die Hohlprofile weisen bevorzugt runde, verrundete oder rechteckige Querschnitte auf. Die Hohlprofile sind bei der Herstellung und im Gebrauch mechanischen und thermomechanischen Belastungen unter hohen Temperaturen oder Temperaturwechselzyklen ausgesetzt. Eine angepasste Steifigkeit gegenüber Punkt-, Linien- und Flächenlasten sowie eine hohe Festigkeit, insbesondere gegenüber Punktbelastungen im Kantenbereich, sind erforderlich. Ein weiteres Problem tritt bei ungesinterten und mechanisch instabilen Vorprodukten des Hohlprofils im Herstellvorgang auf. Die Vorprodukte können sich unter ihrem Eigengewicht plastisch verformen. Zur Minimierung der Probleme wurden für Hohlprofile gemäß dem Stand der Technik sehr dicke Wandstärken gewählt.
• Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Hohlprofil für Hochtemperaturprozesse bereitzustellen, welches unter geringem Materialeinsatz und Gewicht eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und thermomechanische Belastungen aufweist.
• Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Schutzansprüche 2 bis 12 dargestellt.
• Ein Vergleichsbeispiel gemäß dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 2 bis 4 erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine sphärische Darstellung eines Hohlprofils, hier ein Balken, nach dem Stand der Technik,
• 2 eine sphärische Darstellung eines quadratischen Hohlprofils, hier ein Balken, gemäß der Erfindung,
• 3 eine sphärische Darstellung eines rechteckigen Hohlprofils, hier ein Balken, gemäß der Erfindung und
• 4 ein Schnitt durch eine sphärische Darstellung eines quadratischen Hohlprofils, dargestellt in 2 entlang der Linie A-A'.
• In der 1 ist ein Vergleichsbeispiel eines Hohlprofil-Balkens (1) zur Verwendung als hochtemperaturstabile Unterlage in Öfen dargestellt. Der Balken (1) enthielt reaktionsgebundenes silicium-infiltriertes SiSiC. Der Balken (1) war im Querschnitt quadratisch und hatte eine äußere Breite (B) und Höhe (H) von 100 mm. Die Länge (L) des Balkens (1) betrug 2000 mm. Innere und äußere Ecken (5) des Balkens (1) waren verrundet ausgeführt. Seitenwände (3) und Querwände (6) hatten eine Wandstärke von 10 mm und bildeten einen etwa quadratischen Hohlraum (2). Das ungesinterte Vorprodukt zeigte bei der Handhabung nach der Extrusion Verformungen an den Seitenwänden (3) und insbesondere an der oberen Querwand (6).
• In der 2 und 4 ist ein Hohlprofil-Balken (1) gemäß der Erfindung gezeigt. Der Balken (1) wurde mit Siliciumcarbid-haltiger Masse extrudiert und anschließend zu reaktionsgebundenen silicium-infiltrierten SiSiC gesintert. Der Hohlprofil-Balken (1) hatte eine äußere Breite (B) und Höhe (H) von 100 mm. Die Länge (L) des Balkens (1) betrug 2000 mm. Die äußeren Kanten waren ebenfalls verrundet ausgeführt. Die inneren Abmessungen und Wandstärken (3, 6) unterschieden sich erfindungsgemäß vom Stand der Technik. Die Seitenwände (3) und Querwände (6) hatten im Mittenbereich (4) eine Wandstärke von etwa 6,5 mm. Die Wandstärken der Seitenwände (3) und Querwände (6) nahmen in die Eckbereiche (5) und zum Hohlraum (2) mit einem Winkel (T) von etwa 13° hin zu. Der Winkel (T) wurde zwischen einer extrapolierten Innenkante (7) des Mittenbereichs (4) und einer extrapolierten Innenkante (8) des Eckbereichs (5) gemessen. Die Mittenbereiche (4) hatten eine Länge (L4) von 20 mm. Die Seitenwände (3) und Querwände (6) bildeten im Querschnitt eine Form mit 12 Kanten, wobei die Form in den Eckbereichen (5) stark verrundet war. Das ungesinterte Vorprodukt des erfindungsgemäßen quadratischen Hohlprofil-Balkens (1) zeigte nach der Extrusion keine plastischen Verformungen an den Seitenwänden (3) und Querwänden (6). Im gesinterten Zustand zeigte der Hohlprofil-Balken (1) im Vergleich zum Stand der Technik eine erhöhte Steifigkeit gegenüber Punkt-, Linien-, Flächen-, Torsions- und Scherbelastungen sowie eine erhöhte Festigkeit, insbesondere gegenüber Punktbelastungen im Eckbereich (5).
• In der 3 ist ein erfindungsgemäßer Hohlprofil-Balken (1) mit einem rechteckigen Querschnitt gezeigt. Der Balken (1) war ebenfalls mit reaktionsgebundenen silicium-infiltrierten SiSiC hergestellt und hatte eine Höhe (H) von 100 mm und eine Breite (B) von 150 mm. Die Länge (L) des Balkens (1) betrug 2000 mm. Die äußeren Kanten waren verrundet ausgeführt. Die Seitenwände (3) und Querwände (6) hatten im Mittenbereich (4) eine Wandstärke von etwa 7 mm. Zu den Eckbereichen (5) und zum Hohlraum (2) nahmen die Wandstärken der Seitenwände (3) mit einem Winkel (T) von etwa 13° hin zu. Die Wandstärken der Querwände (6) nahmen mit einem Winkel (T') zu, der kleiner als der Winkel (T) war. Die Winkel (T, T') wurden zwischen extrapolierten Innenkanten (7) der Mittenbereiche (4) und extrapolierten Innenkanten (8) der Eckbereiche (5) gemessen. Der Mittenbereich (4) der Seitenwände (3) hatte eine Länge (L4) von 18 mm. Der Mittenbereich (4) der Querwände (6) hatte eine Länge (L4') von etwa 30 mm. Das ungesinterte Vorprodukt des erfindungsgemäßen rechteckigen Hohlprofil-Balkens (1) zeigte nach der Extrusion keine Verformungen an den Seitenwänden (3) und Querwänden (6). Der gesinterte Hohlprofil-Balken (1) zeigte im Vergleich zum Stand der Technik eine erhöhte Steifigkeit gegenüber Punkt-, Linien-, Flächen-, Torsions- und Scherbelastungen sowie eine erhöhte Festigkeit, insbesondere gegenüber Punktbelastungen im Eckbereich (5).
• Die ungesinterten Vorprodukte der erfindungsgemäßen Hohlprofile (1) zeigten nach der Extrusion keine Verformungen. Die erfindungsgemäßen Hohlprofile (1) waren im Vergleich zum Stand der Technik bei verringertem Materialeinsatz und Gewicht widerstandsfähiger gegenüber mechanischen und thermomechanischen Belastungen.

1

Hohlprofil

2

Hohlraum

3

Seitenwand

4

Mittenbereich

5

Eckbereich

6

Querwand

7

Extrapolierte Innenkante des Mittenbereichs (4)

8

Extrapolierte Innenkante des Eckbereichs (5)

B

Breite des Hohlprofils

H

Höhe des Hohlprofils

L

Länge des Hohlprofils

T, T'

Ausdehnungswinkel vom Mittenbereich zum Eckbereich

L4, L4'

Länge des Mittenbereichs im Querschnitt

Claims (12)

1. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) mit Seitenwänden (3) und Querwänden (6), wobei im Querschnitt die Wandstärken der Seitenwände (3) und der Querwände (6) vom Mittenbereich (4) in den Eckbereich (5) hin zunehmen.
2. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach Anspruch 1, wobei im Querschnitt die Wandstärken der Seitenwände (3) und der Querwände (6) vom Mittenbereich (4) in den Eckbereich (5) und zum Hohlraum (2) hin zunehmen.
3. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Querschnitt die Wandstärken der Seitenwände (3) und der Querwände (6) mit einem inneren Winkel (T), gebildet von einer extrapolierten Innenkante (7) des Mittenbereichs (4) und einer extrapolierten Innenkante (8) des Eckbereichs (5), von 1° bis 45° und bevorzugt von 5° bis 20° zunehmen.
4. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Querschnitt die Seitenwände (3) und Querwände (6) im Mittenbereich (4) eine konstante Wandstärke von 4 mm bis 10 mm aufweisen.
5. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hohlprofil (1) eine Breite (B) von 30 mm bis 200 mm aufweist.
6. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Hohlprofil (1) eine Höhe (H) von 30 mm bis 200 mm aufweist.
7. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Hohlprofil (1) eine Länge (L) von 200 mm bis 6000 mm aufweist.
8. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Querschnitt der Mittenbereich (4) der Seitenwände (3) eine Länge (L4) von mindestens 1/10 der Profilhöhe (H) aufweist.
9. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im Querschnitt der Mittenbereich (4) der Querwände (6) eine Länge (L4) von mindestens 1/10 der Profilbreite (B) aufweist.
10. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Querschnitt das Profil eine rechteckige und bevorzugt eine quadratische Form aufweist.
11. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im Querschnitt die äußeren Eckbereiche (5) verrundet sind.
12. Hochtemperaturstabiles Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Balken (1) Siliciumcarbid und/oder feuerfeste Materialien, bevorzugt Mullit, Siliciumnitrid, rekristallisiertes Siliciumcarbid (RSiC), nitridgebundenes Siliciumcarbid (NSiC), reaktionsgebundenes silicium-infiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC), dicht gesintertes Siliciumcarbid (SSiC) und/oder Gemische davon enthält.