DE202017103136U1

DE202017103136U1 - Hitzebeständiges Tragelement und Heizelement

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Publication number: DE202017103136U1
Application number: DE202017103136.5U
Authority: DE
Original assignee: Geschwister Stark Besitzgesellschaft B R (vertretungsberechtichtge Gesellschafter Frau Barbara Star; Geschwister Stark Besitzgesellschaft BR (vertretungsberechtichtge Gesellschafter Frau Barbara Stark und Herrn Alexander Stark)
Current assignee: Geschwister Stark Besitzgesellschaft B R (vertretungsberechtichtge Gesellschafter Frau Barbara Star; Geschwister Stark Besitzgesellschaft BR (vertretungsberechtichtge Gesellschafter Frau Barbara Stark und Herrn Alexander Stark)
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2027-05-25

Abstract

Hitzebeständiges Tragelement mit zumindest einem sich durch das Tragelement erstreckenden Grundhalter (4), wenigstens zwei im Abstand zueinander auf dem Grundhalter (4) angeordneten Tragtellern (2) zum Tragen von stangenförmigen Hochtemperaturelementen (1) und einem zwischen den Tragtellern (2) angeordneten Distanzhalter, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzhalter von dem Grundhalter (4) durchsetzt ist und von einem hochtemperaturfesten Tragrohr (3) und jeweils an jeder Seite des Tragrohrs (3) vorgesehenen Haltestücken (5, 7) gebildet ist, die mit einer ihrer Stirnseiten an der angrenzenden Stirnseite des Tragrohrs (3) spielbehaftet anliegen, wobei die an dem Tragrohr (3) anliegenden Stirnseiten der Haltestücke (5, 7) sowie die Stirnseiten des Tragrohrs (3) zur Bildung einer Verdrehsicherung uneben und parallel zueinander ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein hitzebeständiges Tragelement mit zumindest einem sich durch das Tragelement erstreckenden Grundhalter, wenigstens zwei, im Abstand zueinander auf dem Grundhalter angeordneten Tragtellern zum Tragen von stangenförmigen Hochtemperaturelementen und einem zwischen den Tragtellern angeordneten Distanzhalter. Ferner betrifft die Erfindung ein Heizelement mit solchen hitzebeständigen Tragelementen.
Hitzebeständige Tragelemente und Heizelemente der jeweils genannten Art sind allgemein bekannt. Die bekannten hitzebeständigen Tragelemente dienen dazu, Hochtemperaturelemente, insbesondere im Zusammenhang mit den Heizelementen, trotz der hohen Temperaturen sicher halten zu können. Dabei werden die Tragelemente in einem Temperaturbereich von über 800°C, üblicherweise auch von über 1000°C, verwendet.
Infolge der hohen Temperaturen kommt es nicht nur zu erhöhten Wärmedehnungen der verwendeten Bauteile, sondern bei metallischen Werkstoffen besteht ferner die Gefahr, dass diese erweichen. Die erfindungsgemäßen Tragelemente werden daher insbesondere unter Verwendung von möglichst vielen keramischen Komponenten aufgebaut. Die bekannten Tragelemente haben den Nachteil, dass sie individuell hergestellt werden müssen und hinsichtlich der Montierbarkeit und der Konstanz der Eigenschaften im Einsatz nicht optimal sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein hitzebeständiges Tragelement und ein Heizelement zu schaffen, bei dem sowohl der Aufbau als auch der Betrieb möglichst sicher und temperaturfest sind.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bezüglich des hitzebeständigen Tragelements dadurch gelöst, dass der Distanzhalter von dem Grundhalter durchsetzt ist und von einem hochtemperaturfesten Tragrohr und jeweils an jeder Seite des Tragrohrs vorgesehenen Haltestücken gebildet ist, die mit einer ihrer Stirnseiten an der angrenzenden Stirnseite des Tragrohrs spielbehaftet anliegen, wobei die an dem Tragrohr anliegenden Stirnseiten der Haltestücke sowie die Stirnseiten des Tragrohrs zur Bildung einer Verdrehsicherung uneben und parallel zueinander ausgebildet sind. Bezüglich des Heizelements wird diese Aufgabe durch ein Heizelement nach Anspruch 8 gelöst.
Erfindungsgemäß wird nun ein hitzebeständiges Tragelement dadurch aufgebaut, dass auf einen Grundhalter wenigstens zwei Tragteller aufgeschoben werden, zwischen denen der Distanzhalter vorgesehen ist. Der Grundhalter kann aus metallischem Werkstoff bestehen und dient im Wesentlichen zum Auffädeln der einzelnen Bauteile. Zwischen den Tragtellern verlaufen, bevorzugt rund um den Distanzhalter herum, die Hochtemperaturelemente, die beispielsweise als Heizleiter ausgebildet sein können.
Der Distanzhalter ist erfindungsgemäß nun dreiteilig ausgebildet. Zwischen einem Paar von endseitigen Haltestücken ist als Abstandselement ein Tragrohr vorgesehen, das zwar nicht notwendigerweise, bevorzugt aber aus Keramik gefertigt ist. Die endseitigen Haltestücke wiederum sind als Rohrstummel oder Buchsen ausgebildet und bestehen bevorzugt ebenfalls aus Keramik.
Die Stirnseiten der Haltestücke sind konturiert ausgebildet, also uneben. In Verbindung mit einer hierzu im Wesentlichen parallelen Ausgestaltung der Stirnseiten des Tragrohrs ergibt sich so eine formschlüssige Verdrehsicherung der drei Bauteile relativ zueinander. Parallel heißt in diesem Zusammenhang, dass die Formen der Stirnseiten aufeinander abgestimmt sind, ohne dass zwangsläufig in jedem Teilbereich eine Anlagefläche parallel zu einer korrespondierenden Anlagefläche vorhanden sein müsste. Wichtig ist, dass bei Auftreten von Tangentialkräften ein Bereich mit flächiger Anlage der beiden Bauteile vorliegt. Weiterhin sollten die Bauteile des Distanzhalters so ausgebildet sein, dass sie den Grundhalter im Wesentlichen vollständig umgeben und keine unmittelbare Wärmestrahlung auf den Grundhalter einwirken kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Tragelement kann insbesondere ein Heizelement, zum Beispiel in Form einer sogenannten Heizkerze aufgebaut werden. Ein solches Heizelement weist zum Beispiel mehrere, hintereinander angeordnete und auf einem gemeinsamen Grundhalter aufgeschobene Tragteller auf. Diese Tragteller sind entlang ihres Umfanges von einer Mehrzahl von Heizleitern durchsetzt, wobei die Tragteller die Funktion übernehmen, die Heizleiter räumlich zu fixieren, während der auf dem Grundhalter aufgebrachte Distanzhalter, der jeweils zwischen zwei Tragtellern vorgesehen ist, den Grundhalter vor Wärmestrahlung schützt und gleichzeitig die Biegestabilität der Heizkerze gewährleistet.
Die Hochtemperaturelemente sind bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, die oben bereits genannten Heizleiter. Im Bereich von Temperaturen jenseits von 800°C werden dies meist Widerstandsheizleiter sein, die zum Beispiel von einer Wendel gebildet sein können, die um einen Trägerstab herum gewunden ist. Alternativ kann natürlich auch ein geradliniger Metallstab als Widerstand genutzt werden. Sofern es mit den Temperaturen vereinbar ist, kann als Heizung auch eine von einem Heizmedium durchflossene Wendel oder auch ein geradliniger, rohrförmiger Kanal genutzt werden.
Wesentliche Aufgabe der Erfindung ist es, ein hitzebeständiges Tragelement zu schaffen, mit dem die Hochtemperaturelemente gehalten werden können und ein Heizelement aufgebaut werden kann. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Temperaturen des Hochtemperaturelementes auch jenseits von 1000°C liegen können, wobei die Erfindung natürlich nicht auf diesen extrem hohen Temperaturbereich beschränkt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigt:
1 ein erfindungsgemäßes Heizelement und
2 ein hitzebeständiges Tragelement in einer Seitenansicht im Schnitt.
In 1 ist ein als Heizkerze ausgebildetes Heizelement dargestellt. Dieses Heizelement weist fünf Tragteller 2 auf, die jeweils auf einen gemeinsamen Grundhalter 4 in Form eines zentralen Rohres aufgeschoben sind. Rund um den Grundhalter 4 sind hier Heizleitungen als Hochtemperaturelement 1 angeordnet, die durch Durchgangsöffnungen in den Tragtellern 2 hindurchgeführt sind. Hierdurch werden diese Hochtemperaturelemente 1 von den Tragtellern 2 gehalten.
Zur Kompensation von Wärmespannungen sind hier die Tragteller 2 im Bereich der Durchgangsöffnungen, durch die die Heizleitungen als Hochtemperaturelement 1 hindurchgeführt sind, geschlitzt ausgebildet. Die Heizleitungen selbst bestehen aus einem massiven Kern, um den wendelartig eine Leitung für das Heizmedium herum verläuft.
Im vorderen Bereich weist die Heizkerze eine Frontplatte 6 auf, über die die Heizkerze gehandhabt werden kann. Beispielsweise kann die Heizkerze in eine Aufnahme eingeschoben werden, wobei die äußeren Randbereiche der Frontplatte 6 dann als Einschubbegrenzung dienen und gleichzeitig auch als Befestigungsbereich der Heizkerze genutzt werden können. Zwei Handgriffe erleichtern das Herausziehen der Heizkerze aus der Aufnahme.
In 2 ist ein Teilbereich der Heizkerze aus 1 in einer Seitenansicht im Schnitt dargestellt.
Zu erkennen ist, dass ein solches Modul im Wesentlichen aus zwei Tragtellern 2 besteht, durch die im äußeren Bereich die Heizleitung als Hochtemperaturelement 1 hindurchgeführt ist. Die Tragteller 2 sind auf den hier rohrförmig ausgebildeten Grundhalter 4 aufgeschoben. Der Distanzhalter wiederum besteht aus einem mittigen Tragrohr 3, an das sich zu beiden Seiten jeweils ein Haltestück 5, 7 anschließt. Sowohl das Tragrohr 3 als auch die beiden Haltestücke 5, 7 sind aus Keramik gefertigt und weisen eine zentrale Durchgangsbohrung auf, durch die unter Belassung eines Spiels der Grundhalter 4 hindurchgeführt ist.
Das rechte Haltestück 5 und das linke Haltestück 7 weisen jeweils an ihrer, dem Tragteller 2 zugewandten Seite eine ebene Stirnseite auf. An dieser Seite sind die Haltestücke 5, 7 nach außen erweitert, wobei dieser hintere, radial nach außen hervorspringende Bereich sich bis nahe der Hochtemperaturelemente 1 erstreckt. Das Tragrohr 3 sowie der dem Tragrohr 3 jeweils zugewandte Bereich der Haltestücke 5, 7 sind im Durchmesser dagegen reduziert, so dass sich ein Abstand zwischen den Hochtemperaturelementen 1 und dem Distanzhalter 4 ergibt.
Die Fläche zwischen dem Tragrohr 3 und den, dem Tragrohr 3 zugewandten Stirnseiten des rechten Haltestücks 5 und des linken Haltestücks 7 ist nicht eben, sondern konturiert ausgebildet, so dass das Tragrohr 3 relativ zu den beiden Haltestücken 5, 7 durch einen Formschluss festgelegt ist. Dies verhindert eine Verdrehung der drei Bauteile relativ zueinander.
Die Hochtemperaturelemente 1 sind als Heizleitungen ausgebildet, wobei die eigentliche Leitung von einer Wendel gebildet ist, die um einen massiven Kern herumgewunden ist. Grundsätzlich sind bei Hochtemperaturanwendungen die Heizleitungen bevorzugt elektrische Leiter, die als Widerstandsheizungen fungieren. Hier kann zum Beispiel, wie in 2 dargestellt, dieser Leiter als Wendel um einen Kern ausgebildet sein, wobei dieser Kern metallisch ausgebildet sein kann oder beispielsweise auch von einem Keramikstab gebildet sein kann.
Bei einer alternativen Ausgestaltung wird eine Durchflussheizung verwendet, in diesem Fall ist die Wendel als Leitung für das Heizmedium vorgesehen, wobei der Grundhalter 4 dann (hier nicht dargestellt) als Rückflussrohr ausgebildet sein kann, durch den das Heizmedium wieder vom hinteren Bereich der Heizkerze nach vorne zurückfließen kann. Hierzu ist die die Hochtemperaturelemente 1 bildende Heizleitung im nicht dargestellten Endbereich der Heizkerze mit dem Grundhalter 4 strömungstechnisch verbunden.
Ein Heizelement mit Durchflussheizungen, wie im vorherigen Absatz beschrieben, wird üblicherweise weniger hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Die Beispiele zeigen, dass die Erfindung über einen großen Temperaturbescheid reich an Temperaturbereich anwendbar ist, jedoch insbesondere auch für sehr hohe Temperaturen geeignet ist.
Grundsätzlich ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Heizelemente beschränkt, die erfindungsgemäßen Halteelemente können überall dort Verwendung finden, wo Hochtemperaturbauteile verwendet und sicher gehalten werden sollen.
Bezugszeichenliste

1: Hochtemperaturelement
2: Tragteller
3: Tragrohr
4: Grundhalter
5: Haltestück
6: Frontplatte
7: Haltestück

Claims

Hitzebeständiges Tragelement mit zumindest einem sich durch das Tragelement erstreckenden Grundhalter (4), wenigstens zwei im Abstand zueinander auf dem Grundhalter (4) angeordneten Tragtellern (2) zum Tragen von stangenförmigen Hochtemperaturelementen (1) und einem zwischen den Tragtellern (2) angeordneten Distanzhalter, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzhalter von dem Grundhalter (4) durchsetzt ist und von einem hochtemperaturfesten Tragrohr (3) und jeweils an jeder Seite des Tragrohrs (3) vorgesehenen Haltestücken (5, 7) gebildet ist, die mit einer ihrer Stirnseiten an der angrenzenden Stirnseite des Tragrohrs (3) spielbehaftet anliegen, wobei die an dem Tragrohr (3) anliegenden Stirnseiten der Haltestücke (5, 7) sowie die Stirnseiten des Tragrohrs (3) zur Bildung einer Verdrehsicherung uneben und parallel zueinander ausgebildet sind.
Hitzebeständiges Tragelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr (3) ein Keramikrohr ist.
Hitzebeständiges Tragelement nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragteller (2) von Keramikscheiben gebildet sind, die Ausnehmungen zur haltenden Aufnahme des Hochtemperaturelements (1) aufweisen.
Hitzebeständiges Tragelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragteller (2) eine Mehrzahl von über dem äußeren Randbereich verteilten Aufnahmen aufweisen.
Hitzebeständiges Tragelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr (3) und die Haltestücke (5, 7) ein sich von einem Tragteller (2) zum gegenüberliegenden Tragteller (2) erstreckendes Rohr bilden, das zusammen mit den Tragtellern (2) von dem Grundhalter (4) spielbehaftet durchsetzt ist.
Hitzebeständiges Tragelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Tragrohr (3) und den Haltestücken (5, 7) gebildete Rohr eine zylindrische, äußere Mantelfläche aufweist, wobei im Bereich der Haltestücke (5, 7), insbesondere an deren dem Tragrohr (3) abgewandten Enden eine nach außen hervorspringende Stütze vorgesehen ist, die sich bis zu dem Bereich der Hochtemperaturelemente (1) erstreckt.
Hitzebeständiges Tragelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundhalter (4) von einem metallischen Stab oder Rohr gebildet ist.
Heizelement mit zumindest einem von einem hitzebeständigen Tragelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildeten Modulbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochtemperaturelemente (1) Heizleiter mit einer Temperatur von mehr als 800°C sind.
Heizelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es als Heizkerze ausgebildet ist, wobei die Heizkerze mit einem zylindrischen Heizbereich in eine Aufnahme einsteckbar ist und an der Vorderseite eine als Einschubbegrenzung dienende Frontplatte (6) aufweist, die Griffmittel aufweist, über die die Heizkerze aus der Aufnahme herausziehbar ist.
Heizelement nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter von einem wärmeabgebenden Heizmedium durchflossen sind, wobei der Grundhalter (4) zur Bildung einer Rückflussleitung für das Heizmedium als Rohr ausgebildet ist.
Heizelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter einen Tragstab und wenigstens einen spiralförmig um den Tragstab gewundenen elektrischen Heizdraht aufweist.
Heizelement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter einen Tragstab und wenigstens einen spiralförmig um den Tragstab gewundenen Durchflusskanal für das Heizmedium aufweist.