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Elastischer Dichtungskörper für den Einsatz bei hohen Temperaturen
und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen elastischen Dichtungskörper
für den Einsatz bei hohen Temperaturen sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Die zunehmende Anwendung von Hochtemperaturöfen für die Wärmebehandlung
metallischer Werkstücke bei bestimmten Temperaturen und unter besonderen Ofenatmosphären
hat zu beträchtlichen Änderungen der Ofenkonstruktion geführt. Diese Öfen sind im
allgemeinen für diskontinuierlichen Betrieb mit wechselnden Programmen sowie periodischer
Herausnahme und Auswechselung der Werkstücke bestimmt. In vielen Fällen muß das
Werkstück in einer besonderen Atmosphäre erhitzt werden. Diese Atmosphäre kann aus
einem reduzierenden Gas, wie Kohlenmonoxid, oder einem nichtoxydierenden Gas, wie
Stickstoff oder Argon, bestehen. Da der Ofen zur Auswechselung der Werkstückke leicht
zu öffnen und zu schließen sein muß, wird eine zuverlässige Dichtung für die Türen
oder ähnlichen Teile des Ofens, die periodisch geöffnet und geschlossen werden,
benötigt. Eine geeignete Dichtung ermöglicht nicht nur, im Ofen die gewünschte Atmosphäre
zu erhalten, sondern trägt auch dazu bei, eine gleichnäßigere Temperaturverteilung
im Ofen und eine gleichmäßige Wärmeübertragung auf die eingesetzten Werkstücke zu
erzielen.
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Bei Öfen dieser Art hat es sich wegen der hohen Temperaturen als schwierig
erwiesen, eine zufriedenstellende Dichtung zu erreichen.
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Da die Temperaturen 800-1100 C betragen können, kommen gebräuchliche
elastische Dichtungswerkstoffe, wie Gummi oder gummibeschichtete Textilien, nicht
in Frage. Eine vielfach verwendete Dichtung besteht aus einer horizontalen, mit
Sand gefüllten Rinne, in die die Kanten der beweglichen Ofenhaube eintauchen. Diese
Dichtung ist zwar billig und gegen hohe Temperaturen beständig, kann aber nur bei
horizontalen Flächen verwendet werden. Außerdem wird der Sand leicht ausgeblasen.
Bei anderen Dichtungen werden feuerfeste Fasern, z. B.
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solche aus Asbest, verwendet. Diese Dichtungen können zwar auch an
vertikalen Flächen angewendet werden, doch sind die Fasern weich und lösen sich
im Laufe der Zeit, so daß eine häufige Wartung erforderlich ist, um eine einwandfreie
Dichtung zu gewährleisten. Es besteht daher ein Bedarf an einem elastischen Dichtungskörper,
der gegen hohe Temperaturen beständig ist und sowohl in horizontaler als auch vertikaler
Lage eingesetzt werden kann. Der Dichtungskörper soll leicht anstelle der Sanddichtungen
einzubauen sein und mit einem Minimum an Wartung seine Dichtungsfunktion erfüllen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Dichtungskörper und
ein Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Dichtungskörper der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß der Körper aus zusammengepreßtem hitzebeständigem
flexiblem Fasermaterial und einer flexiblen hitzebeständigen metallischen Halterung
besteht, die den Körper in zusammengepreßtem Zustand hält.
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Das hitzebeständige Fasermaterial besteht zweckmäßigerweise aus Aluminiumsilicat,
Aluminiumoxid, Quarz, Borcarbid, Siliciumcarbid, Glas oder Hischungen davon.
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Das Verfahren zur Herstellung des elastischen Dichtungskörpers besteht
darin, daß aus hitzebeständigem Fasermaterial ein langgestreckter flexibler Körper
geformt, in den Körper mindestens mindestens eine flexible hitzebeständige metallische
Halterung eingesetzt, der
Körper auf etwa 70- 85* seiner ursprünglichen
Länge zusammengepreßt und die Halterung dann befestigt wird, so daß der Körper in
zusammengepreßtem Zustand verbleibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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An Hand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 einen elastischen Dichtungskörper gemäß der Erfindung in Form
eines einheitlichen Körpers aus Fasermaterial; Fig. 2 eine flexible metallische
Halterung in Form einer Drahtschlinge, die den Dichtungskörper in zusammengepreßtem
Zustand hält; Fig. 3 ein Einzelteil zum Aufbau des elastischen Dichtungskörpers
gemäß der Erfindung; Fig. 4 einen aus Einzelteilen aufgebauten Dichtungskörper gemäß
der Erfindung; Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt eines Wärmebehandlungsofens
mit einem elastischen Dichtungskörpers gemäß der Erfindung; Fig. 6 eine Draufsicht
im Schnitt des Wärmebehandlungsofens von Fig. 5, in der die kreisförmige Anordnung
der Dichtungskörper im Ofensockel dargestellt ist; und Fig. 7 eine vergrößerte Schnittansicht
des Dichtungskörpers der Erfindung in einer Aufnahmenut der Ofenkonstruktion.
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Der elastische Dichtungskörper gemäß der Erfindung besteht aus zusammengepreßtem
hitzebeständigem flexiblem Fasermaterial, hat eine langgestreckte oder lineare Form
und enthält eine flexible hitzebeständige
Halterung, die den Körper
in längsweise zusammengepreßtem Zustand hält. Eine allgemeine Ausführungsform dieses
Körpers ist in Fig. 1 dargestellt. Der Körper 12 ist aus elastischem Fasermaterial
von filzartiger Struktur geformt, das, falls gewünscht, genadelt sein kann. Das
Fasermaterial kann aus Aluminiumsilicat, Aluminiumoxid, Quarz, Borcarbid, Siliciumcarbid,
Glas oder Mischungen davon bestehen. Fasern aus Aluminiumsilicat werden bevorzugt.
Der Körper 12 hat, wie in Fig. 1 dargestellt, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt.
Diese Ausführungsform wird zwar bevorzugt, doch kann der Körper auch, falls gewünscht,
quadratischen oder runden Querschnitt haben. Höhe und Breite des Körpers können
nach Bedarf so gewählt werden, daß der Körper gut in die entsprechenden Aufnahmenuten
oder Ausnehmungen in den Flächen der Hochtemperaturanlage paßt.
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Die Länge des Körpers 12 kann 30-40 cm betragen; er wird dann auf
eine Länge von 21-34 cm zusammengepreßt, was einer Längenverminderung von ungefähr
7O-85 der ursprünglichen Länge entspricht.
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Eine Länge von 21-94 cm wird zwar aus Gründen des leichten Auf- und
Einbaus der Dichtungen bevorzugt, doch können die Körper, falls in Sonderfällen
erwünscht, auch länger oder kürzer sein. Der Körper 12 wird durch eine Halterung
in zusammengepreßtem Zustand gehalten, die aus einer oder mehreren Drahtschlingen
14 bestehen kann, die sich durch den Körper von einem Ende bis zum anderen erstrecken
und an den Enden verdrillt sind, so daß sie den Körper 12 in zusammengepreßtem Zustand
halten. Die in den Körper 12 eingesetzten Drahtschlingen 14 sind in Fig. 1 dargestellt;
eine einzelne Drahtschlinge zeigt Fig. 2. Der Draht besteht vorzugsweise aus hochlegiertem
Stahl und hat zweckmäßigerweise einen Durchmesser von 2,6 mm, doch können je nach
der Dichte des Fasermaterials, aus dem der Körper 12 aufgebaut ist, auch Drähte
von 2,3-2,9 mm Durchmesser verwendet werden.
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Obwohl, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, Draht die bevorzugte
Halterung ist, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern es können statt
dessen auch flexible Metallbänder verwendet werden. Außer aus hochlegiertem Stahl
können die Drähte oder Bänder auch aus anderen wärmebeständigen Metallen, wie Stahl,
Messing oder Bronze, bestehen, wobei die Wahl von der Beanspruchung abhängt,
der
der Körper im Betrieb ausgesetzt ist.
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Obgleich die Dichtung gemäß der Erfindung bisher an Hand der Fig.
1 als einheitlicher Körper beschrieben worden ist, besteht eine bevorzugte Ausführungsform
aus einem Dichtungskörper, der aus einer Anzahl flacher Einzelteile aus flexiblem
Fasermaterial aufgebaut ist.
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In Fig. 3 ist ein derartiges Einzelteil 16 dargestellt. Es besteht
aus elastischem Fasermaterial von filzartiger Struktur, das, falls gewünscht, genadelt
sein kann. Sogenanntes Non-woven-Material wird zwar bevorzugt, doch kann das Einzelteil
16 auch aus gewebtem Material bestehen. Das das Einzelteil 16 bildende Fasermaterial
muß hitzebeständig sein und wird aus den obengenannten Stoffen ausgewählt. Zweckmäßigerweise
hat das Einzelteil 16, wie in Fig. 3 dargestellt, rechteckige Form, doch ist die
Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern das Einzelteil 16 kann, falls gewünscht,
auch eine quadratische oder runde Form haben. Die Dicke des Einzelteils 16 ist nicht
von Bedeutung, doch wird ein Bereich von 0,6-1,3 cm bevorzugt. Die Höhe und Breite
des Einzelteils kann je nach der für den fertigen Dichtungskörper benötigten Größe
gewählt werden.
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Die bevorzugte Ausführungsform des elastischen Dichtungskörpers 18
wird durch Zusammensetzen oder Zusammenfügen einer Anzahl Einzelteile 16 in stapeliörmiger
Anordnung geformt, wie in Fig. 4 dargestellt. Es werden eo viele Einzelteile zusammengefügt,
daß die Länge des gebildeten Körpers etwa 30-40 cm beträgt. Der Körper wird längsweise
auf eine Länge von etwa 21-34 cm zusammengepreßt, was einer Längenverkürzung von
etwa 70-85P entspricht. Der zusammengepreßte Körper 18 wird durch Halterungselemente
14 in zusammengepreßtem Zustand gehalten. Die Halterungselemente können Drahtschlingen
sein, die sich durch den Stapel von einem Ende bis zum anderen erstrecken und an
den Enden miteinander verdrillt sind, so daß sie den Körper 18 ebenso in längsweise
zusammengepreßtem Zustand halten, wie oben für den einheitlichen Körper 12 beschrieben.
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Eine Anwendung, bei der der Dichtungskörper gemäß der Erfindung hochwirksam
ist, ist in Fig. 5 dargestellt, die eine Seitenansicht eines Wärmebehandlungsofens
20 im Schnitt zeigt. Der Ofen besteht
aus einer Metallgrundplatte
22, auf der sich eine Auflagerplatte 24 aus Metall oder keramischem Material befindet.
Die Auflagerplatte 24 trägt das zur Wärmebehandlung vorgesehene Werkstück 26 (oder
auch mehrere Werkstücke). Eine runde Innenhaube 28 umschließt das Werkstück (bzw.
die Werkstücke) und ermöglicht die Wärmebehandlung des Werkstücks in einer Sonderatmosphäre
30. Eine (nur teilweise dargestellte) Außenhaube 31 umschließt den Ofen und die
(nicht dargestellten) Heizelemente. Der untere Hand der abnehmbaren Haube 28 ruht
auf einem Ring von Dichtungskörpern 18, die in einer kreisförmigen Nut 32 von rechteckigem
Querschnitt in der Grundplatte 22 untergebracht sind. Die in Fig. 6 dargestellte
Draufsicht auf die Ofengrundplatte 22 im Schnitt zeigt, wie die Dichtungskörper
18 in der kreisförmigen Nut 32 zur Bildung des mit 34 bezeichneten Ringes aus elastischem
Dichtungsmaterial aneinandergefügt sind. Eine vergrößerte Ansicht der Unterbringung
des Dichtungskörpers 18 in der Nut 32 ist in Fig. 7 dargestellt. Da die Dichtungskörper
flexibel und elastisch sind, können sie etwas größer als die Abmessungen der Nut
32 geformt werden, so daß beim Einsetzen in die Nut ein guter, fester Sitz erhalten
wird. Dank ihrer Biegsamkeit passen sich die Körper 18 der Krümmung der Nut 32 überall
gut an. Bei der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführung sind die Körper
18 mit den Enden aneinandergefügt und bilden einen geschlossenen Ring 34 mit einer
im wesentlichen ununterbrochenen Dichtungsfläche. Da die Dichtungskörper 18 nachgiebig
und elastisch sind, werden sie von der Unterkante der Haube 28 unter dem Einfluß
des Gewichtes der Haube etwas zusammengedrückt, so daß eine gute Abdichtung längs
der gesamten Kante der Haube gewährleistet ist. Diese Dichtung ist der bisher verwendeten
Sanddichtung in hohem Maße überlegen. Wie eingangs erwähnt, bildet Sand nur eine
lose Dichtung und wird von Gasdruckstößen leicht ausgeblasen, so daß der Sand periodisch
nachgefüllt werden muß, um die Wirksamkeit der Dichtung zu erhalten.
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Obwohl die Anwendung der elastischen Dichtungskörper nur im Zusammenhang
mit dem Ersatz horizontaler Sanddichtungen bei Wärmebehandlungsöfen beschrieben
worden ist, ist der Einsatz der Dichtungskörper nicht auf diese Anwendungsart beschränkt.
Es ist offensichtlich, daß die elastischen Dichtungskörper ebenso gut in Fällen
angewendet
werden können, bei denen eine Dichtung an vertikalen
oder Deckenflächen erforderlich ist, also in Fällen, wo eine Abdichtung mit Sand
nicht möglich ist. Die Dichtungskörper der Erfindung können daher zum Abdichten
von Ofentüren, der Deckel von Tieföfen und in Fällen verwendet werden, wo die Dichtungsflächen
gegenüber der Horizontalen gekippt werden oder mechanischen Schwingungen ausgesetzt
sind. Der abschnittsweise Aufbau und die Flexibilität der Dichtungskörper ermöglicht
einen raschen Einbau, ohne daß feuerfester Zement zur Befestigung der Dichtungskörper
erforderlich ist.
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Die Instandsetzung und Auswechselung beschädigter Abschnitte ist einfach,
und die Faserkompression bei den Dichtungskörpern kann so gewählt werden1 daß eine
für die jeweilige Anwendung optimale Dichtungswirkung erzielt wird.