DE29514738U1

DE29514738U1 - Keramisches Auflager

Info

Publication number: DE29514738U1
Application number: DE29514738U
Authority: DE
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec AG Innovative Ceramic Engineering De
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2005-09-16
Also published as: CH691782A5; AT1632U1; IT240876Y1; ITMI960604V0; ITMI960604U1

Description

Die Erfindung betrifft ein Auflager aus Keramik mit einem oder mehreren Lagerstiften. Keramische Auflager können zum Tragen von Apparaturen, Brennern, Nachbrennern, Wärmetauschern, optischen Instrumenten, Laserkomponenten und anderen Maschinen- und Anlagenteilen verwendet werden. Sie werden vorteilhaft zur Verwendung bei besonders tiefer oder besonders hoher Temperatur, in aggressiver Umgebung oder/und für in Bewegung befindliche auflagernde Gegenstände eingesetzt. Keramische Auflager nach dem Stand der Technik sind entweder nicht oder nur in groben Abständen bezüglich der Höhe der Kontaktpunkte zum auflagernden Gegenstand zu verstellen. Bei keramischen Auflagern nach dem Stand der Technik kommt es unter Temperaturbelastung bzw. Temperaturwechsel aufgrund der Wärmedehnung oft zum Verzug; mechanische Belastungen wie auch Vibrationen können dazu führen, daß das Auflager seine Form oder/und Tragfähigkeit verliert.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Auflager aus Keramik vorzuschlagen, das in der Höhe fein verstellbar ist und mit dem eine zwei- oder dreidimensionale Verstellung der Position und Lage des auflagernden Gegenstands möglich ist. Auf einfache Weise soll dieses Auflager herzustellen sein, sollen die Lagerstifte zu verstellen sein und soll die Höheneinstellung der Lagerstifte zu fixieren sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Auflager mit einem oder mehreren Lagerstiften, von denen mindestens ein Lagerstift höhenverstellbar ist, der zwei miteinander durch schraubende Bewegung in der Höhe verstellbare Teile, ein Fußteii und ein Kopfteil, enthält, die über Gewinde verbunden sind und von denen zumindest das Kopfteil aus Keramik besteht und deren Gewinde zylindrisch sowie ohne scharfe Kanten und Grate ausgeführt sind.

Wenn die Gewinde nach dem Sintern nachbearbeitet werden, kann grundsätzlich jede Art von Gewinden gewählt werden, die den bei der Verwendung auftretenden thermischen Ausdehnungen und Rückdehnungen zwischen Kopf- und Fußteil gewachsen ist. Aus Kostengründen wird in der Regel auf eine Nachbearbeitung des Gewindes im gebrannten Zustand, z. B. durch Schleifen, verzichtet werden. Eine Ausführung ohne scharfe Kanten und Grate ist in jedem Fall bei einem Gewinde in einem keramischen Körper erforderlich, um Risse, Abplatzungen und unnötig große Toleranzen des Gewindes zu vermeiden und eine bessere Gängigkeit zu bewirken.

Es eignen sich bei einer Gewindeoberfläche im as-fired-Zustand alle Gewinde, die nicht sehr eng toleriert sind und eine nicht zu kleine Steigung aufweisen. Vorzugsweise sind derartige Gewinde mit einer Steigung von größer oder gleich 2 mm versehen oder/und verrundet ausgeführt.

Die as-fired-Oberfläche weist meistens Oberflächenrauheiten des Mittenrauhwerts R_a von 0,1 bis 20 &mgr;&ngr;&eegr; auf je nach Werkstoffvariante bzw. Korngrößen, Schmeizphasenanteil, Porosität und Porengrößen der Keramik. Sie kann bei einer mechanischen Säuberung, z. B. durch gleichmäßiges Sandstrahlen verbessert werden; gleichzeitig können dabei auch Grate entfernt und Kanten gebrochen und ein wenig verrundet werden. Die Oberflächenrauheit der Gewindeoberflächen kann zur Fixierung des Kopfteils auf dem Fußteil ausreichen; eine Fixierung durch ein Klebemittel oder eine konstruktive Verankerung wie eine Bohrung mit einem Bolzen ist jedoch zu bevorzugen. Bei einer Herstellung der Gewinde im ungebrannten Zustand sollten die Gewinde gröber ausgelegt sein, z. B. mit Steigungen von 3 bis 8 mm, besonders dann, wenn ein Werkstoff mit höherer Schwindung beim Sintern hergestellt wird und die Gewinde nach dem Brand nur gesäubert, aber nicht nachbearbeitet werden. Es empfehlen sich Gewinde mit einer Steigung von mindestens 1 mm bei der Herstellung im ungebrannten Zustand, wenn keine Nachbearbeitung nach dem Sintern erfolgt und wenn der Werkstoff nahezu ohne Schwindung oder nur mit geringer Schwindung gebrannt

werden kann wie bei der Herstellung von z. B. Reaktions-gebundenem Siliciumnitrid (RBSN), Silicium-infiltrierten Siliciumcarbid (SiSiC) oder einem silicatisch gebundenem Siliciumcarbid-Werkstoff; dann können auch weit mehr als zehn Gewindegänge eingearbeitet sein.

Für die Teile des höhenverstellbaren Lagerstiftes werden bevorzugt Gewinde M 10 bis M 36, besonders bevorzugt von &Mgr; 18 bis M 30 gewählt. In Versuchen bewährten sich höhenversteilbare Lagerstifte mit einem Gewinde M 24 mit einer Steigung von 3 mm mit drei Gewindegängen und einem Freistich am Fuß- und Kopfteil von 3 bis 12 mm. Sie wurden aus einem porösen Cordierit-Werkstoff gefertigt. Die Gewinde wurden vor dem Brand geformt und wiesen für den Einbau gesäuberte as-fired-Oberflächen auf. Die Gewinde der Sinterkörper sind ohne Nachbearbeitung leichtgängig. In den Versuchen wurde von einem Dreipunktauflager, ähnlich wie es in Figur 2 abgebildet ist, ein Nachbrenner aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff getragen, der sich beim Zünden des Brenners der Heizungsanlage innerhalb etwa einer Minute auf mindestens 600 ⁰C erwärmte. Die Dehnungen und Rückdehnungen des Nachbrenners, die zu kleinen Bewegungen auf dem Auflager führten, erfolgten ohne Probleme; die Positionsund Lagestabilität bei größeren Temperaturwechseln und leichter Vibration war ausgezeichnet.

Bevorzugt weist das Fußteil oder/und Kopfteil eines Lagerstiftes bis zu zehn, insbesondere nur bis zu vier Gewindegänge auf. Je weniger Gewindegänge die Lagerstifte mit Höhenverstellbarkeit aufweisen und je gröber die Gewinde ausgelegt sind, desto geringer wirken sich Lage-, Form- und Maßungenauigkeiten des Gewindes und unterschiedliche thermische Ausdehungen der verschieden hoch temperierten Kopf- und Fußteile nach dem Einbau aus. Form-, Lage- und Maßungenauigkeiten können gerade dann auftreten, wenn die Gewinde im ungebrannten Zustand geformt wurden und die Formkörper beim Sintern stärker schwinden. Das Fußteil kann am Übergang des Gewindes in die Basis und das Kopfteil am Übergang des Gewindes auf die Spitze zu einen Freistich aufweisen,

um Form-, Lage- und Maßungenauigkeiten auszugleichen. Der Freistich kann mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 5 mm betragen.

Das Fußteil kann, besonders bei Lagerstiften größerer Länge, zur Standfläche hin, auf der das Fußteil steht, eine Verbreiterung oder/und einen ringförmigen Fuß oder mehrere Füße aufweisen, insbesondere drei Füße. Es kann gegebenenfalls aus Gründen der Einbausituation oder/und des Platzes eine Schräge oder ähnlich ausgerichtete ebene oder gekrümmte Fläche aufweisen, die einen Teil des Fußes oder der einzelnen Füße begrenzen kann. Die Spitze des Kopfteils kann als Kalotte, stark verrundet oder facettiert ausgeführt sein, um keramikgerecht ausgelegt zu sein oder/und um die Kontaktflächen zwischen dem auflagernden Gegenstand und dem Auflager möglichst punkt- oder linienförmig zu gestalten. Sie kann stattdessen auch eine Schräge als Endfläche, die eben, konvex oder beliebig gekrümmt und bevorzugt gefast oder seitlich verrundet ist, tragen, die tangential zu dem auflagernden Gegenstand ausgerichtet sein kann. Die Spitze des Kopfteils kann einen Konus- oder Zylinderabschnitt, der auch gefast oder verrundet sein kann, aufweisen, besonders, wenn dieses Kopfteil zur Verankerung in einer Bohrung oder einer ähnlich ausgeführten Ausnehmung des auflagernden Gegenstands dient. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, daß der Zylinderabschnitt aus einer ebenen oder konvex gekrümmten Basisfläche, die gegebenenfalls zusätzlich am Rand gefast oder verrundet ist, herausragt, auf der sich der auflagernde Gegenstand abstützen kann. Die Teile können seitlich Vorsprünge aufweisen, um die Drehbewegung bei der Höhenverstellung zu erleichtern.

Die geometrische Grundform der Lagerstifte kann in weiten Grenzen variiert werden, z. B. von Zylinder-, Quader-, Pilz-, Konus- und Kalottenformen über Ring-, Rohr- und Topfformen. Die Grundform kann zusätzlich Stege oder/und andere Vorsprünge sowie Ausnehmungen und Bohrungen aufweisen.

Die Herstellung der keramischen Einzelkomponenten des Auflagers erfolgt nach an sich bekannten Fertigungsabläufen. Die die Gewinde aufweisenden Fuß- und

Kopfteile werden in der Serie bevorzugt spritzgegossen, getrocknet, ausgeheizt und gesintert. Anstelle des Spritzgusses kann das Naßpressen oder ein anderes Formgebungsverfahren zur Herstellung der grünen Formkörper genutzt werden, wobei die Gewinde anschließend durch Einarbeiten der Kontur durch entsprechendes Abfahren mit einem konturierten Stift gefertigt werden können. Die Fertigungsschritte und ihre Reihenfolge können in weitem Maß variiert werden.

Die Höheneinstellung der in der Höhe verstellbaren Lagerstifte erfolgt durch schraubende Bewegung und kann über eine Bohrung und einen Bolzen oder/und mit einem keramischen Klebemittel wie Kesselkitt, Sauereisenzement, Thermoguß oder Feuerfestbinder auf Basis Aluminiumphosphat, Ton, Gelen oder/und Alkoholaten fixiert werden.

Bevorzugt werden aus zwei, drei oder vier Lagerstiften, von denen mindestens einer in der Höhe verstellbar ausgeführt ist, Zweipunkt-, Dreipunkt- oder Vierpunktauflager gebildet. Hierbei können mindestens zwei Lagerstifte über mindestens eine starre Verbindung miteinander in einer stabilen Anordnung verbunden sein. Vorzugsweise besteht die starre Verbindung zwischen Lagerstiften aus Keramik. Sie kann als Stab oder Rohr und in polygonalem oder rundem Querschnitt ausgeführt sein und in Ausnehmungen, Bohrungen oder/und Vorsprüngen der Fußteile oder/und Kopfteile bzw. der einteiligen nichthöhenverstellbaren Lagerstifte einmünden. Bei den höhenverstellbaren Lagerstiften äst eine starre Verbindung zwischen den Kopfteilen der zwischen den Fußteilen vorzuziehen, da hiermit eine zusätzliche Verankerung der schraubbaren Kopfteile erfolgt. Vorzugsweise werden mindestens zwei starre Verbindungen zwischen benachbarten Lagerstiften gewählt, um die Belastbarkeit und Stabilität der Anordnung noch weiter zu erhöhen. Die starre Verbindung kann über keramische Klebestellen oder Sinterstellen befestigt sein. Die Klebestellen werden durch Auftragen eines keramischen Klebemittels wie Kesselkitt, Sauereisenzement, Thermoguß oder Feuerfestbinder auf Basis

Aiuminiumphosphat, Ton, Gelen oder/und Alkoholaten vorbereitet und beim Erhitzen in einem Brand oder bei thermischer Beaufschlagung unter Betriebsbedingungen verfestigt. Die Sinterstellen können durch Zusammensintern in einem Brand, gegebenenfalls nach Zufügen von chemisch verwandten oder/und sinteraktiven Pulvern oder Massen ausgebildet werden. Es kann von Vorteil sein, wenn mehr als zwei oder alle Lagerstifte des Auflagers mit jeweils mindestens einer starren Verbindung in eine stabile Anordnung gebracht sind. Bei einer Anordnung mit mehr als zwei über starre Verbindungen verbundenen Lagerstiften können die Lagerstifte zur Standfläche hin verjüngt ausgebildet sein. Die Lagerstifte können in der Form eines gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sein und eine unterschiedliche Länge, nicht nur aufgrund unterschiedlicher Höheneinstellung, aufweisen. Das Auflager kann auf der Standfläche in einer Führung wie z. B. einem auf der Standfläche vorstehenden Ring oder gegen einen Anschlag gehalten oder über ein Klebemittel oder an sich bekannte Befestigungsmittel wie z. B. Klemmleisten oder Steckverbindungen fixiert sein. Mit den erfindungsgemäßen Auflagern kann die zwei- oder dreidimensionale Verstellung bzw. Zentrierung des auflagernden Gegenstands einfach, schnell, zuverlässig und dauerhaft erfolgen.

Die Lagerstifte und die starren Verbindungen können je nach den Einsatzbedingungen aus wärmeisolierender poröser Keramik bestehen, so daß die Wärme des auflagernden Gegenstands oder/und der Standfläche unter dem Auflager kaum weitergeleitet wird, oder aus wärmeleitender, dichter oder weitgehend dichter Keramik, die die Wärme auch vom auflagernden Gegenstand zur Standfläche übertragen kann. Als Keramik kann insbesondere Silicatkeramik, Aluminiumoxidkeramik, Aluminiumnitridkeramik, Aluminiumtitanatkeramik, Glaskeramik, Siliciumcarbidkeramik oder/und Siliciumnitridkeramik verwendet werden. Teile des Auflagers, die nicht aus Keramik gefertigt wurden, können aus an sich bekannten anderen Werkstoffen bestehen, die für die jeweiligen Betriebsbedingungen geeignet sind, vorzugsweise aus Stählen oder Sonderstählen. Für die Verschraubung eines keramischen Kopfteiles mit einem

stählernen Fußteil eignen sich bei thermischem Einsatz Gewinde wie z. B. 3/4"-16NF.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform für ein keramisches Auflager entsprechend der Erfindung beschrieben:

Figur 1 gibt in den Einzeldarstellungen a, b und c Längsschnitte der zu einem höhenverstellbaren Lagerstift 1 gehörenden Teile, einem Fußteil 2 und zwei für unterschiedliche Arten der Lagerung verwendbaren Kopfteüen 3 wieder. Das Fußteil 2 ist von ringförmiger Grundform und weist einen ringförmigen Fuß 4, ein Gewinde 5 und seitliche Vorsprünge 6 zum Verdrehen auf. Das Kopfteil 3 der Figur 1b kann aufgrund einer Verrundung 7 der Spitze 8 über punkt- oder linienförmige Kontaktstellen mit einem auflagernden Gegenstand in Berührung stehen. Das Kopfteil 3 weist ebenso wie in der Figur 1c ein Gewinde 5 und in der Mitte der zylindrischen Grundform eine durchgehende zentrale Bohrung 9 auf, gegebenenfalls auch eine seitliche Bohrung 10 zur Aufnahme eine Rundstabes oder Rohres 11 als starre Verbindung 12. Die Spitze 8 des Kopfteiis 3 geht entsprechend Figur 1c über in eine ebene Basisfläche 13 senkrecht zur zentralen Bohrung 9, aus der ein mittig angeordneter, durchbohrter Zyünderabschnitt 14 mit geringer Höhe herausragt, der in eine Bohrung des auflagernden Gegenstands eingreifen kann. Dieser Gegenstand kann sich auf der Basisfläche 13 abstützen.

Figur 2 stellt ein erfindungsgemäßes Dreipunktauflager im Raumbild dar, das aus drei höhenverstellbaren Lagerstiften 1, ähnlich wie in Figur 1 wiedergegeben, und einer starren Verbindung 12 aufgebaut ist, wobei die starre Verbindung 12 zwei Kopfteile 3 verbindet, deren Spitzen 8 mit einer Verrundung 7 ausgeführt sind. Der dritte Lagerstift 1 weist eine ebene Basisfläche 13 auf, aus der ein Zylinderabschnitt 14 herausragt.

Es war überraschend, daß die Gewinde der höhenverstellbaren Lagerstifte mit einer as-fired-Oberfiäche so sauber und präzise geformt hergestellt werden

konnten und daher ieichtgängig sind und daß ein erfindungsgemäßes Auflager entgegen der Meinung der Fachwelt als dauerhaft stabile und genaue Fixierung der auflagernden Gegenstände dienen kann und seine Aufgaben auch bei Vibrationen, bei hohen Temperaturen und bei Temperaturwechseln zuverlässig erfüllt.
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Erfindungsgemäße Auflager können beispielsweise verwendet werden, um Einsätze (Nachbrenner) und Rohre (z. B, Kombination eines Brennerrohrs oder Flammrohrs mit einem Nachbrenner) von Kesselanlagen zu tragen. Die Verwendung eines Auflagers in einer Kesselanlage wird in der zeitgleich eingereichten deutschen Patentanmeldung "Einsatz für eine Kesselanlage, Kesselanlage und Verfahren zum Betreiben der Kesselanlage" beschrieben, auf deren Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE HOE 95/C752G

1. Auflager mit einem oder mehreren Lagerstiften, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lagerstift höhenverstellbar ist, der zwei miteinander durch schraubende Bewegung in der Höhe verstellbare Teile, ein Fußteil und ein Kopfteil, enthält, die über Gewinde verbunden sind und von denen zumindest das Kopfteil aus Keramik besteht und deren Gewinde zylindrisch sowie ohne scharfe Kanten und Grate ausgeführt sind.

2. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeoberflächen der Lagerstifte nicht im gebrannten Zustand mechanisch bearbeitet sind und die Gewinde mit einer Steigung größer oder gleich 1 mm ausgebildet sind.

3. Auflager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteil oder/und Kopfteil bis zu zehn, insbesondere nur bis zu vier Gewindegänge aufweist.

4 . Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteil am Übergang des Gewindes in die Basis einen Freistich aufweist.
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5. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfteil am Übergang des Gewindes in die Spitze einen Freistich aufweist.

6. Auflager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Freistich mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 5 mm beträgt.

7. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußteil zur Standfläche hin eine Verbreiterung oder/und einen ringförmigen Fuß oder mehrere Füße aufweist.

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10 HOE 95/C752G

8. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Kopfteils als Kalotte, stark verrundet oder facettiert ausgebildet oder mit einer ebenen oder gekrümmten Schräge als Endfläche versehen ist.

9. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Kopfteils einen Konus- oder Zylinderabschnitt aufweist.

10. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höheneinstellung mit einem keramischen Klebemittel fixiert wird.

11. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höheneinstellung über eine Bohrung und einen Bolzen fixiert wird.

12. Auflager nach einem der Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zu dem auflagernden Gegenstand über punkt- oder/und linienförmige Kontaktstellen erfolgt.

13. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens einen einteiligen nichthöhenverstellbaren Lagerstift aus Keramik enthält.

14. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zweipunkt-, Dreipunkt- oder Vierpunktauflager ist.

15. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei seiner Lagerstifte über jeweils mindestens eine starre Verbindung miteinander in einer stabilen Anordnung stehen.

16. Auflager nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung der Lagerstifte aus Keramik besteht.

11 HOE 95/C752G

17. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung einen polygonalen oder runden Querschnitt aufweist und aus einem Stab oder Rohr besteht und in Ausnehmungen, Bohrungen oder/und Vorsprünge der Fußteile einmündet.

18. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang der starren Verbindung zu den Lagerstiften über keramische Klebestellen oder Sintersteilen ausgeführt ist.

19. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß alle seine Lagerstifte über starre Verbindungen miteinander verbunden sind.

20. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstifte in der Form eines gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind.

21. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß seine Lagerstifte eine unterschiedliche Länge aufweisen.

22. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Silicatkeramik, Aluminiumoxidkeramik, Aluminiumnitridkeramik, Aluminiumtitanatkeramik, Glaskeramik, Siliciumcarbidkeramik oder Siliciumnitridkeramik besteht.

23. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wärmeleitender, dichter oder weitgehend dichter Keramik besteht.

24. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wärmeisoiierender poröser oder hochporöser Keramik besteht.