DE29817699U1 - In einem Halteblech aufgenommene Brennerelektrode - Google Patents

Description

In einem Halteblech aufgenommene Brennerelektrode

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerelektrode mit einem keramischen Isolierkörper und einer den keramischen Isolierkörper der Elektrode in einer Bohrung aufnehmenden Halteblech.

Zur Befestigung einer solchen Elektrode wird durch einen Preßvorgang das den Keramikkörper der Elektrode umgebende Metallmaterial des Wandbleches in Richtung des Zentrums der Bohrung plastisch verformt wird, so daß der Keramikkörper durch den Lochrand des Wandbleches festgehalten wird.

Derartige Brennerelektroden von Brennern sind im Prinzip seit langem bekannt. Dabei kann das die Elektrode in einer Bohrung aufnehmende Wandblech entweder ein getrennt in eine Öffnung einer Brennerwand einsetzbares Halteblech sein, theoretisch kann jedoch auch einfach die betreffende Kesselwand oder ein Abschlußblech eines Brennereinsatzes eine entsprechende

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Bohrung aufweisen, in welcher der keramische Isolierkörper der Elektrode aufgenommen und fixiert wird. Insofern umfaßt der hier verwendete Begriffe "Wandblech" den Begriff "Halteblech" und die Verwendung dieser Begriff erfolgt hier weitgehend synonym, auch wenn in aller Regel getrennte, kleine Haltebleche gemeint sind, die an den Elektraden montiert werden und die im zusammengebauten Zustand des Brenners einen Teil der Wand dieses Brenners bilden, so daß insoweit der Begriff "Wandblech" zutreffend ist. Ein in eine entsprechend größere Öffnung einer Brennerwand einzusetzendes Halteblech ist in Verbindung mit der Elektrode und deren Anbringung darin leichter handhabbar und deshalb bevorzugt. Außerdem kann das Halteblech relativ leicht in der dafür vorgesehenen Öffnung des Wandbleches dicht befestigt werden, z. B. durch Verschrauben. Die Verbindung zwischen Halteblech und Elektrode ist dagegen vergleichweise aufwendig, da die Elektrode im Betrieb unter Spannung steht oder aber, im Falle einer Überwachungselektrode, sehr geringe Ströme transportieren muß, so daß die durch das Halteblech hindurchgeführte Elektrode gegenüber dem Halteblech selbst sehr gut isoliert sein muß.

Dies geschieht im allgemeinen durch den keramischen Isolierkörper, der die Elektrode umgibt, wobei die Einheit aus keramischem Isolierkörper und dem zentralen metallischen Elektrodenelement auch insgesamt als "Elektrode" bezeichnet wird.

Die Verbindung zwischen dem keramischen Isolierkörper der Elektrode und dem Halteblech läßt sich zwar durch den üblichen Preßvorgang mechanisch relativ sicher herstellen, allerdings ist diese Verbindung im allgemeinen nicht gasdicht. Bei modernen Brennern werden jedoch zunehmend häufiger gasdichte Brennkammern verlangt und damit auch gasdichte Verbindungen zwischen dem Keramikkörper der Elektrode und dem zugehörigen Halteblech. Dies hängt teilweise auch damit zusammen, daß zunehmend mehr Brenner mit einem Gebläse betrieben werden, durch welches Verbrennungsluft oder ein Gemisch aus Verbrennungsluft und verbrennendem Gas in den Brennerraum eingeblasen wird, so daß in dem Brennerraum ein leichter Überdruck entsteht. Hierdurch soll die Verbrennung effektiver und mit weniger Schadstoffausstoß erfolgen. Dabei will man selbstverständlich vermeiden, daß aufgrund des Überdruckes, der durch die Verwendung eines solchen Gebläses in der Brennkammer notwendigerweise entsteht, Abgase oder gar noch nicht verbranntes Brenngas durch Lecks in der Wand der Brennkammer entweicht. Stattdessen soll das gesamte Abgas vollständig nur durch die dafür vorgesehene Abgasöffnung entweichen, die so angeordnet ist, daß die Abgase bis zum Erreichen dieser Öffnung die in ihnen enthaltene Wärme abgegeben haben und daß bis dahin auch sämtliches Brenngas und sämtliche oxidierfähigen Bestandteile des Abgases verbrannt sind. Dies gilt selbstverständlich auch für sogenannte atmosphärische Brenner die

nicht mit einem Gebläse betrieben werden, auch wenn bei diesen wegen des fehlenden oder nur geringeren Überdrucks im Inneren des Brenners der Austritt von Abgasen durch Lecks ein etwas geringeres Problem darstellt.

Die herkömmlichen Verfahren zur Befestigung von Elektroden in Halteblechen und die entsprechenden, in Halteblechen befestigten Brennerelektroden werden den heutigen Anforderungen zumeist nicht gerecht, da die Verbindung zwischen dem Halteblech und dem keramischen Isolierkörper der Elektrode nicht gasdicht ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in einem Halteblech aufgenommene Brennerelektrode mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welche eine gasdichte Verbindung zwischen Halteblech und Brennerelektrode aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem Rand der den Keramikkörper aufnehmenden Bohrung des Haltebleches und dem Keramikkörper ein elastischer und/oder plastischer Dichtungsring angeordnet ist.

Zweckmäßigerweise ist das Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung so ausgestaltet, daß Halte- und Positioniervorrichtungen vorgesehen sind, durch welche der zwischen Lochrand und Keramikkörper vorgesehene Dichtungsring während des Pressens des Haltebleches an seiner vorgesehenen Position verbleibt. Der Dichtungsring kann auch selbst in entsprechender Weise ausgestaltet werden, daß er vor dem Verbinden von Halteblech und Keramikkörper entweder an dem Keramikkörper oder an dem Halteblech bzw. dem Lochrand des Haltebleches fest haftet. Beispiele hierfür werden später noch beschrieben. Eine Möglichkeit zur Positionierung bzw. genauen Anordnung des Dichtungsringes liegt darin, in dem Keramikkörper in Höhe der Befestigungsposition des Haltebleches eine umlaufende Nut vorzusehen, in welcher ein Dichtungsring mindestens teilweise aufgenommen ist. Der Dichtungsring kann dann nicht in Längsrichtung auf dem im allgemeinen zylindrischen Keramikkörper verrutschen.

Alternativ könnte der Dichtungsring auch am Rand der im Halteblech vorgesehenen Bohrung befestigt werden, z. B. wenn in dem Öffnungsrand des Haltebleches eine umlaufende Vertiefung vorgesehen ist, oder wenn der Dichtungsring einen U- oder L-förmigen Querschnitt hat mit einem oder zwei radial nach außen ragenden Schenkeln, wodurch der Dichtungsring an dem Öffnungsrand des Haltebleches verankert werden kann. Alternativ könnte z. B. ein im

Querschnitt flach rechteckiger Dichtungsring auch mit enger Passung auf den zylindrischen Keramikkörper aufgeschoben werden und würde aufgrund der engen Passung und einer flachen, ebenen Auflagefläche auf dem Keramikkörper ebenfalls nicht ohne weiteres verrutschen.

Bei der Herstellung der Verbindung zwischen Halteblech und Brennerelektrode geht man vorzugsweise so vor, daß das Pressen des Metalls des Halteblechs ringförmig und im wesentlichen ohne Unterbrechung um den Lochrand umlaufend in einem im wesentlichen konstanten Abstand zum Lochrand der Bohrung des Haltebleches erfolgt. Die pressung kann aber auch unterbrochen sein und insbesondere gleichzeitig oder nacheinander über bestimmte Winhelsegmente von 60°, 90° oder 120° erfolgen, dabei können zwischen benachbarten Segmenten auch kurze, ungepreßte Stege verbleiben.

Vorzugsweise erfolgt dieses Pressen in einem Abstand zwischen 0,2 mm und 10 mm vom Lochrand der Bohrung, wobei die Breite der Preßlinie bzw. eines entsprechenden Preßwerkzeuges vorzugsweise zwischen 1 und 5 mm liegt. Außerdem erfolgt das Pressen des Metalls des Haltebleches vorzugsweise von beiden Seiten des Metallbleches her und vorzugsweise jeweils im gleichen Abstand zum Lochrand und auch in der gleichen Breite und der gleichen Querschnittsform der Pressung bzw. des Preßwerkzeuges. Auf diese Weise werden zweckmäßigerweise ringförmig umlaufende Nuten beiderseits in das Metallblech eingeprägt, wobei ein Teil des von den Preßwerkzeugen erfaßten Metalls radial einwärts fließt und damit den Durchmesser der den Keramikkörper mit der Dichtung aufnehmenden Bohrung verkleinert, um auf diese Weise einen festen Eingriff zwischen Halteblech, Dichtung und Keramikkörper herzustellen.

Die Preßnuten werden vorzugsweise mit trapezförmigem Querschnitt erzeugt.

Außerdem wird die Brennerelektrode vorzugsweise so hergestellt, daß das Pressen in der Weise erfolgt, daß die Innenkanten der Bohrung an der Oberseite und der Unterseite des Bleches jeweils etwas stärker radial einwärts gedrückt werden als das Blechmaterial in einem mittleren Abschnitt dazwischen, d.h. zwischen Ober- und Unterseite des Bleches. Dies bewirkt, daß in dem Lochrand effektiv eine Auskehlung bzw. umlaufende Vertiefung erzeugt wird, in welcher die Dichtung sicher festgehalten wird. Für den Fall, daß sich die Dichtung in axialer Richtung über die Dicke des Haltebleches hinaus erstreckt, kommen diese vorstehenden Kanten des Befestigungsloches mit der Dichtung in eine mehr oder weniger linienförmige Berührung, was einen hohen Abdichtungsdruck hervorruft und damit die Dichtigkeit der

Verbindung in besonderer Weise gewährleistet.

Konkret kann man die vorstehend beschriebene, bevorzugte Form des Lochrandes z. 8. dadurch erzeugen, daß das Pressen des Metallbleches von einer oder von beiden Seiten her in einem Abstand zum Rand der Bohrung erfolgt, der im Vergleich zur Dicke des Bleches relativ klein ist, vorzugsweise absolut kleiner ist als die Dicke des Metallbleches und insbesondere kleiner als die Hälfte der Dicke des Metallbleches.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Dichtungsring derart angeordnet ist, daß zwischen dem Keramikkörper der Elektrode und dem Halteblech kein unmittelbarer Kontakt besteht. Dies bedeutet, daß der Lochrand der Bohrung des Haltebleches nur mit der Dichtung in Eingriff tritt und die Dichtung ihrerseits auf der einen Seite mit diesem Lochrand und auf der anderen Seite mit dem Keramikkörper in Eingriff steht. Dies erreicht man entweder dadurch, daß die Dichtung eine entsprechende Dicke hat, die ein unmittelbares Inkontakttreten zwischen Halteblech und Keramikkörper der Elektrode verhindert, oder aber dadurch, daß sich die Dichtung in axialer Richtung zu beiden Seiten hin über die Dicke des Haltebleches hinweg erstreckt, so daß über die gesamte Dicke des Haltebleches hinweg die Dichtung zwischen dem Halteblech und dem Keramikkörper angeordnet ist.

Als geeignete Materialien für den Dichtring kommen z. B. PTFE, EPTM oder Silikon in Frage.

Statt der vorgenannten, elastischen Materialien kann der Dichtungsring jedoch auch aus einem plastisch verformbaren Metall, wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen. Derartige Metalldichtungen sind insbesondere dann besser geeignet, wenn beim Betrieb des Brenners an dem Halteblech und insbesondere im Bereich der Brennerelektrode am Halteblech höhere Temperaturen entstehen, denen die vorgenannten elastomeren Dichtungen möglicherweise nicht standhalten würden.

Die Dichtungen für die erfindungsgemäße Verbindung können unterschiedliche Querschnitte haben. In Frage kommen sowohl runde als auch rechteckige, als auch x-förmige Querschnittsformen, ohne daß diese Aufzählung erschöpfend sein soll.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

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Figur 1 schematisch einen offen dargestellten Brennerraum mit darin angeordneten

Brennstäben und einer in einem Halteblech aufgenommenen Brennerelektrode,

Figur 2 eine erste Ausführungsform einer in einem Halteblech befestigten Brennerelektrode,

Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer in einem Halteblech befestigten Brennerelektrode,

Figur 4 unterschiedliche Querschnittsformen für in Frage kommende Dichtungsringe

und

Figur 5 nochmals einen vergrößerten Ausschnitt der Verbindung zwischen Halteblech

und Keramikkörper ohne Dichtungsring.

Man erkennt in Figur 1 einen Brenner in Form eines rechteckigen, hier an drei Seiten offen dargestellten Kastens, der im Betrieb des Brenners dicht geschlossen ist und lediglich in der hier nicht dargestellten Oberseite eine Öffnung für den Austritt von Abgasen entsprechend dem dort gezeigten Pfeil B aufweist. In den Brennraum hinein ragen zwei sogenannte Brennerstäbe 21, die hohl sind und die mit ihrem hohlen Inneren mit einer Brennstoff-, konkret einer Brenngas- und einer Luftzufuhr in Verbindung stehen. Diese Brenngas- und Verbrennungsluftzufuhr erfolgt entlang des Pfeiles A, zum Beispiel durch die Injektorwirkung des zugeführten Brenngases, bei Bedarf auch mit einem hier nicht dargestellten Gebläse.

Oberhalb eines der Brennstäbe 21 ist eine Zündelektrode 1 dargestellt, die in einem Halteblech 2 in der Wand 22 der Brennkammer 20 angeordnet ist. Das Halteblech 2 kann mit der Wand 22 verschraubt oder vernietet sein. Die Zündelektrode selbst und ihre Befestigung in dem Halteblech ist besser in den Figuren 2 und 3 zu erkennen.

Figur 2 ist ein axialer Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Brennerelektrode, die in dem Befestigungsbereich einen im wesentlichen zylindrischen Keramikkörper 3 aufweist, durch welchen sich zentral ein Elektrodendraht 5 erstreckt. Der Elektrodendraht 5 ist wiederum mit einem Stecker 15 verbunden, und zwischen dem Stecker 1 5, dem Elektrodendraht 5 und dem Keramikkörper 3 ist noch ein Dichtring 14 vorgesehen, der unter anderem auch die gasdichte Verbindung zwischen dem Keramikkörper 3 und dem zentral darin angeordneten Elektrodendraht 5 sicherstellt.

Das ebenfalls im Schnitt dargestellte Halteblech 2 bzw. der Rand der zentralen Bohrung in dem Halteblech 2 steht in Eingriff mit einer Dichtung 4', die sich in axialer Richtung über die gesamte Dicke des Haltebleches 2 hinweg erstreckt. Der dabei verwendete Dichtring könnte

&zgr;. B. die oben in Figur 4 dargestellte, flach rechteckige Querschnittsform haben. Da jedoch die obere und untere Lochrandkante der Bohrung des Haltebleches radial einwärts vorspringen, ist der Dichtungsring 4' im Bereich der oberen und unteren Kanten des Lochrandes stärker zusammengedrückt als im übrigen Bereich. Aufgrund dieses nahezu linienförmigen Eingriffs wird ein sehr hoher spezifischer Flächendruck erzeugt, mit einer sehr guten Dichtigkeit dieser Verbindung.

Wie man erkennt, haben die ringförmig um die Aufnahmeöffnung umlaufenden, eingepreßten Nuten 7 einen trapezförmigen Querschnitt und ihr lichter Abstand zum Lochrand, d.h. der lichte Abstand zwischen der radial am weitesten innen liegenden oberen bzw. unteren Kante der Nuten 7 zum Lochrand ist kleiner als die Dicke des Haltebleches und beträgt nur zwischen 20 und 30% dieser Dicke.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 in mehrfacher Hinsicht. Zum einen hat der Keramikkörper 3 eine deutlich geänderte Form und ist nicht mehr ein einfacher Hohlzylinder sondern ein Hohlzylinder mit einer abgestuften, zentralen Bohrung, und der Keramikkörper 3 hat außerdem noch eine an seiner Außenseite umlaufend vorgesehene Nut 8. In dem engeren zentralen zylindrischen Hohlraum verläuft im wesentlichen in dichter Passung der Elektrodendraht 5. In dem anschließenden, etwas weiteren hohlzylindrischen Abschnitt ist wiederum ein Dichtring 14 angeordnet, und zwar vorzugsweise in strammer Passung, so daß wiederum eine sichere Abdichtung zwischen dem Elektrodendraht 5 einerseits und der Innenwand des hohlzylindrischen Keramikkörpers 3 andererseits erzeugt wird.

Die trapezförmige Nuten 7 des Haltebleches 2 haben im wesentlichen dieselbe Form und Anordnung wie im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 und auch die aufgrund der speziellen Anordnung der trapezförmigen Nuten 7 erzeugten, vorspringenden oberen und unteren Lochkanten 9 haben im wesentlichen den gleichen Verlauf wie im Ausführungsbeispiel der Figur 2.

Weitere Details sind besser noch in Figur 5 zu erkennen. In Figur 5 ist ein Ausschnitt des Dichtungseingriffs zwischen Halteblech 2 und Keramikkörper 3 ohne den Dichtungsring dargestellt. Man erkennt dabei deutlich die entlang des Umfanges des Keramikkörpers 3 vorgesehene Nut 8 zur Aufnahme eines Dichtungsringes 4, wobei, wie man in Figur 3 erkennt, der Dichtungsring 4 so bemessen ist, daß er nur teilweise in dieser Nut aufgenommen ist und auf jeden Fall so weit aus dieser Nut hervorsteht, daß er in dichten Eingriff mit der Innenfläche

der Bohrung im Halteblech 2 tritt, wenn dieses Halteblech an den Keramikkörper 3 angepreßt ist. In diesem Fall ist aber zusätzlich zu dem Eingriff zwischen Dichtungsring und Keramikkörper 3 einerseits sowie zwischen Dichtungsring 4 und Halteblech 2 andererseits auch noch ein unmittelbarer Eingriff der Lochrandkanten 9 des Haltebleches 2 mit dem Keramikkörper 3 vorgesehen, der nicht notwendigerweise gasdicht sein muß, jedoch zusätzlichen mechanischen Halt gibt. Der Dichtungsring 4 könnte z. B. die in der Mitte der Figur 4 dargestellte, in etwa X-förmige Querschnittsform haben, wobei er aufgrund der Pressung durch das Halteblech 2 eine nahezu quadratische Form annimmt. Auch dabei entsteht jedoch wegen der X-Querschnittsform des Dichtungsringes zunächst ein mehr oder weniger linienförmiger Eingriff entlang der vorstehenden Kanten des Dichtungsringes, so daß auch im Bereich dieser Kanten ein relativ großer, spezifischer Flächendruck herrscht.

Allerdings könnte ohne weiteres auch ein herkömmlicher, im Querschnitt kreisförmiger Dichtungsring 4" verwendet werden, wie er im unteren Teil der Figur 4 dargestellt ist, da ein solcher Dichtungsring mit ebenen Flächen ebenfalls zunächst nur in mehr oder weniger linienförmigen Eingriff tritt und sich im allgemeinen auch mit solchen Dichtungsringen dichte Verbindungen erzielen lassen.

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Brennerelektrode mit einer den keramischen Isolierkörper (3) der Elektrode (1) in einer Bohrung (6) aufnehmenden Halteblech (2), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rand (9) der Bohrung (6) und dem Keramikkörper (3) ein elastischer und/oder plastischer Dichtungsring (4, 4') angeordnet ist.

2. Brennerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring derart angeordnet ist, daß zwischen dem Keramikkörper (3) der Elektrode (1) und dem Halteblech (2) kein unmittelbarer Kontakt besteht.

3. Brennerelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (3) eine umlaufende Nut (8) zur mindestens teilweisen Aufnahme des Dichtungsringes (4, 4') aufweist.

4. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochrand eine umlaufende Vertiefung (10) zur mindestens teilweisen Aufnahme des

... Dichtungsringes (4, 4') aufweist.

5. Brennerelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine vorstehende Lochrandkante mit der Oberfläche des Keramikkörpers (3) in direktem Kontakt steht.

6. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entlang des Lochrandes in das Blech eingeprägten Nuten einen trapezförmigen Querschnitt haben.

7. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Lochrand (9) und Keramikkörper (3) eingepreßte Dichtring (4') in axialer Richtung der Bohrung (6) ein die Dicke des Haltebleches (2) übersteigendes Maß aufweist.

8. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring aus einem Elastomeren, vorzugsweise einem temperaturbeständigen Elastomeren, und insbesondere aus PTFE, EPTM oder Silikon besteht.

- &iacgr;&ogr; -

9. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (4') aus einem plastisch verformbaren Material, wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

10. Brennerelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring {4') vor dem Befestigen einen runden, rechteckigen oder X-förmigen Querschnitt hat.