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Titel: Verbundoberofenelement
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Anwendungsgebiet Die Erfindung betrifft die Gestaltung von unbewehrten
Verbundoberofenelementen, die an keramischen Haltesteinen aufgehangen werden und
für die Zustellung von brennstoffbeheizten Industrieöfen, vorzugsweise solcher ösen,
in denen künstlich-poröser Feuerbeton eingesetzt wird, bestimmt sind (Künstlich-poröser
Feuerbeton kurz: KPFB).
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Charakteristik der bekannten technischen Lösung Im Industrieofenbau
ist das Verfahren der "Inneren ReRuperation" bekannt. Während für dieses Verfahren.bei
industrieöfen kleinerer Spannweiten künstlich-poröse Gewölbefertigteile eingesetzt
werden, gibt es für größere Spannweiten 2.Z. keine vertretbare technische Lösung
der Zustellung mit künstlich-porösen Feuerbeton, da selbsttragende Fertigteile ohne
Stahlarmierung bei allseitiger thermischer Belastung bezüglich ihrer Abmessungen
begrenzt einsetzbar sind.
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Bei bisherigen Zustellungen von Industrieöfent die bedingt durch die
FUhrung der Abgase bzw. anderer gasförmiger Medien ein mit einem Zwischenraum versehenes
doppeltes Gewölbe'besitzen, mußte jedes Gewölbeteil für sich statisch stabil sein.
Eine Schwerbauweise ist dabei unvermeidbar. Die Montage ist aufwendig, da jedes
Gewölbe einzeln gesetzt werden muß.
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Weiterhin ist bekannt, daß vorhandene Konstruktionen scheitrechter
Decken, sowohl selbsttragende als auch Hängedecken, in ihrer Anwendungstemperatur
begrenzt sind und bei einer Vielzahl von Varianten hitzebeständiger Stahlbeton eingesetzt
wird.
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Konstruktionen mit unbewehrten großformatigen Deckensteinen sind nur
zur Zustellung kleiner Spannweiten geeignet.
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Lösungen von Hohldecken, wie in der OS 27 30 493 angeführt, stellen
kein für sich eigenständiges Element dar und sind für die genannte Zustellung ebenfalls
nicht geeignet, da durch die Aneinanderreibung der Vielzahl von Ankersteinen kein
über das gesamte Gewölbe notwendiger ungeteilter Zwischenraum zur Gasführung entsteht.
Auch die Stegausbildung des Ankersteines er-
laubt nur serine Gurtsteingewichte
und Abmessungen. Da bei dieser Konstruktion ein Ankerstein für jeweils zwei benachbarte
Elemente (Gurtsteine) die Tragfunktion ausgibt, besteht bei großen Spannweiten die
Gefahr der Auslenkung der Anker.
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Die vorhandenen Oberofenkonstruktionen sind nicht geeignet für eine
Verbundbauweise mit allseitiger thermischer Belastung und die Zustellung vor allem
großer Spannweiten.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, ein unbewehrtes Verbundoberofenelement
unter Verwendung von keramischen Iialtesteinen zu schaffen, womit Industriebfen
unterschiedlichster Spannweiten und Anwendungstemperaturen zugestellt werden und
bei denen vorzugsweise KPFB eingesetzt wird.
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Gleichzeitig ist eine rationelle Fertigung, Montage und Reparatur
der Elemente gesichert.
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Bei Einsatz von künstllch-porösen Feuerbeton wird eine Verbesserung
der energetischen Kennziffern des Ofenbetriebes erreicht.
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Insbesondere ist deshalb die Voraussetzung des Einsatzes von künstlich-pordsem
Feuerbeton fUr Industrieöfen großer Spannweiten zu schaffen, Darlegung des Wesens
der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hängedeckenelemente als
Verbundmontageelemente vorzugsweise mit künstlich-porösem Feuerbeton so zu gestalten,
daß zwei z.B. parallele, durch einen Zwischenraum (Gassammelkanal) getrennte Fertigteilsegmente
durch keramische Haltesteine verbunden werden.
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Zwischen dem keramischen Verbindungselement (Haltestein) und den Deckeneinzelelementen
liegen entsprechende Freiheitsgrade vor, die durch unterschiedliche Materialeigenschaften
und Temperaturen zwangsläufig auftretende Spannungen kompensieren und eine vorzeitige
Zerstörung vermeiden.
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Durch die Konstruktion ist eine auf Ubliche Ofentemperaturen bezogene
gasdichte Verbindung zwischen Halte stein und Element
sowie mehreren
Elementen untereinander zu gewährleisten.
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Außerdem ist aus arbeitsschutztechnischen Gründen zu. sichern, daß
bei Bruch eines Haltesteines die Zerstörung des Steines erkennbar ist, dieser aber
nicht herausfällt und problemlos ausgewechselt werden kann.
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Merkmale der Erfindung Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß zwei statisch stabile Deckeneinzelelemente aus feuerfesten Baustoffen, wobei
ein Element vorzugsweise aus künstlich-porösem Feuerbeton besteht, durch mehrere
in nach statischen Anforderungen festgelegten Flächenpunkten angeordnete Keramikhaltestoine
in einem definierten Abstand voneinander gehalten werden.
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Die Halte steine besitzen einen Fuß zur Auflage des dem Ofenraum zugewandten
feuerfesten Fertigteilsegmentes und in bestimmtem Abstand einen Absatz zur Auflage
des oberen feuerfesten Deckenelementes. Der Fuß und die Auflage des dem Ofenraum
zugewandten Deckenelementes sind dabei so gestaltet, daß der Haltestein nach Einführung
seines Fußes in die vorgesehene Aussparung des unteren feuerfesten Fertigteilsegmentes
und einer Verdrehung um 90° um seine Längsachse formschlüssig wird, jedoch im gesamten
Verbundelement beweglich bleibt.
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Zwischen Deckenelement und Haltestein besteht eine nicht kraftschlüssige
Verbindung, womit solche Freiheitsgrade geschaffen werden, durch die Druck-, Zug-
und Biegespannungen ohne negativen Einfluß bleiben.
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Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausfilhruigsbeispieles
in-Verbindung mit den Figuren 1, 2 und 3 näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt das Verbundelement im Schnitt.
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Dieses Element mit den Flächenabmessungen 1000 x 1000 mm besteht aus
einem der Feuerseite zugewandten KPFB-FertiQteil (1) Qer Güte F 15-363 in einer
Dicke von 125 mm, einem Zwischenraum (2) (Abgassammelkanal) von 125 mm und dem äußeren
stoff-
dichten Fertigteil (3) der Güte F 12-241 mit ebenfalls einer
Dicke von 125 mm. Den Abschluß bilden Kaolin- (4) und Mineralwollschichten (5) zur
Vermeidung von Wärmeverlusten. Die Gesamtdicke des Elementes wird 500 mm nicht übersteigen.
In den Eckpunkten der Elemente, im Abstand von 250 min' von der Außenkante befinden
sich jeweils übereinanderliegende, im Durchmesser unterschiedliche öffnungen (6),
durch die der Haltestein (7) eingeführt wird und die Elemente sich im vorgegebenen
Abstand auflegen.
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Dieser keramische, zylindrische Haltestein mit einer Gesaratlänge
von 500 mm, einer metallischen Aufhängearmatur (8) am oberen Schlußstück von 50
mm Durchmesser (9), einer Erweiterung in 250 mm Höhe auf einen Durchmesser von 85
mm (10), die gleichzeitig die Auflagefläche (11) für ein feuerfestes Ferti,teilsegment
(3) bilaet, besitzt am unteren Teil einen 30 mm starken Haltesteinfuß (12) (Darstellung
Figur 2/3), welcher die Auflagefläche (13) für ein feuerfestes künstlich-poröses
Fertigteilsegment (1) bildet, mit den Achsabmessungen 120 mm und 160 mm, wobei die
Abmessung 160 mm einen Radius von 80 mm (14) besitzt und nach unten mit 300 (15)
abgeschrägt ist.
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Dieser Haltesteinfuß befindst sich in einer um 5 mm größer gehaltenen
Aussparung (16) im feuerfesten künstlich-porösen Fertigteilsegment. Nach Einführung
des Haltesteinfüßes in die vorgesehene Aussparung wird dieser um 90° um die Längsachse
gedreht (Darstellung Figur 3) und dadurch am Herausfallen gehindert.
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Im aufgehän£ten Zustand befindet sich die untere Kante des llaltesteinfüßes
5 mm im feuerfesten künstlich-porösen Fertigteilsegment (17). oi Bruch des Haltesteinen
senkt sich der Fuß ab und ragt 5 - 10 mm aus dem Fertigteil heraus (18).
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Bericht über das Ergebnis der vorläufigen Prüfung der Neuheit und
der technisch-ökonomischen Effektivitat zur WP - Anmeldung "Verbundoberofenelement"
Recherchiert wurden folgende Länder: DUR, BRD, UdSSR Klassifikationseinheit Patentschriften-Nummer
DDR F 27 D 1/00 29 598 - 155 429 @ 1/02 59 716 - 145 190 " 1/04 32 184 - 152 405
n 1/06 155 145 tt 1/08 27 466 - 126 6.72 1/10 95 916 - 107 134 BD F 27 D 1/00 1
558 589 - 3 123 130 n 1/02 1 483 126 - 3 02Q 830 " 1/04 1 558 579 - 3 038 701 "
1/06 1 926 392 - 3 015 125 1/10 1 558 588 - 2 915 305 UdSSR " 16 1 9/18 64 556 53/00
493 588 23 1 1 15/02 494 566 F 25 b 19/02 492 712 F 28 d 7/00 489 924 - 489 925
n 11/02 494 589 15/00 491 016 und 494 590 F 28 f 1/08 489 927 F 28 g 9/00 493 613
und 494 593 Speziell wurden folgende Patent-, Auslegeschriften und Offenlegungsschriften
geprüft:
PS-Nr. 32 319; 32 927; 58 031; 85 529; 110 694; 112 308;
112 684; 126635; 126 672; 151 201; 2 730 493; 2 911 593; 2 911 594-; 2 912 191.
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AS-Nr. 1 299 245; 1 584 344; 1 584 837; 1 584 763; 1 683 820; 1 683
979; 1 759 917; 2 111 485.
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OS-Mr. 2-818 751; 3 000 104; 3 003 185; 3 026 603; 3 028 830; 3 030
945.
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Sonstige Informationsquellen (1) Petzold, A., Röhre, M. "Beton für
hohe Temperaturen" VEB Verlag für Bauwesen Berlin (2) Nelcrassow, G., "Hitzebeständiger
Beton" Bauverlag G.m.b.H., Wiesbaden, Berlin (3) Rothfuchs, G., "Betonfibel Band
I und II" Bauverlag G.m.b.H., Wiesbaden, Berlin (4) Reinsdorf, S., "Betontaschenbuch"
Teil I (Band) VEB Verlag für Bauwesen Berlin (5) Brunklaus, J.H., "Industrieöfen
- Bau und Betrieb" Vulkan-Verlag Essen 1979, 4. Auslage Firmenschriften der Firmen
Didier (BRD), Plibrico (Austria), Brohltal (BRD), Morgan (GB) , Alcoa (USA).
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Es wurden keine dem Wirtschaftspatent @ntgegenstehende Rechte festgestellt.
Die recherchierten quellen enthalten keine unr mittelbare und mittelbare Lösungen
zur Herstellung von scheitrechten Verbundoberofenelerenten, insbesondere zur Kombination
von künstlich-porößen mit stoffdichten (gasundurchlässigen) Bauteilen mittels geeigneter
Aufhängung. Die geprüften technischen Lösungen genUgen nicht den verfahrensbedingten
Besondorheiten des vorliegenden Wirtschaftspatentes in Form der kombinierten stoffdurchströmten
und stoffisolierenden Bauweise für die in Frage kommenden Drücke, Spannungen und
Temperaturen.
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Die dem Wirtschaftspatent naheliegende Lösung von Hohldecken, wie
in der OS 2 730 493 angeführt, stellen kein für sich eigenständiges Element dar
und sind für die genannte Zustellung ebenfalls nicht geeignet, da durch die Aneinanderreichtung
der Vielzahl von Ankersteinen kein über das gesandte Gewölbe ungeteilter Zwischenraum
zur Gasführung entsteht. Auch die Stegausbildung des Anker steines erlaubt nur geringe
Gurtsteingewichte und Abmesslmen. Da bei dieser Konstruktion ein Ankerstein für
jeweils zwei benachbarte Elemente (Gurtsteine) die Tragfunktion ausüot, besteht
bei großen Spannweiten die Gefahr der Auslenkung der Anker. Die vorhandenen Oberofenkonstruktionen
sind nicht geeignet für eine Verbundbauweise mit allseitiger thermischer Belastung
und die Zustellung vor allem großer Spannweiten, Ferner sind die geprüften technischen
Lösungen für das Wirtschaftspatent ungeeignet, da in großen Maße Lösungen stahlarmierter
Bauteile vorgeschlagen werden, die für hocherhitzte und allseitig erwHrmte Elemente
ungeeignet sind. Konstruktionen mit unbewehrten Deckenelementen sind nur für kleine
Spannweiten der Iiiustrieöfen geeignet. Die analysierten technischen Lösungen beinhalten
keine Verbundelemente unterschiedlicher Austangsstoffe mit gezielter Vermeidung
der Kraftschlüssigkeit zum Ankersystem und stehen deshalb dem Wirtschaftspatent
nicht entgegen.
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Die Lösungen von Anker- bzw. Haltesteinen besitzen Stahlbewehrungen,
die für die auftretenden hohen Temperaturen nicht eingesetzt werden können und erlauben
fernor keine selektive Montage mit den feuerfesten Fertigteilsegmenten, sondern
werden fest mit diesen verbunden, gleichzeitig gefertigt. Sie erfüllen nicht die
arbeitsschutztechnischen Anforderungen bei Begehungen von Ofenanlagen.
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Das Wirtschaftspatent bilaot die Voraussetzung der Anwendung des Verfahrens
der sog. "Inneren Rekuperation" für Industrieöfen aller, insbesondere großer Spannweiten
und damit der Erzielung der dem Verfahren zugrunde liegenden technologischen und
energetischen Vorteile.
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Die im Wirtschaftspatent genannte technische Lösung ist anwendbar
für alle brennstoffbeheizten I-ndustrieöfen (Metallerwärmung, Keramikbrennen, Schmelzen
etc.), in denen vorzugsweise künstlich-poröser Feuerbeton eingesetzt wird.
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Erste Versuchselemente gemäß der im Wirtschaftspatent enthaltenen
technischen Lösung wurden auf einem Versuchsstand erprobt und haben die Realisierbar.keit
der Lösung bestätigt.
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Aufstellung der Bezugszeichen 1. SPFB - Fertigteil 2. Zwischenraum
(Abgassammelkanal) 3. Stoffdichtes feuerfestes Fertigteil 4. Kaolinwolle 5. Mineralwolle
6. Aussparung für Haltesteine 7. Haltestein 8. Aufhängearmatur 9. Schlußstück des
Haltesteines 10. Erweiterung des Haltesteines 11. Auflagefläche für stoffdichtes
feuerfestes Fertigteil 12. Haltesteinfuß 13. Auflagefläche für KPFB-Fertigteil 14.
Abrundung Haltesteinfuß 15. Abschrägung Haltesteinfuß 16. Aussparung für Haltesteinfuß
17. Sitz des Haltesteinfußes im aufgehangenen Zustand 18. Sitz des Haltesteinfußes
nach Zerstörung des Steines