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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von
Keramikformkörpern und eine Kombination von Teilen zur Anwendung dafür.
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Keramikformkörper, die durch das Mischen eines Keramikrohmaterials mit einer
geeigneten Brennhilfe und anschließendes Extrudieren eines so erhaltenen
Keramikkörpers gebildet werden, werden herkömmlicherweise wie folgt gebrannt:
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Beispielsweise wird, wie in Fig. 8 gezeigt, eine Vielzahl von
Keramikformkörpern 4 seitlich eingeschoben und auf Fächer 3 auf einem
Fahrgestell 2 innerhalb eines Tunnelofens (oder eines periodischen Ofens)
gestellt, und die Formkörper werden gebrannt, indem die Ofenatmosphäre durch
Brenner, die sich durch Seitenwände 5 des Ofens 1 erstrecken, auf eine
bestimmte Temperatur erwärmt wird. Ein solcher Brennofen wird allgemein als
"Seitenbrennsystem" bezeichnet.
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Wie in Fig. 9 gezeigt, ist als Brennofen auch ein Unterbrennsystem verwendet
worden, bei dem Brenner 6 an den oberen und unteren Abschnitten von
Seitenwänden eines Ofens angeordnet sind.
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Jedoch werden bei den obengenannten Keramikbrennverfahren, da Keramikformkörper
direkt einem Verbrennungsgasstrahlstrom ausgesetzt sind, die Formkörper
teilweise weggeschmolzen oder lokal thermisch verformt. Wenn die
Keramikformkörper beispielsweise Bienenwabenstrukturkörper aus Kordierit
sind, werden sie allgemein bei etwa 1.400ºC gebrannt. Andererseits werden
sie, da der Schmelzpunkt des Bienenwabenstrukturkörpers etwa 1.450ºC beträgt,
an einer Stelle, an der ein Verbrennungsgasstrahlstrom direkt auftrifft,
teilweise weggeschmolzen. Das heißt, im Fall des Seitenbrennsystems in Fig.
8 berühren die Verbrennungsgasstrahlströme von den Brennern, wie durch Pfeile
gezeigt, die Keramikformkörper 4 direkt durch Öffnungen, die an Seiten der
Fächer vorgesehen sind. Beim Unterbrennsystem in Fig. 9, strömen
Verbrennungsgasstrahlströme über oder unter den Fächern 3 vorbei, werden
von den Seitenwänden 5 zurückgeworfen und berühren die Keramikformkörper
durch öffnungen, die durch die Fächer 3 begrenzt sind. Sowohl beim
Seitenbrennsystem als auch beim Unterbrennsystem strömt der
Verbrennungsgasstrahlstrom durch einen Spalt zwischen den Fächern. Dadurch
werden die nahe dem Spalt angeordneten Keramikformkörper beeinflußt, oder
Verbrennungsyasstrahlströme prallen auf einer Stütze auf, die auf dem
Fahrgestell während der Bewegung des Fahrgestells vorgesehen ist, und der
Gasstrahlstrom wird zu einer Turbulenz, sodaß der Gasstrahlstrom die
Keramikformkörper direkt berührt. Andererseits bestehen, bezogen auf
Formkörper sogar innerhalb desselben Faches natürlich Variationen zwischen
Produkten, die erhalten werden, während sie direkt mit den
Verbrennungsgasstrahlströmen in Berührung kommen, und anderen Formkörpern.
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Insbesondere wenn der Keramikformkörper eine Bienenwabenstruktur aufweist,
ist eine Anzahl von Durchgangslöchern durch dünne Wände begrenzt. Daher treten
nicht nur das Wegschmelzen und die thermische Verformung des äußeren
peripheren Abschnitts des Beinenwabenstrukturkörpers auf, sondern auch
Schrumpfungsverformung oder Schnitte der dünnen Wände aufgrund einer
Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der
Bienenwabenstrukturkörper.
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Die DE-B-2739722 beschreibt das Brennen von großen Artikeln, über 150 kg,
während sie von Abschirmung oder aufrechtem Gitterwerk umgeben sind, um einen
im wesentlichen gleichmäßigen Temperaturgradienten um den Artikel herum
beizubehalten.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Probleme zulösen
und ein Verfahren zum Brennen von Keramikformkörpern mit weniger Schwankungen
der Produktqualität sowie Brennteile zur Verwendung dafür zu schaffen.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Verfahren wie in Anspruch 1 dargelegt
geschaffen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination
aus Teilen geschaffen, wie in Anspruch 3 dargelegt.
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Vorzugsweise können als Abschirmungselement zum Brennen
Keramikbienenwabenstrukturkörper verwendet werden, die Durchgangslöcher
aufweisen, die sich orthogonal zur Richtung des Verbrennungsgasstrahlstroms
erstrecken.
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Gemäß vorliegender Erfindung erreichen, da die Abschirmungselemente so
angeordnet sind, daß die Verbrennungsgasstrahlströme daran gehindert werden
können, die zu brennenden Keramikformkörper direkt zu berühren, die
Verbrennungsgasstrahlströme die Keramikformkörper nicht direkt, der Formkörper
wird nicht teilweise weggeschmolzen oder ungünstig verformt und es kann ein
gebrannter Körper mit hervorragender Qualität erreicht werden.
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Außerdem kann, durch die Verwendung des Abschirmungselements als
Brennhilfsmittel, das vorzugsweise als eine schräg geteilte
Bienenwabenstruktur konstruiert ist, das Abschirmungselement leicht sein.
Darüberhinaus kann, da die Brennvorrichtung getrennt auf geteilte Art
angeordnet ist, der Einschiebevorgang erleichtert werden. Weiters kann die
Abmessung des Abschirmungselements durch das Staffeln der geteilten Abschnitte
entlang der Schnittflächen vergrößert oder verringert werden. Daher kann
die Abmessung entsprechend eingestellt werden, auch wenn ein Zwischenraum
von Stützen variiert.
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Weiters erreichen die Verbrennungsgasstrahlströme von den Brennern die
Formkörper nicht direkt, da die Schnittflächen schräg sind.
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Diese und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach
dem Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung anerkannt werden, wenn
sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei
es sich versteht, daß Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung
bezieht, einige Modifikationen, Variationen und Veränderungen derselben
vornehmen können.
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Für ein besseres Verstehen der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen
bezuggenommen, worin:
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Fig. 1 ein Brennofen zur Durchführung des Brennverfahrens gemäß vorliegender
Erfindung ist;
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die Figuren 2 und 3 schematische Ansichten sind, die die Anordnung der
Abschirmungselemente gemäß vorliegender Erfindung darstellen;
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Fig. 4(A) eine Draufsicht eines periodischen Ofens zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist;
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Fig. 4(B) eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 4(A) ist;
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des
Abschirmungselements als ein Brennhilfsmittel gemäß vorliegender Erfindung
ist;
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Fig. 6 eine schematische Ansicht ist, die die Anordnung der
Abschirmungselemente von Fig. 5 auf dem Fahrgestell im Brennofen zeigt;
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Fig. 7 eine Draufsicht ist, die die Anordnung des erfindungsgemäßen
Abschirmungselements veranschaulicht;
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Die Figuren 8 und 9 Schnittansichten eines herkömmlichen Brennofens sind,
der zum Brennen von Keramikformkörpern verwendet wird.
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Das Brennverfahren gemäß vorliegender Erfindung wird detaillierter unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erklärt.
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Fig. 1 zeigt einen Tunnelofen 11 zum Brennen von Bienenwabenstrukturkörpern
aus Keramik. Ein Fahrgestell 12 ist beweglich im Tunnelofen 11 angeordnet.
Fächer 13 sind auf dem Fahrgestell 12 angeordnet.
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Brenner 16a, 16b sind im Tunnelofen 11 vorgesehen und durchdringen dessen
Wände 15. Die Brenner 16a, 16b sind durch die Ofenwände hindurch angeordnet,
beispielsweise über der obersten Stufe der Fächer 13 und parallel zur
untersten Stufe der Fächer, während sie horizontal gestaffelt und einander
gegenüberliegend sind, sodaß die Verbrennungsgasstrahlströme zirkuliert werden
können.
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Das Fahrgestell 12 besteht aus einem Fahrgestellrahmen 9, der drehbar Räder
8 trägt, die auf Schienen 7 an einem Boden des Ofens gleiten, und einer
Auflage 10, die durch das Aufschichten von feuerfesten Blöcken auf dem
Fahrgestellrahmen 9 gebildet ist. Sandabdichtbare Eisenplatten 17 sind am
Fahrgestell 12 vorgesehen, während ein Teil einer jeden der sandabdichtbaren
Eisenplatten 17 in Sand innerhalb von sandaufnehmenden Rinnen 18 von
Ofenwänden 15 eingegraben ist. Die sandabdichtbare Eisenplatte bewegt sich
gemeinsam mit dem Fahrgestell. So werden die Verbrennungsgasstrahlströme,
Teer usw. durch die Eisenplatten 17 daran gehindert, in die Seite der Räder
8 einzudringen.
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In den Fächern 13 sind die jeweiligen Stufen durch Stützen 20 in einem
bestimmten vertikalen Abstand voneinander entfernt angeordnet. Das heißt,
es wird ein Zwischenraum gewährleistet, der ausreichend ist, um
Keramikformkörper 14 auf den Fächern anzuordnen. Wenn die zu brennenden
Keramikformkörper 14 auf den Fächern 13 anzuordnen sind, werden keine
Keramikformkörper auf der untersten Stufe der Fächer 13 angeordnet, die sich
horizontal auf gleicher Höhe mit den Brennern 16b befindet. Der Grund dafür
ist, daß die Verbrennungsgasstrahlströme von den Brennern 16a, 16b durch
das unterste Fach zirkuliert werden, sodaß alle Fächer so gleichmäßig wie
möglich erwärmt werden können, und daß, wenn die Verbrennunggasstrahlströme
direkt auf die Keramikformkörper auftreffen, diese schmelzen.
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Beim so konstruierten Brennofen treffen die von den Brennern 16a ausgestoßenen
Verbrennungsgasstrahlströme die gegenüberliegenden Ofenwände und kehren von
diesen zurück, sodaß sie als eine Wirbelströmung weit in jede Richtung
verteilt werden und daß es wahrscheinlich ist, daß ein Teil der Wirbelströmung
in die obersten und untersten Stufen der Fächer 13 gelangt. Um das Eintreten
der Wirbelströmung der Verbrennungsgasstrahlströme zu verhindern, sind
Abschirmungselemente 22 als Brennhilfsmittel gegenüber den Keramikformkörpern
14 angeordnet, die sich auf den Fächern zwischen den auf das Fahrgestell
gesetzten Stützen 20, 20 befinden, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
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Im Tunnelofen sind, wie in Fig. 3 gezeigt, da ein Zwischenraum zwischen
Fächern 12a, 12b als Weg für den Verbrennungsgasstrahlstrom vom Brenner 16
dient, die Abschirmungselemente 22 zwischen den Stäben 20,20 angeordnet,
die diesem Weg zugewandt sind, um einen Verbrennungsgasstrahlstromweg 31
zu bilden.
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Die obige Erklärung erfolgte bezogen auf das Verfahren zum Brennen von
Keramikformkörpern unter Verwendung des Tunnelofens, ist aber auf einen
periodischen Ofen anwendbar.
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Beispielsweise sind, wie in den Figuren 4(A) und (B) gezeigt, Zwischenräume
zwischen Fachplatten 21 vorgesehen, und Keramikformkörper werden gebrannt,
indem Verbrennungsgasstrahlströme durch die Gasbrenner 16a, 16b in die
Zwischenräume ausgestoßen werden, wie durch einen Pfeil gezeigt. In diesem
Fall können, wenn der Strahlstrom einen bestimmten Winkel aufweist (in Fig.
4(B) ist θ der Ausstoßwinkel des Brenners), die Abschirmungselemente 22 an
Positionen angeordnet sein, an denen die Strahlströme sich mit den Fachplatten
21 schneiden.
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Ein Weg für den Verbrennungsgasstrom ist zwischen den Fachplatten 21,21
gebildet, zwischen denen die Fachelemente 22 angeordnet sind.
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Als nächstes wird unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
das gemäß vorliegender Erfindung verwendete Abschirmungselement erklärt,
das verhindert, daß der Verbrennungsgasstrahlstrom die Keramikformkörper
berührt.
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Das Abschirmungselement 22 in den Figuren 1 bis 4 besteht aus einem
Keramikmaterial mit Wärmeschockbeständigkeit und Feuerfestigkeit,
beispielsweise ein Keramikmaterial auf Mullitbasis, ein Keramikmaterial auf
Kordieritbasis, ein Keramikmaterial auf Tonerdebasis oder ähnliches.
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Die Gestalt des Abschirmungselements ist massiv, hohl, bienenwabenförmig
oder ähnliches. Es ist vorzuziehen, daß die Seitenflächen des
Abschirmungselements eine ebene Oberfläche aufweisen. Der Grund dafür ist,
daß die Wandflächen des Abschirmungselements je nach seiner Wärmekapazität
als Quelle zur Erzeugung von Wärmestrahlung während des Brennens dienen.
Wenn die Wärmestrahlung erzeugende Quelle die ebene Wandfläche ist, ist es
möglich, die Keramikformkörper gleichmäßig und indirekt zu erwärmen. Wenn
das Abschirmungselement hohl ist, wirkt ein Raum innerhalb des
Abschirmungselements nicht nur als eine wärmeisolierende Schicht, sondern
es verringert sich auch die Wärmekapazität, sodaß die Wärmeeffizienz
verbessert wird.
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Vom Standpunkt der Anordnung des Abschirmungselements auf dem Fahrgestell
und der Wärmeeffizienz ist das Abschirmungselement vorzugsweise in der Form
einer Bienenwabenstruktur konstruiert. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein
Bienenwabenabschirmungselement 23, das durch das Formen eines Körpers auf
Mullitbasis, eines Körpers auf Kordieritbasis, eines Körpers auf Tonerdebasis
oder ähnlichem und das Brennen des Formkörpers hergestellt wurde, am mittlerer
Abschnitt davon schräg geschnitten. Daher weist die geschnittene Fläche eine
Bienenwabenstruktur auf. Durchgangslöcher 25, die an einem der geschnittenen
Fläche 24 gegenüberliegenden Ende angeordnet sind, können offen oder
verschlossen sein. Die Gestalt der Durchgangslöcher 25 kann rechteckig, rund,
sechseckig oder ähnliches sein.
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Da das Keramikbienenwabenabschirmungselement geräumige Zwischenräume darin
aufweist, dienen die Zwischenräume als Wärmeisolationsschichten. Andererseits
ist, da der Bienenwabenstrukturkörper eine geringe Wärmekapazität aufweist,
seine Wärmeeffizienz gut.
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Wie in Fig. 6 gezeigt ist, wenn das Bienenwabenabschirmungselement 22 zwischen
den Stützen 20, 20 auf der Fachplatte 21 anzuordnen ist, auf der sich
Keramikformkörper 14 befinden, eine der Hälften 23 des Abschirmungselements
an einer Seite von einer der Stützen angeordnet, sodaß die Schnittfläche
24 nach vorne gewandt ist, und dann wird die andere Hälfte 23 an der Seite
der anderen Stütze so angeordnet, daß ihre Schnittfläche 24 der Schnittfläche
24 der ersteren zugewandt ist. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Fall,
in dem ein schweres Plattenelement in einen engen Zwischenraum eingeschoben
wird, ist dieser Vorgang einfach und es ist keine schwierige Arbeit
erforderlich. Außerdem kann, auch wenn der Zwischenraum zwischen den Stützen
variiert, die Länge des Abschirmungselements durch das Verschieben der Hälften
entlang ihrer Schnittflächen 24 auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Damit die Durchgangslöcher 25 der Bienenwabenstruktur funktionieren können,
um Wärme vom Brenner gleichmäßig zu übertragen, sind sie vorzugsweise zwischen
den Stützen in einer Richtung orthogonal zu Flammen vom Brenner angeordnet,
wie in Fig. 6 gezeigt.
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Wie aus der obigen Erklärung ersichtlich ist, erreicht der vom Brenner
ausgestoßene Verbrennungsgasstrahlstrom nach dem Brennverfahren gemäß
vorliegender Erfindung durch die Verwendung der Abschirmungselemente die
Keramikformkörper nicht direkt, der Weg für den Verbrennungsgasstrahlstrom
ist auf dem Fahrgestell vorgesehen, und die Keramikformkörper wie
Bienenwabenstrukturkörper werden gleichmäßig gebrannt, während der Strahlstrom
innerhalb des Fahrgestells zirkuliert wird. So können die Formkörper stabil
gebrannt werden, ohne daß sie weggeschmolzen oder verformt werden. Daher
können Produkte erhalten werden, die geringe Qualitätsschwankungen und
hervorragende Ausbeute aufweisen.
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Weiters kann, wenn das Abschirmungselement gemäß vorliegender Erfindung als
Brennhilfsmittel in der Form einer Bienenwabenstruktur konstruiert und schräg
geteilt ist, das Gesamtgewicht des Abschirmungselements verringert werden,
und auch das Gewicht eines jeden der geteilten Abschnitte kann verringert
werden. Daher kann aufgrund dieser Teilung eine einfachere Anordnung der
Brennhilfsmittel erreicht werden.
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Weiters kann die Abmessung des Abschirmungselements je nach dem Zwischenraum
zwischen den Stützen eingestellt werden, indem die schräg geteilten
Abschirmungsabschnitte entlang der Schnittflächen gestaffelt werden. Weiters
erreicht, da die geschnittenen Flächen sich schräg erstrecken, der
Verbrennungsgasstrahlstrom von den Brennern die Formkörper nicht direkt durch
die Schnittflächen hindurch. Somit kann stabiles Brennen bewirkt werden.