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Verfahren zur Gestaltung frei tragender Ofenbauteile Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Gestaltung frei tragender Ofenbauteile, wie Gewölbe,
Ofenabdeckungen, Türgewölbe, Überdeckungen anderer Öffnungen, der Ofenbrenner usw.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Gestaltung dieser Bauteile aus nahezu
raumbeständigen feuerfesten Massen, welche unter Verwendung einer Schalung schichtweise
derart aufgestampft werden, daß die Oberflächen der einzelnen Stampfschichten in
einem Winkel von 15 bis 9o° zur inneren Fläche des betreffenden Bauteiles verlaufen.
Nach Beendigung der Stampfarbeit wird das Gewölbe od. dgl. entschalt und nach dem
Entschalen ausgetrocknet und bei hohen Temperaturen eingebrannt.
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Nach den bisherigen Arbeitsweisen erfolgt die Errichtung von Ofenbauteilen
der vorstehend gekennzeichneten Art bisher ausschließlich aus gebrannten feuerfesten
Steinen. Wie jedoch gefunden wurde, ist eine monolithische und fugenlose Gestaltung
dieser Bauteile möglich, wenn hierfür bestimmte Richtlinien eingehalten werden.
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Das erste Erfordernis ist Verwendung einer feuerfesten Masse, die
nahezu raumbeständig ist, d. h. weder beim Trocknen noch beim Brennen schwindet
oder wächst (ein geringes Wachsen bis zu o, r bis 0,3 % ist zulässig).
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Zweitens ist notwendig, daß die durch Stampfen zu bildenden Bauteile
schichtweise aufgebracht werden und die einzelnen Stampfschichten derart aufgestampft
werden, daß deren Oberflächen in einem Winkel von 15 bis 9o° zur inneren
Fläche des betreffenden Bauteiles verlaufen. Das schichtweise Aufstampfen ist deshalb
notwendig, weil bei der hohen inneren Reibung der hier in Betracht kommenden feuerfesten
Massen eine annähernd gleichmäßige Verdichtung bei der Stampfarbeit nur dann erzielt
werden kann, wenn die zu stampfende Schicht keine zu große Stärke (im allgemeinen
nicht mehr als
etwa io cm) aufweist. Wichtig ist weiter vor allem
die Stampfrichtung bzw. der Verlauf der einzelnen Stampfschichten. Nur dann, wenn
die Stampfschichten winklig zur inneren Fläche des Gewölbes od. dgl. verlaufen,
ist ein einwandfreier Ofenbauteil zu erhalten. Seine Ursache hat dies in folgendem:
Bei dem aus Stampfmassen zu bildenden Bauteilen ergibt sich zwangläufig, daß die
nach dem Ofeninnern zu liegenden Teile des betreffenden Bauteiles schneller bzw.
höher erhitzt werden als die äußeren Teile. Damit ergeben sich auch in den verschiedenen
Teilen verschiedene thermische Ausdehnungen bzw. bei Abkühlung des Ofens verschiedenartige
Zusammenziehungen. Da jede Oberfläche einer Stampfschicht die Stelle schwächerer
Bindung gegenüber den sonstigen Masseteilen darstellt, wird entlang einer solchen
Stampfschicht eine Spaltung bzw. Rißbildung erfolgen, aus der sich dann ein Abplatzen
in mehr oder weniger großen Schalen ergibt. Außerdem machen sich bei paralleler
Stampfung, wie das sonst z. B. bei Betonbauten usw. üblich ist, bei den Bauteilen
der hier in Rede stehenden Art schon beim Austrocknen Schwierigkeiten bemerkbar
bzw. treten Schäden auf, weil infolge stärkerer Verdichtung jede Oberfläche einer
Stampfschicht der Wasserdiffusion einen gewissen Widerstand entgegensetzt. Dadurch
wird die Austrocknung erheblich verzögert, und häufig erfolgt als Wirkung zu raschen
Hochheizens ein schalenweises Herausplatzen durch plötzlich verdampfendes Wasser.
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Schließlich ist die horizontale Stampfung auch noch deshalb unangebracht,
weil damit der Ofen unelastisch wird. Jeder Ofen arbeitet, d. h. er macht in seinen
verschiedenen Teilen Bewegungen durch, die sich naturgemäß in erster Linie bzw.
besonders stark bei der Abdeckung, beim Gewölbe auswirken. Das Gewölbe muß also
nachgiebig gestaltet sein, um eine frühzeitige Zerstörung zu vermeiden. Durch die
Anordnung von Stampfschichtenwinklig zur Innenfläche des betreffenden Bauteiles
ist diese Nachgiebigkeit des Gewölbes gesichert, wobei es sich weiter als besonders
vorteilhaft gezeigt hat, die Oberfläche der einzelnen Stampfschichten vor Aufbringen
der nächsten Schicht nicht aufzurauhen, also mit Absicht Stellen schwächeren Verbandes
im Gewölbe od. dgl. zu schaffen.
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Für die Gestaltung der oben gekennzeichneten Ofenbauteile ist das
Arbeiten unter Verwendung einer Schalung ein Erfordernis, wobei die Schalung in
der gleichen Weise gebildet werden kann, wie dies bei Errichtung von Bauwerken aus
Stampfbeton üblich ist. Die Schalung kann aus Holz oder auch aus Metalltafeln usw.
errichtet und alsbald nach Beendigung der Stampfung entfernt werden. In manchen
Fällen, insbesondere bei Gewölben großer Spannweite, empfiehlt es sich, so zu arbeiten,
daß möglichst das Gewölbe od. dgl. in horizontaler Richtung unter Druckspannung
steht. Diese Druckspannung kann durch Anziehen zweckentsprechender Anker erzeugt
werden. Allerdings soll in solchen Fällen die Druckspannung auch nicht zu groß sein.
Es ist ausreichend, wenn sie so groß gewählt wird, daß die untere Zone des Gewölbes,
die Zugzone, entlastet wird, d. h. wenn der von den Seiten wirkende Druck gerade
dem durch das Eigengewicht des Gewölbes auftretenden Zug die Waage hält. Bei kleineren
Gewölben kann das Unterdrucksetzen völlig entbehrt werden. Das Austrocknen und Einbrennen
kann nach der Entschalung bei hohen Temperaturen vor sich gehen.
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Bezüglich des Austrocknens und Einbrennens können bestimmte Vorschriften
nicht gegeben wer-' den; immerhin sei bemerkt, daß das Austrocknen allmählich vor
sich gehen muß. Bei etwa 2o cm starkem Gewölbe reicht eine Trocknung mit Heißluft
mit einer Temperatur von 7o bis 8o° für die Dauer von 4o bis 48 Stunden aus.
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Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sei an Hand der
Zeichnung erläutert. In Abb. i ist veranschaulicht, wie der Aufbau eines frei tragenden
Gewölbes vor sich geht; gezeigt ist in dieser Abbildung der Beginn; in Abb. 2 ist
gezeigt, wie die einzelnen Schichten des Gewölbes nach Abb. i gestaltet werden,
und zwar bis zu einem verbleibenden Mittelkanal; Abb. 2 a, die einen Schnitt entlang
der Linie C-D in Abb. 2 wiedergibt, zeigt die Aufstampfung des nach Abb. 2 verbleibenden
Mittelkanals; in Abb. 3 und 3 a ist der Aufbau eines Elektroofendeckels wiedergegeben;
Abb. 3 stellt einen Horizontalschnitt, Abb. 3 a einen Längsschnitt entlang der Linie
A-B in Abb. 3 dar.
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Die Ofenwände a können in beliebiger Weise gestaltet sein. Mit b ist
das Gewölbewiderlager bezeichnet, mit c die Tragstempel für den Querträger
d, auf dem die Lehre e ruht. Mit f sind die Schalbretter bezeichnet,
die von der Lehre e getragen werden, mit g die oberen Abdeckbohlen und mit h die
Stampfmasse. Mit den Zahlen i bis io sind die einzelnen Stampfschichten bezeichnet.
Die auf den Abdeckungen weiter angebrachten Pfeile zeigen jeweils die Stampfrichtung.
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Wie aus diesen Abbildungen ersichtlich, wird die zu verstampfende
Masse in den Zwischenräumen zwischen Schalbrettern f und Abdeckbohle g eingebracht
und hier so eingestampft, daß die Oberfläche der gestampften Schicht zur Innenfläche
des Gewölbes einen Winkel von etwa 7o bis 8o° bildet. Als besonders vorteilhaft
hat es sich erwiesen, nach Einfüllen der lockeren Masse in den Raum zwischen Schalung
und Abdeckbohle zunächst den oberen Teil zu stampfen und erst nach Verdichtung dieses
Oberteiles die Stampfung des nach dem Ofeninnern zu liegenden Teiles vorzunehmen.
Diese Ausführungsart ist deshalb vorteilhaft, weil es dadurch möglich ist, eine
besonders gute Gleichmäßigkeit jeder Stampfschicht zu sichern bzw. auf jeden Fall
die Unterseite, die stark beansprucht wird, gut zu verdichten. Vor Aufbringen der
nächsten Schicht hat jedes Aufrauhen der Oberfläche der vorangegangenen zu unterbleiben.
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Sind im Gewölbe, im Ofendeckel usw. Öffnungen vorgesehen, z. B. Abzüge
für Abgase oder öffnungen für einzusetzende Elektroden (vgl. Abb. 3), so ist ein
Einsetzen entsprechend gestalteter Kerne erforderlich. Bei kleineren Öffnungen wird
man diese
Kerne stets massiv und schwach kegelig gestalten, um sie
nach Vollendung der Stampfung leicht entfernen zu können. Handelt es sich um Öffnungen
größerer Abmessungen, so kann mit Hohlkernen, zweckmäßig mehrteilig, gearbeitet
werden, wobei die Hohlkerne so auszubilden sind, daß sie nach Entfernung von Stützteilen
leicht aus der Stampfung herausgenommen werden können.
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Für die Ausführung des Verfahrens der Erfindung kommen die verschiedensten
feuerfesten Massen in Betracht. Sie richten sich im Einzelfalle nach den Erfordernissen
des betreffenden Ofenbetriebes. So kann z. B. die Gestaltung von Gewölben für einen
Ringofen zum Brennen von Mauer- oder Dachziegeln mit einer Masse geschehen, welche
aus Schamotte und Ton oder aus Tonerdezement und Schamotte oder aus Portlandzement,
Schamotte und Glasmehl besteht. In anderen Fällen können Stampfmassen aus Baustoffen
höherer thermischer Beständigkeit notwendig bzw. zweckmäßig sein. So können z. B.
Stampfmassen aus Sintermagnesit und kaustischem Magnesit bzw. Chrommagnesit für
die Gestaltung heißgehender Stahlöfen bzw. Schmelzöfen benutzt werden. Feuerfeste
Massen aus tonerdereichen Stoffen wie Korund, Bauxit, Sillimanit, einzeln oder gemeinsam
angewendet, Schamotte und Ton können für hoch beanspruchte Öfen der Eisenhüttenindustrie
(Schmiedeöfen, Stoßöfen, Wärmöfen, auch Elektroöfen) verwendet werden. Für alle
erfindungsgemäß zu verwendenden Stampfmassen gilt jedoch die eingangs gegebene Kennzeichnung
der Raumbeständigkeit.
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Der Gegenstand der Erfindung schafft die Möglichkeit, Öfen zu gestalten,
die sich durch besonders hohe Lebensdauer auszeichnen, denn schon der Fortfall jeglicher
Fugen bedeutet eine erhebliche Verminderung thermischer und chemothermischer Angriffe.
Da weiter durch die Gestaltung gemäß der Erfindung ein Ofen geschaffen wird, der
den Bewegungen nachgeben kann, ohne daß irgendwelche Schäden auftreten, sind auch
in mechanischer bzw. statischer Hinsicht sehr günstige Voraussetzungen geschaffen.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die leichte
Ausführbarkeit bzw. Anpassungsfähigkeit an im Einzelfall vorliegende Bedingungen.
Es erübrigt sich die Anfertigung der sonst üblichen Formsteine und die unter Umständen
schwierige Arbeit des Auf mauerns.