-
Hochhitzebeständige Ofenauskleidung aus keramischem Werkstoff In öfen
od. dgl., die bei hohen Temperaturen betrieben werden, tritt an die z. B. zur Wärmeisolation
oder zur Aufnahme von elektrischen Heizleitern dienende keramische Auskleidung,
wie insbesondere Steinen, Platten oder Profilstücken, häufig eine Beschädigung oder
vorzeitige Zerstörung durch Rißbildung ein. Die Ursache ist das erhebliche Wärmegefälle,
das innerhalb der erwähnten Auskleidungen immer vorhanden ist, gleichgültig, ob
diese als Träger oderIsolierung für die Elektroheizkörper oder lediglich der Isolation
gegen Wärmeverluste dienen. Die hierdurch entstehenden Spannungen können selbst
von Werkstoffen mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit nur bis zu einem gewissen
Grad ohne mechanische Überbeanspruchung aufgenommen werden, wobei zu berücksichtigen
ist, daß bei sehr hohen Temperaturen die mechaui@che Festigkeit stark zurückgeht
und auch stoffliche Änderungen, wie z. B. Rekristallisationen, eintreten. Bisher
hat man die sich daraus ergebenden Nachteile in Kauf genommen und die beschädigten
Ofenteile entweder laufend ersetzt oder solche Wärmerisse durch Zumörteln ausgebessert.
Gerade dabei entstehen jedoch leicht
weitere Schwierigkeiten aus
dem unterschiedlichen Schwundverhalten des Mörtels und der keramischen Stoffe, wodurch
die Zerstörung unter Umständen noch erheblich beschleunigt wird.
-
Gemäß der Erfindung werden nun die schädlichen mechanischen Wirkungen
der unvermeidlichen Wärmespannungen in einer thermisch hochbeanspruchten Ofenauskleidung
dadurch wirksam ausgeschaltet, daß diese in Formkörper kleiner Abmessungen aufgeteilt
wird und die Formkörper zu Gebilden, etwa in Art einer Gliedermatte, zusammengefügt
werden. Erfindungsgemäß sollen die Einzelglieder in ihren Abmessungen klein gehalten
werden, wobei die Größe sich nach dem zu erwartenden Wärmegefälle und der Zeit,
in der es sich einstellt, richtet. Größere Elemente werden bei kleinem Temperaturgefälle
und langsamer Einstellung, kleinere bei rascher Erhitzung gewählt. Für kleinere
Ofen beispielsweise sollen die Einzelglieder zweckmäßig eine Größe von 8o X 5o X
2o mm nicht übersteigen, während nach unten eine Grenze lediglich durch fertigungstechnische
Gesichtspunkte gesetzt ist. Im allgemeinen werden sich die Wärmespannungen um so
weniger auswirken, je kleiner die Einzelglieder gewählt werden können, da diese
dann den thermischen Beanspruchungen leicht folgen, ohne daß etwaige Volumenveränderungen
der Einzelglieder den Zusammenhalt des gesamten Gebildes gefährden. Bei Verwendung
der Ofenauskleidung für Zwecke der Wärmeisolation wird man die Abmessung der einzelnen
Glieder auch deswegen möglichst gering halten, um auf diese Weise durch die Entstehung
einer Vielzahl von Zwischenräumen die Isolationswirkung des gesamten Gebildes zu
erhöhen.
-
Die Verbindung der Einzelglieder kann in vielfältiger Weise erfolgen.
Man kann die Formkörper beispielsweise jeweils mit Nasen oder Haken und entsprechenden
Vertiefungen, etwa nach Art von Nut und Feder, versehen. Besonders vorteilhaft gestaltet
sich jedoch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Auskleidung, wenn die Einzelelemente
jeweils mindestens zwei Bohrungen tragen, durch die Stäbe oder Drähte aus hitzebeständigem
Material geführt werden. Auf diese Weise lassen sich die Einzelglieder zu ein- oder
mehrschichtigen Gebilden beliebiger Größe und Abmessung zusammenfügen. Der Vorteil
eines solchen Aufbaues liegt neben der Möglichkeit einer leichten Anpassung an die
jeweils erforderliche Form oder Größe der Auskleidung vor allem auch darin, daß
die entstehenden Gebilde flexibel ausgebildet werden können, da die einzelnen Glieder
um die verbindenden Drähte oder Stäbe beweglich sind. Wenn die Verbindungselemente,
also Drähte oder Stäbe, und die zu deren Aufnahme dienenden Bohrungen nicht rund,
sondern eckig ausgeführt werden, so läßt sich dadurch der Auskleidung in allen Richtungen
eine höhere Stabilität verleihen. Eine gewisse Beweglichkeit der Glieder gegeneinander
bleibt dabei zwar gewahrt, der Grad der Flexibilität wird dadurch jedoch etwas verringert.
Die Ofenauskleidung gemäß der Erfindung kann nicht nur die bisher für die Isolierung
von Ofenauskleidungen verwendeten Steine oder Platten ersetzen, sondern eignet sich
bei Zusammenfassen einer genügenden Anzahl von Einzelgliedern zu großen Gebilden
auch für den Aufbau von Decken. Böden und Seitenwänden von Ofenräumen oder als Isolierschicht
in großräumigen Ofen. Gerade hierbei ergeben sich besondere Vorteile in der Konstruktion
und dem Einbau, da es leicht möglich ist, die Auskleidung infolge ihrer Flexibilität
oder durch entsprechende Formgebung der Einzelglieder allen Profilierungen des Ofenraumes
auch dann anzupassen, wenn Ecken, Rippen, Nuten oder ein-oder ausspringende Winkel
vorhanden sind. Dabei können einzelne Glieder auch mit Halte- oder Aufhängevorrichtungen
versehen sein, die der Verankerung an der Ofenwand oder Decke dienen. Es ist überhaupt
nicht unbedingt erforderlich, die Glieder einer solchen Ofenauskleidung in Form
und Abmessung alle übereinstimmend auszubilden, doch wird man bevorzugt schon aus
fertigungstechnischen Gründen im allgemeinen einheitliche Formkörper zum Aufbau
der Auskleidung benutzen.
-
Neuartige und vielseitige Konstruktionsmöglichkeiten für den Bau von
Ofen oder anderen thermischen Geräten und Vorrichtungen unter Benutzung des Grundgedankens
der Erfindung ergeben sich dann, wenn als Verbindung für die einzelnen Glieder Drähte
aus Werkstoffen benutzt werden, die auf Grund ihrer Zusammensetzung zugleich als
Heizleiter für eine Elektrowiderstandsheizung verwendbar sind. Auf diese Weise entstehen
Heizkörper in Form flexibler Gebilde, die weit besser als bei der bisherigen Ausführung,
bei der die Heizdrähte, -bänder oder -spiralen in starren Isolierrohren, Steinen
od. dgl. geführt werden mußten, den jeweiligen Konstruktionserfordernissen angepaßt
werden können. Die Heizleiter können auch in diesem Fall als Drähte, Spiralen oder
auch Bänder jeweils nach den elektrischen Erfordernissen verwendet werden.
-
Die Auswahl des Werkstoffes für die Glieder zum Aufbau der Ofenauskleidung
richtet sich im wesentlichen nach der jeweiligen Zweckbestimmung und den an die
Auskleidung gestellten Anforderungen. Sofern es sich um eine thermische Isolation
handelt, können in erster Linie solche Werkstoffe benutzt werden, die ein geringes
Wärmeleitvermögen aufweisen, wie z. B. Spinelle oder auch geeignete silikatkeramische
Massen. Besonders vielseitig verwendbar sind jedoch Gebilde, deren Glieder aus hochschmelzenden
Oxyden, wie z. B. Zirkonoxyd, Titanoxyd, Berylliumoxyd und insbesondere Aluminiumoxyd
oder deren Gemischen, bestehen. Die Herstellung der als Einzelglieder dienenden
Formkörper aus Oxydmassen erfolgt zweckmäßig nach den Arbeitsmethoden der sogenannten
Oxydkeramik. Die zuletzt genannten Werkstoffe sind beständig gegen sehr hohe Temperaturen
und erlauben einen Ofenbetrieb bei Temperaturen noch oberhalb von i8oo° C. Sie besitzen
zwar im Vergleich zu Spinell eine wesentlich
höhere Wärmeleitfähigkeit
und sind deswegen besonders für den Aufbau von Heizkörpern nach dem Grundgedanken
der vorliegenden Erfindung geeignet. Sie können jedoch auch als Werkstoff für solche
Auskleidungen in Hochtemperaturöfen Verwendung finden, in denen sie nur der thermischen
Isolation dienen sollen, da die Aufteilung in kleine Einzelglieder durch die entstehenden
Zwischenräume ein hinreichendes Isoliervermögen gewährleistet. Da man Formkörper
aus derartigen Werkstoffen durch Verwendung von bei der Sinterung herausbrennenden
Zusätzen oder durch Gastreibung auch porös ausbilden kann, läßt sich durch den Aufbau
der Auskleidung gemäß der Erfindung aus solchen porösen Einzelgliedern dasIsoliervermögen
auch bei den an sich gut wärmeleitenden oxydkeramischen Werkstoffen auf Bestwerte
steigern. Durch Kombination von porösen und dicht gebrannten keramischen Gliedern
ergeben sich vielfältige Abänderungsmöglichkeiten in den thermischen Eigenschaften
der Ofenauskleidung.
-
Für besonders hohe thermische Beanspruchungen ist es zweckmäßig, auch
für die Verbindungselemente die gleichen hochfeuerfesten Werkstoffe zu verwenden
und die Glieder mit Hilfe von Stäben oder Rohren aus Aluminiumoxyd, Bery lliumoxyd
od. dgl. zusammenzufügen.
-
Man hat die vorgenannten hochschmelzenden Oxyde in Form von Steinen
oder Platten bereits für den Aufbau und die Auskleidung von Hochtemper aturöfen
verwendet. Allerdings waren bisher der Ausnutzung der günstigen Eigenschaften dieser
hochschmelzenden Oxyde für solche Zwecke durch den Preis des Werkstoffes gewisse
Grenzen gesetzt, im Hinblick darauf, daß die bei hohen thermischen Belastungen unvermeidliche
Beschädigung oder Zerstörung solcher Formsteine durch Rißbildung eine häufige Auswechslung
und Erneuerung notwendig machte. Gerade in dieser Hinsicht kommen die Vorteile der
Ofenauskleidung gemäß der Erfindung voll zu Geltung, da hier, falls Beschädigungen
eintreten, nur einzelne Glieder ausgewechselt werden müssen und die Aufteilung in
Formkörper kleiner Abmessungen die Durchführung von Umbauten oder Änderungen außerordentlich
erleichtert, da die Einzelteile von auseinandergenommenen Auskleidungen jederzeit-
wieder verwendet werden können.
-
Die Zeichnung stellt den Aufbau der Ofenauskleidung aus Einzelgliedern
gemäß der Erfindung in Abb. i bis 4. dar.
-
Abb. i zeigt ein solches Gebilde, das aus einzelnen Gliedern i i besteht,
von denen jedes zwei Bohrungen senkrecht zu seiner größten Ausdehnung aufweist.
Die Bohrungen 12 nehmen die Verbindungselemente 13 auf, die entweder als Stäbe oder
Drähte ausgebildet sein können.
-
Abb. i a stellt die gleiche Anordnung in Seitenansicht dar.
-
In Abb. 2 ist ein Beispiel für die Verwendung einer Auskleidung für
einen gewölbten Ofenraum wiedergegeben. Hierbei können die Einzelglieder 14 entweder
durch gekrümmte Flächen begrenzt oder gemäß Abb. 2 a und 2 b so abgeschrägt oder
verrundet sein, daß sie sich infolge der Flexibilität des Bauelementes einer gekrümmten
Fläche anpassen lassen. ' Bei der Verwendung der Auskleidung als Heizkörper wird
der die Verbindung der Einzelglieder 15 bewirkende Heizleiter 16 zweckmäßig haarnadelförmig
durch die einzelnen Bohrungen 17 geführt, wie es in Abb. 3 in Aufsicht dargestellt
ist.
-
In Abb. 3 a und 3 b sind die Einzelglieder mit den Bohrungen und dem
durch diese hindurchgeführten Heizdraht nochmals unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen
gesondert dargestellt. Zur Befestigung solcher Elemente an den Ofenwandungen können,
,wie Abb. 3 c zeigt, zusätzlich noch ein oder mehrere Löcher 18 senkrecht zu den
Bohrungen 17 vorgesehen sein.
-
Eine andere Form für die Einzelglieder der Ofenauskleidung ist in
Abb.4 dargestellt. Die Glieder bestehen hier im wesentlichen aus Stahlabschnitten
i9, die jeweils mit zwei Längsbohrungen 2o für die Führung der Verbindungselemente
21 versehen sind.
-
Selbstverständlich können insbesondere dann, wenn es sich um die Auskleidung
von Wänden mit den Auskleidungen, etwa gemäß Abb.2, handelt, die einzelnen Glieder
auch mit Fugen und Vorsprüngen, insbesondere mit Nut und Feder, ineinandergreifen,
um dadurch die Geschlossenheit der Fläche noch zu erhöhen.