DED0013169MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 18. September 1952 Bekanntgeniacht am 21. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

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 Pronlstücken, 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 oder Isolierung 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 mechanische 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

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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 Formkörp'er 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 Öfen beispielsweise sollen die Einzelglieder zweckmäßig eine Größe von 8o X 5° X 20 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 Isolationiswirkung 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 Verbindungs-· elemente, 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 großrä.umigen öfen. 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 derVerankerung 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 Öfen 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 1800⁰ C. Sie besitzen zwar im Vergleich zu Spinell eine wesentlich

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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 das Isoliervermögen 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, Berylliumoxyd od. dgl. zusammenzufügen.

Man hat die vorgenannten hochschmelzenden Oxyde in Form von Steinen oder Platten bereits für den Aufbau und die Auskleidung von Hochtemperaturöfen 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 Durchfüh-

H5 rung 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. ι bis 4 dar.

Abb. ι 'zeigt ein solches Gebilde, das aus einzelnen Gliedern 11 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. ι a stellt die gleiche Anordnung in Seitenansicht dar.

In Abb. 2 ist ein Beispiel für die \^erwendung 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 haarnadeiförmig 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 19, die jeweils mit zwei Längsboh-' rungen 20 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 Vor-Sprüngen, insbesondere mit Nut und Feder, ineinandergreifen, um dadurch die Geschlossenheit der Fläche noch zu erhöhen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochhitzebeständige Ofenauskleidung aus keramischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Vielzahl von vorzugsweise nach Form und Abmessung gleichartigen Formkörpern (11, 14, 15, 19) nach Art einer Gliedermatte ohne Verwendung von Bindemitteln, wie Mörtel od. dgl., zusammengesetzt ist. '

2. Ofenauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit z. B. senkrecht zur größten Ausdehnung der Körper angeordneten Bohrungen (12, 17, 20) versehen sind, die als Aufnahme für die die einzelnen Formkörper verbindenden Elemente (11, 15, 19), wie z. B. Stäbe oder Drähte, aus hitzebeständigen Werkstoffen dienen.

3. Ofenauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, n₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (z.B. 11) und gegebenenfalls auch die Verbindungselemente (z. B. 13) aus hochschmelzenden feuerfesten Oxyden, wie z. B. Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Titanoxyd und insbesondere Aluminiümoxyd, oder deren Gemischen oder Verbindungen bestehen.

4. Ofenauskleidung nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungselemente für die Formkörper (z.B. 15, 19) durchlaufende Widerstandsheiz-

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drähte (ζ. B. ιό, 2ΐ) oder andere Widerstandsheizkörper, ζ. B. Kohle- oder Graphitstäbe, dienen.

5. Ofenauskleidung nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß poröse Formkörper verwendet werden.

6. Ofenauskleidung nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß teils poröse, teils dichte Formkörper verwendet

werden. .

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 585617, 317048, 209399;

schweizerische Patentschriften Nr. .179706, 93186; französische Patentschrift Nr. 937 622.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen