EP0053659A1 - Einspannsystem zur Vermeidung von schädlichen Zug- und Schubspannungen in ggf. mehrschichtigen Mauerwerksscheiben - Google Patents

Einspannsystem zur Vermeidung von schädlichen Zug- und Schubspannungen in ggf. mehrschichtigen Mauerwerksscheiben Download PDF

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EP0053659A1
EP0053659A1 EP81107658A EP81107658A EP0053659A1 EP 0053659 A1 EP0053659 A1 EP 0053659A1 EP 81107658 A EP81107658 A EP 81107658A EP 81107658 A EP81107658 A EP 81107658A EP 0053659 A1 EP0053659 A1 EP 0053659A1
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EP
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clamping
yoke
clamping system
spring
forces
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EP0053659B2 (de
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Heinz Dipl.-Ing. Dürselen
Jürgen Dipl.-Ing. Neitzel
Arnulf Dr. Dipl.-Ing. Schüffler
Walter Stanke
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Krupp Koppers GmbH
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Krupp Koppers GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • F27B13/00—Furnaces with both stationary charge and progression of heating, e.g. of ring type, of type in which segmental kiln moves over stationary charge
    • F27B13/06—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of this type

Definitions

  • the invention relates to a clamping system for avoiding harmful tensile and shear stresses in possibly multi-layer masonry panes, for example partitions in industrial furnaces, in particular heating walls of coking ovens, which are subject to both thermal and mechanical deformation stresses and in which the masonry is clamped by clamping plates to which the clamping forces are applied the anchor can be transferred with the help of yoke-like supports and intermediate springs or spacers.
  • the task is to generate sufficient pressure pre-stresses in the partition walls and to ensure them constantly in spite of changing thermal and mechanical deformations of the outer clamping system in order to avoid tensile stress cracks by superimposing corresponding compressive stresses.
  • the task position is therefore according to the invention as an optimization tion of the elements of the overall system connected via the flow of force.
  • the wall warps the most when it is loaded from the side halfway up.
  • the clamping pressure forces of the wall are chosen to be the highest in the center and their contact surfaces are as far apart as possible in the two outer edge zones , the resultants of the two marginal forces acting parallel to or in the direction of the vertical wall center plane.
  • the individual structural elements of the clamping system are designed to be resilient in such a way that they largely compensate for the interference.
  • the advantage of the spring elasticities provided in the clamping system is, on the one hand, the small displacements in the force distributions and, on the other hand, the lighter and cheaper design, in particular with larger partition wall dimensions.
  • the desired distribution of the clamping forces over the length of the clamping plates can be produced by appropriately grading the thickness of the spacers or thanks to the spring elements installed in a relaxed manner, which can be subsequently tensioned by the cross anchors or the furnace expansion or in the so-called one-step process directly through spring elements, which are installed in the pre-tensioned blocked state and whose supports are adjusted so that the desired force distribution results after the blockade is released, or in the so-called two-step process, first of all precisely with one or more mechanical, hydraulic or pneumatic clamping elements, ie with appropriately adjustable clamping tools with specified local clamping forces and then with adjusted pressure elements such as spacers or spring elements, which take over the force distribution.
  • the prestresses in the partition walls (9 in FIG. 1) are produced either directly by adjusting prestressed blocked pressure elements (6 in FIG. 1) between the clamping plates 7 and the yoke-like support 5 arranged in front of them and then. Unblock or first by means of adjustable clamping elements between the clamping plate 7 and the yoke-like carrier 5, which is pretensioned, and then by adjusting the pressure elements 6.
  • the prestresses in the partition walls are to be constantly maintained by the spring properties of the transverse anchor system (1 and 3 in FIG. 1), the yoke-like supports 5, the clamping plates 7 and 8 and the pressure elements 6.
  • the load changes in the usual clamping forces can be kept within the tolerance limits according to claim 1.
  • the springs at both ends of the cross anchor can be combined in a one-sided spring with half the spring constant if the changes in force are transmitted from one side to the other.
  • the factor q is a maximum of 20%.
  • Fig. 8 the resulting force vectors of the clamping forces in a two-part clamping plate 7a and 7b and the pressure surfaces 10 on the masonry are shown in accordance with claim 1.
  • the filling and formation of the joint 8 or 10 between the clamping plate 7 and masonry 9 is described in claims 32 to 34.
  • Gas bellows 13 according to Fig. 11d can for example also be coupled to the pressure regulator (PC) or a corresponding positioner (positioner) such that the exhaust air consumed by the regulator e.g. is used as cooling air or is taken directly from the gas pressure bellows and is used for heat dissipation.
  • PC pressure regulator
  • positioner positioner
  • Fig. 12 shows according to claims 2o and 21 spring pressure elements 6 relaxed (Fig. 12a) and biased (Fig. 12 b).
  • 13 to 16 schematically show, for example, the design and arrangement of the pressure elements 6 as spiral springs according to claims 1, 22, 23, 24 and 26.
  • Fig. 13 schematically illustrates a possibility for generating the bell-shaped course of the pressing forces according to claim 1 with similar spiral springs e.g. according to claim 22 with a relatively flexible clamping plate 7.
  • Fig. 14 indicates, in contrast, how with approximately constant line load on the clamping plate 7, the force redistribution when changes in the thermal curvatures of the yoke-like carrier 5 are largely mitigated by the softer springs 6 in the middle.
  • the clamping plate 7 is expediently designed to be relatively rigid.
  • FIGS. 13 to 15 shows, for example, a combination of FIGS. 13 to 15, which meets the requirements for bell-shaped course of the pressing forces and for alleviating the effects of the thermal curvatures with a relatively thin clamping plate.
  • bracketed values are intended to indicate that different (boundary) conditions can be decisive in these areas, such as manufacturability or additional functions of the clamping system.
  • the yoke-like carrier or the clamping plate is composed of several parts, the area moment of inertia combined according to the rules of statics is decisive.
  • the gradations of the moments of inertia can be generated, for example, by recesses or corresponding screw connections.

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Abstract

Bei diesem System erfolgt die Mauerwerkseinspannung durch Einspannplatten (7), auf die die Einspannkräfte der Anker (1,2) mittels jochartiger Träger (5) und zwischengeschalteter Federn oder Distanzstücken (6) übertragen werden. Es ist vorgesehen, daß folgende Merkmale einzeln oder in Kombination verwendet werden: a) Die Größe der Druckkräfte der Einspannplatten (7) auf das Mauerwerk (9) fällt ausgehend von der halben Wandhöhe zu den oberen und unteren Berandungen der Wand hin ab. b) Die Resultierenden der Einspannkräfte greifen beidseitig je zur Hälfte innerhalb der äußeren 65 mm oder in den Mittelebenen der äußeren Wandschichten an. c) Die Konstruktion ist so gebaut und federelastisch ausgeführt, daß die Störeinflüsse verringert werden. d) Bei Beeinträchtigung der Kraftverteilung durch die Form der Oberflächen oder dgl. erfolgt der Ausgleich durch elastische oder verformbare Materialien.

Description

  • Einspannsystem zur Vermeidung von schädlichen Zug- und Schubspannungen in ggf. mehrschichtigen Mauerwerksscheiben.
  • Die Erfindung betrifft ein Einspannsystem zur Vermeidung von schädlichen Zug- und Schubspannungen in ggf. mehrschichtigen Mauerwerksscheiben, beispielsweise Trennwänden in Industrieöfen, insbesondere Heizwänden von Verkokungsöfen, die sowohl thermischen als auch mechanischen Verformungsbeanspruchungen unterliegen und bei denen die Mauerwerkseinspannung durch Einspannplatten erfolgt, auf die die Einspannkräfte der Anker mit Hilfe von jochartigen Trägern und zwischengeschalteten Federn oder Distanzstükken übertragen werden.
  • .Bei größeren Trennwandflächen wachsen die unvermeidlichen thermischen und mechanischen Verformungen mit dem Quadrat oder höherer Potenz der Wandhöhe, d.h. überproportional an. Wird demzufolge das Einspannsystem für größere Kräfte entsprechend steifer ausgelegt, so führen Veränderungen der Temperaturfelder und der betrieblichen Lasten zu unkontrollierten', oft extremen und unzulässigen Umlagerungen der Einspannkräfte, d.h. einerseits zu Überbeanspruchungen und an anderen Stellen zu unzureichenden Einspann-Druckkräften. Beide bewirken unzulässig hohe Spannungen.
  • Die Erfindung geht von folgender Zielsetzung aus:
    • - Steigerung der Lebensdauer, dadurch daß Risse vermieden werden, und
    • - die Herstellung größerer, höherer und dünnerer Trennwände.
  • Mit der so erreichten Vergrößerung des nutzbaren Ofenvolumens und der Verbesserung der Nutzungsdauer und der Instandhaltungskosten ist ein wesentlicher Zuwachs an Wirtschaftlichkeit verbunden.
  • Die Aufgabe besteht darin, trotz wechselnder thermischer und mechanischer Verformungen des äußeren Einspannsystems hinreichende Druckvorspannungen in den Trennwänden zu erzeugen und ständig sicherzustellen, um Zugspannungsrisse zu vermeiden.durch Überlagerung entsprechender Druckspannungen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß folgende Merkmale einzeln oder in Kombination verwendet werden:
    • a) daß die Größe der Druckkräfte der Einspannplatten auf das Mauerwerk im normalen Betriebszustand ausgehend von der halben Wandhöhe über eine Länge von etwa 75 % der Wandhöhe zu den oberen und unteren Berandungen der eingespannten Wand hin abfällt im wesentlichen nach Art einer Glockenkurve, oder parabolisch oder entsprechend dem Mittenabstand l nach der Funktion ( a . 12 + b . 1 + c)-1,
    • b) daß die Resultierenden der Einspannkräfte im wesentlichen beidseitig je zur Hälfte innerhalb der äußeren 65 mm oder in den Mittelebenen der äußeren Wandschichten angreifen
      und hierbei gerichtet sind im wesentlichen in die Längsrichtung der Wand oder in einem Winkel bis zu 30 Grad in Richtung zur Mittelebene des Wandsystems, wobei sich die Kraftvektoren längs einer Linie in der Wand schneiden, die näherungsweise parallel zur Einspannplatte verläuft,
    • c) daß die Aufrechterhaltung der gewünschten Verteilung der Einspannkräfte über der Länge der Einspannplatten bei allen relevanten Störfällen innerhalb enger Toleranzgrenzen gewährleistet wird dadurch, daß die Konstruktion so gebaut und federelastisch ausgeführt wird, daß die Störeinflüsse verringert werden und die Kraftübertragungsker,zlinien bzw. die Federeigenschaften der Queranker, der jochartigen Träger, der Einspannplatte und der Andruckelemente dazwischen so ausgelegt sind und bewirken, daß die örtlichen Kräfte im Störfall nicht bzw. nur um 5 bis 20 % verändert werden und
    • d) daß bei Beeinträchtigung der Kraftverteilung durch die Form der Oberflächen oder durch Fertigungstoleranzen die Herstellung und/oder der Ausgleich der Einspannpressung erfolgt, indem diese oberflächlichen Toleranzen in den angrenzenden Bereichen mit Hilfe elastischer oder verformbarer Materialien ausgeglichen werden, welche örtliche Rauhigkeiten von mindestens 2,5 mm Höhe kompensieren.
  • Die Aüfgabenstellung wird also erfindungsgemäß als Optimierung der über den Kraftfluß verbundenen Elemente des Gesamtsystems gelöst. Bei seitlicher Flächenbelastung verwölbt sich die Wand auf halber Höhe am stärksten. Um insbesondere hier eine möglichst hohe Stabilität der Wand zu erreichen und um ein Aufreißen des Mauerwerks in den Seitenflächen wie im Kern zu vermeiden, werden die Einspanndruckkräfte der Wand mittig am höchsten gewählt und ihre Angriffsflächen soweit|wie möglich seitlich auseinander in die beiden äußeren Randzonen gelegt, wobei die Resultierenden der beiden Randkräfte parallel zur oder in Richtung zur senkrechten Wandmittelebene wirken.
  • Um die gewünschte Druckverteilung bei Störfällen unterschiedlicher Art sicherzustellen, werden die einzelnen Konstruktionselemente des Einspannsystems so federelastisch ausgeführt, daß sie die Störeinflüsse möglichst weitgehend kompensieren.
  • Der Vorteil der vorgesehenen Federelastizitäten im Einspannsystem besteht zum einen in den geringen Verlagerungen der Kraftverteilungen und zum anderen in der damit leichteren und billigeren Bauweise, insbesondere bei größeren Trennwandabmessungen.
  • Die Herstellung der gewünschten Verteilung der Einspannkräfte über der Länge der Einspannplatten kann erfolgen durch eine entsprechende Abstufung der Stärke der Distanzstücke
    oder
    durch entspannt eingebaute Federelemente, die z.B. nachträglich durch die Queranker oder die Ofendehnung gepannt werden
    oder
    im sogenannten Einschrittverfahren unmittelbar durch Federelemente,
    die im vorgespannten blockierten Zustand eingebaut werden, und deren Auflager so einjustiert werden, daß sich nach dem Aufheben der Blockade die gewünschte Kraftverteilung ergibt,
    oder
    im sogenannten Zweischrittverfahren, zunächst qualitativ genau durch 1 oder mehrere mechanische, hydraulische oder pneumatische Spannelemente, d.h. mit entsprechend einstellbaren Spannwerkzeugen mit vorgegebenen örtlichen Einspannkräften und danach durch justierte Andruckelemente wie Distanzstücke oder Federelemente, die die Kraftverteilung übernehmen.
  • Andere Merkmale der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Fig. 1 bis 7 verdeutlichen schematisch die Verknüpfungen und Zusammenhänge innerhalb der Einspannsysteme. Zur Einspannung des Wandmauerwerks 9 dienen beispielsweise folgende Konstruktionselemente:
    • 1 oberer Queranker
    • 2 unterer Queranker
    • 3 obere Querankerfeder
    • 4 untere Querankerfeder
    • 5 jochartiger Träger, Ankerständer
      • a/b vor/nach der Verformung durch Störeinflüsse . (5 a/b in Fig. 4) (z.B. zunehmender Temperaturgradient oder Längung des oberen Querankers)
    • 6 Andruckelemente, Distanzstücke, Bolzen, Federelemente zur Übertragung der Anpresskräfte
    • 7 Einspannplatte, Wandschutzplatte, Panzerplatte
      • a/b vor/nach der Verformung durch Störeinflüsse (7a/b in Fig. 4) wie z.B. zunehmende Temperaturgradienten.
    • 8 Isoliermaterial, Dichtung, Fasermatte.
  • Die Queranker 1 und 2 spannen über Federelemente 3 und 4 den jochartigen Träger 5, der die Andruckelemente 6 gegen die Einspannplatten 7 und 8 preßt.
    • Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit einem Andruckelement 6,
    • Fig. 2 eine Ausführung mit 2 Reihen von maximal je 9 Andruckelementen.
    • In Fig. 3 sind die drei Andruckelemente 6 als Federelemente eingesetzt.
    • Fig. 4, 5 und 6 verdeutlichen die Verformungen des jochartigen Trägers 5a und der Einspannplatte 7a bei normaler Länge der Queranker im Vergleich zu den Störfällen mit vergrößerter Länge des Querankers oder verringerter Querankerkraft F 5b und 7 b. In letzterem Fall überwiegen an den Enden der Verformungskurven des jochartigen Trägers 5 b und der Einspannplatte 7 b die thermischen Krümmungen. Diese entstehen durch das Temperaturgefälle vom Ofeninnern nach außen und wechseln je nach den Bedingungen des Betriebes und der Witterung.
  • Erfindungsgemäß werden die Vorspannungen in den Trennwänden (9 in Fig. 1) hergestellt entweder direkt durch das Einjustieren vorgespannt blockierter Andruckelemente (6 in Fig. 1) zwischen den Einspannplatten 7 und dem davor angeordneten jochartigen Träger 5 und anschließendes. Aufheben der Blockade
    oder zunächst
    durch einstellbare Spannelemente zwischen der Einspannplatte 7 und dem jochartigen Träger 5, der vorgespannt wird, und danach durch Einjustieren der Andruckelemente 6.
  • Die Vorspannungen in den Trennwänden sollen ständig aufrecht erhalten werden durch die Federeigenschaften des Querankersystems (1 und 3 in Fig.1), der jochartigen Träger 5,der Einspannplatten 7 und 8 und der Andruckelemente 6.
  • Gemäß Fig. 6 ändert sich die Länge der Queranker 1 und damit die Kraft F der Federn 3 mit den unvermeidlichen Temperaturschwankungen wie z.B. bei Regenfällen.
  • Mit den angegebenen Federkonstanten können die Laständerungen bei den üblichen Einspannkräften innerhalb der Toleranzgrenzen nach Anspruch 1 gehalten werden. Die Federn an beiden Enden des Querankers können in einer einseitigen Feder mit der halben Federkonstante zusammengefaßt werden, wenn die Kraftänderungen von einer Seite zur.anderen übertragen werden.
  • In Fig. 7 ist schematisch die Superposition zusätzlicher Verformungen Δ Xtherm und Δxmech. durch unvermeidliche Änderungen der Temperaturgradienten als Folge der eingetragenen Temperaturänderungen Δ T2 und δ T1 und durch die Änderung ΔF = q . F der Punktlast F dargestellt.
  • Der Faktor q beträgt nach Anspruch 1 maximal 20 %. Diese Temperaturschwankungen treten in ähnlicher Weise sowohl in den jochartigen Trägern als auch in den Einspannplatten auf.
  • Die Federeigenschaften, insbesondere die Flächenträgheitsmomente werden so festgelegt, daß sich die Änderungen der Biegepfeile an den Kraftangriffspunkten gegenseitig bis auf geringe verbleibende Restverschiebungen so weit wie möglich aufheben, d.h. es gilt näherungsweise Δxtherm = Δxmechanisch.
  • Die vorgesehenen Änderungen der Flächenträgheitsmomente über der Länge bzw. der Höhe sollen die unterschiedlichen Verläufe der thermischen und der mechanischen Biegelinien soweit wie möglich einander annähern, um als verbleibende Restverschiebung eine Parallelverschiebung zu erhalten.
  • Nachfolgend werden weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ansprüche beispielhaft anhand von Dimensionierungsbeispielen und den beiliegenden Figuren 8 bis 16 erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 8 Krafteinleitung in die Stirnfläche 1o der Wand 9 nach den Ansprüchen 1 und 30, 31 und 32
    • Fig. 9 Konstruktionsbeispiele für den jochartigen Träger 5 nach den Ansprüchen 4 bis 8
    • Fig. lo Verlängerter jochartiger Träger nach den Ansprüchen 9 bis 11
    • Fig. 11 Andruckelemente mit Bolzenschrauben, Federn und kolbenartigen Elementen, sowie Kraftindikatoren nach den Ansprüchen 16 bis 21
    • Fig. 12 Federelemente nach den Ansprüchen 2o und 21
    • Fig. 13 Anordnung von Andruckelementen nach den Ansprüchen 1 und'22
    • Fig. 14 Federelemente zur Dämpfung des Einflusses der thermischen Krümmung des jochartigen Trägers nach den Ansprüchen 1, 23 und 24
    • Fig. 15 Systematische Variation der Abstände der Andruck-. elemente nach Anspruch 26
    • Fig. 16 Vorteilhafte Anordnung und Dimensionierung der Andruckelemente.
  • In Fig. 8 sind die resultierenden Kraftvektoren der Einspannkräfte bei einer zweiteiligen Einspannplatte 7a und 7b und die Anpreßflächen 1o auf das Mauerwerk entsprechend Anspruch 1 dargestellt. Die Füllung und Ausbildung der Fuge 8 bzw. 1o zwischen Einspannplatte 7 und Mauerwerk 9 wird in den Ansprüchen 32 bis 34 beschrieben.
  • Fig. 9 zeigt zu den Ansprüchen 4 bzw. 4 bis 8 konstruktive Beispiele für die Änderung der Flächenträgheitmomente des jochartigen Trägers. Die Änderungen erfolgen in Form von
    • - variablen Steghöhen (Fig. 9a,b,c,d)
    • - durchlöchertenn bzw. geschlitzten Stegen (Fig. 9 c,g,h bzw. 9e)
    • - variablen Flanschstärken (Fig. 9d, e)
    • - variablen Flanschbreiten (Fig. 9f,g,h,) oder als
    • - Kombination mehrerer Träger oder Profile (Fig. 9c und h)
  • Fig. 10 verdeutlicht die Patentansprüche 9 bis 11. Hierin sind folgende Konstruktionselemente dargestellt:
    • 21 obere (Zwillings-) Queranker, die in Höhe unmittelbar unter der Ofendecke gespannt sind
    • 22 obere Joche
    • 23 Andruckelemente zur Einspannung der Decke
    • 24 Separate Einspannplatte für die Ofendecke
    • 25 Ofendecke (Ausschnitt)
  • Die Vorzüge dieser Konstruktion sind beispielsweise:
    • - wesentlich verstärkte Federwirkung und Energieaufnahme des jochartigen Trägers und
    • - die Möglichkeit zur separaten Einspannung des Ofendeckenbereiches.
  • Aus Fig. 11 und 12 sind zu den Ansprüchen 16 bis 21 verschiedene schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele für die Andruckelemente 6 ersichtlich. Gasdruckbälge 13 nach Fig. 11d können beispielsweise auch so mit dem Druckregler (PC) oder einem entsprechenden Stellungsregler (Positioner) gekoppelt werden, daß die vom Regler verbrauchte Fortluft z.B. als Kühlluft verwendet wird beziehungsweise direkt oben aus dem Gasdruckbalg entnommen wird und so zur Wärmeabfuhr dient.
  • Fig. 12 zeigt entsprechend den Ansprüchen 2o und 21 Feder- Andruckelemente 6 entspannt (Fig. 12a) und vorgespannt (Fig. 12 b).
  • Die Fig. 13 bis 16 zeigen beispielsweise schematisch die Ausbildung und Anordnung der Andruckelemente.6 als Spiralfedern nach den Ansprüchen 1, 22, 23, 24 und 26.
  • Fig. 13 verbildlicht schematisch eine Möglichkeit zur Erzeugung des glockenförmigen Verlaufs der Andruckkräfte nach Anspruch 1 mit gleichartigen Spiralfedern z.B. nach Anspruch 22 bei relativ biegeweicher Einspannplatte 7.
  • Fig. 14 gibt demgegenüber an, wie bei annähernd konstanter Streckenlast auf der Einspannplatte 7 die Kraftumlagerungen bei Änderungen der thermischen Krümmungen des jochartigen Trägers 5 entsprechend den Ansprüchen 1, 23 und 24 durch die weicheren Federn 6 in der Mitte weitgehend abgemildert werden. Hierbei wird die Einspannplatte 7 zweckmäßigerweise relativ starr ausgebildet.
  • In Fig. 15 wird entsprechend Anspruch 26 eine ähnliche Wirkung wie in Fig. 14 erzielt durch Variation der Abstände der Federelemente 6.
  • Fig. 16 zeigt beispielsweise eine Kombination aus den Fig. 13 bis 15, die die Forderungen nach glockenförmigem Verlauf der Andruckkräfte und nach Abmilderung der Wirkungen der thermischen Verkrümmungen erfüllt bei gleichzeitig relativ dünner Einspannplatte.
  • Aus Anspruch 22 errechnet sich beispielsweise für
    • N = 1o Federn und
    • H = 7,2 m Ofenhöhe

    folgende Ungleichung für die Federkonstante
    Figure imgb0001
  • Aus Anspruch 28 errechnet sich beispielsweise als mittleres Flächenträgheitsmoment der Einspannplatte formelmäßig für:
    • H = 7 m Ofenhöhe, n = 7 Andruckstellen
    • m = 1 Andruckplatte:
      Figure imgb0002
  • Bei einer Rechteckplatte mit b = o,84 m Breite entspricht dieses einer Plattendicke zwischen o,1 und o,215 m.
  • 0Aus Anspruch 29 ergibt sich formelmäßig beispielsweise für
    • H = 7,2 m Ofenhöhe, m = 1 Platte mit
    • 'b = o,84 m Plattenbreite, wie im obenstehenden Beispiel zu Anspruch 3o mit Im = 22. 10-5 m4 :
  • Figure imgb0003
    Die Klammerwerte sollen darauf hinweisen, daß in diesen Bereichen abweichende (Rand-)-Bedingungen bestimmend sein können, wie z.B. Herstellbarkeit oder zusätzliche Funktionen des Einspannsystems.
  • Setzen sich der jochartige Träger oder die Einspannplatte aus mehreren Teilen zusammen, so ist das nach den Regeln der Statik zusammengefaßte Flächenträgheitsmoment maßgeblich. Die Abstufungen der Flächenträgheitsmomente können beispielsweise durch Aussparungen oder entsprechende Verschraubungen erzeugt werden.

Claims (32)

1. Einspannsystem zur Vermeidung von schädlichen Zug-und Schubspannungen in ggf. mehrschichtigen Mauerwerksscheiben,beispielsweise Trennwänden in Industrieöfen, insbesondere Heizwänden von Verkokungsöfen, die sowohl thermischen als auch mechanischen Verformungsbeanspruchungen unterliegen und bei denen die Mauerwerkseinspannung durch Einspannplatten erfolgt, auf die die Einspannkräfte der Anker mit Hilfe von jochartigen Trägern nnd zwischengeschalteten Federn oder Distanzstücken übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Merkmale einzeln oder in Kombination verwendet werden:
a) daß die Größe der Druckkräfte der Einspannplatten auf das Mauerwerk im normalen Betriebszustand ausgehend von der halben Wandhöhe über eine Länge-von etwa 75 % der Wandhöhe zu den oberen und unteren Berandungen der eingespannten Wand hin abfällt im wesentlichen nach Art einer Glockenkurve, oder parabolisch oder entsprechend dem Mittenabstand 1 nach der Funktion (a.12 + b.1 + c)-1,
b) daß die Resultierenden der Einspannkräfte im wesentlichen beidseitig je zur Hälfte innerhalb der äußeren 65 mm oder in den Mittelebenen der äußeren Wandschichten angreifen und hierbei gerichtet sind im wesentlichen in die Längsrichtung der Wand oder in einem Winkel bis zu 3o Grad in Richtung zur Mittelebene des Wandsystems, wobei sich die Kraftvektoren längs einer Linie in der Wand schneiden, die näherungsweise parallel zur Einspannplatte verläuft,
c) daß die Aufrechterhaltung der gewünschten Verteilung der Einspannkräfte über der Länge der Einspannplatten bei allen relevanten Störfällen innerhalb enger Toleranzgrenzen gewährleistet wird dadurch, daß die Konstruktion so gebaut und federelastisch ausgeführt wird, daß die Störeinflüsse verringert werden und die Kraftübertragungskennlinien bzw. die Federeigenschaften der Queranker, der jochartigen Träger, der Einspannplatte und der Andruckelemente dazwischen so ausgelegt sind und bewirken,.daß die örtlichen Kräfte im Störfall nicht bzw. nur um 5 bis 20 % verändert werden und
d) daß bei Beeinträchtigung der Kraftverteilung durch die Form der Oberflächen oder durch Fertigungstoleranzen die Herstellung und/oder der Ausgleich der Einspannpressung erfolgt, indem diese oberflächlichen Toleranzen in den angrenzenden Berei- chen mit Hilfe elastischer oder verformbarer Materialien ausgeglichen werden, welche örtliche Rauhigkeiten von mindestens 2,5 mm Höhe kompensieren.
Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder des Querankers so konstruiert und dimensioniert wird, daß die zusammengefaßte Federkonstante C in (N/m) aller Federn des Querankers auf jeder Stirnseite in Abhängigkeit von der Wandhöhe H in (m) und dem Abstand 1 von der halben Wandhöhe in (m) innerhalb folgender Grenzen zu liegen kommt:
Figure imgb0004
3. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenträgheitsmoment I und damit der Querschnitt des jochartigen Trägers so dimensioniert wird. daß folgende Grenzbedingungen erfüllt werden:
Figure imgb0005
wobei die Wandhöhe mit H bezeichnet ist.
4. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegesteifigkeit und damit das Tlächen-rägheitsmoment I des jochartigen Trägers bereichsweise stetig und/oder mit einem oder mehreren Schritten abgestuft von halber Ofenhöhe ausgehend zu den Enden hin abgeschwächt wird.
5. Einspannsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer an den Enden das Flächenträgheitsmoment näherungsweise der folgenden Funktion proportional folgt:
Wurzel aus (Abstand vom Queranker dividiert durch Ofenhöhe).
6. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Abschwächungen des Flächenträgheitsmoments des jochartigen Trägers innerhalb des folgenden Abstands von den äußersten Kraftübertragungspunkten der Einspannplatte beginnt (bzw. als Abstufung erfolgt):
30 % (bzw. 25 %) der Wandhöhe zur Mitte hin und/oder
10 % der Wandhöhe nach oben und
60 % der Wandhöhe nach unten über
den letzten Kraftangriffspunkt hinaus.
7. Einspannsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Abstufungen im Bereich zwischen den äußersten und den nächsten oder übernächsten Kraft- übertragungspunkten der Einspannplatte erfolgt.
8. Einsatz von jochartigen Trägern entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, jedoch demgegenüber einem auf 65 bis 80 % reduzierten Flächenträgheitsmoment,dadurch gekennzeichnet, daß für den jochartigen Träger Material von mindestens 10 % höherer Zugfestigkeit als der eines üblichen Standardstahles mittlerer Zugfestigkeit wie beispielsweise 37o N/mm2 verwendet wird.
9. Jochartiger Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser nach oben verlängert und über 1 oder 2 Joche indirekt von 1 oder 2 Querankern angedrückt wird, wobei die Reaktionskraft am anderen Ende des Jochs zur Einspannung der Decke bzw. Ofendecke verwandt wird.
o. Jochartige Träger nach Anspruch 9 mit dem unter An- , spruch 8 genannten Flächenträgheitsmoment.
11. Jochartige Träger nach Anspruch 10, dessen Flächenträgheitsmoment entsprechend Anspruch 8 durch bessere Materialqualität erneut reduziert wird.
12. Einspannsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverformung des jochartigen Trägers durch Temperaturausgleich verringert wird mit isolierender und/oder wärmeleitender Ausrüstung wie Beschichtung, Anstrich, Veränderung der Oberflächenstruktur, wie z.B. Bestiftung oder wärmeleitende Überbrückungen aus dem Bereich des Innenflansches in Richtung auf den Außenflansch, wobei unter isolierend auch das Umhüllen mit einem dünnen Blechmantel verstanden wird.
13. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen zum Temperaturausgleich des jochartigen Trägers beschränkt bleiben auf den Bereich der angrenzenden Einspannplatte und/oder auf die Vor-und Rückseite oder nur auf die Seitenflächen des jochartigen Trägers.
14. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Maßnahmen zum Temperaturausgleich im Bereich des jochartigen Trägers erfolgen in Form wärmestrahlungswirksamer Oberflächenbeschichtung mit hohen Strahlungsabsorptionszahlen an den inneren Flanschseiten des Profils und/oder Oberflächenbeschichtung mit höherer Reflektions- und/oder Isolierwirkung auf einer oder beiden Außenseiten der beiden Flansche des Profils.
15. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturverformung des jochartigen Trägers verringert wird durch Temperaturausgleich, wobei die Wärme übertragen wird nach dem Prinzip der geschlossenen Wärmerohre (heat pipe.s) durch verdampfende und kondensierende Wärmeübertragungsmittel und entsprechende Einbauten.
16. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckelemente (6) mit Hilfe von Bolzenschrauben (11) und/oder Indikatoren (12) einzeln auf bestimmte Kräfte einstellbar sind, die an der Einspannplatte (7) angreifen.
17. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe kolbenartiger Wirkungselemente, beispielsweise einem oder mehreren Gasdruckbälgen (13) oder hydraulischem Druck, eine vorgegebene Kraftübertragung auf die Einspannplatte (7) direkt oder indirekt erzeugt wird.
18. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft-Übertragungselemente (6) als Federelemente ausgeführt werden, deren Federn einstellbar sind'zur Erzeugung bestimmter Betriebskräfte, wobei diese Kräfte über die Einspannplatte (7) verteilt werden und.eine gewünschte Verteilung der Flächenpressung über der Stirnfläche des Mauerwerks (9) erzeugen.
19. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Federkonstanten der Druck-T federn in den Federelementen (6) nach dem Kriterium erfolgt, daß auch bei Totalausfall der thermischen Verformungskräfte des jochartigen Trägers (.5) und/ oder der Einspannplatte (7) die einmal eingestellten Betriebslasten in den Druckübertragungspunkten sich nicht mehr als um + 15 % ändern.
20. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federelemente (6) mit geringer Federsteifigkeit für die Kraftübertragung am jochartigen Träger ) verwendet werden, wobei (zur Vereinfachung der Montagen und/oder für eine verbesserte Krafteinstellung) die Baulänge der Federelemente durch eine Vorspannung verkürzt und für die Zeit der Montage und ggf. für die Anheizzeit vorübergehend blockiert wird.
21. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgespannte Federelemente (6) für die Kraftübertragung am jochartigen Träger verwendet werden, deren Einbaulänge im entspannten Zustand zu groß ist für die Montage innerhalb der zur Verfügung stehenden Distanzen.
22. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Anzahl der Andruckelemente zwischen 5 jochartigem Träger und Einspannplatten und je nach Ofenhöhe H derartige Federn gewählt werden, daß die zugehörigen Federkonstanten Cm [N/m] in die folgenden Grenzen fallen:
Figure imgb0006
23. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstanten ausgehend von der in Anspruch festgehaltenen Größe Cm als Wert für die Mitte der Einspannplatten zu den Rändern hin abgestuft werden, je nach Mittenabstand 1 und Kammerhöhe H, näherungsweise nach der Formel
Figure imgb0007
24. Einspannsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Federwindungen oder Tellerfedereinheiten und damit die Länge des Federpaketes näherungsweise entsprechend dem Faktor ( 1 - 4 I2/ H2) von der Mitte zum Rande hin verkürzt wird.
25. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzeln oder in Kombinationen folgende energiespeichernde Andruckfederelemente verwandt werden: Blattfedern, dünnwandige Rohre, rohrähnlich als Spirale gewickelte Blechpakete, seitlich belastete zylindrische Drahtspiralen, Torsionsfedern oder schubspannungsbeanspruchte Kunststoffpuffer.
26. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand s gleichartiger Andruckelemente untereinander über der Länge H der einzuspannenden Stirnwand unterschiedlich bemessen wird und dabei entsprechend dem Abstand 1 von der Mitte zum Rande hin vergrößert wird näherungsweise nach der folgenden Formel, die von dem Abstand S = Sm in der Mitte ausgeht:
Figure imgb0008
27. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckelemente mit einem Wärmestrahlungs- bzw. Flammenschutz versehen sind.
28. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einspannung der Stirnseiten des Mauerwerkes mit der Wandhöhe H entweder geteilte Platten' verwandt werden, die in Abschnitte der Länge H/m aufgegliedert sind, oder ungeteilte Platten (d.h. m = 1) und die Platten in insgesamt n verschiedenen Höhen mit den Punktkräften des jochartigen Trägers gegen das Mauerwerk gepreßt werden, wobei die Platten so dimensioniert sind, daß das Tlächenträgheitsmoment Im dieser Platten der folgenden Gleichung genügt:
Figure imgb0009
29. Einspannsystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Flächenträgheitsmomente Im der Einspannplatten mit der Länge H/m entsprechend dem Abstand (
Figure imgb0010
 - 1) in [m] von der Mitte der einzelnen Platte zu den Lastpunkten an den Enden hin.stetig und/oder stufenweise abgeschwächt werden näherungsweise nach der Funktion
Figure imgb0011
30. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßfläche der Einspannplatte gegen das Mauerwerk mit Fasermaterial von mindestens 25 mm Originalschichtstärke gepolstert wird.
31. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßfläche der Einspannplatte eine zwischen 1,2 und 25 0 geneigte Schräge und die zugehörige Kopfsteinfläche eine Anfasung mit dem gleichen oder einem geringerem Winkel erhält.
32. Einspannsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßflächen einseitig oder beidseitig mit einer oder mehreren Nuten und/oder Federn versehen sind.
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