EP0742417B1

EP0742417B1 - Keramischer Balken für Tunnelofen-Brennwagen

Info

Publication number: EP0742417B1
Application number: EP96102874A
Authority: EP
Inventors: Volker Dr. Hesse
Original assignee: BURTON GmbH
Current assignee: BURTON GMBH
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 2001-11-14
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: EP0742417A1; ES2167475T3; DE29507778U1; DE59608170D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Balken für Tunnelofen-Brennwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Brennwagen-Balken sind als rechteckige oder quadratische Hohloder Vollprofile aus Keramik ausgebildet. Aus der US-PS 4,300,881 sind auch rollenförmige Balken mit rohrzylindrischem Querschnitt bekannt. Die Balken dienen als Querträger des keramischen Überbaus des Brennwagens zur Aufnahme von Brenngut, z.B. Kassetten mit zu brennenden Dachziegeln. Die Balken des Brennwagens liegen an ihren Randbereichen jeweils auf keramischen Stützen auf, so daß sich eine Biegebeanspruchung des keramischen Materials ergibt. Der untere Bereich des Keramikprofils wird dabei auf Zug, die Oberseite auf Druck beansprucht. Da jedoch die Druckfestigkeit von Keramik wesentlich höher als die Zugfestigkeit ist, kann es zu Materialermüdungen kommen. Darüber hinaus sind die bekannten Vollprofil-Balken relativ schwer, was sich beim Aufheizprozeß des Brennwagens in einem Tunnelofen, in dem eine Temperatur von 1000 bis 1200° herrscht, nachteilig in der Energiebilanz auswirkt. Rohrförmige Balken vermeiden zwar diesen Nachteil, sind jedoch wegen ihrer Hohlkörper-Gestalt statisch schwächer als ein Balken mit massivem Querschnitt. Sowohl mit den bekannten Vollprofil-Balken als auch mit den bekannten keramischen Rohren können daher nur relativ geringe Spannweiten realisiert werden, so daß eine hohe Anzahl an Stützen benötigt wird. Zum Erreichen einer guten Stabilität ist aus der US-PS 1,832,818 die Verwendung einer Platte mit Unterzügen bzw. integrierten Stütz- und Verstärkungsrippen bekannt. Diese massive Platte ist jedoch wegen ihres großen Volumens im Hinblick auf die Aufheizung des Tunnelofens und die Energiebilanz noch wesentlich nachteiliger als die bekannten Brennwagen-Balken.

In der US-PS 2,173,682 ist ein Metallträger offenbart, der eine in Seitenansicht teilweise trapezförmige und im Querschnitt im wesentlichen doppel-T-förmige Gestalt aufweist. Eine Übertragung von Gestaltungsformen aus dem Metallbau auf keramische Bauteile ist schon deshalb nicht möglich ist, da die Belastbarkeit bei hoher Hitze, der keramisches Material in Tunnelöfen ausgesetzt ist, trotz möglicherweise ähnlichen Bauformen bei den verschiedenen Materialien Keramik einerseits und Metall andererseits völlig unterschiedlich ausfällt. Darüber hinaus ist die doppel-T-förmige Querschnittsgestaltung des vorbekannten metallischen Trägers aus keramischem Material überaus schwierig herzustellen und wegen der teilweise dünnen Wandungsbereiche nicht hinreichend dauerhaft und stabil.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, einen keramischen Balken für Tunnelofen-Brennwagen zu schaffen, der sich durch verbesserte statische Eigenschaften bezüglich der Biegebeanspruchung sowie durch ein verringertes Gewicht und eine größere Spannweite auszeichnet.

Die Erfindung löst dieses Problem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Durch die Ausbildung des keramischen Balkens als massiver Träger mit in Seitenansicht trapezförmiger Gestalt, schräg gestellten Seitenflächen und sich zur Mitte gegenüber den Endbereichen verringernder Breite der Oberseite ist eine verbesserte Form gegenüber Beanspruchungen durch Biegemomente geschaffen. Die auftretenden Kräfte können sich innerhalb des trapezförmig ausgebildeten Trägers verteilen, woraus geringere innere Spannungen resultieren und sich somit eine erhöhte Biegefestigkeit des Balkens ergibt. Darüber hinaus ergibt sich durch die besondere Form des Balkens eine Materialeinsparung, so daß weniger Energie zum Aufheizen des keramischen Überbaus des Brennwagens benötigt wird sowie eine vergrößerte Spannweite der Balken realisiert werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Teildarstellung eines Tunnelofen-Brennwagens mit keramischen Balken nach der Erfindung;
Fig. 2: eine Seitenansicht eines keramischen Balkens aus Fig. 1;
Fig. 3: eine untere Ansicht des keramischen Balkens nach Fig. 2;
Fig. 4: einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2;

Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Tunnelofen-Brennwagen für den Transport von Brenngütern wie Dachziegel durch einen Tunnelofen besteht aus einem hier nicht näher dargestellten metallischen Chassis sowie einem keramischen Überbau, der zur thermischen Isolierung des metallischen Chassis beim Durchfahren des Brennwagens durch den Tunnelofen und zur Aufnahme der Brenngüter dient. Hierzu ist der keramische Überbau mit Balken 1 versehen, die als Querträger beispielsweise zur Aufnahme von Kassetten, in denen die Brenngüter wie Dachziegel gelagert sind, dienen. Die Balken 1 des Brennwagens liegen an ihren Endbereichen 2, 3 auf keramischen Längsbalken 4 auf, die sich ihrerseits auf keramischen Stützen 5 abstützen. Durch die Auflage der Balken 1 an ihren Endbereichen 2, 3 und die Aufnahme der Brenngüter ergibt sich eine Biegebeanspruchung der Balken.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine erste Ausführungsform der Balken 1 detaillierter dargestellt. Er besteht aus einem langgestreckten Träger 6, der eine in Seitenansicht trapezförmige Gestalt aufweist. Die Oberseite 7 verläuft in einer horizontalen Ebene, während die Unterseite 8 die Trapezform ausbildet. Wie Fig. 3 veranschaulicht, verringert sich die Breite der Oberseite 7 gegenüber der Unterseite 8 von den Endbereichen 2, 3 bis zur Mitte der Trapezform, so daß die Seitenflächen 9 des Trägers 6 als windschiefe Ebenen verlaufen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Träger 6 insgesamt massiv ausgebildet, was sich günstig auf die Kräfteverteilung auswirkt sowie den Einsatz des Trockenpreßverfahrens, ermöglicht.

Da die Oberseite 7 des Trägers 6 auf Druck und die Unterseite 8 auf Zug beansprucht wird, ergibt sich eine Zone im mittleren Bereich, wo sich die Druckspannung des oberen Gurtes und die Zugspannung des unteren Gurtes im wesentlichen kompensieren und vor allem Schubspannungen auftreten. Es ist daher vorgesehen, in diesem Bereich den Träger 6 mit Material-Ausnehmungen 10 zu versehen, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung erreichbar ist, ohne die Biegefestigkeit des Balkens zu verringern. Insgesamt kann durch die Trapezform und die sich nach oben verjüngende Gestaltung des Trägers 6 sowie die zweckmäßig als durchgehende Löcher ausgebildeten Ausnehmungen 10 eine erhebliche Materialeinsparung (bis zu 40 %) gegenüber den bisher bekannten Voll- oder Hohlprofilbalken erreicht werden.

Desweiteren ist der Balken 1 an seinen Endbereichen 2, 3 mit quaderförmigen Ansätzen 11 versehen, die zur Auflage des Balkens 1 auf den Längsbalken 4 des Brennwagens dienen. Durch diese Ansätze 11 an den Endbereichen 2, 3 können auftretende Scherkräfte besser aufgenommen werden, so daß sich eine verringerte Materialbeanspruchung des Balkens 1 ergibt.

Durch eine in bezug auf statische Belastungen optimierte Form des keramischen Balkens für einen Tunnel-Brennofen kann somit den durch Biegebeanspruchung auftretenden Materialermüdungen entgegengewirkt und darüber hinaus eine erhebliche Gewichtsreduzierung erreicht werden, die sich beim Aufheizprozeß des Brennwagens positiv auf die Energiebilanz auswirkt. Die beschriebene Ausführungsform ist darüber hinaus fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar.

Claims

Keramischer Balken (1) für Tunnelofen-Brennwagen, die ein metallisches Chassis mit Rädern und einen keramischen Überbau (1, 4, 5) zur thermischen Isolation des metallischen Chassis und zur Aufnahme von Brenngut umfassen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Balken (1) ist als massiver keramischer Träger (6) mit in Seitenansicht trapezförmiger Gestalt ausgebildet, wobei die auf Druck beanspruchte Oberseite (7) in einer horizontalen Ebene verläuft, während die auf Zug beanspruchte Unterseite (8) die Trapezform ausbildet,

b) durch Schrägstellung von Seitenflächen (9) ist die Breite der Oberseite (7) des Trägers (6) gegenüber der Unterseite (8) verringert, derart, daß

c) die Breite der Oberseite (7) gegenüber der Unterseite (8) von den beiden Endbereichen (2, 3) bis zum mittleren Bereich der Trapezform des Trägers (6) abnimmt, während die Breite der Unterseite (8) über die gesamte Länge des Trägers (6) konstant ist.
Keramischer Balken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken (1) an seinen Endbereichen (2, 3) jeweils mit einem quaderförmigen Auflageansatz (11) versehen ist.
Keramischer Balken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (6) im mittleren Bereich, wo sich die Druckspannung des oberen Gurtes und die Zugspannung des unteren Gurtes im wesentlichen kompensieren und vor allem Schubspannungen auftreten, mit eingeformten Ausnehmungen (10) versehen ist.
Keramischer Balken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10) als durchgehende Löcher ausgebildet sind.