EP2796821A1 - Verbundsystem von feuerfesten keramischen Steinen - Google Patents

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EP2796821A1
EP2796821A1 EP13165469.1A EP13165469A EP2796821A1 EP 2796821 A1 EP2796821 A1 EP 2796821A1 EP 13165469 A EP13165469 A EP 13165469A EP 2796821 A1 EP2796821 A1 EP 2796821A1
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EP
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stone
composite system
stones
groove
profiling
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Withdrawn
Application number
EP13165469.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald KERSCHBAUM
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/02—Crowns; Roofs
    • F27D1/025—Roofs supported around their periphery, e.g. arched roofs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • E04B2/02—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls built-up from layers of building elements
    • E04B2002/0256—Special features of building elements
    • E04B2002/0265—Building elements for making arcuate walls
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    • F27D1/02—Crowns; Roofs

Definitions

  • the invention relates to a composite system of refractory ceramic bricks to form a vault-like support structure.
  • a vault-like support structure according to DE 39 33 744 C2 is located in the burner area of a lime kiln. It exists according to FIG. 1 - In a view from the front (simplified below: in the Y direction of the coordinate system) - of several (simplified below: in the Z direction of the coordinate system) arranged one above the other, vaulted stone rows 14,16, each stone row turn of several, side by side (simplified below: in the X direction of the coordinate system) running stones. The alignment on the coordinate system (X, Y, Z) is assumed below analogously (mutatis mutandis) for the individual stone of the supporting structure.
  • the juxtaposed in the X direction stones are positively connected with radial, ie in the Z direction grooves and springs.
  • a specially shaped capping set is inserted in the Y direction in the middle between two opposing sections of a row of stones to close them.
  • the invention has for its object to provide an alternative installation technique that allows in particular a simple and safe installation in stone composite.
  • the invention provides to form the stones with two form-fitting elements in the X and Y directions, which simultaneously stabilize the composite in the Z direction. This makes it possible to arrange the stones in a continuous composite in the X and Y directions, but also in the Z direction of the coordinate system in a simple manner.
  • the vast majority of the stones within the bridge-like support structure consist of identical stones.
  • Other stone formats and / or stone geometries should be limited to the structurally necessary areas, such as the end-side support of a vault arch.
  • a suitably adapted capping set can be used in the middle, which consists of stones of other formats.
  • more than 95% of the bricks of the composite system can be designed in the manner according to the invention.
  • At least one profile of a stone is designed according to one embodiment in the manner of a spring, while the corresponding profiling of the stone (on the opposite surface) is designed in the manner of a corresponding groove.
  • the spring and the groove of the stone may be arranged eccentrically in the Z direction.
  • tongue and groove are closer to the bottom of the stone than the top.
  • the size of the grooves and springs is usually not crucial. Tongue and groove, however, should have a certain minimum size to ensure the mechanical stability of the form-locking connection for a long time. Therefore, it is provided according to a variant that the groove and the spring of the stones in the Z direction over at least 20% of the height of the stone in the Z direction.
  • profiling is that of a step, wherein the corresponding profiling of the stone (on the opposite surface) consists of a corresponding step, so that between adjacent stones again the desired positive connection can be achieved.
  • the steps may in turn be arranged eccentrically in the Z-direction of the brick, for example the top of the brick closer than the bottom.
  • the stones become narrower from top to bottom (in the Z direction). Accordingly, results for the front and back of the stone, a wedge shape in the direction on the bottom of the stone.
  • a "wedge shape” is basically known, but for stones in other geometric form.
  • a further modification provides to arrange the profiles on the front and back of a stone in the Z direction offset from the profilings on the inside and outside of the stone. This "staggered" arrangement of the mutual profiles on a stone contributes to the equalization of the load distribution in the assembled state.
  • the stones can be arranged in the same direction or in opposite directions in two sections.
  • FIGS. 2a and 3-5 an X, Y, Z coordinate system is shown schematically.
  • the in FIG. 1 shown stone has an inside 1, an outside A, a front V, a back R, a top O and a bottom U.
  • the front V and the back R are formed with corresponding profiles VP, RP, here with a groove N at the back R and a corresponding spring F at the front V.
  • a profiling IP can be recognized as a step ST1
  • a corresponding step ST2 is provided as a profiling AP, wherein the profilings IP, AP extend over the entire length of the stone.
  • VP can be made form-fitting connections, so that gieich trained, next to each other or successively arranged stones according to form fit interlocking, as in the FIGS. 3 to 5 shown.
  • the stones of adjacent rows of stones S1 ?? S46 are positively connected to each other via the steps ST1, ST2, while the stones of a row of stones, for example S2, in Y-direction one behind the other via the tongue and groove joints N, F positive locking to each other.
  • the stones taper slightly between top O and bottom U, so that the vault-like support structure according to FIG. 3 can produce positive.
  • the arch-like support structure rests on end stones E which are not described in more detail.
  • the supporting structure can be set up in the X and Y direction in the combination of the described stones.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundsystem von feuerfesten keramischen Steinen zur Ausbildung einer gewölbeartigen Tragkonstruktion. Die Verbindung benachbarter Steine erfolgt über korrespondierende Profilierungen an den Aussenflächen der Steine in X- und Y-Richtung, wodurch es möglich ist, alle Steine innerhalb einer Lage, d.h. nebeneinander in X-Richtung und hintereinander in Y-Richtung, formschlüssig zu einer Tragkonstruktion anzuordnen. Daraus ergibt sich unmittelbar eine Stabilisierung der gesamten Trägkonstruktion.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verbundsystem von feuerfesten keramischen Steinen zur Ausbildung einer gewölbeartigen Tragkonstruktion.
  • Derartige Gewölbekonstruktionen kommen insbesondere bei Industrieöfen vor, wobei der Stand der Technik, wie auch die Erfindung nachstehend anhand eines Gewölbebogens im Brennerbereich eines Kalkschachtofens näher erläutert werden, ohne den Erfindungsgedanken insoweit zu beschränken.
  • Eine gewölbeartige Tragkonstruktion gemäß DE 39 33 744 C2 befindet sich im Brennerbereich eines Kalkschachtofens. Sie besteht gemäß Figur 1 - in einer Ansicht von vorne (vereinfacht nachstehend: in Y-Richtung des Koordinatensystems) - aus mehreren (vereinfacht nachstehend: in Z-Richtung des Koordinatensystems) übereinander angeordneten, gewölbeartig ausgebildeten Steinreihen 14,16, wobei jede Steinreihe wiederum aus mehreren, nebeneinander (vereinfacht nachstehend: in X-Richtung des Koordinatensystems) verlaufenden Steinen besteht. Die Ausrichtung am Koordinatensystem (X,Y,Z) wird nachstehend analog (sinngemäß) für den einzelnen Stein des Tragkonstruktion übernommen.
  • Die in X-Richtung nebeneinander angeordneten Steine sind mit radial, also in Z-Richtung verlaufenden Nuten und Federn formschlüssig verbunden. Ein speziell geformtes Schlusssteinset wird in Y-Richtung mittig zwischen zwei gegenläufige Abschnitte einer Steinreihe eingesetzt, um diese zu schließen.
  • Dieses System hat sich vielfach bewährt, erfordert jedoch einen erheblichen Montageaufwand. Das gilt analog für das System gemäß EP 1255088B1 , bei dem alle Steine einer Steinreihe ebenfalls mit radial verlaufenden Nut-/Feder-Einrichtungen verbunden sind, im Unterschied zur DE 39 33 744 C2 jedoch in einer Richtung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Verlegetechnik anzubieten, die insbesondere auch eine einfache und sichere Montage im Steinverbund ermöglicht.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
    • Die formschlüssige Verbindung über radialen Nuten und radiale Federn macht eine Verlegung der Steine hintereinander (in Y-Richtung) schwer bis unmöglich. Die radial orientierten Verbindungselemente führen außerdem dazu, dass oft nur ein ungleichmäßiger Kraftschluss in den 3 Richtungen des Koordinatensystems entsteht.
  • Um diese Nachteile zu überwinden sieht die Erfindung vor, die Steine mit zwei Formschluss-Elementen in X- und Y-Richtung auszubilden, die gleichzeitig den Verbund in Z-Richtung stabilisieren. Dies ermöglicht es, die Steine in einem kontinuierlichen Verbund in X- und Y-Richtung, aber auch in Z-Richtung des Koordinatensystems auf einfache Weise anzuordnen.
  • Die Verbindung benachbarter Steine erfolgt, wie bisher, über korrespondierende Profilierungen an den Außenflächen der Steine; erfindungsgemäß jedoch in X- und Y-Richtung, wodurch es erstmals möglich wird, alle Steine innerhalb einer Lage (nebeneinander in X-Richtung; hintereinander in Y-Richtung) formschlüssig zu einer Tragkonstruktion anzuordnen. Daraus ergibt sich unmittelbar eine Stabilisierung der gesamten Steinlage/Tragkonstruktion.
  • In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verbundsystem von Steinen, die in senkrecht zueinander verlaufenden Reihen nebeneinander, in X-Richtung, und hintereinander, in Y-Richtung so angeordnet sind, dass sie zusammen eine gewölbeartige Tragkonstruktion bilden, wobei mehr als 90 % der Steine folgende Form aufweisen:
    • eine Innenseite und eine Außenseite in X-Richtung, eine Vorderseite und eine Rückseite in Y-Richtung, eine Oberseite und eine Unterseite in Z-Richtung,
    • die Vorderseite und die Rückseite sind mit korrespondierenden Profilierungen ausgebildet, die einen Formschluss zwischen einer Rückseite eines Steins und einer in Y-Richtung folgenden Vorderseite eines benachbarten Steins ergeben,
    • die Innenseite und die Außenseite sind mit korrespondierenden Profilierungen ausgebildet, die einen Formschluss zwischen einer Außenseite eines Steins und einer in X-Richtung folgenden Innenseite eines benachbarten Steins ergeben.
  • Erfindungsgemäß soll also die ganz überwiegende Zahl der Steine innerhalb der brückenartigen Tragkonstruktion aus baugleichen Steinen bestehen. Andere Steinformate und/oder Steingeometrien sollen sich auf die konstruktiv notwendigen Bereiche beschränken, beispielsweise die endseitigen Auflager eines Gewölbebogens. Bei Tragkonstruktionen aus gegenläufigen Gewölbeabschnitten, ähnlich wie in der DE 39 33 744 C2 beschrieben, kann bei Bedarf auch ein entsprechend adaptiertes Schlusssteinset mittig eingesetzt werden, das aus Steinen anderer Formate besteht.
  • In der Regel werden mehr als 95 % der Steine des Verbundsystems in der erfindungsgemäßen Weise gestaltet sein können.
  • Mindestens eine Profilierung eines Steins ist nach einer Ausführungsform nach Art einer Feder gestaltet, während die korrespondierende Profilierung des Steins (auf dessen gegenüberliegender Oberfläche) nach Art einer korrespondierenden Nut ausgeführt ist.
  • Die Feder und die Nut des Steins können in Z-Richtung außermittig angeordnet sein. Nach einer Ausführungsform sind Nut und Feder der Unterseite des Steins näher als der Oberseite.
  • Die Größe der Nuten und Federn ist regelmäßig nicht entscheidend. Nut und Feder sollten jedoch eine bestimmte Mindestgröße haben, um die mechanische Stabilität der Formschluss-Verbindung auch über längere Zeit sicherzustellen. Deshalb ist nach einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Nut und die Feder der Steine in Z-Richtung über mindestens 20 % der Höhe des Steins in Z-Richtung verlaufen.
  • Eine andere Art der Profilierung ist die einer Stufe, wobei die korrespondierende Profilierung des Steins (auf der gegenüberliegenden Oberfläche) aus einer korrespondierenden Stufe besteht, damit zwischen benachbarten Steinen wieder der gewünschte Formschluss erreicht werden kann.
  • Die Stufen können wiederum in Z-Richtung des Steins außermittig angeordnet werden, beispielsweise der Oberseite des Steins näher als der Unterseite.
  • Um Kerbwirkungen zu vermeiden wird vorgeschlagen, die Profilierungen auf der Innenseite und der Außenseite sowie auf der Vorderseite und der Rückseite des Steins zumindest teilweise unter einem Winkel ungleich 90° zu der jeweiligen Steinseite auszubilden.
  • Um je nach Gewölbekrümmung über den gesamten Steinverbund einen sicheren Formschluss zu erreichen, wird in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Steine von oben nach unten (in Z-Richtung) schmaler werden. Entsprechend ergibt sich für die Vorderseite und Rückseite des Steins eine Keilform in Richtung auf die Unterseite des Steins. Eine solche "Keilform" ist grundsätzlich bekannt, jedoch für Steine in anderer geometrischer Form.
  • Eine weitere Abwandlung sieht vor, die Profilierungen auf der Vorder- und Rückseite eines Steins in Z-Richtung versetzt zu den Profilierungen auf der Innen- und Außenseite des Steins anzuordnen. Diese "versetzte" Anordnung der wechselseitigen Profilierungen an einem Stein trägt zur Vergleichmäßigung der Lastverteilung im montierten Zustand bei.
  • Dies gilt auch dann, wenn die Stufen des Steins sich in Z-Richtung oberhalb der Nuten/Federn des Steins erstrecken.
  • Innerhalb einer Steinreihe (in X-Richtung) können die Steine gleichläufig oder in zwei Abschnitten gegenläufig angeordnet werden.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
  • Dazu gehört es, die Steine benachbarter Reihen in Y-Richtung versetzt anzuordnen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -
    • Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Steins
    • Figur 2a: eine Stirnansicht auf die Rückseite RP(N) in Y-Richtung des Steins nach Figur 1
    • Figur 2b: eine Seitenansicht in X-Richtung des Steines nach Figur 1
    • Figur 3: eine Ansicht in Y-Richtung auf eine gewölbeartige Tragkonstruktion mit Steinen gemäß Figur 1
    • Figur 4: eine Ansicht in Z-Richtung von unten auf die Tragkonstruktion gemäß Figur 3
    • Figur 5: eine vergrößerte Ansicht des rechten Endes des Tragbogens gemäß Figur 3.
  • In den Figuren 2a sowie 3-5 ist ein X,Y,Z-Koordinatenkreuz schematisch dargestellt.
  • Der in Figur 1 dargestellte Stein besitzt eine Innenseite 1, eine Außenseite A, eine Vorderseite V, eine Rückseite R, eine Oberseite O und eine Unterseite U.
  • Die Vorderseite V und die Rückseite R sind mit korrespondierenden Profilierungen VP, RP ausgebildet, und zwar hier mit einer Nut N an der Rückseite R und einer korrespondierenden Feder F an der Vorderseite V.
  • An der Innenseite I ist eine Profilierung IP als Stufe ST1 zu erkennen, auf der gegenüberliegenden Außenseite A ist eine korrespondierende Stufe ST2 als Profilierung AP vorgesehen, wobei die Profilierungen IP, AP über die gesamte Länge des Steins verlaufen.
  • Zwischen den wechselseitigen Profilierungen VP, RP; IP, AP lassen sich formschlüssige Verbindungen herstellen, so dass gieich ausgebildete, nebeneinander beziehungsweise hintereinander angeordnete Steine entsprechend formschlüssig ineinander greifen, wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.
  • Dabei sind schematisch 46 Steinreihen S1....S46 zu erkennen, die in X-Richtung nebeneinander angeordnet sind und in Y-Richtung aus hintereinander angeordneten Steinen S1.1, S1.2....S26.1, S26.2... bestehen. Steine S1.1, S2.1 benachbarter Reihen (S1, S2) verlaufen in Y-Richtung versetzt zueinander.
  • Mit anderen Worten: Die Steine benachbarter Steinreihen S1.....S46 sind über die Stufen ST1, ST2 formschlüssig miteinander verbunden, während die Steine einer Steinreihe, beispielsweise S2, in Y-Richtung hintereinander über die Nut-/Federverbindungen N, F Formschluss zueinander aufweisen.
  • Insgesamt verjüngen sich die Steine geringfügig zwischen Oberseite O und Unterseite U, damit sich die gewölbeartige Tragkonstruktion gemäß Figur 3 formschlüssig herstellen lässt.
  • Endseitig liegt die gewölbeartige Tragkonstruktion auf nicht näher beschriebenen Endsteinen E auf.
  • Die Tragkonstruktion lässt sich in X- und Y-Richtung im Verbund der beschriebenen Steine einrichten.
  • Bei einer Ausführungsform mit gegenläufigen Abschnitten des Tragbogens (Figur 3) kann in der Mitte ein spezielles Schlusssteinset SCH eingebaut werden, wie es grundsätzlich aus der DE 39 33 744 C2 bekannt ist.
  • Durch die formschlüssigen Verbindungen der nebeneinander und hintereinander verlegten Steine ergibt sich insgesamt eine hohe mechanische Stabilität des Tragbogens und eine günstige Kraft-/Lastverteilung im Verbundsystem.

Claims (13)

  1. Verbundsystem von Steinen, die in senkrecht zueinander verlaufenden Reihen nebeneinander, in X-Richtung, und hintereinander, in Y-Richtung, so angeordnet sind, dass sie zusammen eine gewölbeartige Tragkonstruktion bilden, wobei mehr als 90% der Steine folgende Form aufweisen:
    a) eine Innenseite (I), eine Außenseite (A), eine Vorderseite (V), eine Rückseite (R), eine Oberseite (O) und eine Unterseite (U),
    b) die Vorderseite (V) und die Rückseite (R) sind mit korrespondierenden Profilierungen (VP, RP) ausgebildet, die einen Formschluss zwischen einer Rückseite (R) eines Steins (S1.1) und einer in Y-Richtung folgenden Vorderseite (V) eines benachbarten Steins (S1.2) ergeben,
    c) die Innenseite (I) und die Außenseite (A) sind mit korrespondierenden Profilierungen (IP, AP) ausgebildet, die einen Formschluss zwischen einer Außenseite (A) eines Steins (S1.1) und einer in X-Richtung folgenden Innenseite (I) eines benachbarten Steins (S2.1) ergeben.
  2. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Profilierung (VP, RP, IP, AP) eines Steins nach Art einer Feder (F) gestaltet ist und die korrespondierende Profilierung (RP, VP, AP, IP) des Steins nach Art einer korrespondierenden Nut (N).
  3. Verbundsystem nach Anspruch 2, bei dem die Feder (F) und die Nut (N) des Steins in Z-Richtung des Steins außermittig, und zwar der Unterseite (U) des Steines näher, angeordnet sind.
  4. Verbundsystem nach Anspruch 2, bei dem die sich Feder (F) und die Nut (N) der Steine in Z-Richtung über mindestens 20% der Höhe des Steins erstrecken.
  5. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem die Feder (F) und Nut (N) ihre größte Erstreckung in Z-Richtung aufweisen.
  6. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine Profilierung (VP, RP, IP, AP) eines Steins nach Art einer Stufe (ST1) gestaltet ist und die korrespondierende Profilierung des Steins aus einer korrespondierenden Stufe (ST2) besteht.
  7. Verbundsystem nach Anspruch 4, bei dem die Stufen (ST1, ST2) in Z-Richtung des Steins außermittig, und zwar der Oberseite (O) des Steins näher, angeordnet sind.
  8. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem die Profilierungen (IP, AP, VP, RP) auf der Innenseite (I) und der Außenseite (A) sowie auf der Vorderseite (V) und der Rückseite (R) des Steins zumindest teilweise unter einem Winkel ungleich 90Grad zu der jeweiligen Steinseite (I, A, V, R) verlaufen.
  9. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem die Steine keilförmig in Richtung auf die Unterseite (U) verjüngt ausgebildet sind.
  10. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem die Profilierungen (VP, RP) auf der Vorder- und Rückseite (V,R) des Steines in Z-Richtung des Steins versetzt zu den Profilierungen (IP, AP) auf der Innen- und Außenseite (I, A) des Steins verlaufen.
  11. Verbundsystem nach Anspruch 5, bei dem die Stufen (ST1, ST2) des Steins in Z-Richtung oberhalb der Federn/Nuten (F,N) des Steins verlaufen.
  12. Verbundsystem nach Anspruch 1, bestehend aus zwei Abschnitten (AL, AR), die in X-Richtung gegenläufig aufeinander zu gerichtet sind.
  13. Verbundsystem nach Anspruch 1, bei dem in X-Richtung nebeneinander angeordnete Steine (S1.1, S2.1) in Y-Richtung versetzt verlaufen.
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