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Die Erfindung betrifft eine Anlage, insbesondere Feuerverzinkungsanlage für Metallblech oder -band, einen Ofenrüssel hierfür und ein Rüsselmundstück für diesen Ofenrüssel zur Verbindung des Ofens mit einem Metallschmelzbad, insbesondere Zinklegierungsbad, wobei das Rüsselmundstück zum Eintauchen in das Metallschmelzbad ausgebildet ist.
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Bei Feuerverzinkungsanlagen ist es bekannt, einen Durchlaufofen über einen Ofenrüssel aus Edelstahl mit einem Zinklegierungsbad gasdicht zu verbinden. Hierbei taucht der Ofenrüssel mit seinem Rüsselmundstück in das Zinklegierungsbad ein. Das Rüsselmundstück unterliegt dabei hohen Temperaturen, chemischer Korrosion und mechanischen Belastungen, was oftmals einem Austausch des Ofenrüssels bedarf.
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Die Erfindung hat sich daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe gestellt, ein Rüsselmundstück zu schaffen, das bei hoher Standfestigkeit die Wartbarkeit des Ofenrüssels erleichtert.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Indem das Rüsselmundstück zum lösbaren Verbinden mit einem Rüsselhauptkörper des Ofenrüssels ausgebildet ist, lässt sich die Stabilität des gesamten Ofenrüssels deutlich verbessern. So kann bei Bedarf lediglich das Mundstück ausgetauscht werden, während der Rüsselhauptkörper weiterverwendet wird, was die Betriebskosten merklich senkt. Darüber hinaus ermöglicht diese modulare Konstruktion eine flexiblere Anpassung des Ofenrüssels an das jeweilige Metallschmelzbad, sodass die thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen beim Eintauchen in die Schmelze optimal berücksichtigt werden können.
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Beispielsweise lässt sich eine solche höhere Beständigkeit gegenüber extremen thermischen Belastungen von mehreren 100 bis über 1500 °C (Grad Celsius) erreichen. Gleichzeitig kann die Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse, wie Korrosion durch die Metallschmelze und deren Strömungen, deutlich verbessert werden. Auch mechanische Belastungen wie Abrasion, die durch den direkten Kontakt mit der Schmelze und Schlacke entstehen, können durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffs besser bewältigt werden. Da sich diese Werkstoffauswahl auf das austauschbare Rüsselmundstück beschränkt, können kostenintensivere Materialien eingesetzt werden, ohne die Gesamtkosten erheblich zu erhöhen. Zudem reduziert sich der Wartungsaufwand, da dieser primär auf den Austausch des Rüsselmundstücks beschränkt bleibt, was langfristig zu einer Kostenoptimierung des gesamten Ofenrüssels beiträgt.
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Beispielsweise weist das Rüsselmundstück einen Trägerkörper aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff auf. Mit dem keramischen Faserverbundwerkstoff steht nämlich ein Werkstoff mit hoher Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und chemische Belastungen zur Verfügung. Überdies kann dieser Werkstoff auch für eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte und Spannungen innerhalb des Trägerkörpers als tragende Basis des Rüsselmundstücks sorgen, was zu einer verbesserten Standfestigkeit des Rüsselmundstücks führen kann.
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Besonders vorteilhaft für ein Eintauchen in ein Metallschmelzbad kann beispielsweise sein, wenn der keramische Faserverbundwerkstoff als keramische Matrix, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2O3, CaSiO3, 3Al2O3 2SiO2 (Nullit), Si3N4, SiC, ZrSiO4 und Mischungen hiervon, aufweist. So zeichnen sich diese Werkstoffe durch eine hohe Festigkeit, geringe Dichte und exzellente Temperatur- sowie Verschleißbeständigkeit aus.
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Beispielsweise bietet die Verwendung von Al2O3 (Aluminiumoxid) in keramischen Faserverbundwerkstoffen den Vorteil einer außergewöhnlich hohen Härte und Temperaturbeständigkeit, was zu hoher mechanischer Festigkeit und Beständigkeit gegen Verschleiß und Korrosion führen kann. Im Vergleich dazu kann sich CaSiO3 (Calciumsilikat) durch seine vergleichsweise geringe thermische Ausdehnung auszeichnen, was für eine Schockresistenz bei Oberflächenwellen im Metallschmelzbad sorgt. Mischungen aus Al2O3 und CaSiO3 kombinieren mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit von Aluminiumoxid mit der thermischen Schockresistenz von Calciumsilikat, was die Standfestigkeit des Ofenrüssels noch weiter verbessern kann.
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Vorzugsweise weist der keramische Faserverbundwerkstoff als Fasern ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al2O3-Fasern, SiO2-Fasern, B2O3-Fasern, Carbonfasern, Basaltfasern und Mischungen hiervon, auf.
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Damit bietet der keramische Faserverbundwerkstoff herausragende Vorteile in Bezug auf Festigkeit, Steifigkeit und thermische Stabilität. Die Fasern aus Aluminiumoxid (Al2O3) sorgen für eine hohe mechanische Belastbarkeit und Temperaturbeständigkeit, während Siliziumdioxid (SiO2) eine ausgezeichnete thermische Isolationsfähigkeit und chemische Resistenz gewährleistet. Solch eine vorteilhafte thermische Isolationsfähigkeit ist auch von B2O3-Fasern bekannt. Carbonfasern bieten unter anderem eine vergleichsweise hohe mechanische, thermische und chemische Stabilität. Basaltfasern können sich durch eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit mit guter Resistenz gegen korrosive Beeinträchtigung auszeichnen. Mischungen dieser Materialien ermöglichen eine präzise Anpassung der Eigenschaften, wie z. B. optimierte Wärmeleitfähigkeit oder eine verbesserte Bruchzähigkeit.
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Festigkeit, Steifigkeit und thermische Stabilität des Rüsselmundstücks können sich weiter verbessern, wenn die Fasern in Form eines, insbesondere in Lagen übereinander angeordneten, Gewirks, Gewebes, Geflechts oder Geleges im Faserverbundwerkstoff vorliegen.
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Beispielsweise kann sich als besonders widerstandsfähig gegenüber mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ein keramischer Faserverbundwerkstoff mit einer keramischen Matrix aus CaSiO3 und mit Fasern aus SiO2-Fasern herausstellen.
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Beispielsweise weist das Rüsselmundstück eine, insbesondere hexagonale, Bornitrid-Oberflächenbeschichtung auf. Damit werden beispielsweise die mechanischen Vorteile eines leichten und stabilen Grundmaterials mit chemischer Stabilität durch Bornitrid (BN) kombiniert, was die Eignung des Rüsselmundstücks zum Eintauchen in ein Schmelzbad weiter verbessern kann. Zudem kann eine hexagonale Bornitrid-Oberflächenbeschichtung die Haftung an der Oberfläche verringern, was Anbackungen am Rüsselmundstück weiter vermindern und damit die Standfestigkeit des Ofenrüssels weiter erhöhen kann. Vorzugsweise ist die Bornitrid-Oberflächenbeschichtung am Trägerkörper vorgesehen .
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Das erfindungsgemäße Rüsselmundstück ist insbesondere für einen Ofenrüssel geeignet.
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Vorzugsweise ist das Rüsselmundstück am Rüsselhauptkörper schwimmend lösbar befestigt. Diese Befestigung kann beispielsweise geneigt, beispielsweise quer, zu einer Längsrichtung des Ofenrüssels sein.
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Diese Konstruktion ermöglicht es dem Rüsselmundstück, sich bei Temperaturschwankungen oder anderen Belastungen freier zu bewegen, was die Lebensdauer des Ofenrüssels erhöht. Darüber hinaus kann diese Konstruktion auch eine gleichmäßigere Verteilung der Kräfte und Spannungen innerhalb des Ofenrüssels ermöglichen, was die Gesamtleistung und Haltbarkeit des Systems verbessern kann.
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Vorstellbar ist, dass der Ofenrüssel eine Spanneinrichtung aufweist, die das Rüsselmundstück mit dem Rüsselhauptkörper lösbar miteinander verbindet. Damit kann unter anderem die Handhabung erleichtert werden, die Position des Rüsselmundstücks am Rüsselhauptkörper präzise einzustellen, um so für einen standfesten gasdichten Anschluss zwischen Rüsselmundstück und Rüsselhauptkörper zu sorgen.
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Eine weitere Verbesserung der Konstruktion des Ofenrüssels kann erreicht werden, wenn die Spanneinrichtung eine Linearführung aufweist, die entlang ihrer Führungsbahn das Rüsselmundstück am Rüsselhauptkörper schwimmend lagert. Beispielsweise kann es sich bei der Linearführung um eine Lineargleitführung handeln. Durch die schwimmende Lagerung entlang der Führungsbahn der Linearführung wird eine flexiblere und/oder präzisere Ausgleichsbewegung ermöglicht, die Toleranzen und Ungenauigkeiten in der Ausrichtung kompensiert. Dies reduziert beispielsweise Spannungen innerhalb der gesamten Konstruktion exakter und trägt zu einer längeren Lebensdauer des Ofenrüssels bei.
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Vorzugsweise weist die Spanneinrichtung eine Feder auf, die das Rüsselmundstück am Rüsselhauptkörper unter Federvorspannung in Längsrichtung des Ofenrüssels lagert. Die Feder kann nämlich für eine konstante Vorspannung sorgen, wodurch unerwünschte Spielbewegungen vermieden und unter anderem auch eine gasdichte Verbindung zwischen Rüsselmundstück und Rüsselhauptkörper sichergestellt werden kann.
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Vorstehendes kann beispielsweise weiter verbessert werden, wenn an jeder Außenseitenfläche des Ofenrüssels zumindest eine Spanneinrichtung vorgesehen ist.
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Die Handhabung in der Montage als auch in der Wartung des Ofenrüssels kann weiter erleichtert werden, wenn die Spanneinrichtung einen, insbesondere horizontalen, Kniehebelspanner oder Verschlussspanner aufweist.
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Der Anschluss zwischen Rüsselhauptkörper und Rüsselmundstück kann beispielsweise verbessert werden, wenn der Rüsselhauptkörper an einem ihm seitlich wegstehenden Flansch endet, an dem das Rüsselmundstück anschließt. Dies kann bei zueinander unterschiedlichen thermisch bedingten Abmessungsänderungen von Rüsselhauptkörper und Rüsselmundstück von Vorteil sein, Relativbewegungen zueinander abzufangen.
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Beispielsweise lassen sich Wärmedehnungsunterschiede zwischen diesen beiden Anschlussteilen verbessert ausgleichen, wenn der Rüsselhauptkörper eine Nut aufweist, in die das Rüsselmundstück mit seitlichem Spiel zur Nut einragt. Auch ermöglicht dies, jene durch thermische Ausdehnung entstehenden Spannungen effektiver zu minimieren, da das seitliche Spiel eine begrenzte, kontrollierte Beweglichkeit des Rüsselmundstücks innerhalb der Nut gewährleistet. Dabei bleibt die Funktionalität der Verbindung erhalten, während gleichzeitig Materialermüdung und strukturelle Schäden durch Temperatureinflüsse reduziert werden.
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Vorstehend beschriebener gasdichter Anschluss des Rüsselmundstücks an den Rüsselhauptkörper kann standfest gewährleistet sein, wenn zwischen Rüsselhauptkörper und Rüsselmundstück zumindest eine Hochtemperaturdichtung, insbesondere keramische Dichtung, Glasfaserdichtung, Al2O3 Dichtung und/oder Graphitdichtung, vorgesehen ist.
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Diese Abdichtung zwischen Rüsselhauptkörper und Rüsselmundstück kann weiter verbessert werden, wenn zwischen zwei Hochtemperaturdichtungen ein Stickstoffvorhang besteht.
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Das erfindungsgemäße Rüsselmundstück oder der erfindungsgemäße Ofenrüssel eignen sich insbesondere für eine Anlage, insbesondere Feuerverzinkungsanlage für Metallblech oder -band, beispielsweise aus Stahl.
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Hierzu kann beispielsweise die Anlage einen Ofen und ein Metallschmelzbad aufweisen, wobei der an den Ofen anschließende Ofenrüssel mit seinem Rüsselmundstück in das Metallschmelzbad eintaucht. Der Ofen kann beispielsweise ein Durchlaufofen sein. Das Metallschmelzbad kann beispielsweise ein Zinklegierungsbad sein.
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In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Seitenansicht auf eine Anlage zur Feuerverzinkung mit einem Ofenrüssel und einem Metallschmelzbad,
- Fig. 2
- eine Frontansicht auf die Anlage nach Fig. 1,
- Fig. 3
- eine vergrößerte Schnittansicht auf eine lösbare Verbindung zwischen einem Rüsselmundstück und einem Rüsselhauptkörper des nach Fig. 1 dargestellten Ofenrüssels und
- Fig. 4
- eine vergrößerte Schnittansicht auf den in das Metallschmelzbad eingetauchten Rüsselmundstück des nach Fig. 1 dargestellten Ofenrüssels.
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Nach Fig. 1 und 2 ist eine Anlage 1, nämlich Feuerverzinkungsanlage für ein Metallband S aus Stahl, teilweise dargestellt. Diese Anlage 1 weist einen Ofen 2, nämlich Durchlaufofen, ein Metallschmelzbad 3, nämlich Zinklegierungsbad, und einen Ofenrüssel 4 auf. Der Ofenrüssel 4 verbindet den Ofen 2 mit dem Metallschmelzbad 3 gasdicht, um einen atmosphärischen Kontakt des Metallbands S oder -blechs zu vermeiden.
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Der beispielsweise dargestellte Ofenrüssel 4 weist einen mehrteiligen, nämlich -wie in Fig. 1 und 2 dargestellt- zweiteiligen, Rüsselhauptkörper 5 aus Stahl auf. Der beispielsweise dargestellte zweiteilige Rüsselhauptkörper 5 gliedert sich in ein Anschlussstück 5a und in ein Rüsselkanalstück 5b, das an den Ofen gegebenenfalls über ein nicht näher dargestelltes Flanschstück anschließt.
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Zudem weist der Ofenrüssel 4 ein Rüsselmundstück 6 auf, das an den Rüsselhauptkörper 5 anschließt und in das Metallschmelzbad 3 eintaucht bzw. dazu ausgebildet ist.
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Der an den Ofen 2 anschließende Rüsselhauptkörper 5 wird oftmals als oberer Abschnitt des Ofenrüssels 4 bezeichnet, welcher oberer Abschnitt sich außerhalb des Metallschmelzbads befindet. Demzufolge wird das Rüsselmundstück 6 als ein in das Metallschmelzbad eintauchender Abschnitt des Ofenrüssels 4 als unterer Abschnitt bezeichnet.
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Der Rüsselhauptkörper 5 ist -im Ausführungsbeispiel- ein Hohlkörper mit einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt. Das Rüsselmundstück 6 ist -im Ausführungsbeispiel- ebenso ein Hohlkörper mit einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt. Das Metallband S oder -blech verläuft innerhalb dieser Hohlkörper.
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Das Rüsselmundstück 6 ist mit dem Rüsselhauptkörper 5 lösbar verbunden, um es einfach handhabbar auszuwechseln sowie auch in dessen Werkstoff auf das jeweilige Metallschmelzbad 3 besonders anpassen zu können.
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Beispielsweise besteht der Trägerkörper 7 des Rüsselmundstücks 6 zumindest abschnittsweise aus einem vom Träger des Rüsselhauptkörpers 5 unterschiedlichen Werkstoff.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Trägerkörper 7 aus einem keramischen Faserverbundwerkstoff, wie in Fig. 4 zu erkennen. Damit ist das Rüsselmundstück 6 zum Eintauchen in das Metallschmelzbad 3 besonders gut geeignet, da der Trägerkörper 7 als tragende Basis des Rüsselmundstücks 6 eine hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und chemische Belastungen bietet. Insbesondere auch gegenüber Anbackungen aus Zinkstaub 8a, Oxidhäuten 8b und anderen Partikeln 8c.
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Vorstellbar ist, dass der keramische Faserverbundwerkstoff als keramische Matrix, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, CaSiO3, 3Al2O3 2SiO2 (Nullit), Si3N4, SiC, ZrSiO4 und Mischungen hiervon, aufweist. Besonders robust hat sich Al2O3, CaSiO3 als keramische Matrix herausgestellt. Bevorzugt auch hinsichtlich einer einstückigen Ausbildung hat sich CaSiO3 als keramische Matrix herausgestellt. Als Fasen für den keramischen Faserverbundwerkstoff ist vorstellbar, dass diese aus einer der Gruppe bestehend aus Al2O3-Fasern, SiO2-Fasern, B2O3-Fasern, Carbonfasern, Basaltfasern und Mischungen hiervon, ausgewählt werden, um damit die Standfestigkeit des Rüsselmundstücks 6 weiter zu verbessern. Al2O3-Fasern oder SiO2-Fasern können nämlich selbst bei hohen Temperaturen ihre Festigkeit behalten und sind auch besonders resistent gegen chemische Belastungen, beispielsweise gegenüber unterschiedlichen Schlacken. Insbesondere können sich SiO2-Fasern durch deren hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Abrasion bei vergleichsweise guter Kompatibilität mit der keramischen Matrix, beispielsweise CaSiO3, auszeichnen, was zu einer erhöhten Lebensdauer und Leistung des Ofenrüssels 4 führt. Bevorzugt weist damit der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Ofenrüssel 4 einen keramischen Faserverbundwerkstoff mit einer keramischen Matrix aus CaSiO3 und mit Fasern aus SiO2-Fasern auf.
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Vorteilhaft dabei ist zudem, dass diese Fasern in Form eines, in Lagen übereinander angeordneten Gelege im Faserverbundwerkstoff vorliegen.
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Anbackungen werden zudem weiter reduziert, indem das Rüsselmundstück 6 direkt auf dem keramischen Faserverbundwerkstoff eine hexagonale Bornitrid-Oberflächenbeschichtung 9 aufweist. Dies beispielsweise auf den Außen- und Innenseiten sowie auf der freien Stirnseite des Rüsselmundstücks 6 und/oder beispielsweise zumindest vollflächig auf jene in das Metallschmelzbad 3 eintauchenden Flächenabschnitte des Rüsselmundstücks 6.
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Zudem besteht zwischen dem Rüsselmundstück 6 am Rüsselhauptkörper 5 eine besondere Verbindung. Das Rüsselmundstück 6 ist nämlich am Rüsselhauptkörper 5 nicht nur lösbar, sondern auch schwimmend befestigt. Damit besteht zwischen Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 und eine gewisse Beweglichkeit, was dazu führt, dass befestigungsbedingte Spannungen an der Verbindung vermieden werden können. Dies wiederum erhöht die Standfestigkeit des Ofenrüssels 4 deutlich, insbesondere wenn erfindungsgemäß unterschiedliche Materialien bei Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 verwendet und damit verschiedene Wärmeausdehnungen auftreten und abgefangen werden müssen.
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Vorteilhaft ist zudem, dass der Ofenrüssel 4 mehrere Spanneinrichtungen 10 aufweist, die Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 mit lösbar miteinander verbindet, wie in den Figuren 1 bis 3 zu erkennen ist. Dies verbessert die lösbare Verbindung und erleichtert auch einen Austausch oder eine Wartung des Rüsselmundstücks 6. Die Spanneinrichtungen 10 sind als horizontaler Verschlussspanner ausgebildet und an allen den vier Außenseitenfläche 4a, 4b, 4c, 4d der Wand des Ofenrüssels 4 vorgesehen. So befinden sich im Ausführungsbeispiel auf den breiten Außenseitenflächen 4a, 4b jeweils vier Spanneinrichtungen 10 und an den schmalen Außenseitenflächen 4c, 4d jeweils eine Spanneinrichtung 10. Eine standfeste Verbindung zwischen dem Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 ist damit geschaffen.
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Zudem sind die Spanneinrichtungen 10 besonders ausgeführt. Diese Spanneinrichtungen 10 weisen nämlich eine Linearführung 11, nämlich Lineargleitführung, auf. In Fig. 3 weist diese Linearführung 11 beispielsweise eine hinterschnittene Führungsgeometrie auf - so ist diese Linearführung 11 im Ausführungsbeispiel als Schwalbenschwanzführung ausgebildet. Andere Führungsgeometrien sind denkbar, beispielsweise auch eine T-Nut-Führung etc., was nicht dargestellt worden ist.
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Die Linearführung 11 weist eine Führungsschiene 11a als erstes feststehendes Führungselement sowie ein in diese Führungsschiene 11a eingreifendes Gleitelement 11b als zweites bewegliches Führungselement auf. Damit kann die Linearführung 11 eine schwimmende Befestigung zwischen Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 schaffen, und zwar entlang der Führungsbahn der Linearführung 11.
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Zudem weist die Spanneinrichtung 10 eine Feder 12 auf, die das Rüsselmundstück 6 am Rüsselhauptkörper 5 unter Federvorspannung in Längsrichtung L des Ofenrüssels 4 lagert. Die Feder 12 sorgt für eine standfeste Positionierung des Rüsselmundstücks 6 am Rüsselhauptkörper 5, was einen gasdichten Anschluss garantiert.
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Dies auch im Zusammenhang mit Überlappungsbereichen, die sich durch einen am Rüsselhauptkörper 5 seitlich wegstehenden Flansch 13 ergeben, an dem das Rüsselmundstück 6 anschließt.
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Der Flansch 13 weist auch eine Nut 14 mit zwei Hochtemperaturdichtungen 15 auf. In diese Nut 14 ragt das Rüsselmundstück 6, und zwar der Trägerkörper 7, mit seitlichem Spiel ein. Zudem liegt das Rüsselmundstück 6 an diesen Hochtemperaturdichtungen 15 an.
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Damit ist für eine besonders standfeste und gasdichte lösbare Verbindung zwischen dem Rüsselhauptkörper 5 und Rüsselmundstück 6 des Ofenrüssels 4 gesorgt.
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Wie in Fig. 3 erkannt werden kann, trägt das zweite Führungselement ein Verrastungselement 10a der Spanneinrichtung 10, mit dem ein beispielsweise u-bügelförmig ausgebildetes Spannelement 10b der Spanneinrichtung 10 lösbar verbindet. Zum Schwenken des Spannelements 10b dient ein Spannhebel 10c, der einen Handgriff an seinem freien Ende aufweist und über ein Drehlager 17 mit dem Rüsselhauptkörper 5 beweglich verbunden ist. Das Spannelement 10b ist am Spannhebel 10c zwischen dem Drehlager 17 und dem Handgriff schwenkbar gelagert.
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Im Allgemeinen wird festgehalten, dass "insbesondere" als "more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem "insbesondere" vorangestellt ist, ist als fakultatives Merkmal zu betrachten, das weggelassen werden kann, und stellt damit keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das Gleiche gilt für "vorzugsweise", ins Englische übersetzt als "preferably".