[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für
Schachtöfen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Eine derartige Kühlplatte zählt durch die EP 0 951 371 B1 zum Stand der Technik.
In der Kühlplatte sind mehrere Bohrungen zur Aufnahme eines Kühlmittels, insbesondere
Wasser, vorgesehen, die über an der Plattenkaltseite angeschweißte Anschlussrohre
mit einem Kühlmitteleinlauf und einem Kühlmittelauslauf verbunden sind. Der Innenquerschnitt
der Anschlussrohre ist üblicherweise an den Durchmesser der Bohrungen angepasst. Die
Festlegung der Anschlussrohre an der Kühlplatte erfolgt in der Regel dadurch, dass
in der Plattenkaltseite dem Außendurchmesser der Anschlussrohre angepasste Ausnehmungen
geringer Tiefe hergestellt, dann die kühlplattenseitigen Enden der Anschlussrohre
in diese Ausnehmungen eingesetzt und anschließend die Anschlussrohre mit der Kühlplatte
durch Kehlnähte verschweißt werden. Eine besondere Bearbeitung der plattenseitigen
Enden der Anschlussrohre erfolgt hierbei nicht. Sie werden lediglich meistens auf
der Innenseite angefast, um einen besseren Durchfluss des Kühlmittels zu gewährleisten.
[0003] Bestehen die Anschlussrohre aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, so werden die
mit einem stählernen Kühlmitteleinlauf und Kühlmittelauslauf verbundenen Anschlussrohre
im Abstand zu der Kühlplatte mit Stahlmanschetten versehen. Eine Stahlmanschette wird
bei Anschlussrohren aus Kupfer oder einer Kupferlegierung benötigt, um eine gasdichte
Verschweißung mit dem Schachtofenmantel herzustel len. Hierdurch und auch beim Einsatz
von stählernen Anschlussrohren wird vermieden, dass bei der Montage der Kühlplatten
in einem Schachtofen Kupfer geschweißt werden muss. Das Schweißen von Kupfer ist technisch
sehr aufwendig und mit großen Fehlerrisiken verbunden.
[0004] Ein weiteres Problem besteht im bekannten Fall darin, dass das Prüfen der Kehlnähte,
z.B. mit Hilfe einer Farbeindringprüfung insbesondere bei Cu-Schweißnähten, zwar technisch
möglich, jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.
[0005] Da auf der einen Seite die Anschlussrohre an die Kühlplatte geschweißt werden müssen
und auf der anderen Seite zwischen den Anschlussrohren und dem Schachtofenmantel eine
gasdichte Verbindung, insbesondere durch Schweißen, hergestellt werden muss, ergeben
sich aufgrund der thermischen Ausdehnung der Kühlplatte im Einsatz Spannungen an den
Schweißnähten zwischen der Kühlplatte und den Anschlussrohren.
[0006] Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine
Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen zu schaffen, bei
welcher eine erhöhte Dauerfestigkeit der Verbindung zwischen der Kühlplatte und den
Anschlussrohren durch eine bessere Aufnahme und Weiterleitung der im Einsatz auftretenden
Spannungen erreicht wird.
[0007] Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
[0008] Die Anschlussrohre werden nunmehr unabhängig davon, ob sie aus Kupfer bzw. einer
Kupferlegierung, aus Stahl oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe bestehen,
an ihren plattenseitigen Enden mit radial abstehenden Flanschen versehen. Diese Flansche
werden in auf der Plattenkaltseite vorgesehenen Ausnehmungen geringer Tiefe eingepasst
und dann an ihrem Umfang mit der Plattenkaltseite verschweißt. Dadurch befindet sich
die Schweißnaht nicht mehr in dem Bereich, in den die Spannungsmaxima auftreten. Es
können konventionelle Schweißverfahren, das Reib-Rührschweißen, das Elektronenstrahlschweißen
oder auch das Laserschweißen eingesetzt werden.
[0009] Um gezielt eine V-Naht zwischen einem Flansch und der Plattenkaltseite schweißen
zu können, die deutlich einfacher als eine Kehlnaht zu schweißen ist, wird gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 2 vorgesehen, dass die Flansche an den Anschlussrohren am
äußeren Umfang und die Ausnehmungen in der Plattenkaltseite am inneren Umfang mit
Fasen versehen sind. Auf diese Weise wird eine nahezu ideale Schweißnahtvorbereitung
geschaffen und mit der V-Naht eine erhöhte Dauerfestigkeit der Verbindung sichergestellt.
[0010] Obwohl es durchaus denkbar ist, dass die Flansche durch Durchmesserreduzierung von
Rohren gebildet werden, wird eine demgegenüber vorteilhaftere Lösung darin gesehen,
dass gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 die Flansche durch Aufbördeln der plattenseitigen
Enden der Anschlussrohre gebildet sind. Ein solches Aufbördeln kann sowohl bei Anschlussrohren
aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung oder aus Stahl problemlos vorgenommen werden.
Es können vergleichsweise dünnwandige Anschlussrohre zum Einsatz gelangen.
[0011] Wenn nach Anspruch 4 die Anschlussrohre in den konkaven Übergangsbereichen auf die
Flansche gestrahlt werden, z.B. durch Kugelstrahlen, können die Festigkeitswerte der
Anschlussrohre im Bereich der Flansche noch weiter gesteigert werden.
[0012] Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 ist es möglich, dass jede Bohrung in der
Kühlplatte über Anschlussrohre mit dem Kühlmitteleinlauf und dem Kühlmittelauslauf
verbunden werden kann.
[0013] Im Hinblick auf den Sachverhalt, dass die Praxis häufiger den Anschluss von ovalen
Bohrungen in einer Kühlplatte mit Anschlussrohren oder auch die Kopplung von zwei
oder mehr im Durchmesser kleineren Bohrungen in der Kühlplatte mit Anschlussrohren
fordert, was eine größtmögliche Überlappung der Anschlussrohre mit den Boh rungen
verlangt, sieht die Erfindung gemäß Anspruch 6 vor, dass mindestens zwei nebeneinander
liegende Bohrungen durch jeweils ein Anschlussrohr mit dem Kühlmitteleinlauf und dem
Kühlmittelauslauf verbunden sind.
[0014] In diesem Zusammenhang kann es dann gemäß Anspruch 7 von Vorteil sein, dass die plattenseitigen
Enden der Anschlussrohre oval verformt sind. Diese Ausführungsform hat ihren Vorteil,
wenn die Bohrungen in der Kühlplatte oval ausgebildet sind (unabhängig von ihrer Herstellung)
oder wenn mindestens zwei im Durchmesser kleine Bohrungen mit einem Anschlussrohr
gekoppelt werden sollen.
[0015] Besonders zweckmäßig ist es entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8, dass aus
Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Anschlussrohre im Abstand zu den Flanschen
mit Manschetten aus Stahl versehen sind. Durch den Einsatz von Stahlmanschetten wird
vermieden, dass auf der Baustelle bei der Montage einer Kühlplatte Kupfer geschweißt
werden muss.
[0016] Wenn gemäß Anspruch 9 die Anschlussrohre aus Stahl bzw. aus einer Stahllegierung
bestehen, ist es von Vorteil, dass die Fasen an den Anschlussrohren und/oder die Fasen
in den Ausnehmungen mit Nickel beschichtet sind.
[0017] Eine weitere Ausführungsform ist im Anspruch 10 gekennzeichnet. Danach sind die Anschlussrohre
mit angeschweißten Flanschen versehen. Die Flansche und die Anschlussrohre können
aus denselben Werkstoffen bestehen. Vorstellbar ist aber auch, dass die Flansche und
die Anschlussrohre aus verschiedenen Materialien gebildet sind. So ist es z.B. denkbar,
dass die Flansche aus einer Kupferlegierung und die Anschlussrohre aus einer Stahllegierung
bestehen.
[0018] Sind auch die Flansche aus einer Stahllegierung gebildet und mit Fasen versehen,
so ist es zweckmäßig, dass die Fasen an den Flanschen und/oder die Fasen in den Ausnehmungen
in der Plattenkaltseite mit Nickel beschichtet sind.
[0019] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- eine Kühlplatte für einen Schachtofen von der Plattenkaltseite her gesehen;
- Figur 2
- eine Seitenansicht der Kühlplatte der Figur 1 in Richtung des Pfeils II der Figur
1 gesehen;
- Figur 3
- eine Draufsicht auf die Kühlplatte der Figur 1;
- Figur 4
- in vergrößertem Maßstab, teilweise im Schnitt, den Verbindungsbereich zwischen der
Kühlplatte und einem Anschlussrohr gemäß dem Ausschnitt IV der Figur 2 und
- Figur 5
- die Darstellung der Figur 4 vor der Verbindung eines Anschlussrohrs mit der Kühlplatte.
[0020] In den Figuren 1 bis 5 ist mit 1 eine Kühlplatte aus einer Kupferlegierung für Schachtöfen
bezeichnet. Die Kühlplatte 1 weist auf der Plattenheißseite 2 abwechselnd Nuten 3
und Vorsprünge 4 auf. Auf der Plattenkaltseite 5 ist die Kühlplatte 1 eben ausgebildet.
[0021] In der Kühlplatte 1 sind mehrere Bohrungen 6 als Tieflochbohrungen vorgesehen, die
der Aufnahme eines Kühlmittels, wie insbesondere Wasser, dienen. Diese als Sackbohrungen
gestalteten Bohrungen 6 besitzen an den Einlaufenden 7 Stopfen 8.
[0022] Die Bohrungen 6 können einzeln oder auch gruppenweise (bei entsprechend reduziertem
Durchmesser) mit Anschlussrohren 9, 10 verbunden werden. In den Figuren 1 bis 5 ist
jede Bohrung mit einem Anschlussrohr 9, 10 Kühlmittel leitend verbunden. Denkbar ist
aber auch, dass im Bereich der Anschlussrohre 9, 10 Bohrungen 6 klei neren Durchmessers
gruppenweise zusammengefasst sind (zwei bis vier Bohrungen 6) und diese Bohrungen
6 dann über Direktanschlüsse oder über Schrägbohrungen mit den Anschlussrohren 9,
10 verbunden sind.
[0023] Beim Ausführungsbeispiel bestehen die mit stählernen Kühlmitteleinläufen 12 und Kühlmittelausläufen
13 gekoppelten Anschlussrohre 9, 10 aus einer Kupferlegierung. Sie sind mit umfangsseitigen
Manschetten 11 aus Stahl versehen, die mit einem Schachtofenmantel gasdicht verschweißt
werden.
[0024] Wie die Figuren 4 und 5 im einzelnen zu erkennen geben, sind die Anschlussrohre 9
(entsprechend auch die Anschlussrohre 10) an ihren plattenseitigen Enden 14 mit Flanschen
15 versehen, die durch Aufbördeln gebildet sind. Die Flansche 15 sind am äußeren Umfang
mit Fasen 16 versehen. Die konkaven Übergangsbereiche 25 sind kugelgestrahlt.
[0025] Im Bereich einer Bohrung 6 in der Kühlplatte 1 oder im Bereich einer Gruppe von Bohrungen
6 ist in der Plattenkaltseite 5 eine Ausnehmung 17 eingearbeitet (Figur 5). Die Tiefe
T der Ausnehmung 17 ist geringer als die Dicke D des Materials zwischen der Bohrung
6 und der Plattenkaltseite 5. Am inneren Umfang der Ausnehmung 17 ist diese mit einer
Fase 18 ausgerüstet.
[0026] Wird gemäß Figur 5 ein Anschlussrohr 9 in eine Ausnehmung 17 eingesetzt, so wird
zwischen dem äußeren Umfang 16 des Flansches 15 des Anschlussrohrs 9 und dem Innenumfang
18 der Ausnehmung 17 ein V-förmiger Freiraum gebildet, der in idealer Weise dazu genutzt
werden kann, um nun gemäß Figur 4 eine V-förmige Schweißnaht 19 legen zu können.
[0027] Wie vorstehend bereits angedeutet, kann entsprechend den Darstellungen der Figuren
1 bis 5 jede Bohrung 6 am oberen und unteren Ende mit einem Anschlussrohr 9, 10 gekoppelt
werden. Es ist aber auch vorstellbar, dass zwei oder mehrere im Durchmesser kleinere
Bohrungen 6 bzw. ovale Kanäle an ein Anschlussrohr 9, 10 gekoppelt werden.
[0028] Zur Handhabung der Kühlplatte 1 ist in eine Gewindebohrung 20 in der oberen Stirnseite
21 eine Öse 22 eingedreht.
[0029] Ferner ist zu erkennen, dass auf der Plattenkaltseite 5 Gewindebohrungen 23 vorgesehen
sind, in die Befestigungsschrauben 24 eingedreht werden können.
Bezugszeichen:
[0030]
- 1 -
- Kühlplatte
- 2 -
- Plattenheißseite
- 3 -
- Nuten
- 4 -
- Vorsprünge
- 5 -
- Plattenkaltseite
- 6 -
- Bohrungen in 1
- 7 -
- Einlaufenden v. 6
- 8 -
- Stopfen in 7
- 9 -
- Anschlussrohr
- 10 -
- Anschlussrohr
- 11 -
- Manschetten
- 12 -
- Kühlmitteleinläufe
- 13 -
- Kühlmittelausläufe
- 14 -
- Enden v. 9, 10
- 15 -
- Flansche an 14
- 16 -
- Fasen an 15
- 17 -
- Ausnehmung in 5
- 18 -
- Fase in 17
- 19 -
- Schweißnaht
- 20 -
- Gewindebohrung in 21
- 21 -
- Stirnseite v. 1
- 22 -
- Öse
- 23 -
- Gewindebohrungen in 5
- 24 -
- Befestigungsschrauben
- 25 -
- konkave Übergangsbereiche
- D -
- Materialdicke
- T -
- Tiefe v. 17
1. Kühlplatte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung für Schachtöfen, in der mehrere Bohrungen
(6) zur Aufnahme eines Kühlmittels vorgesehen sind, die über an der Plattenkaltseite
(5) angeschweißte Anschlussrohre (9,10) mit einem Kühlmitteleinlauf (12) und einem
Kühlmittelauslauf (13) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussrohre (9,10) an ihren plattenseitigen Enden (14) mit Flanschen (15)
versehen, mit den Flanschen (15) in Ausnehmungen (17) der Plattenkaltseite (5) eingesetzt
und am Umfang der Flansche (15) mit der Plattenkaltseite (5) verschweißt sind.
2. Kühlplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (15) an den Anschlussrohren (9,10) am äußeren Umfang und die Ausnehmungen
(17) in der Plattenkaltseite (5) am inneren Umfang mit Fasen (16,18) versehen sind.
3. Kühlplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (15) an den Anschlussrohren (9,10) durch Aufbördeln der plattenseitigen
Enden (14) der Anschlussrohre (9,10) gebildet sind.
4. Kühlplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussrohre (9, 10) in den konkaven Übergangsbereichen (25) auf die Flansche
(15) gestrahlt sind.
5. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass jede Bohrung (6) über Anschlussrohre (9,10) mit dem Kühlmitteleinlauf (12)
bzw. dem Kühlmittelauslauf (13) verbunden ist.
6. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens zwei nebeneinander liegende Bohrungen (6) durch jeweils ein Anschlussrohr
(9,10) mit dem Kühlmitteleinlauf (12) bzw. dem Kühlmittelauslauf (13) verbunden sind.
7. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die plattenseitigen Enden (14) der Anschlussrohre (9,10) oval verformt sind.
8. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Anschlussrohre (9,10) im Abstand
zu den Flanschen (15) mit Manschetten (11) aus Stahl versehen sind.
9. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anschlussrohren (9,10) aus Stahl bzw. aus einer Stahllegierung die Fasen (16)
an den Anschlussrohren (9,10) und/oder die Fasen (18) in den Ausnehmungen (17) mit
Nickel beschichtet sind.
10. Kühlplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Anschlussrohre (9,10) mit angeschweißten Flanschen (15) versehen sind.