Tunnelofenwagen

Abstract

 Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verfahrbaren Tunnelofenwagen der gennanten Art anzubieten, der eine Symbiose von wärmetechnischen und mechanischen Eigenschaften ermöglicht, wie sie im Industrieofenbau verlangt werden und ausschnittweise vorstehend genannt wurden.
Der Ofenwagen hat mindestens eine Schicht aus feuerfesten keramischen Fasern, die wegen ihrer geringen Wärmeaufnahme während der Aufheiz- und Hochtemperaturphase im Tunnelofen und der geringen Wärmeabgabe in der anschließenden Kühlzone wärmetechnisch betrachtet nahezu konkurrenzlos sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen verfahrbaren Tunnelofenwagen. Derartige Ofenwagen sind seit Jahrzehnten bekannt. Sie dienen der Aufnahme von Brenngut (wie Keramik, Porzellan, Ferrite), welches auf dem Weg durch den Ofen entlang einer produktspezifischen Temperaturkurve wärmetechnisch behandelt wird, um das Produkt zu sintern, eine Glasur auf das Produkt aufzubringen oder dergleichen, wobei Temperaturen bis 1.800° C erreicht werden.

[0002] Der Begriff "verfahrbarer Tunnelofenwagen" ist erfindungsgemäß dahingehend zu verstehen, dass er entlang des Ofenkanals bewegbar sein muß. Erfindungsgemäß kommt es nicht auf die Art der Transportmittel an. Beispielsweise kann der Ofenwagen auf Rädern (ähnlich einem Güterwaggon), auf Rollen oder Kugeln geführt werden. Hinsichtlich seiner Geometrie unterliegt der Ofenwagen ebenfalls keinen Beschränkungen. Er kann je nach Ofenquerschnitt (in Transportrichtung betrachtet) eine größere Länge als Breite aufweisen. Die Verhältnisse können aber auch umgekehrt sein. Üblicherweise wird der Ofenwagen in der Aufsicht einen mehr oder weniger rechteckigen Grundriß haben, auch dies ist aber nicht zwingend.

[0003] Bekannte Ofenwagen bestehen aus einem Metallchassis mit einem Aufbau an feuerfesten Steinen. Vorteilhaft ist die hohe Lebensdauer und hohe mechanische Stabilität. So kann auch schweres Brenngut problemlos aufgesetzt werden. Nachteilig ist die große Masse, die beim Weg des Ofenwagens durch den Ofen mit aufgeheizt und mit abgekühlt werden muß, was den wärmetechnischen Wirkungsgrad negativ beeinflußt.

[0004] In einer Weiterentwicklung wurden klassische feuerfeste Steine durch sogenannte Feuerleichtsteine ersetzt, also Steine deutlich geringerer Rohdichte, um das Gewicht und damit die Masse zu reduzieren. In den letzten 10 bis 20 Jahren haben teilweise Elemente aus hochtemperaturbeständigen keramischen Fasern die Steine beziehungsweise Feuerleichtsteine ersetzt. Ihr Vorteil liegt in einer sehr geringen Masse und einer geringen Wärmeaufnahme.

[0005] Das Ergebnis ist ein reduzierter Wärmebedarf zum Brennen des Brenngutes. Nachteilig ist, dass die Faserprodukte insbesondere bei hoher Temperaturbeanspruchung schrumpfen. Im Ergebnis läßt sich keine dauerhaft definierte Auflagefläche für das Brenngut erreichen.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ofenwagen der genannten Art anzubieten, der eine Symbiose von wärmetechnischen und mechanischen Eigenschaften ermöglicht, wie sie im Industrieofenbau verlangt werden und ausschnittweise vorstehend genannt wurden.

[0007] Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

[0008] Keramische Faserprodukte sind wegen ihrer geringen Wärmeaufnahme während der Aufheiz- und Hochtemperaturphase im Tunnelofen und der geringen Wärmeabgabe in der anschließenden Kühlzone wärmetechnisch betrachtet nahezu konkurrenzlos. Ihr Defizit liegt in den unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften. Da gegenwärtig keine Faserprodukte bekannt sind, die auch bei höheren Temperaturen (bis 1.800° C) formstabil sind (also nicht schrumpfen), nimmt die Erfindung diesen Nachteil in Kauf, berücksichtigt ihn aber bei der weiteren Konstruktion des Ofenwagens, und zwar wie folgt:

[0009] Der Ofenwagen wird (von unten nach oben betrachtet) in mindestens drei Bereiche eingeteilt:

[0010] Das bekannte Chassis (Basis-Plateau), welches üblicherweise aus Metall besteht, da dieser Bereich des Ofenwagens ausschließlich im unteren Abschnitt des Ofenkanals bewegt wird, wo die Temperaturen deutlich unter den Temperaturen für das Brenngut liegen.

[0011] Darüber folgt mindestens eine Schicht aus feuerfesten keramischen Fasern.

[0012] Den oberen Abschluß des Ofenwagens bildet eine Abdeckung, die aus mindestens einer Schicht besteht. Die Abdeckung dient entweder der unmittelbaren Aufnahme des Brenngutes. Auf die Abdeckung können aber auch sogenannte Brennhilfsmittel aufgesetzt werden, die der Konfektionierung des Brenngutes dienen. Diese Abdeckung muß deshalb eine mechanische Festigkeit aufweisen, die der zu erwartenden Belastung standhält.

[0013] Ohne weitere Maßnahmen würde sich die obere Abdeckung entweder verschieben oder absinken, wenn die darunter liegenden Faserelemente schrumpfen. Dies hätte erhebliche Konsequenzen: Die Position des Brenngutes könnte sich verschieben. Der Brenntischaufbau (die Brennhilfsmittel) könnten verrutschen. Vor allem aber würden sich Probleme im Zusammenhang mit automatischen Einrichtungen ergeben, über die das Brenngut auf den Ofenwagen aufgesetzt oder von diesem abgenommen wird.

[0014] Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, indem die obere Abdeckung auf eigenen Stützelementen angeordnet wird. Die exakte Position der Abdeckung ist deshalb unabhängig von einem möglichen Schrumpfvorgang der darunter liegenden Faserteile. Die Abdeckung wird in jedem Fall über die eigenen Stützelemente in der gewünschten präzisen Lage gehalten.

[0015] Daraus folgt, dass zwischen der Abdeckschicht und den darunter befindlichen Faserelementen im Fall der Schrumpfung der Fasern Hohlräume entstehen können. Dies wird erfindungsgemäß in Kauf genommen, um den entscheidenderen Vorteil realisieren zu können, die exakte und gleichbleibende Ausrichtung der oberen Abdeckung zu erreichen.

[0016] In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach einen verfahrbaren Tunnelofenwagen mit folgendem Aufbau (von unten nach oben, in der Funktionsposition betrachtet):

• einem Basis-Plateau
• mindestens einer Schicht aus feuerfesten keramischen Fasern,
• mindestens einer Abdeckschicht zur unmittelbaren oder mittelbaren Aufnahme von Brenngut, wobei
• die Abdeckschicht auf Stützelementen aufliegt, die sich durch die Schicht aus feuerfesten keramischen Fasern hindurch erstrecken.

[0017] Das Basis-Plateau kann wie im Stand der Technik ausgebildet sein. Es besteht beispielsweise aus einem Metallkörper, an dem auch die Transportmittel befestigt sind.

[0018] Auf dem Basis-Plateau befindet sich der feuerfeste Aufbau des Ofenwagens. Dabei können zunächst ein oder mehrere Ebenen aus konventionellen feuerfesten Steinen oder Feuerleichtsteinen gebildet werden. Darüber oder unmittelbar auf dem Basis-Plateau werden dann ein oder mehrere Schichten aus feuerfesten keramischen Fasern angeordnet. Üblicherweise werden die einzelnen Schichten aus Fasermatten, Faserplatten oder sonstigen Formkörpern zusammengestellt. Die Platten können ein- oder beidseitig profiliert sein, beispielsweise auf einer Seite mit Noppen, die in korrespondierende Öffnungen eines benachbarten Bauteils eingreifen. Auf diese Weise kann die Stabilität eines Aufbaus aus feuerfesten Bauteilen wesentlich erhöht werden.

[0019] Die genannten Stützelemente sind beispielsweise am Wagenchassis befestigt. Sie können aus feuerfesten keramischen Stäben, Zylindern, Platten oder dergleichen bestehen.

[0020] Nach einer Ausführungsform sind die Stützelemente als feuerfeste keramische Hohlkörper (nach Art eines Zylinders) gestaltet. Zur Befestigung dieser Zylinder am Chassis können zusätzliche metallische Aufnahmen vorgesehen sein, die am Basis-Plateau befestigt, beispielsweise verschweißt werden. Eine Möglichkeit dazu zeigt die nachfolgende Figurenbeschreibung. Eine metallische Hülse wird auf eine Bodenplatte des Chassis aufgeschweißt und dient der Aufnahme eines zylindrischen Stützelementes.

[0021] Die oberen freien Enden der Stützelemente, die sämtlich auf einer horizontalen Ebene liegen, bilden Auflageflächen für die obere Abdeckung, die beispielsweise aus einer oder mehreren Platten besteht, die nebeneinander, gegebenenfalls aber auch übereinander angeordnet werden können. Zur Ausbildung einer weitestgehend geschlossenen Auflagefläche können die einzelnen Elemente über Nut-/Feder-Verbindungen miteinander verbunden werden.

[0022] Diese obere Abdeckung kann aus einem traditionellen feuerfesten Material bestehen. Beispielsweise eignen sich Platten auf Basis Mullit. Ebenso können aber auch hochverdichtete Fasermatten für diesen Zweck Verwendung finden, beispielsweise sogenannte Keramikfaser-Vakuum-Formplatten mit einer Dichte über 300 kg/m³. Obwohl es sich um Faserprodukte handelt, weisen die Teile eine hohe Dichte und damit hohe mechanische Stabilität auf, die ausreicht, auch große Gewichte an Brenngut aufzunehmen.

[0023] Die Stützelemente schaffen nicht nur eine definierte Auflagefläche für die Abdeckung. Sie stellen auch sicher, dass die Abdeckung während des gesamten Pyroprozesses einen definierten Abstand zum Boden des Ofenkanals beziehungsweise zum Wagenchassis aufweist und auch nach Verlassen des Ofens, so dass auch das darauf angeordnete Brenngut stets eine definierte Position hat, um es anschließend über automatische Einrichtungen abnehmen beziehungsweise neues Brenngut aufsetzen zu können.

[0024] Soweit das unterhalb der Abdeckung befindliche Fasermaterial schrumpft, ändert dies nichts an der Ausrichtung der Abdeckung, weil diese - wie beschrieben - auf den Stützelementen aufliegt und nicht mehr (wie im Stand der Technik) unmittelbar auf den Faserelementen.

[0025] Auch die plattenförmigen Elemente der Abdeckung können in Richtung auf die Stützelemente vorstehende Noppen aufweisen, die in korrespondierende Öffnungen der Stützelemente und/oder der darunter verlaufenden Schicht eingreifen.

[0026] Für die Stützelemente eignet sich vor allem ein Werkstoff mit möglichst geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten innerhalb der zu erwartenden Temperaturbelastung. Die Stützelemente sollen keine technisch relevante thermische Längenänderung aufweisen, wobei der Begriff "technisch relevant" dahingehend zu verstehen ist, dass die Funktion der gesamten Einrichtung, einschließlich zugehöriger Beund Entladestationen, uneingeschränkt sichergestellt sein muß.

[0027] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen, einschließlich der folgenden Figurenbeschreibung. Die technischen Merkmale der Ausführungsbeispiele sind nicht auf diese beschränkt. Vielmehr können einzelne Merkmale auch mit anderen Merkmalen für die Realisierung der Erfindung von Bedeutung sein.

[0028] Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Ofenwagen, dessen Transportrichtung senkrecht zur Zeichenebene verläuft.

[0029] Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Wagenchassis gekennzeichnet, das im wesentlichen aus einem umlaufenden Rahmen 10r besteht, der eine (nicht erkennbare) metallische Grundplatte trägt.

[0030] Am Rahmen 10r sind Flansche 10f angelenkt, an denen eine Achse 10a mit endseitigen Rädern 10w befestigt ist. Der Ofenwagen ist, wie im Stand der Technik üblich, zweiachsig.

[0031] Ebenso bekannt sind metallische Schürzen 10s, die von den in Transportrichtung verlaufenden Seiten des Rahmens 10r senkrecht nach unten abstehen und insbesondere eine Abschirmfunktion haben.

[0032] Auf der Grundplatte des Chassis 10 sind insgesamt zwölf nach oben abstehende Metallhülsen 12 angeschweißt, und zwar in Reihen von 4 x 3 Stück, in etwa mit gleichem Abstand zueinander. Die Hülsen 12 sind nach oben offen und dienen der Aufnahme von keramischen Rohren 14, die nachstehend noch näher beschrieben werden.

[0033] Auf der Grundplatte des Chassis 10 liegt zunächst eine erste Reihe 16.1 von konventionellen Schamottesteinen 18 auf, die untereinander vermörtelt sind. Darüber befindet sich eine zweite Reihe (Schicht) 16.2 aus Feuerleichtsteinen 20, wobei die Steine 20 ein etwas größeres Format als die Steine 18 haben. In einer dritten Ebene 16.3 verläuft eine weitere Schicht aus Feuerleichtsteinen, hier in Form großformatiger Platten 22. Die Steine 18, 20 weisen auf ihrer Oberseite (nicht dargestellte) Noppen auf, die in korrespondierende (nicht dargestellte) Ausnehmungen auf der Unterseite der darüber liegenden Steine eingreifen.

[0034] An die Steinschichten 16.1, 16.2, 16.3 schließen sich nach oben drei Faserschichten 24.1, 24.2 und 24.3 an. Diese Schichten werden von großformatigen Aluminiumoxid-Faserplatten 26 gebildet, wobei die Platten der Schichten 24.1 und 24.2 außenseitig (in der Zeichenebene nach rechts und links) vorstehen, um eine an sich bekannte Dichtfläche zu einer (nicht dargestellten) Ofenwand auszubilden.

[0035] Beim Neubau des Ofenwagens ist die Dimensionierung der Teile so, dass die Platten 26 der obersten Schicht 24.3 oberseitig mit den freien Enden der Rohre 14 fluchten.

[0036] Die Figur zeigt, dass die Rohre 14 sich durch alle Schichten 24.3, 24.2, 24.1, 16.3, 16.2 und 16.1 hindurcherstrecken, das heißt, die entsprechenden Steine beziehungsweise Platten weisen korrespondierende Öffnungen auf oder die jeweilige Schicht ist um die Rohre 16 beziehungsweise Hülsen 14 herumgeführt.

[0037] Der Ofenwagen wird oberseitig von einer Schicht 28 aus zwei Mullitplatten 28.1, 28.2 abgeschlossen, die in Transportrichtung nebeneinander verlaufen.

[0038] Jede Platte 28.1, 28.2 stützt sich außenseitig auf jeweils vier Rohren 14 ab und innenseitig (bei 30) auf einem Teil der Stirnfläche der in der Figur mittleren Rohrreihe, wobei die Platten 28.1, 28.2 unterseitig Noppen aufweisen, die in die korrespondierenden Rohrabschnitte hineinragen, so dass die Platten 28.1, 28.2 sicher und exakt horizontal ausgerichtet die gewünschte Abdeckung des Ofenwagens bilden.

[0039] In der Figur ist schematisch Brenngut eingezeichnet, welches auf die Platten 28.1, 28.2 aufgestellt werden kann, und zwar entweder unmittelbar oder mittelbar (über entsprechende Brennhilfsmittel).

[0040] In der Figur ist mit h der Abstand von der Oberfläche der Platten 28.1, 28.2 bis zur Lauffläche der Wagenräder 10w bezeichnet. Dieser Abstand (h) ist wichtig, weil er gleichzeitig die Platzierung des Brenngutes auf dem Ofenwagen definiert. Diese ist wiederum für automatische Beund Entladeeinrichtungen wichtig, die außerhalb des Ofens angeordnet sind, um das Brenngut automatisch auf den Ofenwagen setzen oder von diesem abnehmen zu können.

[0041] Kommt es im Laufe der Zeit zu einer Schrumpfung insbesondere der Faserteile 26, so kann zwar zwischen den Abdeckplatten 28.1 und der darunter liegenden Faserplatten 26 ein horizontaler Spalt entstehen. Die Platten 28.1, 28.2 sacken aber nicht nach, weil sie weiter in definierter Position auf den Rohren 14 aufliegen, die demnach eine Stützfunktion erfüllen, so dass auch der Abstand h zur Lauffläche der Räder 10w konstant gehalten wird.

[0042] Aus diesem Grunde wird als Material für die Rohre (Stützelemente) 14 vorzugsweise ein Werkstoff verwendet, der einen möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in dem Temperaturintervall aufweist, welches der Ofenwagen zwischen Ofeneingang und Ofenausgang durchlaufen muß.

[0043] Nachstehend werden beispielhafte Qualitäten/Werkstoffe für die einzelnen Steine/Platten genannt:

		Fasermaterial (wie für 24.1, 24.2, 24.3)	Feuerleichtsteine (wie 20)	Schamottesteine (wie 18)
Anwendungstemperatur °C		1750	1430	1450
Chemische Analyse (Gew%)	Al2O3	80	58	45
	SiO2	18	39	50
	sonstige	2	3	5
Rohdichte [kg/m3]		400	780	2250
Wärmeleitfähigkeit [W/mK]	1000 °C	0,24	0,33	1,32
	1200 °C	0,28	0,35	1,35
	1400 °C	0,35	-	-

Ansprüche

1. Verfahrbarer Tunnelofenwagen mit folgendem Aufbau, von unten nach oben:

1.1 einem Chassis (10),

1.2 mindestens einer Schicht (24.1, 24.2, 24.3) aus feuerfesten keramischen Fasern,

1.3 mindestens einer Abdeckschicht (28) zur Aufnahme von Brenngut, wobei

1.4 die Abdeckschicht (28) auf Stützelementen (14) aufliegt, die sich durch die Schicht (24.1, 24.2, 24.3) aus feuerfesten keramischen Fasern hindurch erstreckt.

2. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Chassis (10) und der Schicht (24.1, 24.2, 24.3) aus feuerfesten Fasern mindestens eine Schicht (16.1, 16.2, 16.3) aus feuerfesten keramischen Steinen (18, 20) angeordnet ist.

3. Tunnelofenwagen nach Anspruch 2, bei dem die feuerfesten keramischen Steine (20) Feuerleichtsteine sind.

4. Tunnelofenwagen nach Anspruch 2, bei dem die feuerfesten keramischen Steine (18) Schamottesteine sind.

5. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Stützelemente (14) am Chassis (10) befestigt sind.

6. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Stützelemente (14) aus feuerfesten keramischen Stäben, Zylindern und/oder Platten bestehen.

7. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Stützelemente (14) aus feuerfesten keramischen Hohlkörpern bestehen.

8. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Stützkörper (14) in metallischen Aufnahmen (12) einsitzen, die am Chassis (10) befestigt sind.

9. Tunnelofenwagen nach Anspruch 8, bei dem die Aufnahmen (12) am Chassis (10) angeschweißt sind.

10. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckschicht (28) eine Rohdichte > 300 kg/m³ aufweist.

11. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckschicht (28) aus mindestens einer hoch verdichteten Fasermatte besteht.

12. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckschicht (28) aus Mullit besteht.

13. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckschicht (28) aus einer oder mehreren plattenförmigen Elementen (28.1, 28.2) besteht.

14. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die die einzelnen Schichten (16.1, 16.2, 16.3, 24.1, 24.2, 24.3, 28) bildenden Elemente (18, 20, 22, 26, 28.1, 28.2) auf einer Hauptoberfläche Noppen aufweisen und auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche korrespondierende Öffnungen.

15. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, mit am Chassis (10) gelagerten Transportmitteln (10w).

16. Tunnelofenwagen nach Anspruch 1, bei dem die Stützelemente (14) aus einem Werkstoff bestehen, der innerhalb des im zugehörigen Tunnelofen zu durchlaufenden Temperaturbereiches keine technisch relevante thermische Längenänderung zeigt.

Zeichnung