HITZESCHILDELEMENT MIT KACHEL UND TRÄGER

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Hitzeschildelement (01) zur Verwendung bei einem Hitzeschild einer Brennkamer. Das Hitzeschildelement (01) umfasst ein keramisches Kachelelement (11) und ein metallisches Trägerelement (31). Zur Befestigung weist das Kachelelement beidseitig Befestigungsaufnahmen (16,17) und das Trägerelement darin eingreifende Befestigungsvorsprünge (36,37) auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Hitzeschildelement umfassend ein keramisches Kachelelement und ein metallisches Trägerelement zur Verwendung bei einem Hitzeschild einer Brennkammer.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Ausführungsformen von Hitzeschildelementen zur Verwendung bei einer Brennkammer bekannt. Hierbei werden sowohl vollständig keramisch gebildete Hitzeschildkacheln eingesetzt als es auch ebenso bekannt ist, metallische Hitzeschildelemente einzusetzen.

[0003] Weiterhin ist aus der EP 2 409 083 B1 ein Hitzeschildelement bekannt, welches auf der zum Brennkammerinneren liegenden Heißseite eine keramische Hitzeschildplatte und auf der gegenüberliegenden vom Brennkammerinneren wegweisenden Seite eine metallische Trägerplatte aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Trägerplatte mittels eines Befestigungsbolzens in einer Tragstruktur der Brennkammer befestigt werden kann. Die Befestigung der Hitzeschildplatte an der Trägerplatte erfolgt mittels sogenannter Steinhalter. Diese werden zur Befestigung an der Trägerplatte in darin vorhandene sich in der Ebene der Trägerplatte erstreckende Aufnahmenuten eingeschoben. Damit sind die Steinhalter in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Hitzeschildelementes fixiert. Zur Befestigung an der Hitzeschildplatte weist diese an zwei gegenüberliegenden Seiten sich seitlich nach außen öffnende Haltenuten auf. Am jeweils anderen Ende des Steinhalters befindet sich ein zweifach abgewinkelter Haken, welcher in die Haltenut der Hitzeschildplatte eingreift. Zur Montage wird hierbei die Hitzeschildplatte auf die Trägerplatte aufgelegt und sodann können von gegenüberliegenden Seiten die Steinhalter in die Nuten in der Trägerplatte eingeschoben werden, wobei zugleich die Haken in die nach außen öffnende Haltenut an der Hitzeschildplatte eingreifen.

[0004] Mit der zuvor aufgezeigten Ausführungsform ist es möglich, einen Austausch regulärer keramischer Hitzeschildkacheln durch ein entsprechendes Hitzeschildelement mit metallischem Träger vorzunehmen. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn im Wartungsfall innerhalb des Hitzeschildes eine entsprechende Hitzeschildkachel auszutauschen ist. Weiterhin ist eine derartige Lösung anwendbar zum Ersatz von üblicherweise metallischen Hitzeschildelementen, welche durch die Kombination mit der keramischen Hitzeschildplatte eine höhere Temperaturfestigkeit erhält.

[0005] Nachteilig bei vorheriger Ausführungsform ist es jedoch, dass die Montage des Hitzeschildelementes mit der Mehrzahl an Steinhaltern nicht unproblematisch ist. Insbesondere ist es nicht ausgeschlossen, dass sich ein Steinhalter noch vor der Montage des Hitzeschildelementes in der Brennkammer wieder löst, d.h. aus der Haltenut heraus rutscht, und somit die Montage erschwert oder verhindert. Weiterhin von Nachteil ist es, insbesondere beim Ersatz von metallischen Hitzeschildelementen, dass die Steinhalter außenliegend an der keramischen Hitzeschildplatte angreifen und somit zum Schutz der Steinhalter an der Seite des Hitzeschildelements ein Schutz gegen eine unzulässige Belastung durch die Heißgase in der Brennkammer erforderlich ist.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Ausführungsform eines Hitzeschildelementes mit einer Kombination eines keramischen Kachelelements und eines metallischen Trägerelements zu realisieren.

[0007] Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Hitzeschildelementes nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

[0008] Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0009] Das gattungsgemäße Hitzeschildelement ist zunächst einmal zur Bildung eines Hitzeschildes einer Brennkammer bestimmt. Hierbei umfasst das Hitzeschildelement zum einen ein Kachelelement und zum anderen ein Trägerelement. Das Kachelelement besteht hierbei zumindest mehrheitlich aus einem keramischen Material, sodass eine höhere Temperaturfestigkeit erzielt wird. Um welches Material es sich hierbei genau handelt, ist zunächst unerheblich. Das Kachelelement weist hierbei eine sich entlang des Hitzeschildes erstreckende Wand mit einer zur Brennkammer hinweisenden Heißseite sowie einer gegenüberliegenden Kaltseite und längs eines Seitenrandes der Wand einen ersten Randabschnitt sowie am gegenüberliegenden Ende der Wand längs des Seitenrandes einen zweiten Randabschnitt auf. Dabei ist vorgesehen, dass im Bereich der Randabschnitte jeweils zumindest eine Befestigungsaufnahme vorhanden ist, d.h. am ersten Randabschnitt ist zumindest eine erste Befestigungsaufnahme und am zweiten Randabschnitt ist zumindest eine zweite Befestigungsaufnahme vorhanden. Demgegenüber wird das Trägerelement zumindest mehrheitlich, vorteilhaft vollständig, aus einem metallischen Material hergestellt. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass beim Trägerelement eine höhere Zugfestigkeit sowie Bruchfestigkeit erzielt wird. Aus welchem Material genau das Trägerelement hergestellt wird, ist wiederum zunächst unerheblich. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Befestigungsmittel eingesetzt wird, mittels dem das Trägerelement und somit das Hitzeschildelement in der Brennkammer befestigt werden kann.

[0010] Weiterhin ist es erforderlich, dass das Trägerelement auf der Kaltseite des Kachelelementes angeordnet wird und hierbei mittels Befestigungsvorsprüngen mit dem Kachelelement verbunden ist. Dabei weist das Trägerelement jeweils zumindest einen ersten Befestigungsvorsprung zur Anordnung an der ersten Befestigungsaufnahme sowie einen zweiten Befestigungsvorsprung zur Anordnung an der zweiten Befestigungsaufnahme auf. Entsprechend üblicher Dimensionen von Hitzeschildelementen mit einer flächigen Gestalt mit einer im Verhältnis der Abmessungen der Wand geringeren Bauhöhe senkrecht zur Heißseite werden besonders vorteilhaft zumindest zwei erste Befestigungsvorsprünge und zumindest zwei zweite Befestigungsvorsprünge eingesetzt. Wie die Befestigungsvorsprünge wiederum am Trägerelement befestigt sind, ist zunächst unerheblich.

[0011] Zur Vereinfachung der Verbindung von Trägerelement und Kachelelement ist erfindungsgemäß nunmehr vorgesehen, dass die Befestigungsvorsprünge integral vom Trägerelement gebildet werden. Insofern erfolgt entgegen der Ausführung im Stand der Technik nicht eine nachträgliche Anbringung von Steinhaltern zur Verbindung des Kachelelements mit dem Trägerelement sondern vielmehr wird durch eine vorteilhafte Gestaltung des Trägerelements mit bereits vorhandenen Befestigungsvorsprüngen eine unmittelbare Anbringung des Trägerelements am Kachelelement zur Verwendung in der Brennkammer ermöglicht. Hierdurch wird einerseits die Montage des Hitzeschildelements vereinfacht sowie zu dem ein Verlust von Steinhaltern bei der Montage des Hitzeschildelements in der Brennkammer nicht mehr möglich ist.

[0012] Das Kachelelement kann analog gattungsgemäßer Hitzeschildkacheln herstellt werden und insofern aus einem gleichartigen Material bestehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Kachelelement als faserverstärkte Keramik ausgeführt wird. Diese sogenannten CMC Materialien bieten im Gegensatz zu einer regulären Keramik ohne Faseranteil eine höhere Thermoschock- und Bruchfestigkeit.

[0013] Eine vorteilhafte Ausführung des Befestigungsmittels wird ermöglicht, wenn das Trägerelement zumindest eine Befestigungsbohrung, besonders bevorzugt mittig in der Wand, aufweist, wobei als Befestigungsmittel ein Befestigungsbolzen mit einem Befestigungskopf eingesetzt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass der Befestigungsbolzen die Befestigungsbohrung im Trägerelement durchdringt und der Befestigungskopf zwischen dem Kachelelement und dem Trägerelement positioniert ist. In diesem Fall ist es naheliegend erforderlich, dass die Befestigungsbohrung einen Durchmesser gleich oder größer als der Befestigungsbolzen und kleiner als der Durchmesser des Befestigungskopfes aufweist. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass das Befestigungsmittel weiterhin vorteilhaft vor der in der Brennkammer herrschenden hohen Temperatur durch das Kachelelement bestmöglich geschützt werden kann und zudem ein Verlust des Befestigungsbolzens verhindert werden kann.

[0014] Die Montage des Hitzeschildelements in der Brennkammer kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei in einer Ausführungsform vorgesehen sein kann, dass bspw. von einer Rückseite der Tragstruktur der Brennkammer eine Schraube in das Trägerelement eingeschraubt wird, wobei eine Gewindebohrung im Trägerelement das Befestigungsmittel bildet. Anstelle einer Verschraubung kann ebenso eine Bajonettlösung eingesetzt sein.

[0015] Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn am Kachelelement zumindest eine zur Befestigungsbohrung fluchtende Durchgangsbohrung vorhanden ist. Diese weist einen Durchmesser kleiner als das Befestigungsmittel auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsbohrung hinreichend groß ist, so dass ein Werkzeug für das Befestigungsmittel die Durchgangsbohrung durchgreifen kann und insofern größer als ein Antrieb im Befestigungskopf ausgeführt ist. Hierdurch wird unvermindert sichergestellt, dass das Befestigungsmittel als Befestigungsbolzen durch die Anordnung des Befestigungskopfes zwischen Trägerelement und Kachelelement nicht verlorengeht sowie eine Befestigung des Befestigungsbolzens durch Anbringung eines Werkzeugs von der Brennkammerinnenseite aus möglich ist.

[0016] Zur Verhinderung einer thermischen Schädigung, insbesondere des Befestigungsmittels, aufgrund der in vorteilhafter Weise vorhandenen Durchgangsbohrung im Kachelelement wird in besonders bevorzugter Weise das Befestigungsmittel mit einem Kühlluftkanal versehen. Hierbei ist es erforderlich, dass der Kühlluftkanal eine Eintrittsöffnung unterhalb des Trägerelements, d.h. auf der vom Kachelelement weg weisenden Seite des Trägerelements aufweist. Dem gegenüber ist zumindest eine Austrittsöffnung im Bereich zwischen dem Trägerelement und dem Kachelelement vorzusehen. Hierbei kann in einfacher und vorteilhafter Weise die Austrittsöffnung im Befestigungskopf, bspw. im Antrieb, vorgesehen sein.

[0017] Eine sowohl kostengünstige als auch einfache Gestaltung des Trägerelements wird ermöglicht, wenn dieses eben ausgeführt wird und in vorteilhafter Weise ein Blech, beispielsweise ein Stahlblech, zur Herstellung eingesetzt wird. Dieses kann bspw. ausgelasert werden, wobei nachfolgend je nach Bedarf die Befestigungsvorsprünge und die Befestigungsbohrung nachgearbeitet werden.

[0018] Zum vorteilhaften Schutz des Trägerelements vor den hohen thermischen Belastungen in der Brennkammer weist das Kachelelement in besonders bevorzugter Weise einen umlaufenden das Trägerelement seitlich umgebenden Rand auf. Hierdurch wird ebenso bei Eindringen von Heißgas in einen Spalt zwischen zwei Hitzeschildelementen das Trägerelement durch den seitlichen Rand des Kachelelements geschützt. Naheliegend umfasst hierbei der umgebende Rand den ersten Randabschnitt und den gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt.

[0019] Analog ist es vorteilhaft, wenn der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt sich jeweils zumindest abschnittsweise über das Trägerelement hinaus erstrecken. Somit kann im Bereich des ersten Randabschnitts und des zweiten Randabschnitts ein vorteilhafter Schutz des Trägerelements durch das Kachelelement erzielt werden. Bei Vorhandensein eines umlaufenden Randes ist es hierbei besonders vorteilhaft, wenn sich dieser umlaufende Rand über das Trägerelement auf der vom Brennkammerinneren wegweisenden Seite hinaus bis zu einer rückseitigen Anlagefläche erstreckt. Die Anlagefläche kann hierbei sowohl eben ausgeführt sein als auch eine dreidimensionale Form aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Angleichung der Anlagefläche an die jeweilige Tragstruktur auf der das Hitzeschildelement zu montieren ist.

[0020] Die Ausführungsformen der Befestigungsaufnahmen sind zunächst unerheblich, sofern die Anbringung des Trägerelements mit den integral umfassenden Befestigungsvorsprüngen möglich ist. Hierzu ist es möglich, die Befestigungsaufnahmen mit geringem Abstand zum ersten Randabschnitt bzw. gegenüberliegend mit geringem Abstand zum zweiten Randabschnitt auf der Kaltseite des Kachelelements anzuordnen. Die Befestigungsaufnahmen können sich sowohl zur gegenüberliegenden Seite hin öffnen, als es auch ebenso möglich ist, analog der gattungsgemäßen Ausführung die Befestigungsaufnahmen auf den jeweiligen Randabschnitt zuweisend öffnend auszuführen.

[0021] Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn sich die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme unmittelbar im ersten respektive im zweiten Randabschnitt befindet. Dabei ist es erforderlich, dass sich die Befestigungsaufnahmen jeweils zum gegenüberliegenden Randabschnitt hin öffnen. Somit ist die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme auf der Kaltseite von der Mitte des Kachelelements aus zugänglich.

[0022] Zur Realisierung der im Randabschnitt angeordneten Befestigungsaufnahmen stehen zwei Alternativen zur Verfügung, wobei in einer ersten Alternative vorgesehen ist, dass die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme den ersten respektive den zweiten Randabschnitt durchdringt. Dieses vereinfacht sowohl die Realisierung der Befestigungsaufnahme im Randabschnitt sowie zudem die Übertragung der auftretenden Kräfte vom Trägerelement auf das Kachelelement über den Randabschnitt besser gewährleistet werden kann.

[0023] Alternativ zur vorherigen Ausführungsform ist es aber ebenso möglich, den ersten Randabschnitt und/oder den zweiten Randabschnitt zumindest im Bereich der ersten bzw. zweiten Befestigungsaufnahme, besonders vorteilhaft vollständig, geschlossen auszuführen. Diese Ausführungsform begünstigt den Schutz vor möglichem Heißgas in einem Spalt zwischen zwei Hitzeschildelementen. Hierbei ist im Gegensatz zur vorherigen Ausführung lediglich vorzusehen, dass der erste bzw. der zweite Randabschnitt eine hinreichende Stärke aufweist, so dass die Befestigungsaufnahmen im jeweiligen Randabschnitt zur Innenseite hin öffnend eingebracht werden können. Dabei kann die Befestigungsaufnahme umgebend eine sich zur gegenüberliegenden Seite erstreckende Aufdickung am Randabschnitt vorgesehen sein.

[0024] Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, wenn die erste Befestigungsaufnahme oder die zweite Befestigungsaufnahme ausgehend vom darin befestigten ersten bzw. dem zweiten Befestigungsvorsprung einen zur Heißseite weisenden Freiraum bildet. Gleichfalls kann vorgesehen sein, dass bei der ersten Befestigungsaufnahme und der zweiten Befestigungsaufnahme ein entsprechender Freiraum vorhanden ist. Dieser Freiraum ermöglicht in vorteilhafter Weise die einfache Montage des Trägerelements am Kachelelement. Zunächst kann das Trägerelement in geneigter Stellung schräg mit den ersten (oder umgekehrt mit den zweiten) Befestigungsvorsprüngen in die entsprechend um den Freiraum vergrößerte erste (oder umgekehrt zweite) Befestigungsaufnahme eingefügt werden, wobei im Folgenden ein Heranschwenken des Trägerelements an die Kaltseite und ein Zurückschieben mit Fügung der gegenüberliegenden zweiten Befestigungsvorsprünge in die zweite Befestigungsaufnahme (oder umgekehrt der ersten Befestigungsvorsprünge in die erste Befestigungsaufnahme) möglich ist.

[0025] Wenngleich es analog der Ausführung üblicher Hitzeschildkacheln mit einer längs zur Außenseite öffnenden Nut möglich ist, in diesem Ausführungsbeispiel des Kachelelements eine sich zur Innenseite öffnende längs verlaufende Nut am ersten bzw. zweiten Randabschnitt vorzusehen, ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn am ersten und am zweiten Randabschnitt mehrere jeweils zueinander beabstandete erste respektive zweite Befestigungsaufnahmen vorhanden sind, in die jeweils entsprechende erste respektive zweite Befestigungsvorsprünge eingreifen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Befestigungsaufnahmen an dem ersten Randabschnitt sowie die zweiten Befestigungsaufnahmen am zweiten Randabschnitt jeweils gleichartig ausgeführt werden. Entsprechend können die ersten Befestigungsvorsprünge am ersten Randabschnitt sowie die zweiten Befestigungsvorsprünge am zweiten Randabschnitt jeweils gleichartig ausgeführt sein. Durch die zumindest zwei Befestigungsvorsprünge am ersten Randabschnitt sowie die zumindest zwei zweiten Befestigungsvorsprünge am zweiten Randabschnitt in Anordnung an zumindest zwei erste Befestigungsaufnahmen am ersten Randabschnitt und zwei zweite Befestigungsaufnahmen am zweiten Randabschnitt wird eine vorteilhafte Lastübertragung vom Trägerelement zum Kachelelement ermöglicht.

[0026] Ein ungewolltes Lösen des Trägerelements vom Kachelelement kann in einfacher Weise bereits durch die Montage des Hitzeschildelements in der Brennkammer erzielt werden. Durch die Befestigung des Trägerelements in der Tragstruktur der Brennkammer kann einerseits durch Klemmung des Kachelelements auf der Tragstruktur und anderseits durch die Anordnung benachbarter Hitzeschildelemente ein Verschieben des Kachelelements relativ zum Trägerelement erschwert werden. Sofern jedoch ein Risiko eines Verschiebens des Trägerelements relativ zum Kachelelement nach der Montage verhindert werden soll, so ist vorteilhafterweise eine Fixierung einzusetzen, die das Verschieben zwischen Trägerelement relativ zum Kachelelement zumindest erschwert bzw. besonders vorteilhaft vollständig verhindert.

[0027] Hierzu kann in einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass ein Arretierungsbolzen eingesetzt wird. Hierbei weist das Kachelelement eine sich von der Kaltseite aus erstreckende Arretierungsaufnahme auf. Analog weist ebenso das Trägerelement eine Arretierungsaufnahme auf, welche fluchtend zur Position der Arretierungsaufnahme im Kachelelement angeordnet ist. Durch ein Einschieben des Arretierungsbolzens durch die Arretierungsaufnahmen im Trägerelement und in die Arretierungsaufnahme im Kachelelement wird ein seitliches Verschieben des Trägerelements relativ zum Kachelelement verhindert. Die Lage des Arretierungsbolzens kann wiederum vorteilhaft durch die Befestigung des Hitzeschildelements in der Brennkammer durch die Auflage des Arretierungsbolzens auf der Tragstruktur der Brennkammer gesichert werden.

[0028] In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform wird zur Fixierung eine elastische Arretierungsfeder eingesetzt. Dazu weist das Kachelelement ein Arretierungslager auf, an dem die Arretierungsfeder im montierten Zustand zur Anlage kommt. Die Anordnung der Arretierungsfeder am Trägerelement kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei in einer ersten Ausführungsform vorgesehen ist, dass die Arretierungsfeder am Trägerelement montiert wird. Ebenso ist es denkbar, einen Abschnitt des Trägerelements derartig zu verformen, so dass dieses die Arretierungsfeder bildet.

[0029] Zum Schutz des Trägerelements vor der thermischen Belastung in der Brennkammer ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen dem Trägerelement und dem Kachelelement unter Vernachlässigung der Befestigungsvorsprünge (welche zwingend am Kachelelement in den Befestigungsaufnahme anliegen) ein freier Abstand vorhanden ist. Hierbei ist ebenso eine gegebenenfalls vorhandene Fixierung außer Acht zu lassen. Durch den freien Abstand zwischen dem Kachelelement und dem Trägerelement wird eine unmittelbare Wärmeübertragung zwischen Kachelelement und Trägerelement verhindert.

[0030] Um ein Losdrehen eines Befestigungsbolzens nach der Montage in der Brennkammer zu verhindern, ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass am Trägerelement auf der zum Kachelelement weisenden Seite eine die Befestigungsbohrung umgebende erste Rastkontur vorhanden ist, wobei das Befestigungsmittel eine zur ersten Rastkontur komplementäre zweite Rastkontur aufweist.

[0031] Durch die Realisierung eines erfindungsgemäßen Hitzeschildelements wird die Realisierung eines erfindungsgemäßen Hitzeschildes durch den Einsatz eines entsprechenden erfindungsgemäßen Hitzeschildelements ermöglicht. Dabei weist der Hitzeschild einer Brennkammer eine Tragstruktur auf, auf der zum Brennkammerinneren weisenden Seite eine Mehrzahl an Hitzeschildelementen befestigt ist. Zur Gewährleistung der Befestigung der Hitzeschildelemente an der Tragstruktur ist hierbei vorgesehen, dass in der Tragstruktur mehrere Federvorrichtungen eingebaut oder rückseitig angebaut sind, an denen jeweils ein Befestigungsmittel des jeweiligen Hitzeschildelements angreift. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei Vibrationen der Halt des Hitzeschildelements auf der Tragstruktur gewährleistet wird.

[0032] Dabei ist es vorteilhaft, wenn der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt zumindest abschnittsweise unter Spannung auf der Tragstruktur aufliegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der umlaufende Rand des Kachelelements auf der Tragstruktur aufliegt.

[0033] In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungsformen für ein erfindungsgemäßes Hitzeschildelement skizziert. Es zeigen:

Figur 1

ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Hitzeschildelement in perspektivischer Ansicht im Halbschnitt;

Figur 2

die Hitzeschildkachel zur Ausführungsform aus der Figur 1;

Figur 3

das Trägerelement zur Ausführungsform aus Figur 1;

Figur 4

das Befestigungsmittel aus der Figur 1;

Figur 5

ein Schnitt durch das Hitzeschildelement gemäß Figur 1 in Anordnung auf einer Tragstruktur;

Figur 6

die Ansicht zur Figur 5 in Explosionsdarstellung;

Figur 7

ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Hitzeschildelement im Schnitt;

Figur 8

eine Explosionsansicht zur Figur 7.

[0034] In der Figur 1 ist ein Hitzeschildelement 01 in perspektivischer Ansicht von unten, d.h. auf die Unterseite 34 bzw. Kaltseite 14, im Halbschnitt skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal das auf der zum Brennkammerinneren weisenden Seite anordnete Kachelelement 11 sowie das unterhalb des Kachelelements 11 befestigte Trägerelement 31. Die Befestigung des Trägerelements 31 in der Brennkammer und somit des Hitzeschildelements 01 erfolgt mittels des Befestigungsmittels 41 in Form eines Befestigungsbolzens.

[0035] Das Kachelelement 11 weist auf der zum Brennkammerinneren weisenden Seite eine Heißseite 13 (in dieser Ansicht verdeckt liegend) sowie gegenüberliegend, eine Kaltseite 14 auf. Gebildet werden die Heißseite 13 und Kaltseite 14 von der sich entlang des Hitzeschildes der Brennkammer erstreckenden Wand 12 des Kachelelements 11. An den Seitenrändern der Wand 12 umlaufend befindet sich ein Rand 21, welcher 21 einen ersten Randabschnitt 26 sowie einen gegenüberliegenden zweiten Randabschnitt 27 umfasst. Hierbei erstreckt sich der umlaufende Rand 21 bis zu einer rückseitigen Anlagefläche 25 und weist eine an die Heißseite angrenzende Randaußenfläche 23 und eine an die Kaltseite 14 angrenzende Randinnenfläche 24 auf.

[0036] Im ersten Randabschnitt 26 sowie im zweiten Randabschnitt 27 sind jeweils den jeweiligen Randabschnitt 26, 27 durchdringende erste Befestigungsaufnahmen (im ersten Randabschnitt 26) sowie zweite Befestigungsaufnahmen 17 (im zweiten Randabschnitt 27) vorhanden. Das Trägerelement 31 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel parallel zum im Wesentlichen ebenen Kachelelement 11 und kann beispielsweise aus einem ausgelaserten Metallblech hergestellt werden. Das Trägerelement 31 weist eine zur Kaltseite 14 des Kachelelements 11 weisende Oberseite 33 (in dieser Ansicht verdeckt) sowie gegenüberliegend eine Unterseite 34 auf. Dabei ist vorgesehen, dass ein freier Abstand zwischen der Oberseite 33 und der Kaltseite 14 vorhanden ist, so dass eine unmittelbare Wärmeübertragung vom Kachelelement 11 auf das Trägerelement 31 verhindert wird. Weiterhin zu erkennen ist, dass das Trägerelement 31 mittels eines Befestigungsmittels 41 in der Brennkammer montiert werden kann. Hierzu durchdringt das Befestigungsmittel 41 in Form eines Befestigungsbolzens eine Befestigungsbohrung 35 im Trägerelement 31, wobei sich ein Befestigungskopf 42 zwischen dem Trägerelement 31 und dem Kachelelement 11 befindet.

[0037] Die erfindungsgemäße Verbindung zwischen dem Kachelelement 11 und dem Trägerelement 31 wird erzielt durch die integrale Anordnung von ersten Befestigungsvorsprüngen 36 am Trägerelement 31 am ersten Randabschnitt 26 6 sowie der Anordnung von zweiten Befestigungsvorsprüngen 37 am zweiten Randabschnitt 27, wobei die Befestigungsvorsprünge 36, 37 in die jeweiligen Befestigungsaufnahmen 16, 17 eingreifen. Durch die Montage in der Brennkammer kann durch Befestigung des Befestigungsmittels 41 ein festes Spannen des Kachelelements 11 mittels des Trägerelements 31 auf der Tragstruktur 03 einer Brennkammer erfolgen.

[0038] Hierzu zeigt nochmals die Figur 2 das Kachelelement 11 aus der Ausführung aus Figur 1 in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die Heißseite 13 des Kachelelements 11. Zu erkennen ist wiederum die im Wesentlichen ebene Gestalt der Wand 12 des Kachelelements 11 sowie den umgebenden Rand 21 mit dem ersten Randabschnitt 26, in dem 26 sich die ersten Befestigungsaufnahmen 16 befinden. Mittig im Kachelelement 11 befindet sich eine Durchgangsbohrung 15 zur Anbringung eines Werkzeugs am Befestigungsmittel 41.

[0039] Die Figur 3 zeigt hierzu das Trägerelement 31 in perspektivischer Ansicht mit Blick auf die Oberseite 33. Zu erkennen ist die ebene Gestalt des Trägerelements 31 mit der mittig angeordneten Befestigungsbohrung 35 zur Anbringung des Befestigungsmittels 41. Die Befestigungsbohrung 35 umgebend ist eine Rastkontur 38 vorhanden, welche 38 zur Sicherung der Stellung des Befestigungsmittels 41 dient. Weiterhin zu erkennen ist die Anordnung einer Arretierungsaufnahme 39 als Bohrung parallel zur Befestigungsbohrung 35. Wesentlich ist die integrale Anordnung der ersten Befestigungsvorsprünge 36 am ersten Randabschnitt 26 sowie der zweiten Befestigungsvorsprünge 37 am zweiten Randabschnitt 27.

[0040] Die Figur 4 zeigt hierzu das Befestigungsmittel 41 zur Ausführung aus Figur 1. Zu erkennen ist in perspektivischer Ansicht sowie im Halbschnitt die Ausführung des Befestigungsbolzens mit einem Befestigungskopf 42, welcher 42 auf der Unterseite ebenso eine Rastkontur 48 aufweist. Mittig auf der Oberseite befindet sich ein Antrieb zur Anbringung eines Werkzeugs. Zur Verhinderung einer Überhitzung des Befestigungsmittels, insbesondere aufgrund der im Kachelelement 11 vorhandenen Durchgangsbohrung 15, weist dieser einen Kühlluftkanal 43 auf, welcher 43 sich mit einer Eintrittsöffnung unterhalb des Trägerelements 31 bis zu einer Öffnung im Antrieb im Bereich zwischen dem Trägerelement 31 und Kachelelement 11 erstreckt.

[0041] Die Figur 5 zeigt hierzu nochmals das Ausführungsbeispiel aus Figur 1 im Schnitt in Anbringung auf einer Tragstruktur 03 der Brennkammer, wobei hierzu die Figur 6 die Darstellung aus Figur 5 in Explosionsansicht skizziert. Zu erkennen ist wiederum die Realisierung des Kachelelements 11 mit einer im Wesentlichen ebenen Wand 12, die 12 auf der zum Brennkammerinneren weisenden Seite eine Heißseite 13 und gegenüberliegend eine Kaltseite 14 aufweist. Umgebend befindet sich der umlaufende Rand 21 mit auf einer Seite dem ersten Randabschnitt 26 sowie gegenüberliegend dem zweiten Randabschnitt 27. Im ersten Randabschnitt 26 befinden sich die ersten Befestigungsaufnahmen 16 sowie im zweiten Randabschnitt 27 die zweiten Befestigungsaufnahmen 17 angeordnet sind.

[0042] Hierbei durchdringen die Befestigungsaufnahmen 16, 17 die jeweiligen Randabschnitte 26, 27 von der Randaußenfläche 23 bis zu der Randinnenfläche 24. Weiterhin zu erkennen ist die Durchgangsbohrung 15 sowie eine Arretierungsaufnahme 19 an der Kaltseite 14 des Kachelelements 11 zur Anbringung des Arretierungsbolzens 51. Das Befestigungsmittel 41 ist in Form eines Befestigungsbolzens mit einem Befestigungskopf 42 aufgeführt, welcher 42 an der Unterseite eine Rastkontur 48 zur Sicherung der Lage des Befestigungsmittels 41 bei Montage in der Brennkammer aufweist. Das Befestigungsmittel 41 wird hierbei von einem Kühlluftkanal 43 durchsetzt, welcher 43 sich von der Unterseite der Tragstruktur 03 der Brennkammer bis in den Bereich zwischen Trägerelement 31 und Kachelelement 11, in diesem Fall bis in den Antrieb, erstreckt.

[0043] Das im Wesentlichen eben ausgeführte Trägerelement 31 weist die zur Kaltseite 14 des Kachelelements 11 weisende Oberseite 33 sowie gegenüberliegend eine Unterseite 34 auf. Mittig befindet sich die Befestigungsbohrung 35 zur Anbringung des Befestigungsmittels 41 mit umgebender Rastkontur 38. Übereinstimmend mit der Position der Arretierungsaufnahme 19 im Kachelelement 11 befindet sich die Arretierungsaufnahme 39 im Trägerelement 31.

[0044] Weiterhin zu erkennen ist die Anordnung des ersten Befestigungsvorsprungs 36 des Trägerelements 31 innerhalb der ersten Befestigungsaufnahme 16 des ersten Randabschnitts 26. Gegenüberliegend befindet sich der zweite Befestigungsvorsprung 37 des Trägerelements 31 in der zweiten Befestigungsaufnahme 17 des zweiten Randabschnitts 27. Wie in diesem Ausführungsbeispiel zu erkennen ist, weist die ersten Befestigungsaufnahme 16 einen über die Größe des ersten Befestigungsvorsprungs 36 hinausgehenden Freiraum auf, welcher eine Montage der Trägerelements 31 am Kachelelement 11 ermöglicht. Hierzu kann das Trägerelement 31 in leicht geneigter Lage zunächst mit dem ersten Befestigungsvorsprung 36 in die erste Befestigungsaufnahme 16 eingefügt werden, wobei durch nachfolgendes Hochschwenken des Trägerelements 31 parallel zum Kachelelement 11 ein Einfügen der zweiten Befestigungsvorsprünge 37 in die zweiten Befestigungsaufnahmen 17 erfolgen kann. In abschließender Position wird der Arretierungsbolzen 51 eingeschoben, welcher 51 durch die Anbringung des Hitzeschildelements 01 auf der Tragstruktur 03 gegen Verlieren gesichert ist.

[0045] In der Figur 7 wird ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein Hitzeschildelement 51 im Schnitt analog Figur 5 skizziert, wobei hierzu analog vorherigem Beispiel in Figur 8 eine Explosionsdarstellung des hierbei eingesetzten Kachelelements 61 sowie des Tragelements 81 skizziert ist. Abweichend zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist in diesem Falle vorgesehen, dass die Befestigungsaufnahmen 66 am ersten Randabschnitt 67 sowie die zweiten Befestigungsaufnahmen 76 am zweiten Randabschnitt 77 nicht den jeweiligen Randabschnitt 76, 77 durchdringen. Vielmehr erstrecken sich die Befestigungsaufnahmen 66, 67 ausgehend vom jeweiligen Randabschnitt 76, 77 zur Innenseite hin und durchdringen somit lediglich die Randinnenfläche 24. Hierzu weist das Trägerelement 81 analog vorherigem Ausführungsbeispiel erste Befestigungsvorsprünge 86 sowie gegenüberliegend zweite Befestigungsvorsprünge 87 auf. Zur Montage analog vorherigem Beispiel ist vorgesehen, dass das Trägerelement 81 in geneigter Lage zunächst in eine vergrößerte erste Befestigungsaufnahme 66 eingefügt wird, wobei durch nachfolgendes Heranschwenken des Trägerelements 81 an das Kachelelement 61 und einem Zurückschieben in entgegengesetzter Richtung ein Einfügen der zweiten Befestigungsvorsprünge 87 in die zweiten Befestigungsaufnahmen 67 erfolgt.

[0046] Weiterhin wird in diesem Ausführungsbeispiel eine alternative Arretierungsmöglichkeit zur Sicherung der Lage des Trägerelements 81 am Kachelelement 61 skizziert. Im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel ist hier vorgesehen, dass am Kachelelement 61 ein Arretierungslager 69 von der Kaltseite aus erstreckend vorhanden ist. Dieses 69 dient als Widerlager für eine elastische Arretierungsfeder 89, welche 89 in diesem Ausführungsbeispiel integral mit dem Trägerelement 81 ausgeformt ist. Ebenso kann jedoch vorgesehen sein, dass die Arretierungsfeder 89 am Trägerelement 81 montiert wird.

Ansprüche

1. Hitzeschildelement (01,51) zur Verwendung bei einem Hitzeschild einer Brennkamer umfassend ein Kachelelement (11,61), welches (61) zumindest mehrheitlich aus einem keramischen Material hergestellt ist und eine zum Brennkammerinneren weisenden Heißseite (13) und eine gegenüberliegende Kaltseite (14) aufweist und zumindest an gegenüberliegenden ersten und zweiten Randabschnitten (26,27,76,77) zumindest eine erste und zumindest eine zweite Befestigungsaufnahme (16,17,66,67) aufweist, und ein Trägerelement (31,81), welches (31,81) zumindest mehrheitlich aus einem metallischen Material hergestellt ist und auf der Kaltseite (14) angeordnet und mit in die Befestigungsaufnahmen (16,17,66,67) eingreifenden ersten und zweiten Befestigungsvorsprüngen (36,37,86,87) am Kachelelement (11,61) befestigt ist, und mit einem Befestigungsmittel (41), mittels dem (41) das Trägerelement (01) in der Brennkammer befestigt werden kann, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (31,81) die Befestigungsvorsprünge (36,37,86,87) integral umfasst.

2. Hitzeschildelement (01,51) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (31,81) zumindest eine Befestigungsbohrung (35) aufweist, wobei das Befestigungsmittel (41) ein die Befestigungsbohrung (35) durchdringender Befestigungsbolzen ist, dessen (41) Befestigungskopf (42) zwischen dem Kachelelement (11,61) und dem Trägerelement (31,81) angeordnet ist.

3. Hitzeschildelement (01,51) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kachelelement (11,61) zumindest eine zur Befestigungsbohrung (35) fluchtende Durchgangsbohrung (15) aufweist, wobei insbesondere der Befestigungskopf (42) größer als die Durchgangsbohrung (15) ist, und insbesondere der Befestigungskopf (42) einen Antrieb kleiner als die Durchgangsbohrung (42) aufweist.

4. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Befestigungsmittel (41) zumindest einen Kühlluftkanal (43) mit zumindest einer Eintrittsöffnung unterhalb des Trägerelements (31,81) und mit zumindest einer Austrittsöffnung im Befestigungskopf (42) und/oder zwischen dem Kachelelement (11,61) und dem Trägerelement (31,81) aufweist.

5. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (31,81) im Wesentlichen eben ausgeführt ist, und insbesondere aus einem Blech hergestellt ist.

6. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kachelelement (11,61) einen umlaufenden das Trägerelement (31,81) seitlich umgebenden Rand (21,71) aufweist, welcher (21,71) den ersten Randabschnitt (26,76) und den zweiten Randabschnitt (27,77) umfasst.

7. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der erste Randabschnitt (26,76) und der zweite Randabschnitt (27,77) jeweils zumindest abschnittsweise über das Trägerelement (31,81) hinaus erstreckt; und/oder dass sich der umlaufende Rand (21,71) über das Trägerelement (31,81) hinaus bis zu einer rückseitigen Anlagefläche (25) erstreckt.

8. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme (16,17,66,67) im ersten respektive zweiten Randabschnitt (26,27,76,77) angeordnet ist und sich zum jeweils gegenüberliegenden Randabschnitt (27,26,77,76) hin öffnet.

9. Hitzeschildelement (51) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme (16,17) den ersten respektive zweiten Randabschnitt (26,27) durchdringt, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme (16,17) zur Heißseite (13) weisend einen Freiraum zu den ersten respektive zweiten Befestigungsvorsprüngen (36,37) bildet.

10. Hitzeschildelement (51) nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und/oder zweite Randabschnitt (76,77) zumindest im Bereich der ersten respektive zweiten Befestigungsaufnahme (66,67) geschlossen ist, wobei insbesondere die erste und/oder zweite Befestigungsaufnahme (66,67) zur Heißseite (13) weisend einen Freiraum zu den ersten respektive zweiten Befestigungsvorsprüngen (86,87) bildet.

11. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass am ersten und am zweiten Randabschnitt (26,27,76,77) mehrere zueinander beabstandete, insbesondere gleichartige, erste respektive zweite Befestigungsaufnahmen (16,17,66,67) und mehrere zueinander beabstandete, insbesondere gleichartige, erste respektive zweite Befestigungsvorsprünge (36,37,86,87) angeordnet sind.

12. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Fixierung ein Verschieben des Trägerelements (31,81) relativ zum Kachelelement (11,61) zumindest erschwert oder verhindert.

13. Hitzeschildelement (01,51) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Fixierung das Kachelelement (11) eine Arretierungsaufnahme (19) und das Trägerelement (31) eine Arretierungsaufnahme (39) aufweist, welche (19,39) durch einen Arretierungsbolzen (51) verbunden sind; und/oder
dass zur Fixierung das Kachelelement (61) ein Arretierungslager (69) und das Trägerelement (81) eine daran (69) anliegende elastische Arretierungsfeder (89) aufweist.

14. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Kachelelement (11,61) und dem Trägerelement (31,81) bei Vernachlässigung der Befestigungsvorsprünge (36,37,86,87) und gegebenfalls einer Fixierung ein freier Abstand vorhanden ist.

15. Hitzeschildelement (01,51) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (31,81) auf der zum Kachelelement (11,61) weisenden Seite eine die Befestigungsbohrung (35) umgebende erste Rastkontur (38) und das Befestigungsmittel (41) eine zur ersten Rastkontur (38) komplementäre zweite Rastkontur (48) aufweist, wodurch ein Lösen des Befestigungsmittels (41) zumindest erschwert ist.

16. Hitzeschild einer Brennkammer umfassend eine Tragstruktur (03) und eine Mehrzahl an der Tragstruktur (03) befestigte Hitzeschildelemente (01,51), wobei in/an der Tragstruktur (03) mehrere Federvorrichtungen eingebaut/angebaut sind, in denen jeweils ein Befestigungsmittel (41) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Hitzeschildelemente (01,51) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt sind.

17. Hitzeschild nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Randabschnitt (26,76) und der zweite Randabschnitt (27,77) zumindest abschnittsweise, insbesondere der umlaufende Rand (21,71), unter Spannung auf der Tragstruktur (03) aufliegen.

Zeichnung