Keramischer Balken für Tunnelofen-Brennwagen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Balken für Tunnelofen-Brennwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bekannte Brennwagen-Balken sind als rechteckige oder quadratische Hohloder Vollprofile aus Keramik ausgebildet. Aus der US-PS 4,300,881 sind auch rollenförmige Balken mit rohrzylindrischem Querschnitt bekannt. Die Balken dienen als Querträger des keramischen Überbaus des Brennwagens zur Aufnahme von Brenngut, z.B. Kassetten mit zu brennenden Dachziegeln. Die Balken des Brennwagens liegen an ihren Randbereichen jeweils auf keramischen Stützen auf, so daß sich eine Biegebeanspruchung des keramischen Materials ergibt. Der untere Bereich des Keramikprofils wird dabei auf Zug, die Oberseite auf Druck beansprucht. Da jedoch die Druckfestigkeit von Keramik wesentlich höher als die Zugfestigkeit ist, kann es zu Materialermüdungen kommen. Darüber hinaus sind die bekannten Vollprofil-Balken relativ schwer, was sich beim Aufheizprozeß des Brennwagens in einem Tunnelofen, in dem eine Temperatur von 1000 bis 1200° herrscht, nachteilig in der Energiebilanz auswirkt. Rohrförmige Balken vermeiden zwar diesen Nachteil, sind jedoch wegen ihrer Hohlkörper-Gestalt statisch schwächer als ein Balken mit massivem Querschnitt. Sowohl mit den bekannten Vollprofil-Balken als auch mit den bekannten keramischen Rohren können daher nur relativ geringe Spannweiten realisiert werden, so daß eine hohe Anzahl an Stützen benötigt wird. Zum Erreichen einer guten Stabilität ist aus der US-PS 1,832,818 die Verwendung einer Platte mit Unterzügen bzw. integrierten Stütz- und Verstärkungsrippen bekannt. Diese massive Platte ist jedoch wegen ihres großen Volumens im Hinblick auf die Aufheizung des Tunnelofens und die Energiebilanz noch wesentlich nachteiliger als die bekannten Brennwagen-Balken.

[0003] In der US-PS 2,173,682 ist ein Metallträger offenbart, der eine in Seitenansicht teilweise trapezförmige und im Querschnitt im wesentlichen doppel-T-förmige Gestalt aufweist. Eine Übertragung von Gestaltungsformen aus dem Metallbau auf keramische Bauteile ist schon deshalb nicht möglich ist, da die Belastbarkeit bei hoher Hitze, der keramisches Material in Tunnelöfen ausgesetzt ist, trotz möglicherweise ähnlichen Bauformen bei den verschiedenen Materialien Keramik einerseits und Metall andererseits völlig unterschiedlich ausfällt. Darüber hinaus ist die doppel-T-förmige Querschnittsgestaltung des vorbekannten metallischen Trägers aus keramischem Material überaus schwierig herzustellen und wegen der teilweise dünnen Wandungsbereiche nicht hinreichend dauerhaft und stabil.

[0004] Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, einen keramischen Balken für Tunnelofen-Brennwagen zu schaffen, der sich durch verbesserte statische Eigenschaften bezüglich der Biegebeanspruchung sowie durch ein verringertes Gewicht und eine größere Spannweite auszeichnet.

[0005] Die Erfindung löst dieses Problem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

[0006] Durch die Ausbildung des keramischen Balkens als massiver Träger mit in Seitenansicht trapezförmiger Gestalt, schräg gestellten Seitenflächen und sich zur Mitte gegenüber den Endbereichen verringernder Breite der Oberseite ist eine verbesserte Form gegenüber Beanspruchungen durch Biegemomente geschaffen. Die auftretenden Kräfte können sich innerhalb des trapezförmig ausgebildeten Trägers verteilen, woraus geringere innere Spannungen resultieren und sich somit eine erhöhte Biegefestigkeit des Balkens ergibt. Darüber hinaus ergibt sich durch die besondere Form des Balkens eine Materialeinsparung, so daß weniger Energie zum Aufheizen des keramischen Überbaus des Brennwagens benötigt wird sowie eine vergrößerte Spannweite der Balken realisiert werden kann.

[0007] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine perspektivische Teildarstellung eines Tunnelofen-Brennwagens mit keramischen Balken nach der Erfindung;

Fig. 2

eine Seitenansicht eines keramischen Balkens aus Fig. 1;

Fig. 3

eine untere Ansicht des keramischen Balkens nach Fig. 2;

Fig. 4

einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2;

[0008] Ein in Fig. 1 schematisch dargestellter Tunnelofen-Brennwagen für den Transport von Brenngütern wie Dachziegel durch einen Tunnelofen besteht aus einem hier nicht näher dargestellten metallischen Chassis sowie einem keramischen Überbau, der zur thermischen Isolierung des metallischen Chassis beim Durchfahren des Brennwagens durch den Tunnelofen und zur Aufnahme der Brenngüter dient. Hierzu ist der keramische Überbau mit Balken 1 versehen, die als Querträger beispielsweise zur Aufnahme von Kassetten, in denen die Brenngüter wie Dachziegel gelagert sind, dienen. Die Balken 1 des Brennwagens liegen an ihren Endbereichen 2, 3 auf keramischen Längsbalken 4 auf, die sich ihrerseits auf keramischen Stützen 5 abstützen. Durch die Auflage der Balken 1 an ihren Endbereichen 2, 3 und die Aufnahme der Brenngüter ergibt sich eine Biegebeanspruchung der Balken.

[0009] In den Fig. 2 bis 4 ist eine erste Ausführungsform der Balken 1 detaillierter dargestellt. Er besteht aus einem langgestreckten Träger 6, der eine in Seitenansicht trapezförmige Gestalt aufweist. Die Oberseite 7 verläuft in einer horizontalen Ebene, während die Unterseite 8 die Trapezform ausbildet. Wie Fig. 3 veranschaulicht, verringert sich die Breite der Oberseite 7 gegenüber der Unterseite 8 von den Endbereichen 2, 3 bis zur Mitte der Trapezform, so daß die Seitenflächen 9 des Trägers 6 als windschiefe Ebenen verlaufen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Träger 6 insgesamt massiv ausgebildet, was sich günstig auf die Kräfteverteilung auswirkt sowie den Einsatz des Trockenpreßverfahrens, ermöglicht.

[0010] Da die Oberseite 7 des Trägers 6 auf Druck und die Unterseite 8 auf Zug beansprucht wird, ergibt sich eine Zone im mittleren Bereich, wo sich die Druckspannung des oberen Gurtes und die Zugspannung des unteren Gurtes im wesentlichen kompensieren und vor allem Schubspannungen auftreten. Es ist daher vorgesehen, in diesem Bereich den Träger 6 mit Material-Ausnehmungen 10 zu versehen, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung erreichbar ist, ohne die Biegefestigkeit des Balkens zu verringern. Insgesamt kann durch die Trapezform und die sich nach oben verjüngende Gestaltung des Trägers 6 sowie die zweckmäßig als durchgehende Löcher ausgebildeten Ausnehmungen 10 eine erhebliche Materialeinsparung (bis zu 40 %) gegenüber den bisher bekannten Voll- oder Hohlprofilbalken erreicht werden.

[0011] Desweiteren ist der Balken 1 an seinen Endbereichen 2, 3 mit quaderförmigen Ansätzen 11 versehen, die zur Auflage des Balkens 1 auf den Längsbalken 4 des Brennwagens dienen. Durch diese Ansätze 11 an den Endbereichen 2, 3 können auftretende Scherkräfte besser aufgenommen werden, so daß sich eine verringerte Materialbeanspruchung des Balkens 1 ergibt.

[0012] Durch eine in bezug auf statische Belastungen optimierte Form des keramischen Balkens für einen Tunnel-Brennofen kann somit den durch Biegebeanspruchung auftretenden Materialermüdungen entgegengewirkt und darüber hinaus eine erhebliche Gewichtsreduzierung erreicht werden, die sich beim Aufheizprozeß des Brennwagens positiv auf die Energiebilanz auswirkt. Die beschriebene Ausführungsform ist darüber hinaus fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar.

Ansprüche

1. Keramischer Balken (1) für Tunnelofen-Brennwagen, die ein metallisches Chassis mit Rädern und einen keramischen Überbau (1, 4, 5) zur thermischen Isolation des metallischen Chassis und zur Aufnahme von Brenngut umfassen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Balken (1) ist als massiver keramischer Träger (6) mit in Seitenansicht trapezförmiger Gestalt ausgebildet, wobei die auf Druck beanspruchte Oberseite (7) in einer horizontalen Ebene verläuft, während die auf Zug beanspruchte Unterseite (8) die Trapezform ausbildet,

b) durch Schrägstellung von Seitenflächen (9) ist die Breite der Oberseite (7) des Trägers (6) gegenüber der Unterseite (8) verringert, derart, daß

c) die Breite der Oberseite (7) gegenüber der Unterseite (8) von den beiden Endbereichen (2, 3) bis zum mittleren Bereich der Trapezform des Trägers (6) abnimmt, während die Breite der Unterseite (8) über die gesamte Länge des Trägers (6) konstant ist.

2. Keramischer Balken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken (1) an seinen Endbereichen (2, 3) jeweils mit einem quaderförmigen Auflageansatz (11) versehen ist.

3. Keramischer Balken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (6) im mittleren Bereich, wo sich die Druckspannung des oberen Gurtes und die Zugspannung des unteren Gurtes im wesentlichen kompensieren und vor allem Schubspannungen auftreten, mit eingeformten Ausnehmungen (10) versehen ist.

4. Keramischer Balken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (10) als durchgehende Löcher ausgebildet sind.

Claims

1. A ceramic beam (1) for tunnel furnace wagons which comprise a metal chassis with wheels and a ceramic superstructure (1, 4, 5) for the thermal insulation of the metal chassis and for receiving materials to be fired, characterised by the following features:

a) the beam (1) is constructed as a solid ceramic bearer (6) which, when seen in side elevation, is of trapezoidal form, the compression stressed upper side (7) extending in a horizontal plane while the tension-stressed under side (8) makes the trapezoidal shape,

b) due to the slope of the lateral surfaces (9), the width of the upper side (7) of the bearer (6) is less than that of the under side (8) so that,

c) compared with the underside (8), the width of the upper side (7) diminishes from the two end portions (2, 3) to the middle part of the trapezoidal shape of the bearer (6), whereas the width of the under side (8) is constant over the total length of the bearer (6).

2. A ceramic beam according to claim 1, characterised in that the beam (1) is provided with an ashlar rest piece (11) at each of its end portions (2, 3).

3. A ceramic beam according to claim 1 or 2, characterised in that in the middle portion, where the compression stress of the upper flange and the tension stress of the lower flange are substantially compensated and where above all shear stresses occur, the bearer (6) is provided with integrally formed cut-outs (10).

4. A ceramic beam according to claim 3, characterised in that the cut-outs (10) are constructed as continuous holes.

Revendications

1. Chenet céramique pour chariot de four tunnel composé d'un châssis métallique avec des roues et d'une superstructure (1, 4, 5) en céramique pour l'isolation thermique du châssis métallique et pour recevoir le produit à cuire,
caractérisé en ce que

a) le chenet (1) est une poutre (6), céramique massive, ayant en vue de côté une forme trapézoïdale, le côté supérieur (7) sollicité en pression étant situé dans un plan horizontal alors que la face inférieure (8) sollicitée en traction a une forme trapézoïdale,

b) l'inclinaison de surfaces latérales (9) réduit la largeur du côté supérieur (7) de la poutre (6) par rapport à la face inférieure (8) de sorte que

c) la largeur de la face supérieure (7) diminue par rapport à la face inférieure (8) en partant des deux zones d'extrémité (2, 3) jusqu'à la zone médiane de la forme trapézoïdale de la poutre (6), alors que la largeur de la face inférieure (8) est constante sur toute la longueur de la poutre (6).

2. Chenet céramique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la poutre (1) comporte dans ses zones d'extrémité (2, 3) un prolongement d'appui (11) parallélépipédique.

3. Chenet céramique selon les revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que
la poutre (6) dans sa partie médiane comporte des cavités (10) moulées là où les contraintes de compression de la ceinture supérieure et les contraintes de traction de la ceinture inférieure se compensent pratiquement et avant tout là où il y a des contraintes de cisaillement.

4. Chenet céramique selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
les cavités (10) sont formées par des orifices traversants.

Zeichnung