DE102010051415B4

DE102010051415B4 - Verdrängungsverfahren bei der Herstellung einer Brennergewebemembrane für eine kühle Flammenwurzel

Info

Publication number: DE102010051415B4
Application number: DE201010051415
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dreizler; Daniel Dreizler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: RU2013127188A; CN103249998A; EP2641023B1; WO2012065583A3; US20130232745A1; DE102010051415A1; US9212818B2; WO2012065583A2; EP2641023A2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Brennergewebemembrane (1) a) wobei die Membrane (1) vorzugsweise aus Metallgewebeschichten (8) aus anorganischem Material wie Edelstahl besteht, b) mit Durchströmbarkeit des Gewebes (8) dieser Membrane (1) von einem vorgemischten und zündbaren, sowie auf der Oberfläche der Membrane (1) brennbaren Brennstoff-/Luft-Gemisch und c) mit Verbindung der beiden Seiten (2, 3) der Membrane (1), außer über das Gewebe selbst, über zusätzliche Durchgänge (4) in dem Gewebe (8) für das Brennstoff-/Luft-Gemisch als zusätzlicher Durchlass des vorgemischten Brennstoff-/Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, d) dass diese zusätzlichen Durchgänge (4) durch mindestens teilweises Verdrängen von Membranengewebe (8) hergestellt werden, e) dass dieses Verdrängen mittels in das Membranengewebe (8) eindringende und die Mündungen der zusätzlichen Durchgänge (4) bestimmende Dome oder Stifte (5, 6, 7) erfolgt und f) dass nach dem Verdrängen die Mündungen (9, 11, 12) der Durchgänge auf der der Zuströmseite (2) der Durchgänge abgewandten Oberfläche...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Brennergewebemembrane nach der Gattung des Hauptanspruchs (Merkmale a, b, c). Aufgrund des unterschiedlichsten Einsatzes solcher Brennergewebemembranen sind entsprechend auch verschiedene Herstellungsverfahren solcher Membranen bekannt, wobei es sich um Metallgewebeschichten oder Faserfließen aus anorganischem Material handelt, also aus Edelstahl odgl., die miteinander verbunden sind. Diese Metallgewebemembranen sind erheblichen Belastungen ausgesetzt, besonders in Bezug auf die auf der Membrane stattfindenden Verbrennung, also des dort vorhandenen Flammenfeldes, wobei zudem noch die Gefahr besteht, dass ein Rückschlagen des Feuers durch die Membrane hindurch zu dem stromauf der Membrane gelegenen Raumes stattfinden könnte, da ein vorgemischtes Brennstoff-/Luft-Gemisch vorhanden ist, welches zünd- und damit explosionsfähig ist.
In der DE 198 47 042 B4 ist eine hochporöse Brennermatte für Gas- und/oder Ölbrenner, die aus dauerhaft miteinander verbundenen keramischen und/oder metallischen Fasern und/oder Faserabschnitten besteht, und verteilt über die Mattenebene Stellen mit unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit in Forn von Öffnungen aufweist, bekanntwobei die Brennermatte jedenfalls zweischichtig aufgebaut ist und die Durchgänge (Öffnungen) nur in einer der beiden Schichten angeordnet sind, so dass dadurch die Durchgänge als Ganzes nur als Sacklöcher ausgebildet sind. Diese Sacklöcher haben dann wieder verschiedene Querschnitte, jedenfalls ist hier das Ziel des Patentbegehrens ein Rückschlagen der Flamme oder des Feuers zu unterbinden und trotzdem den Membranenwiderstand für eine günstige Flammenstabilität in einer bestimmten Größenordnung zu halten, so dass „bei verringertem Strömungswiderstand die Flammenstabilität deutlich verbessert wird” (Seite 3 [0017]). Aufgrund dieser die beiden Seiten der Membrane trennenden Sacklöcher wird angeblich der Widerstand der Membrane herabgesetzt, wodurch der mögliche Leistungsbereich änderbar ist. Diese bekannte Lösung verlangt jedoch, im Unterschied zur Erfindung, stets zwei miteinander verbundene Membranenschichten sowie ein Anpassen der Teildurchgänge an den jeweiligen Bedarf.
Ein Herstellen einer solchen Brennergewebemembrane mit einer Großzahl von Durchgängen unterschiedlichen Durchmessers, geeignet für eine Oberflächenverbrennung, ist durch die Übersetzung DE 692 27 094 T2 des europäischen Patents 0549476 B1 bekannt, wobei der Gegenstand allerdings den Nachteil aufweist, dass die Mündungen der Durchgänge auf der Feuerseite bei infolge der Herstellung dieser bekannten Membrane durch Bohren, Stanzen oder Schneiden an den Schnittstellen, d. h. den Austrittsstellen des Brennstoff-/Luft-Gemisches zum Brennraum hin, also im Bereich der Wurzel der Flammen, glatte Schnittkanten aufweisen.
Bei wieder einer anderen jedoch einer anderen Gattung zuzuordnenden Membranherstellung DE 698 03 085 T2 wird eine Faserbahn genadelt und dann komprimiert. Sie soll nicht gesintert werden und ist somit anderer Gattung.
Bei wieder einem anderen durch die DE 693 22 622 T2 bekannten Herstellungsverfahren einer Brennergewebemembrane wird aufgrund der Porosität der Metallfaserplatte über der gesamten Brenneroberfläche ein geringer Druckabfall mit gleichmäßigem Verbrennungsprozess der durchströmenden Gase erzielt. „Als ein Ergebnis wird” erreicht, „dass sich keine bestimmten Oberflächenbereiche aufgrund einer Überlastung oder Überhitzung gegenüber anderen Bereichen aufgrund von Inhomogenitäten der Porosität vorzeitig verschlechtern”, was zu untersteuerbaren Vorzugsgasstrombahnen oder Brennbereichen führen würde. Bei der Herstellung der Metallfaserplatte wird ein regelmäßiges Muster von Querlöchern oder Querdurchlässen erzeugt mit „vollkommen begrenzten zylindrischen Abmessungen” und einer entsprechend freien Durchlassfläche zwischen 5% und 35% der Oberseitenfläche. Diese Querdurchlässe werden mittels „Prägestempeln mit Stanzstiften” hergestellt. Jedenfalls soll aufgrund dieser zusätzlichen Durchgänge der Leistungsbereich „enorm erweitert” werden bei niedrigerem CO und NOx (Seite 3, Abschn. 2) und geringerem Auftreten von Resonanzen (Seite 7) im Gasstrom. Auch hier handelt es sich auf der Wurzelseite der Flammen um glatte Austrittskanten der Durchgänge, die über Stanzstifte erzeugt werden.
Nachteile vom Stand der Technik und zugrundeliegende Aufgabe
Trotz der gegebenen Versuche mittels der Durchgänge für das Brennstoff-/Luft-Gemisch den Leistungsbereich zu erweitern, den NOx-Anteil zu verringern und Geräuschresonanzen zu unterbinden, ist dieses aufgrund der jeweils gewählten Art der Herstellung der Durchgänge bisher nur sehr beschränkt erzielbar gewesen. Bei einem durch das Stanzen oder Schneiden gegebenen glatten Schnitt der Durchgangsmündungen, ist es jedenfalls bisher nicht gelungen in Verbindung mit einem variablen Leistungsbereich auch die optimierten NOx-Anteile konstant zu halten und vor allem das Auftreten von Resonanzen zu verhindern.
Die Erfindung als Lösung der Aufgabe und deren Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung eines Brennergewebes zu entwickeln, welches diese Nachteile vermeidet.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Aufgrund des Verdrängens von Gewebematerial über Dornen oder Stifte erfolgt eine noppenartige Herausdrängung des Gewebematerials auf der Flammenseite, was auch aufgrund der Strömungsverhältnisse des Brennstoff-/Luft-Gemisches durch die Durchgänge zu kühlen Flammenwurzeln führt, so dass diese während des Feuerungsbetriebs kühl bleiben. Mit einer derart hergestellten Brennergewebemembrane, d. h. bei einer weitgehenden Erhaltung des Gewebes durch das Verdrängen mittels Dornen oder Stiften, wird vorteilhafterweise eine kühle Flammenwurzel erzielt, so dass einerseits bei Einsatz eines solchen Brennergewebes der für deren Einsatz geeignete Leistungsbereich erheblich vergrößert werden kann und obwohl andererseits die Flammenwurzeln kühl bleiben. Hiermit wird also erreicht, dass trotz Änderung der Leistung ein bestehendes geringes NOx erhalten bleibt und dass vor allem eine Unterbindung von Schwingungen mit der Folge von Resonanzen im Gas-/Luft-Strom erzielt wird, welche bekanntlich zu einer außerordentlichen Geräuschentwicklung führen können. Die Mündungen der Durchgänge sind erfindungsgemäß durch nach außen gedrängte Fasern des Gewebes gebildet, so dass auch eine Art Ausfransung der Mündungen der Durchgänge bestehen könnte.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mindestens zwei Gewebeschichten bzw. Faserfliesen bei der Herstellung der Membrane verwendet, wobei diese Gewebeschichten bzw. Faserfliesen übereinander (auch überkreuz) angeordnet und miteinander versintert werden. Ein solches übereinander Anordnen von Gewebeschichten bzw. Faserfliesen ist an sich bekannt ( DE 198 47 042 B4 ), ist aber in Bezug auf die Erfindung insofern bedeutungsvoll als ein Verdrängen von Membranengewebe zur Erzielung der Durchgänge nicht bekannt oder dort von Bedeutung ist. Die dort beanspruchten unterschiedlichen Sacklochquerschnitte sind in der vorliegenden Erfindung nicht angestrebt.
Erfindungsgemäß können die Gestaltung der Verdrängerseite (Vorderseite) der Dome oder Stifte die Form der Mündungen der Durchgänge (Ausfransungen) in Strömungsrichtung bestimmen. Der wesentliche Unterschied zu den bekannten Herstellungsverfahren besteht bei der Erfindung in zumindest teilweisem Verdrängen von Membranengewebe zur Herstellung der zusätzlichen Durchgänge. Insofern hat die Gestaltung der Verdrängerseite der Dome oder Stifte einen entscheidenden Einfluss auf die Form der Mündungen der Durchgänge. Entsprechend ist diese Gestaltung von besonderer Bedeutung. So ist nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung nach der Verdrängung die Membranenoberfläche noppenartig oder pilzartig verformt.
Durch die Form der Dome oder Stifte kann erfindungsgemäß eine ungleichmäßige Verdünnung des Gewebes im Bereich des Durchgangsausgangs bewirkt werden. Dies hat vor allem einen Einfluss auf die angestrebten Vorteile der Erfindung, beispielsweise auch die Erzielung einer kühlen Flammenwurzel, was Voraussetzung ist für die anderen genannten Vorteile.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung wird beim Verdrängen des Gewebe- bzw. Fasermaterials durch die Dornen oder Stifte das Material der Membrane teilweise durchstoßen. Bei diesem Durchstoßen kann vor allem die Form der Mündung der Durchgänge bestimmt werden, wobei berücksichtigt werden sollte, dass auch innerhalb der Durchgänge in bekannter allerdings nur Sacklöcher betreffenden Weise ( DE 198 47 042 B4 , 13) Materialabschneidungen stattfinden, so dass nicht auszuschließen ist, dass dort rückfedernde Gewebeteile innerhalb des Durchgangs einer Schallbildung entgegenwirken, obwohl eine solche Wirkung nicht genannt ist und auch nicht anzunehmen ist, da es sich um zweischichtige Membrane mit entsprechenden Löchern in nur einer derselben handelt. Dadurch werden die Durchgänge durch Verstimmung in Folge der Ausfransungen keinen Resonanzton mehr erzeugen können.
Nach einer Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens weisen die Arbeitsseite der Dome oder Stifte einen runden oder teilrunden Querschnitt auf und/oder verjüngen sich in Arbeitsrichtung kegelförmig oder pyramidenförmig. Sowohl in der nur eine Verdünnung des Gewebes beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung als auch bei Durchstoßen des Membranenmaterials können diese unterschiedlichen Formen auf der Arbeitsseite der Dorne und Stifte von Vorteil sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 drei verschiedene Herstellungsverfahren A, B und C an einer im Längsschnitt gezeigten Membrane;
2 + 3 einen Ausschnitt der Membrane in vergrößertem Maßstab nach dem Herstellungsverfahren A;
4 + 5 einen Ausschnitt der Membrane in vergrößertem Maßstab und nach dem Herstellungsverfahren B und
6 + 7 einen Ausschnitt der Membrane in vergrößertem Maßstab nach dem Herstellungsverfahren C.
Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen
In 1 ist eine Membrane im Längsschnitt dargestellt, die in bekannter Weise aus hitzebeständigem, also feuerfestem, Gewebe aus anorganischen Fasern, insbesondere Edelstahl, besteht. Dieses Gewebe wird während dem Einsatz einer solchen Membrane von einem Gemisch aus Brennstoff und Luft durchströmt, wobei auf der einer Zuströmseite 2 abgewandten Brennseite 3 ein das Brennstoff-/Luft-Gemisch verbrennendes Flammenfeld entsteht. Beim Einsatz solcher bekannter Membranen ist es ebenfalls bekannt die durch die Membrane 1 getrennten Räume über zusätzliche Durchgänge 4 zu verbinden. Über diese zusätzlichen Durchgänge kann ebenfalls Brennstoff-/Luft-Gemisch strömen, so dass außer dem Flammenfeld auf der Seite 3 ein Feld höherer Flammen entstehen kann. Für die Form und Temperatur dieser zusätzlichen Flammen ist die Form und insbesondere die Mündung dieser Durchgänge 4 maßgebend. Erfindungsgemäß sollen diese Durchgänge durch Verdrängen des Fasermaterials erfolgen, also nicht durch Zerschneiden oder Durchbohren der Membrane, wobei sich natürlich dieses Verdrängen auf die Form der Mündungen auswirkt. In 1 ist die Membrane 1 im Längsschnitt dargestellt, durch den die einzelnen Durchgänge 4 verlaufen. In 1 sind noch die Verdrängungswerkzeuge in Form von Stiften 5, 6 und 7 in der Außenansicht und in den Durchgängen 4 angeordnet dargestellt, so dass nach Herausziehen dieser Stifte die Durchgänge 4, wie in 2 bis 7 gezeigt, für sich verbleiben. Die Stifte 5, 6 und 7 sind als Werkzeug von einer nicht dargestellten Maschine angetrieben, um in der Membrane 1 eine erfindungsgemäße Verdrängung von Fasern zu erzielen.
Beim Beispiel A (2 und 3) bewirkt der Stift 5 eine Verdrängung innerhalb der Membrane 1, die zu Noppen auf der Brennseite 3 der Membrane 1 führt. Die Noppen stehen an der bei dem gewählten Beispiel 0,5 bis 1,5 mm über der Austrittsoberfläche.
Bei dem Beispiel B (4 und 5) ist die Membrane 1 durch das Werkzeug 6 teilweise durchstoßen und die Ausfransungen weisen einen Überstand von 0,5 bis 1 mm auf.
Im dritten Beispiel C (6 und 7) durchstößt das Werkzeug 7 die Membrane 1 und die Ausfransungen weisen einen Überstand von 0,7 bis 2 mm auf.
Bei dem in 2 und 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel A hat der Stift 5 die Membrane 1 im Bereich des Durchgangs 4 verdrängt, wobei die Fasern 8 des Gewebes sich bei der Mündung 9 dieses Durchgangs verdichten und auseinander gezogen werden, wie in 3 erkennbar. Die Mündung 9 als solche für einen erhöhten Durchstrom des Brennstoff-/Luft-Gemisches bleibt erhalten, was beim Einsatz der Membrane zu einer kühlen Wurzel der zugehörigen Flammen führt.
Bei dem in 4 und 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel B hat der Stift 6 mit seiner Spitze die Membrane 1 teilweise durchstoßen. Die Spitze 10 des Stiftes 6 ist, wie aus 1 in Verbindung mit 5 ersichtlich, pyramidenartig ausgebildet, wobei in jedem Fall nur eine Teildurchstoßung der Membrane 1 durch den Stift 6 erfolgt ist. Die Mündung 11 des Durchgangs 4 ist durch das Verdrängen der Gewebefasern ausgefranst.
Bei dem in 6 und 7 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel C hat der Stift 7 die Membrane 1 schon voll durchdrungen, so dass die Mündung 12 des Durchgangs 4 etwa dem Durchmesser des Stiftes 7 hat. Erfindungsgemäß erfolgt durch dieses Verdrängen der Fasern 8 zur Herstellung des Durchgangs 4 eine ausgefranste Mündung 12, um im Einsatz einer solchen Membrane eine kühle Flammenwurzel zu erhalten.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Membrane
2: Zuströmseite
3: Brennerseite
4: Durchgänge (zusätzliche)
5: Stifte
6: Stifte
7: Stifte
8: Fasern (Gewebe)
9: Mündung
10: Spitze
11: Mündung
12: Mündung

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Brennergewebemembrane (1) a) wobei die Membrane (1) vorzugsweise aus Metallgewebeschichten (8) aus anorganischem Material wie Edelstahl besteht, b) mit Durchströmbarkeit des Gewebes (8) dieser Membrane (1) von einem vorgemischten und zündbaren, sowie auf der Oberfläche der Membrane (1) brennbaren Brennstoff-/Luft-Gemisch und c) mit Verbindung der beiden Seiten (2, 3) der Membrane (1), außer über das Gewebe selbst, über zusätzliche Durchgänge (4) in dem Gewebe (8) für das Brennstoff-/Luft-Gemisch als zusätzlicher Durchlass des vorgemischten Brennstoff-/Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, d) dass diese zusätzlichen Durchgänge (4) durch mindestens teilweises Verdrängen von Membranengewebe (8) hergestellt werden, e) dass dieses Verdrängen mittels in das Membranengewebe (8) eindringende und die Mündungen der zusätzlichen Durchgänge (4) bestimmende Dome oder Stifte (5, 6, 7) erfolgt und f) dass nach dem Verdrängen die Mündungen (9, 11, 12) der Durchgänge auf der der Zuströmseite (2) der Durchgänge abgewandten Oberfläche (3) der Membrane (1) in Strömungsrichtung des Brennstoff-/Luft-Gemisches aus der Oberfläche (3) herausragen oder dass Fasern aus den Wandungen der Durchgänge nach deren Innenseite heraustreten.
Herstellverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Gewebeschichten oder Faserfliesen bei der Herstellung der Membrane verwendet werden und dass diese Gewebeschichten oder Faserfliesen übereinander angeordnet und miteinander versintert werden.
Herstellverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verdrängen des Gewebes (8) die Mündungen (9) der Durchgänge (4) noppenartig bzw. pilzartig aus der Membranenoberfläche (3) herausragen.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verdrängen des Gewebe- bzw. Fasermaterials durch die Dornen oder Stifte (6, 7) das Material der Membrane (1) teilweise durchstoßen wird.
Herstellverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsseite der Dome oder Stifte (5, 6, 7) einen runden (5) oder teilrunden Querschnitt aufweisen und/oder sich in Arbeitsrichtung verjüngen (6, 7) d. h. kegelförmig (7) oder pyramidenförmig (6) ausgebildet sind.