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Die Erfindung betrifft eine Strahlrohranordnung mit
- – einem insbesondere keramischen Strahlrohr, das endseitig mit einem umlaufenden Klemmring versehen ist;
- – einem Ofenflansch;
- – mindestens einem lösbaren Verschlusselement und mindestens einem Federelement;
wobei der Klemmring mittels des mindestens einen Verschlusselements und des davon vorgespannten, mindestens einen Federelements unter Federvorspannung gegen den Ofenflansch angestellt gehaltert ist.
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Strahlrohranordnungen dieser Art werden beispielsweise zur indirekten Beheizung von Industrieöfen zusammen mit Brennern, beispielsweise Rekuperatorbrennern verwendet. Die Strahlrohre werden so am Ofen angebracht, dass sie in das Innere des Ofens hineinragen. Dabei ist eine gasdichte Anordnung zwischen Strahlrohr und dem dieses aufnehmenden Ofenflansch erforderlich, um zu verhindern, dass Brennstoff oder Abgas ins Ofeninnere gelangt. Demgemäß ist es erforderlich, eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Strahlrohr und dem Ofen vorzusehen, was aufgrund der hohen thermischen Belastungen und der auftretenden Wärmeausdehnungen eine besondere Herausforderung darstellt.
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Bei einer aus der
DE 10 2008 048 972 A1 bekannten Strahlrohranordnung ist endseitig auf dem Strahlrohr ein Ringkörper angeordnet, über den das Strahlrohr mit einer Verbindungseinrichtung mit dem Ofenflansch verbunden ist. Dabei hat die Verbindungseinrichtung eine das Rohr umgebende Federscheibe mit federelastischen Bereichen, über die der Ofenflansch mit der Federscheibe verbunden ist. Als nachteilig bei dieser Anordnung hat sich erwiesen, dass die Federscheibe bis nah an den thermisch sehr hoch belasteten Bereich der Anordnung am Feuerungseinlass des Strahlrohrs reicht und ihre Federwirkung aufgrund der hohen thermischen Belastung schon nach kurzer Einsatzzeit einbüßen kann. Um die Feder gegen ein Ersatzteil auszutauschen, ist es erforderlich, den dem Strahlrohr zugeordneten Brenner abzuschalten und den Ofen zunächst abzukühlen, um Wartungsarbeiten hieran zu ermöglichen.
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Eine gattungsgemäße Strahlrohranordnung ist aus der
EP 939 270 A1 bekannt. Bei dieser Anordnung ist auf das keramische Strahlrohr an dessen hinteren, offenen Ende ein Spannring aufsiliziert. Dieser Spannring ist federnd zwischen dem Ofenflansch und einem Ringelement eingespannt, um auf diese Weise das Strahlrohr lösbar mit dem Ofenflansch zu verbinden. Die federnde Einspannung erfolgt hier mittels einer Vielzahl von Federringen, die unter den Köpfen von Befestigungsschrauben angeordnet sind, mit denen das Ringelement gegen den Ofenflansch angestellt wird. Auch bei dieser Ausführungsform einer Strahlrohranordnung befinden sich die Federelemente in großer räumlicher Nähe zu den thermisch am höchsten belasteten Teilen der Strahlrohranordnung und werden tatsächlich sogar von heißem Abgas beaufschlagt, das über Undichtigkeiten im System an den Schrauben und Federscheiben vorbei in die Umgebung entweichen kann. Auch hier kommt es also wegen des thermisch begründeten Nachlassens der Federwirkung zu einem vorzeitigen Ausfall der Anordnung mit der Folge, dass der am betreffenden Strahlrohr angeordnete Brenner abgeschaltet und der Ofen heruntergefahren werden muss. Darüber hinaus hat die bekannte, gattungsbildende Anordnung den Nachteil, vergleichsweise lang zu bauen, so dass der eigentliche Anschluss des Strahlrohrs ein gutes Stück hinter der eigentlichen Ofenwandung erfolgt, womit die wärmeübertragende Oberfläche zwischen Strahlrohr und Ofeninnenraum verringert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strahlrohranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die thermische Belastung des den dichten Anschluss zwischen Ofenflansch und dem Klemmring des Strahlrohrs über einen weiteren Temperaturbereich sicherstellenden Federelements reduziert ist. Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch eine den Klemmring wenigstens über eine Teillänge seiner äußeren Umfangsfläche und wenigstens einen Teil seiner vom Ofenflansch beabstandeten Stirnfläche einfassende Distanzhülse gelöst, die an ihrem Außenumfang mit einem Anschlag für das mindestens eine Federelement oder das Verschlusselement versehen ist.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Distanzhülse, die vom rückwärtigen, offenen Ende des Strahlrohrs, an dem dieses an der Ofenwandung angeflanscht ist, auf dem dort vorgesehenen Klemmring aufgesteckt ist, bewirkt, dass der Angriffspunkt des Federelements am Strahlrohr radial nach außen verlegt wird, indem die Feder nicht direkt am Strahlrohr oder dem an diesem angeformten Klemmring angreift, sondern an dem am Außenumfang der Distanzhülse vorgesehenen Anschlag. Hierdurch liegt der Angriffspunkt der Feder in einem thermisch weniger belasteten Bereich, so dass sie nur von geringeren Temperaturen beaufschlagt wird und hierdurch ihre Federwirkung deutlich länger, im Idealfall sogar dauerhaft beibehält.
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Vorzugsweise ist der Anschlag von einem ringförmig umlaufend am Außenumfang der Distanzhülse angeordneten Bund gebildet, wobei in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Anschlag an dem vorderen, ofenflanschseitigen Ende der Distanzhülse angeordnet ist. Hierdurch erreicht man eine besonders kompakte, kurze Bauform des Anschlusses der erfindungsgemäßen Strahlrohranordnung.
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An ihrem rückwärtigen, ofenflanschabgewandten Ende kann die Distanzhülse einen radial einwärts vorspringenden Druckbund aufweisen, gegen den sich der Klemmring mit seiner vom Ofenflansch beabstandeten Stirnfläche, vorzugsweise unter Zwischenlage eines Dichtelements, abstützt.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement ein Ring- oder Tellerfederelement ist, das sich mit einer radial innen liegenden Druckfläche an dem mindestens einen Anschlag an der Distanzhülse abstützt und mittels des mindestens einen Verschlusselements gegen den Ofenflansch vorgespannt ist.
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Das mindestens eine Verschlusselement kann mehrere über den Umfang des Ofenflansches verteilt angeordnete Schrauben oder Schraubenbolzen umfassen, mit denen das Federelement zwischen Ofenflansch und dem Anschlag an der Distanzhülse gespannt wird. Anstelle von mehreren Schrauben sind aber auch alternative Ausgestaltungen des Verschlusselements denkbar, beispielsweise ein Bajonettverschluss, der in Axialrichtung auf das rückwärtige Ende des Strahlrohrs aufgesetzt wird und dabei die zwischen ihm und den Anschlag an der Distanzhülse eingelegte Feder vorspannt, um dann in einer geeigneten, am Ofenflansch ausgebildeten Bajonettaufnahme durch Drehung um einen kleinen Winkelbetrag verriegelt zu werden.
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Insbesondere, wenn das Verschlusselement wie vorstehend erläutert mit mehreren Schrauben oder Schraubenbolzen versehen ist, ist es vorteilhaft, wenn das Verschlusselement im montierten Zustand einen vorzugsweise auf den Außenumfang der Distanzhülse an deren ofenflanschabgewandten Ende aufgeschobenen Abdeckflansch für das Federelement umfasst. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass der Abdeckflansch, durch den hindurch die Schrauben oder Schraubenbolzen gesteckt sind, selbst keine in Axialrichtung wirkende Kraft auf die Distanzhülse ausübt, sondern diese lediglich umfangsseitig, ggf. unter Anordnung einer Abdichtung umgibt und somit für eine geschützte Aufnahme des Federelements zwischen dem Abdeckflansch und dem Ofenflansch sorgt.
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Der Ofenflansch weist vorzugsweise eine an den Außenumfang des Klemmrings und/oder der Distanzhülse angepasste Aufnahmetasche auf. Die Aufnahmetasche kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung gestuft ausgebildet sein, mit einem ersten, radial innen liegenden und in Längsrichtung des Strahlrohrs tieferen Aufnahmeabschnitt zur formschlüssigen Aufnahme/Führung des ofenflanschseitigen Endes des Klemmrings, und mit einem zweiten, radial weiter außen liegenden Aufnahmeabschnitt geringerer Tiefe zur formschlüssige Aufnahme/Führung des ofenflanschseitigen Endes der Distanzhülse und/oder des an dieser ausgebildeten Anschlags. In der bevorzugt gestuft ausgebildeten Aufnahmetasche am Ofenflansch erhält der Klemmring und/oder die Distanzhülse eine formschlüssige Führung, wobei zwischen den sich radial erstreckenden Flanschflächen der bevorzugt gestuft ausgebildeten Aufnahmetasche und den vorderen Stirnflächen des Klemmrings und/oder der Distanzhülse bevorzugt Dichtringe angeordnet sein können, die in dieser Anordnung eine besonders hohe Dichtwirkung auch bei den zu erwartenden hohen Betriebstemperaturen gewährleisten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand eines Beispiels näher illustriert ist. Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Strahlrohranordnung zur indirekten Beheizung eines Ofens im Längsschnitt;
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2 eine Einzelheit II nach 1; und
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3 eine noch detailliertere Darstellung der Strahlrohranordnung gemäß einer Einzelheit III in 2.
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1 zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Strahlrohranordnung in einem Einbauzustand in einem Industrieofen, von dem ein Teil der Ofenwandung mit 11 bezeichnet ist. Die Strahlrohranordnung dient zum indirekten Beheizen des bei 12 angedeuteten Ofeninnenraums, ohne dabei Brennstoff, Luft oder Abgas von einem die benötigte Wärme erzeugenden, in ein keramisches Strahlrohr 14 der Anordnung hineinragenden Brenners 15 in das Ofeninnere 12 gelangen zu lassen. Der grundsätzliche Aufbau derartiger Strahlrohranordnungen zum indirekten Beheizen eines Ofenraums ist bekannt und soll hier nicht vertiefend erläutert werden.
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Wie man in den 2 und 3 besser erkennen kann, ist das Strahlrohr 14 an seinem rückwärtigen, den Brenner 15 aufnehmenden Ende 16 mit einem umlaufenden Klemmring 17 versehen, der einstückig an dem aus einem keramischen Material bestehenden Strahlrohr 14 angeformt, beispielsweise aufsiliziert ist. An der Ofenwandung 11 ist ein Ofenflansch 18 vorgesehen, an dem das Strahlrohr 14 an seinem rückwärtigen Ende 16 abgedichtet angeflanscht ist. Die Befestigung erfolgt dabei mittels eines lösbaren Verschlusselements 19, mit dem eine ringförmige Tellerfeder 20 an deren Außenumfang fest in Richtung auf den Ofenflansch 18 gepresst wird. Das Verschlusselement besteht dabei aus mehreren über den Umfang des Ofenflansches 18 verteilt angeordneten Befestigungsschrauben 21 sowie einem die Tellerfeder überdeckenden Abdeckflansch 22 mit an die Anzahl und Lage der Befestigungsschrauben angepassten Durchgangslöchern. Auch die Tellerfeder weist an ihrem äußeren Rand Durchgangslöcher für die Befestigungsschrauben auf, wie dies in 3 bei der dort zu oberst gezeigten Schraube angedeutet ist.
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Die Tellerfeder 20, deren radial äußeres Federende 22 somit von dem Verschlusselement in Richtung auf den Ofenflansch angestellt wird, drückt mit ihrem radial innen liegenden, zweiten Federende 23 gegen einen Anschlag 24, der am Außenumfang 25 einer Distanzhülse 26 ausgebildet ist, die von dem Ofenflansch abgewandten Ende 27 auf den am Strahlrohr 14 ausgebildeten Klemmring 17 aufgesteckt ist. Die Distanzhülse 26 ist etwa topfförmig ausgestaltet und hat an ihrem rückwärtigen, ofenflanschabgewandten Ende 27 einen radial einwärts vorspringenden Druckbund 28, gegen den sich der Klemmring 17 mit seiner vom Ofenflansch beabstandeten Stirnfläche unter Zwischenlage eines Dichtrings 29 aus feuerfestem Material abstützt. Der Anschlag 24 am Außenumfang 25 der Distanzhülse 26 wird von einem ringförmig umlaufend angeordneten Bund 30 gebildet, der an dem vorderen, ofenflanschseitigen Ende 31 der Distanzhülse 26 angeordnet ist.
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Man erkennt, dass die Distanzhülse 26 den Klemmring 17 über den größten Teil von dessen äußerer Umfangsfläche 32 sowie an seiner vom Ofenflansch 18 beabstandeten Stirnfläche einfasst und durch die erfindungsgemäße Anordnung den Angriffspunkt für das radial innen liegende Federende 23, das über Vermittlung der Distanzhülse gegen die rückwärtige Stirnfläche 16 des Klemmrings 17 bzw. des Strahlrohrs 14 drückt, radial nach außen verlagert. In diesem Bereich, in dem das Federelement 20 angeordnet ist, ist die thermische Belastung durch rückwärtig aus dem Strahlrohr 14 austretende Abgase, die an der Distanzhülse 26 vorbeiströmen, nur gering, so dass die Tellerfeder thermisch wenig beansprucht wird und ihre Federwirkung daher dauerhaft beibehält. Die Distanzhülse 26, die die vom radial innen liegenden Federende 23 der Tellerfeder auf die im Bereich des bundförmigen Anschlags 24 ausgeübte Andruckkraft auf die rückwärtige Stirnfläche 16 des Strahlrohrs 14 bzw. des darauf montierten Klemmrings 17 überträgt, kann aus einem Material bestehen, das bei der für die Kraftübertragung erforderlichen, geforderten Festigkeit einen geringen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, beispielsweise aus einem geeigneten keramischen Material.
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Der Ofenflansch 18 ist auf seiner dem Verschlusselement 19 und dem Klemmring 17 mit aufgesteckter Distanzhülse 26 zugewandten Seite mit einer gestuften, an den Außenumfang 25 des Klemmrings 17 und den der Distanzhülse 26 angepassten Aufnahmetasche 32 versehen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass die Aufnahmetasche 32 einen ersten, radial innen liegenden und in Längsrichtung des Strahlrohrs 14 tieferen Aufnahmeabschnitt 33 zur formschlüssigen Aufnahme und Führung des ofenflanschseitigen Endes 34 des Klemmrings sowie einen zweiten, radial weiter außen liegenden Aufnahmeabschnitt 35 geringerer Tiefe aufweist, in dem das ofenflanschseitige Ende 31 der Distanzhülse 26 einschließlich eines Teils des an dieser ausgebildeten bundförmigen Anschlags 24 eine Führung findet. In den radial innen liegenden, tieferen Abschnitt 33 ist ein weiterer Dichtring 36 aus feuerfestem Material eingelegt, so dass der Klemmring 17 vorder- und rückseitig abgedichtet zwischen dem Ofenflansch und der Distanzhülse eingespannt ist. Im Betrieb der Strahlrohranordnung infolge von hohen Betriebstemperaturen auftretende Dehnungen werden von der Tellerfeder 20 in ausreichender Weise kompensiert, so dass über den gesamten anzunehmenden Temperaturbereich eine ausreichend große Klemmkraft zwischen dem Klemmring 17 und dem Ofenflansch bzw. der den Klemmring außenseitig einfassenden Distanzhülse sichergestellt ist, indem die Distanzhülse dafür sorgt, dass der Angriffspunkt der Feder, die bei bisher bekannten Anordnungen unmittelbar auf das Strahlrohr bzw. den dort vorgesehenen Klemmring wirkte, radial ausreichend weit nach außen verlegt ist, wo auch im Dauerbetrieb des Brenners niedrigere Temperaturen herrschen und die thermische Belastung der Feder somit gering bleibt. Darüber hinaus wird mit der besonderen, topfartigen Gestalt der Distanzhülse der Angriffspunkt der Feder (der Kontaktpunkt des radial innenliegenden Federendes 23 am Anschlag 24) auch in Axialrichtung vom rückwärtigen Ende 16 des Strahlrohrs 14 in Richtung auf den Ofenflansch verschoben, womit die Anordnung in ihrer Gesamtheit sehr kompakt baut und einen geringen Platzbedarf hat.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind verschiedene Änderungen und Ergänzungen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist es möglich, das Verschlusselement 19, mit dem die Feder, die die Distanzhülse in Richtung auf den Ofenflansch vorspannt, montiert wird, nicht im Wesentlichen von mehreren Befestigungsschrauben gebildet wird, sondern es wäre auch denkbar, hierfür einen Befestigungsdeckel mit einem Bajonettverschluss vorzusehen, der am Ofenflansch montiert ist. Um die Abdichtung der Anordnung gegenüber dem Austritt von Verbrennungsabgasen weiter zu verbessern, können natürlich auch weitere Dichtelemente, beispielsweise zwischen dem Außenumfang des Klemmrings 17 und dem zylindrischen Teil der Distanzhülse oder zwischen deren vorderem Ende 34 und dem weniger tiefen Aufnahmeabschnitt 35 der Aufnahmetasche 32 vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die sich einerseits zwischen dem Ofenflansch und der Tellerfeder und andererseits zwischen dieser und dem Abdeckflansch 22 ausbildenden Zwischenräume von einem Kühlmedium, beispielsweise Wasser oder Luft durchströmen zu lassen, um die Tellerfeder im Betrieb der Strahlrohranordnung zu kühlen. Schließlich ist es auch nicht erforderlich, als Federelement eine umlaufende Tellerfeder wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzusehen, sondern es wäre auch möglich, zwischen den Köpfen der Befestigungsschrauben und dem Abdeckflansch jeweils eine oder mehrere Federringe als Federelemente vorzusehen, wobei dann die von diesen ausgeübte Federkraft über den dann mit seinem radial innen liegenden Bereich an dem Anschlag 24 anliegenden Abdeckflansch in die Distanzhülse übertragen würde. Die Erfindung kann auch bei solchen Anordnungen zum Einsatz kommen, bei denen es darauf ankommt, dass die im Ofeninnenraum herrschende Atmosphäre nicht ins Innere des Strahlrohrs gelangen darf. Derartige Anordnungen können anstelle von einem Brenner auch eine elektrische Heizung aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008048972 A1 [0003]
- EP 939270 A1 [0004]
