DE3413192C2

DE3413192C2 -

Info

Publication number: DE3413192C2
Application number: DE19843413192
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr.-Ing. 4044 Kaarst De Becker; Ralf Ing.(Grad.) 4010 Hilden De Dabrowski; Helmut Dr.-Ing. 4300 Essen De Hagel
Original assignee: H Kramer & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Current assignee: H Kramer & Co Kg 4000 Duesseldorf De GmbH
Priority date: 1984-04-07
Filing date: 1984-04-07
Publication date: 1988-08-04
Also published as: DE3413192A1

Description

Die Erfindung betrifft einen dreischaligen Schornstein mit aus einzelnen Schüssen gebildetem Innenrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und mit einem einstückigen Innenrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 2. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines dreischaligen Schornsteines mit aus einzelnen Schüssen gebildetem Innenrohr.

Das schweizer Patent 4 43 630 macht einen Schornstein bekannt, der auf einer Grundplatte einen hohlen Kernkasten aufweist, der durch Aufstapelung separater hohler Kernelemente aus Bindeton mit Schamotte aufgebaut ist und der an der Außenseite eines dieser Kernelemente Distanzorgane aufweist und der rings um die aus den Kernelementen aufgebaute Innenform herum eine hohle Außenform aufweist und dessen Hohlraum zwischen der Innen- und der Außenform mit einer fließfähigen Masse ausgefüllt ist. Diese Masse besteht aus wärmeisolierendem Werkstoff als gehärteter Mörtel aus Zement und expandiertem Vermiculit, wie auch aus Perlit oder Hollit.

Es soll auch beim Zusammenfügen von Schornsteinteilen ein feuchter Mörtel derselben Zusammensetzung verwendet werden, so daß nach dem Trocknen in der ganzen Schornsteinhöhe eine ununterbrochene, abdichtende Schicht gebildet ist.

Diese konstruktive Ausbildung des Schornsteines hat den Nachteil, daß das fest haftende Innenrohr bei hoher, insbesondere bei plötzlicher thermischer Beanspruchung keine Ausdehnungsfreiheit in die obere und in die untere Richtung aufweist, und deshalb die Gefahr des Zerbröckelns der nicht ausreichend elastischen Mörtelmasse besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen dreischaligen Schornstein zu schaffen, bei dem für das Innenrohr bei thermischer Beanspruchung Ausdehnungsfreiheit nach oben und unten besteht und ein Verfahren anzugeben, mit dem der erfindungsgemäße Schornstein erstellt wird.

Die Lösung der Aufgabe ist in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 2 angegeben. Bevorzugte Ausgestaltungen des Schornsteines gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 11 angegeben. Außerdem ist für den Schornstein gemäß der Erfindung ein Verfahren zu seiner Herstellung in den Ansprüchen 12 bis 14 angegeben.

Der Schornstein gemäß der Erfindung bietet den Vorteil eines rationellen Aufbaues durch Einführen des mit der Dichtungsplatte vorgefertigtem, unteren Schornsteinrohres in den untersten Mantelstein, und der Schaffung eines, gegebenenfalls mit einer kompressiblen Masse anzufüllenden, Hohlraumes durch die Festlegung seiner Höhe.

Der Schornstein der Erfindung benötigt somit ebenfalls nur ein Schornsteinfundament, auf dem die Mantelsteine aufgemauert werden.

Dagegen wird die Säule der aufgemauerten Innenrohre durch die Haftkraft der Dämmasse in seiner Höhe gehalten, oder bei der thermischen Ausdehnung nach unten auf der kompressiblen, anorganischen Masse abgestützt. Der Schornstein der Erfindung bietet die Möglichkeit, auf einfache Weise den Durchtritt von Rauchgas in den Hohlraum und das Einfließen der Dämmasse beim Einfüllen in den Ringraum zu verhindern. Der Schornstein gemäß der Erfindung gestattet höhere Bauhöhen als der Stand der Technik.

Die Erfindung soll im folgenden und anhand von Beispielen und der Zeichnung näher erläutert werden.

Unter der Haftkraft der Dämmasse zum Innenrohr und zum Mantelstein wird die Kraft in kN/m verstanden, die notwendig ist, den Materialschluß aufzuheben.

Die Reibkraft in kN/m ist der Widerstand, der sich beim Verschieben des Innenrohres gegenüber der Dämmasse einstellt.

Haftkraft und Reibkraft werden nach den Richtlinien des Institutes für Bautechnik in Berlin, Teil 2, Oktober 1980, bestimmt.

Der Schornstein gemäß der Erfindung ist so ausgebildet, daß die Höhe des Hohlraumes unter der Dichtungsplatte ausreicht, um bei Auftreten der maximalen Temperatur die daraus resultierende Ausdehnung vollständig aufzunehmen.

Diese ist deshalb um ein bestimmtes Maß als Sicherheitsfaktor höher. Die thermische Ausdehnung resultiert aus dem für Schamotte- Ton-Rohre bestehenden Ausdehnungskoeffizienten

α = 6 · 10^-3 mm/m °C.

Es beträgt beispielsweise bei 50 m Höhe des Schornsteines und bei 1000°C die Gesamtverschiebung 30 cm, von denen sich 50% nach unten und 50% nach oben auswirken. Es werden also 15 cm von dem freien Hohlraum aufgenommen. Bei Einsetzen einer Dehnungsfuge auf halber Höhe reduziert sich dieser Wert nochmals um die Hälfte, so daß der Hohlraum nur noch 7,5 cm aufzunehmen hat. Diesen Werten wird ein Sicherheitszuschlag von 5% zugerechnet.

Die folgende Tabelle beschreibt Maximal- Schornsteinhöhen für Verbund-Schornsteine aus Schamotte in Gegenüberstellung zu möglichen Schornsteinhöhen nach der Erfindung.

Diese tabellarische Gegenüberstellung demonstriert die Schornsteinhöhe in m bei unterschiedlicher Druckfestigkeit des Innenrohres in kN in Abhängigkeit von der Haftkraft in kN/m.

In dieser Tabelle bedeuten:

- Werte in den Spalten 1 und 2:
Ausführung nach Stand der Technik
- Werte in den Spalten 1a und 2a:
Ausführung nach der Erfindung ohne Dehnungsfuge
- Werte in den Spalten 1b und 2b:
Ausführung wie Spalte 1a und 2a
jedoch mit Dehnungsfuge.

Für die Ermittlung der Höhen ist in den Beispielen ein Sicherheitszuschlag von 5% eingesetzt.

Die Schornsteinhöhen dieser Beispiele sind auf unterschiedliche Druckfestigkeiten des Innenrohres aus Schamotte nach technischen Fabrikaten bezogen:

ZifferkN

1265 1a265 1b265 2169 2a169 2b169

Die Schornsteinhöhen der Ziffern 1a und 2a, wie auch 1b und 2b basieren bei gleicher Haftkraft (kN/m) auf dem technischen Effekt der Ausdehnungsfreiheit des Innenrohres nach oben und nach unten.

Diese Gegenüberstellung zeigt, daß sich für den Schornstein gemäß der Erfindung wesentlich größere Höhen ergeben.

Es berechnen sich Steigerungen von 13 m auf 70 m und von 8,4 m auf 45 m und zwar bei gleicher Haftkraft (kN/m). Diese Berechnung zeigt auch den technischen Fortschritt des Schornsteines der Erfindung in der praktisch anwendbaren Schornsteinhöhe mit Schornsteinen bis 50 m, vorzugsweise von 15 bis 30 m. Dieser technische Vorteil erweitert die Anwendungsbreite des Schornsteins gemäß der Erfindung. Dieser bietet auch den Vorteil größerer Sicherheit gegen und bei Rißbildung, insbesondere an der Stelle der Quer schnittsschwächung durch das Rauchrohr.

Für die Ermittlung des Gesamtgewichtes des Innenrohres wird von einem Eigengewicht des Rohres von 0,45 kN/lfd · m ausgegangen, wobei der lichte Querschnitt 20 × 20 cm und die Wanddicke 25 mm beträgt. Die Höhe des Hohlraumes, in den die anorganische, kompressible Masse eingefüllt wird, beträgt das 1,5fache einer Normalmantelsteinhöhe von 25 cm.

Mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten

α _r = 6 · 10^-3 mm/m · °C

und bei einer Gesamt-Schornsteinhöhe von h = 20 m ergeben sich ein Gesamt-Gewicht des Innenrohres von

G = 20 · 0,45 = 9 kN

und eine Auflagefläche des nach unten geschlossenen Innenrohres (siehe Fig. 1c) von

A = 25 · 25 = 625 cm².

Die diesen Werten zuzuordnenden Druckfestigkeiten der anorganischen, kompressiblen Masse beträgt:

σ = 9,0 · 10³/625 · 10² = 0,144 N/mm².

Bei diesem Druck kann aus der Kurve (siehe Fig. 2) eine Kompression von 38% abgeleitet werden. Die aus dieser durch das Gesamtgewicht hervorgerufenen Kompression bringt - bezogen auf die vorgegebene Einfüllhöhe der anorganischen, kompressiblen Masse - eine Längenänderung von

Δ1 = 37,5 · 0,38 = 14,25 cm.

Bei einer Temperaturänderung von

Δ t = 200°C

entsteht eine Längenänderung von

Δ1 = 6,0 · 10^-3 · 200 · 10,0 = 12 mm 1,2 cm.

Die diesem Wert aus Fig. 2 zuzuordnende Kompression der anorganischen, kompressiblen Masse beträgt ca. 5% bei der vorgegebenen Einfüllhöhe von 37,5 cm.

Bei einer Temperaturänderung von Δ t = 1000°C ist die Längenänderung mit Δ1 = 6,0 · 10^-3 · 1000 · 10 = 60 mm 6 cm. Die diesem Wert aus Fig. 2 zuzuordnende Kompression der anorganischen, kompressiblen Masse beträgt ca. 16% bei der vorgegebenen Einfüllhöhe von 37,5 cm.

Es wurde an einer Dämmasse mit einer Rohdichte im trockenen Zustand von 300 kg/m³ und der folgenden Zusammensetzung eine Haftkraft von 24 kN/m gemessen.

30 kgPortlandzement P 35 11 kgVermiculit (Schüttgewicht 93 g/l) 9 kgPerlit (Schüttgewicht 65 g/l) 150 gMethylcellulose, Handelsprodukt "MK 8000 PP 41" Typenbezeichnung der Fa. Wolff, Walsrode im Zeitpunkt der Anmeldung 4 goberflächenaktives Tensid, Handelsprodukt "Hostapur OS", Typenbezeichnung der Farbwerke Hoechst AG, Frankfurt im Zeitpunkt der Anmeldung 75 lWasser

Fig. 1a stellt das Detail einer Teilhöhe des Schornsteines im Bereich eines Dehnungsformsteines 8 dar. Zwischen dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 befindet sich die Dämmasse 3. Auf halber Höhe zwischen den einzelnen Dehnungsfugen ist der Bereich 4 gezeigt, in dem sich die Dämmasse mit höherer Haft- und Reibkraft als sie dem 1,5fachen des Eigengewichtes der jeweiligen Teilhöhen entsprechend befindet. Bei der Montage werden zur Fixierung der nächstfolgenden Innenrohrschüsse Tragstäbe 6 eingeschoben, die erst nach erreichter Verbundwirkung der Dämmasse zwischen Außenrohr 1 und Innenrohr 2 wieder entfernt werden. In dem zwischen den einzelnen Dehnungsformsteinen 8 gebildeten Hohlraum wird zur Seite der Dämmasse 3 hin eine anorganische, kompressible Masse eingefüllt.

Fig. 1b und 1c zeigen jeweils Ausführungsdetails am Fuße des Schornsteines, der ebenso aus dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 mit der Dämmasse 3 gebildet wird. Ist, wie in Fig. 1b ersichtlich, ein freier Hohlraum unter dem unteren untersten Innenrohrschuß, der mit einer Dichtungsplatte 7 gegen Rauchgasaustritt verschlossen ist, vorhanden, so füllt die Dichtungsplatte 7 den gesamten lichten Querschnitt des Außenrohres 1 aus, um zu verhindern, daß die gießfähig eingetragene Dämmasse 3 aus dem Ringraum in den darunter befindlichen Hohlraum läuft.

Ist, wie in Fig. 1c dargestellt, der Hohlraum mit einer anorganischen Masse, kompressiblen Masse 5 ausgefüllt, dann kann auch die Dichtungsplatte 7 durch direkte Anformung als Bodenplatte aus dem gleichen Material wie das Innenrohr 2 hergestellt werden, in diesem Fall entspricht die Dichtungsplatte 7 nur den äußeren Abmessungen des Innenrohres 2, da durch die darunter befindliche anorganische, kompressible Masse 5 ein Austreten der gießfähigen Dämmasse 3 aus dem Ringraum nicht möglich ist.

Claims

1. Dreischaliger Schornstein mit einem auf einem Fundament gelagerten und aus Mantelsteinen gebildeten Außenrohr, mit aus einzelnen Schüssen gebildetem Innenrohr und mit einer zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eingebrachten Dämmasse, die aus expandiertem Vermiculit und/oder expandiertem Perlit in anorganischer Bindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Innenrohres durch eine Dichtungsplatte verschlossen ist, daß zwischen der Dichtungsplatte und dem Fundament ein Hohlraum gebildet ist, daß zwischem dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (1) auf jeweils der halben Höhe eines Schusses des Innenrohres (2) die Dämmasse auf einer Länge von 0,2 bis 1,0 m mit höherer Haft- und Reibungskraft als das Eigengewicht des betreffenden Schusses angeordnet ist, und daß die benachbarten freien Ränder der Schüsse gegeneinander verschiebbar ausgebildet sind.

2. Dreischaliger Schornstein mit einem auf einem Fundament gelagerten und aus Mantelsteinen gebildeten Außenrohr, mit einem Innenrohr und mit einer zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eingebrachten Dämmasse, die aus expandiertem Vermiculit und/oder expandiertem Perlit in anorganischer Bindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Innenrohres (2) durch eine Dichtungsplatte (7) verschlossen ist, daß zwischen der Dichtungsplatte (7) und dem Fundament ein Hohlraum gebildet ist, daß zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (1) auf halber Höhe des Innenrohres (2) eine Dämmasse auf einer Länge von 0,2 bis 1,0 m mit höherer Haft- und Reibungskraft als das Eigengewicht des Innenrohres (2) angeordnet ist.

3. Dreischaliger Schornstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum unter der Dichtungsplatte (7) bei einer Temperatur von 1000°C die folgende maximale Höhe aufweist: Höhe des Schornsteins:20 30 50 m Höhe des Hohlraumes:60 90 150 mm,wozu gegebenenfalls ein Sicherheitszuschlag von ca. 5% hinzukommt und diese Höhen auf der Ausdehnung von Schamotte-Ton-Rohren basieren mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten vonα = 6,0 · 10^-3 mm/m °C.

4. Dreischaliger Schornstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum unter der Dichtungsplatte (7) mit einer kompressiblen, anorganischen Masse (5) in loser Schüttung oder anorganisch gebunden bis unter die Dichtungsplatte (7) ausgefüllt ist.

5. Dreischaliger Schornstein nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schornsteinhöhe von 20 m die Kompressibilität der anorganischen Masse (5) 5 bis 16% der Einfüllhöhe zur Aufnahme der thermischen Ausdehnung des Innenrohres (2) beträgt.

6. Dreischaliger Schornstein nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kompressible, anorganische Masse (5) aus expandiertem Vermiculit der Korngröße von 0 bis 6 mm und einem Schüttgewicht von 70 bis 90 g/l oder aus expandiertem Perlit der Korngröße von 0 bis 3 mm und einem Schüttgewicht von 50 bis 70 g/l oder aus einem Gemisch von expandiertem Vermiculit und expandiertem Perlit folgender Zusammensetzung besteht: Gewichts-%bis zu 25expandierter Perlit 25 bis 60expandierter Vermiculit 20 bis 40Portlandzement (P 35) 0,05 bis 0,5Methylcellulose 0,005 bis 0,2oberflächenaktives Tensid.

7. Dreischaliger Schornstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämmasse aus expandiertem Vermiculit mit einem Schüttgewicht von 80 bis 95 g/l und/oder Perlit mit einem Schüttgewicht von 50 bis 70 g/l und anorganischem Bindemittel und Wasser in einem Verhältnis der anorganischen Bestandteile zu Wasser von 0,4 bis 1,0 besteht und bei einer Trockenrohdichte im abgebundenen Zustand zwischen 170 und 300 kg/m³ eine Haftkraft von 4 bis 24 kN/m aufweist.

8. Dreischaliger Schornstein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (7) eine runde oder eckige Platte mit einem Durchmesser oder einer Kantenlänge entsprechend der äußeren Abmessung des Innenrohres (2) oder der lichten Weite der Mantelsteine ist, die durch nach oben gerichtete Stifte (9) oder durch Winkelstücke an der Seitenfläche oder an der Innenseite des Innenrohres (2) befestigt oder durch direkte Anformung aus gleichem Material wie das Innenrohr (2) gebildet ist.

9. Dreischaliger Schornstein nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen zwischen den einzelnen Mantelsteinen und zwischen den einzelnen Innenrohrschüssen gegeneinander versetzt sind.

10. Dreischaliger Schornstein nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Dichtungsplatte (7) gegenüber der Innenwand des Mantelsteines mit einem elastischem Kitt, insbesondere einem Polymerkitt, abgedichtet ist, oder ein elastischer Ring, entsprechend den Innenmassen des unteren Mantelsteines, zur Abdichtung aufgelegt ist, oder auf die in den Hohlraum eingefüllte Masse eine Dichtungsfolie, insbesondere eine Metallfolie, aufgelegt ist.

11. Dreischaliger Schornstein nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den untersten Mantelstein horizontale Tragstäbe (6) eingesetzt sind, die das Innenrohr (2) tragen und daß die horizontalen Tragstäbe (6) bei einem Durchmesser von 16 mm für eine Kraft des 1,5fachen des Eigengewichtes des Innenrohres (2) Sollbruchstellen aufweisen, die zu einem Bruch bei höherer thermischer Belastung des Innenrohres (2) führen.

12. Verfahren zur Herstellung eines dreischaligen Schornsteines nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, auf das Fundament oder den vorhergehenden Mantelstein ein Mantelstein aufgesetzt wird, daß in den Mantelstein quer zu seiner Längsachse und im Abstand vom Fundament Tragstäbe (6) eingebracht werden, daß in den Mantelstein koaxial zu ihm ein Schuss des Innenrohres (2) auf die Tragstäbe (6) eingesetzt wird, daß der Zwischenraum zwischen dem Schuss und dem Mantelstein mit der Dämmasse (3) ausgefüllt wird, wobei auf halber Höhe des Schusses die Dämmasse höherer Haft- und Reibungs kraft eingebracht wird, daß nach dem Abbinden der Dämmasse die Tragstäbe (6) wieder entfernt werden, und daß dieser Verfahrensschritt so oft wiederholt wird, bis der Schornstein die geforderte Höhe erreicht hat.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß runde Tragstäbe (6) mit einem Durchmesser gleich oder größer 16 mm verwendet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Gesamthöhe des Schornsteins über 50 m der Schornstein im unteren Bereich bis zu einer Höhe von 50 m als untere Teilhöhe ausgebildet ist, und die darüber errichteten, weiteren Teilhöhen von der unteren Teilhöhe durch Dehnungsformsteine (8) getrennt werden, derart, daß zwischen diesen Dehnungsformsteinen (8) die anorganische kompressible Masse (5) in einer Höhe von 30 bis etwa 200 mm, vorzugsweise von 70 bis 150 mm, eingebracht wird, und die obere Teilhöhe am Mantelstein in ihrer halben Höhe dadurch festgehalten wird, daß an dieser Stelle eine Masse mit höherer Haft- und Reibungskraft eingebracht wird.