DE4110141C2 - Keramik-Verbundaufbau und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Keramik-Verbundaufbau (mit anderen
Worten: verbundener Keramikbau oder Keramikstruktur), der
gebaut wird, indem rohrförmige Keramikteile oder -elemente mit
einem Keramikplattenteil oder -element verbunden werden, und
ein Verfahren zu seiner Herstellung. Die Erfindung betrifft
insbesondere einen Keramik-Verbundaufbau (verbundenen Keramik
bau), der gebaut wird, indem rohrförmige Keramikteile jeweils
in Löcher eingesetzt bzw. eingefügt werden, die in einer
Keramikplatte gebildet sind, und die rohrförmigen Keramikteile
mit der Keramikplatte verbunden werden, und ein Verfahren, um
die Keramikplatte und die rohrförmigen Keramikteile miteinander
zu verbinden.
Es sind Forschungsarbeiten zur Entwicklung von keramischen Werk
stoffen durchgeführt worden, und keramische Werkstoffe sind we
gen ihrer hohen Hitzebeständigkeit, ihres Wärmedämmvermögens,
ihrer elektronischen und elektrischen Funktionen einschließlich
der elektrischen Isolierfunktion, der Leitfähigkeit, der magne
tischen Funktion und der dielektrischen Funktion und ihrer aus
gezeichneten mechanischen Eigenschaften einschließlich der ho
hen Abriebfestigkeit sowohl bei oxidischer als auch bei nicht
oxidischer Zusammensetzung verwendet worden, um verschiedene
Bauten bzw. Gebilde bzw. Strukturen (nachstehend als "Bauten"
bezeichnet) zu formen bzw. zu bilden. Bei der Verwendung zur
Bildung von Maschinenteilen und -bauten bzw. -grundkörpern müs
sen keramische Werkstoffe dazu befähigt sein, in verschiedenen
Gestalten geformt zu werden, und die Keramikteile oder -elemen
te müssen miteinander kombiniert werden. Es ist infolgedessen
notwendig, die Keramikteile oder -elemente fest miteinander zu
verbinden, außer wenn sie durch Herstellung von Formteilen aus
einem Stück erhalten werden.
In Maschinenteilen und -bauelementen werden viele verbundene
Bauten gefunden, die jeweils durch Kombinieren eines flachen
Bauteils mit einem Bauteil, das nicht flach ist, gebildet wer
den. Bei einem Keramikwärmeaustauscher für einen Industrieofen,
den die Anmelderin früher in der JP-OS (Kokai) 60-62592 vorge
schlagen hat, wird eine Vorrichtung verwendet,
die durch Befestigen einer großen Zahl von rohrförmigen
Bauteilen an plattenförmigen Bauteilen gebaut wird.
Es sind Versuche gemacht worden, keramische Werkstoffe auf sol
che Maschinenteile und Bauelemente anzuwenden. Als Verfahren
zum Befestigen rohrförmiger Keramikteile, die in der in Fig. 11
gezeigten Weise in Löcher, die in einer Keramikplatte gebildet
wurden, eingesetzt sind, an der Keramikplatte ist ein Verfahren
angewandt worden, bei dem in dem Zwischenraum zwischen der Ober
fläche des Loches (11) der Platte (A) und dem rohrförmigen Bau
teil (B) eine Klebstoffschicht (14') bereitgestellt wird. Durch
dieses Verfahren konnten jedoch beispielsweise im Fall seiner
Anwendung bei einem Wärmetauscher keine ausreichende Dichtungs
wirkung und Befestigungsstärke erzielt werden. Auch ein Verfah
ren, das aus der JP-OS (Kokai) 60-62592 bekannt ist, bei dem
zum Verbinden von Kugelgestalten eine Druckfeder verwendet wird,
ist allgemein angewandt worden. Fig. 12 ist eine Schnittzeich
nung einer Verbindungsstelle, die bei einem Röhrenwärmetauscher
mit Mantel angewandt wird, der aus der JP-OS (Kokai) 60-62592
bekannt ist. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, werden kugelförmige
Oberflächen, die an den entgegengesetzten Enden eines rohrför
migen Bauteils B gebildet sind, durch mechanisches Pressen an
kugelförmigen Oberflächen, die in den jeweiligen inneren Enden
von in Platten A und A' gebildeten Durchgangslöchern X bzw. X'
gebildet sind, befestigt, wodurch kugelförmige Verbindungsstel
len Y gebildet werden.
Aus der DE 83 23 129 U1 geht ein Keramik-Verbundaufbau mit
einem Gehäuse hervor, bei dem zwei Stirnplatten durch eine
Vielzahl von parallel angeordneten Keramikrohren unter
Zwischenordnung von Dichtungen, insbesondere aus Graphit,
Silikon oder Teflon, verspannt sind.
In der DE 29 34 106 A1 werden die in Rohrbodenplatten
angeordneten Rohre mittels eines elastisch aushärtenden
Vergussmaterials befestigt.
Ferner beschreibt die DE 29 19 441 C2 ein Verfahren zum
hermetisch dichten Verbinden von Keramikteilen mit Keramik-
oder anderen Teilen mit einem Abdichtmaterial, welches aus
einem Träger, einem Metallpulver mit bestimmten Mengen an
Aluminium, Antimon und Zirkonium und einer Glasfritte mit
einer Erweichungstemperatur unter 750°C besteht.
Es ist jedoch wahrscheinlich, dass das rohrförmige Bauteil durch
thermische Beanspruchung während des Betriebs beschädigt wird. In den
kugelförmigen Verbindungsstellen wurden durch Wärmeausdehnung und
Wärmeschrumpfung oft Zwischenräume gebildet; Staub, der in dem Gas,
das dem Wärmetauscher zugeführt wurde, enthalten war, trat durch die
Zwischenräume hindurch, und der Staub, der sich an den Verbindungs
stellen abgesetzt hatte, verschlechterte die Dichtungswirkung der
kugelförmigen Verbindungsstelle.
Infolgedessen sind die Entwicklung eines Keramik-Verbundaufbaus, der
aus Keramikbauteilen besteht, die in einer genauen Lagebeziehung
aneinander befestigt sind, und gleichförmige Verbindungsstellen hat,
und ein Verfahren zu seiner Herstellung erwünscht gewesen, um
solche Nachteile zu beseitigen, die bei den bekannten
verbundenen Keramikbauten auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbundenen
Keramikbau bereitzustellen, der aus Keramikplatten und einer
Vielzahl von rohrförmigen Keramikteilen besteht, die durch in
der Keramikplatte gebildete Löcher hindurchgeführt oder in diese
Löcher eingesetzt und mit der Keramikplatte in einem in
zufriedenstellendem Maße abgedichteten Zustand verbunden sind,
so dass feste Verbindungsstellen mit einer hohen Verbin
dungsfestigkeit bzw. Verbindungskraft gebildet werden. Ferner
sollen durch die Erfindung die rohrförmigen Keramikteile
mit den Keramikplatten ohne Anwendung mechanischer
Verbindungsmittel physikalisch und chemisch mit einer hohen
Bindefestigkeit verbunden sein, so dass gleichförmige, feste
Verbindungsstellen gebildet werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Keramik-
Verbundbau, der aus einem gelochten Keramikplattenteil mit
einer Vielzahl von Löchern und aus rohrförmigen Keramikteilen
besteht, wobei ein Ende jedes rohrförmigen Keramikteils in
ein Loch eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich
zwischen dem äußeren Umfang jedes rohrförmigen Keramikteils
und der Oberfläche des entsprechenden Loches ein festge
legter Zwischenraum im Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm
befindet, wobei jeder der Zwischenräume mit einem Verbin
dungsmaterial unter Bildung einer Verbindungsschicht derart
gefüllt ist, dass die in den Zwischenräumen gebildeten
Verbindungsschichten kontinuierlich mit einer Verbindungs
schicht verbunden sind, die über mindestens einer Haupt
oberfläche des Plattenteils gebildet ist, so dass die
rohrförmigen Keramikteile mit dem Plattenteil fest ver
bunden sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem
Keramik-Verbundbau, bestehend aus einem Keramikplattenteil
mit einer Vielzahl von Löchern, in die Löcher eingepassten
Keramikmuffen und in die Muffen eingesetzten, rohrförmigen
Keramikteilen, wobei sich zwischen den Keramikmuffenteilen
und den entsprechenden Löchern Zwischenräume von jeweils 0,05
bis 0,5 mm Breite befinden, und mindestens eine Hauptober
fläche des Plattenteils und alle Zwischenräume zusammen
hängend mit einem Material in Form einer Verbindungsschicht
versehen sind, so dass die rohrförmigen Keramikteile indirekt
durch Keramikmuffenteile mit dem Plattenteil fest verbunden
sind.
Der Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Loches und dem
äußeren Umfang des zwischen dem Keramikplattenteil und dem
rohrförmigen Keramikteil angeordneten Keramikmuffenteils liegt
in dem Bereich von 0,05 mm bis 0,5 mm.
Bei dem erfindungsgemäßen verbundenen Keramikbau ist die
Verbindungsschicht kontinuierlich mindestens über einer der
senkrecht zu den Löchern verlaufenden Hauptoberflächen des
Keramikplattenteils gebildet. Durch die Erfindung wird ein
Verbindungsverfahren bereitgestellt, bei dem ein Verbin
dungsmaterial, das durch Schmelzen verflüssigt werden kann,
mindestens auf einer der senkrecht zu den Löchern verlau
fenden Hauptoberflächen des Keramikplattenteils ausgebreitet
bzw. aufgetragen wird, die rohrförmigen Keramikteile in die
Löcher eingesetzt werden und das Verbindungsmaterial ge
schmolzen wird, so dass über der Hauptoberfläche des
Keramikplattenteils und über dem Zwischenraum zwischen jedem
rohrförmigen Keramikteil und der Oberfläche des entsprechen
den Loches des Keramikplattenteils eine kontinuierliche
Verbindungsschicht gebildet wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßgabe, dass sich das
Verbindungsmaterial in Form einer Verbindungsschicht
zusammenhängend über mindestens eine Hauptoberfläche der
Keramikplatte sowie in die Räume zwischen den Löchern der
Platte und den jeweiligen rohrförmigen Keramikteilen (bzw.
zwischen den entsprechenden Löchern und den Keramik
muffenteilen gemäß der alternativen Ausgestaltung der
Erfindung) erstreckt, wird es unwahrscheinlich, dass das
rohrförmige Bauteil durch thermische Beanspruchung während
des Betriebs beschädigt wird. Ferner neigen die Verbindungs
stellen weniger zur Bildung von Zwischenräumen in Folge von
Wärmeausdehnung oder Wärmeschrumpfung, so dass kein Staub,
welcher zum Beispiel in einem einem Wärmetauscher zugeführten
Gas enthalten sein kann, nicht durch solche Zwischenräume
hindurchzutreten vermag, und der Staub, der sich an den
Verbindungsstellen abgesetzt hat, die Dichtungswirkung der
Verbindungsstelle nicht verschlechtern kann. Insgesamt wird
ein hervorragender, fester Verbund mit verbesserter
Lagegenauigkeit zwischen den rohrförmigen Keramikteilen bzw.
den Keramikmuffenteilen und der Keramikplatte gewährleistet.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbundenen Ke
ramikbaus sind die Löcher konische bzw. sich verjüngende und/
oder abgestufte bzw. abgesetzte Löcher, und die entsprechenden
Oberflächen der Keramikmuffenteile oder der rohrförmigen Kera
mikteile sind demgemäß konische bzw. sich verjüngende und/oder
abgestufte bzw. abgesetzte Oberflächen.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbun
denen Keramikbaus ist in einem Bereich der Oberfläche jedes Lo
ches eine Aussparung gebildet, und das Muffenteil ist in die
Aussparung eingesetzt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen ver
bundenen Keramikbaus ist jedes Loch ein Gewindeloch, und in dem
entsprechenden Bereich des rohrförmigen Keramikteils ist ein
Außengewinde gebildet, das mit dem Gewindeloch in Eingriff ge
bracht werden kann.
Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen ver
bundenen Keramikbaus wird ein zweites Keramikplattenteil, das
mit zweiten Löchern versehen ist, deren Durchmesser nicht klei
ner als der Innendurchmesser der rohrförmigen Keramikteile und
nicht größer als der Außendurchmesser der rohrförmigen Keramik
teile ist und die jeweils den Löchern des Keramikplattenteils
entsprechen, mit der Oberfläche des Keramikplattenteils in Be
rührung gebracht, und die Enden der rohrförmigen Keramikteile
werden in die Löcher des Keramikplattenteils eingesetzt, wobei
die zweiten Löcher des zweiten Keramikplattenteils mit den Lö
chern des Keramikplattenteils jeweils koaxial sind, und die Ver
bindungsschicht wird über der gesamten Oberfläche des Keramik
plattenteils, die an das zweite Keramikplattenteil angrenzt,
gebildet.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbundenen
Keramikbaus ist in einem Bereich jedes Loches eine Aussparung
gebildet, und jedes rohrförmige Keramikteil ist an seinem Ende
mit einem Flansch versehen, der mit der Aussparung in Eingriff
steht.
Ferner wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Keramik-Verbundaufbaus bereitgestellt,
bei dem ein schmelzbares Verbindungsmaterial in Form einer
Schicht auf mindestens einer sich senkrecht zu den Achsen der
Löcher erstreckenden Hauptoberfläche des Plattenteils
aufgetragen wird, die rohrförmigen Keramikteile in die Löcher
eingesetzt werden und die Schicht aus dem Verbindungsmaterial
geschmolzen wird, so dass ein Teil des geschmolzenen
Verbindungsmaterials in die Zwischenräume hineinfließt und
mit der über der Oberfläche des Plattenteils gebildeten
Schicht eine zusammenhängende Verbindungsschicht bildet.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein mit einer Vielzahl von
Löchern versehenes Keramikplattenteil für einen
erfindungsgemäßen verbundenen Keramikbau.
Fig. 2, 3(a), 3(b) und 4 sind Teil-Schnittzeichnungen einer
bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen verbundenen
Keramikbaus.
Fig. 5(a) bis 5(d) sind jeweils Schnittzeichnungen von
rohrförmigen Keramikteilen für bevorzugte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen verbundenen Keramikbaus.
Fig. 6(a) bis 6(d) sind jeweils Schnittzeichnungen von
Keramikmuffenteilen für bevorzugte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen verbundenen Keramikbaus.
Fig. 7(a) bis 7(d) sind jeweils Schnittzeichnungen von
Keramikplattenteilen, die mit Löchern von verschiedener Gestalt
versehen sind, für bevorzugte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen verbundenen Keramikbaus.
Fig. 8(a), 8(b), 8(a'), 8(b'), 8(c), 8(d) und 8(d') sind
Teil-Schnittzeichnungen von Anordnungen der rohrförmigen
Keramikteile von Fig. 5(a) bis 5(d), der Keramikmuffenteile von
6(a) bis 6(d) und der entsprechenden Keramikplattenteile von
Fig. 7(a) bis 7(d).
Fig. 9(a) und 9(b) sind Draufsichten auf zwei mit Löchern
versehene Keramikplattenteile, die in Kombination für die Bil
dung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
verbundenen Keramikbaus zu verwenden sind.
Fig. 9(c) ist eine Teil-Schnittzeichnung eines verbundenen Ke
ramikbaus, bei dem die Keramikplattenteile von Fig. 9(a) und
9(b) verwendet werden.
Fig. 10(a) ist eine Draufsicht auf ein mit abgestuften bzw.
abgesetzten Löchern versehenes Keramikplattenteil, das für die
Bildung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
verbundenen Keramikbaus unter Verwendung von zwei Keramikplat
tenteilen verwendet wird.
Fig. 10(b) ist eine Schnittzeichnung eines an einem seiner En
den mit einem Flansch versehenen rohrförmigen Keramikteils, das
in Kombination mit dem Keramikplattenteil von Fig. 10(a) zu ver
wenden ist.
Fig. 10(c) ist eine Teil-Schnittzeichnung eines verbundenen Ke
ramikbaus, der das Keramikplattenteil von Fig. 10(a) und das
rohrförmige Keramikteil von Fig. 10(b) enthält.
Fig. 11 ist eine Teil-Schnittzeichnung eines bekannten verbun
denen Keramikbaus.
Fig. 12 ist eine Teil-Schnittzeichnung des Verbindungsteils
eines bekannten Röhrenwärmetauschers mit Mantel.
Fig. 13 ist eine Schnittzeichnung eines Dichtheitsprüfgeräts,
das zum Prüfen der Fluiddichtheit von erfindungsgemäßen verbun
denen Keramikbauten angewandt wird.
Ein geeigneter keramischer Werkstoff für die Bildung eines er
findungsgemäßen verbundenen Keramikbaus kann entsprechend den
Bauelementen, bei denen der verbundene Keramikbau verwendet
wird, und den Betriebsbedingungen einschließlich der erforder
lichen mechanischen Festigkeit aus oxidischen und nichtoxidi
schen keramischen Werkstoffen ausgewählt werden. Siliciumnitrid
und Siliciumcarbid, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Hit
zebeständigkeit haben, sind beispielsweise geeignete keramische
Werkstoffe für einen verbundenen Keramikbau, der auf eine Indu
striemaschine, einen Wärmetauscher o. dgl. anzuwenden ist. Kera
mische Werkstoffe, die ein Keramikplattenteil bilden, und kera
mische Werkstoffe, die ein mit dem Keramikplattenteil zu verbin
dendes rohrförmiges Keramikteil bilden, können dieselben oder
voneinander verschieden sein.
Für die Gestalt und die Abmessungen einschließlich der Dicke
eines Keramikplattenteils für einen erfindungsgemäßen verbunde
nen Keramikbau gibt es keine besonderen Einschränkungen. Wenn
man bei der Bildung eines verbundenen Keramikbaus ein erstes
und ein zweites Keramikplattenteil, die miteinander verbunden
werden, verwendet, wird es bevorzugt, daß das erste und das
zweite Keramikplattenteil dieselbe Gestalt haben.
Im Rahmen der Erfindung erstrecken sich die in einem Keramik
plattenteil gebildeten Löcher senkrecht zu den Hauptoberflächen
des Keramikplattenteils. Für die Zahl, die Größe, die Anordnung
und die Gestalt der Löcher gibt es keine besonderen Einschrän
kungen; die Zahl, die Größe, die Anordnung und die Gestalt der
Löcher werden entsprechend der Zahl, der Größe und der Gestalt
der rohrförmigen Keramikteile oder der Keramikmuffenteile und
entsprechend dem Zweck gewählt. Die Gestalt der Löcher hängt
von der Gestalt der rohrförmigen Keramikteile oder der Keramik
muffenteile ab. Die Löcher können beispielsweise konisch sein
bzw. sich verjüngen, abgestuft bzw. abgesetzt sein, ein Innen
gewinde haben oder eine Kombination davon sein, wie in Fig.
7(a) bis 7(d) und 10 gezeigt ist. Wenn zwei Keramikplattentei
le, d. h., ein erstes und ein zweites Keramikplattenteil, ver
wendet werden, werden in dem ersten und in dem zweiten Keramik
plattenteil jeweils koaxiale Löcher mit analogen Gestalten und
mit verschiedenen Durchmessern in derselben Anordnung gebildet,
und die Zahl, die Gestalten und die Durchmesser der Löcher hän
gen von der Zahl, der Gestalt und dem Durchmesser der rohrför
migen Keramikteile und von dem Zweck ab. Löcher in einem Kera
mikplattenteil können beim Formen des Keramikplattenteils oder
nach dem Formen oder dem Brennen des Keramikplattenteils gebil
det werden. Wie Fig. 1 zeigt, können die Ränder 5 der in einem
Keramikplattenteil A gebildeten Löcher 1 abgerundet oder abge
schrägt bzw. abgefast sein, um eine Spannungskonzentration in
einem bestimmten Bereich einer Verbindungsschicht zu vermeiden.
Der Ausdruck "Einsetzen" wird hierin in seinem weiten Sinne ver
wendet und bezeichnet das Hindurchführen bzw. -bohren eines
rohrförmigen Keramikteils durch ein Loch eines Keramikplatten
teils, so daß das rohrförmige Keramikteil an beiden Seiten des
Keramikplattenteils vorsteht, und das Einsetzen eines rohrför
migen Keramikteils in ein Loch eines Keramikplattenteils, so
daß ein Ende des rohrförmigen Keramikteils mit einer der Haupt
oberflächen des Keramikplattenteils bündig ist bzw. in einer
Ebene liegt.
Die Gestalt der im Rahmen der Erfindung verwendeten rohrförmi
gen Keramikteile schließt eine rohrförmige Struktur, eine Wa
benstruktur und eine Doppelrohrstruktur ein. Für den Durchmes
ser und die Länge der rohrförmigen Keramikteile gibt es keine
besonderen Einschränkungen, und der Querschnitt der rohrförmi
gen Keramikteile kann kreisförmig, elliptisch, rechteckig, viel
eckig oder unregelmäßig wie z. B. sternförmig sein. Das rohrför
mige Keramikteil kann entweder offene entgegengesetzte Enden
oder ein geschlossenes Ende haben. Wenn das Loch konisch ist
bzw. sich verjüngt, abgestuft bzw. abgesetzt ist oder ein In
nengewinde hat, ist der äußere Umfang des rohrförmigen Keramik
teils entsprechend konisch bzw. verjüngt, abgestuft bzw.
abgesetzt oder mit einem Gewinde versehen, wie es in Fig. 5(a),
(b) bzw. (d) gezeigt ist, oder angeflanscht, wie es in Fig.
10(b) gezeigt ist. Wenn zwischen dem Loch und dem rohrförmigen
Keramikteil ein Keramikmuffenteil angeordnet wird, wird das Ke
ramikmuffenteil mit einer äußeren Gestalt gebildet, die mit dem
konischen bzw. verjüngten, abgestuften bzw. abgesetzten oder
mit einem Innengewinde versehenen Loch übereinstimmt, wie es in
Fig. 6(a) bis 6(d) gezeigt ist, und der äußere Umfang des rohr
förmigen Keramikteils wird mit einer Gestalt gebildet, die mit
der Gestalt des inneren Umfangs des Keramikmuffenteils überein
stimmt, wie es in Fig. 5(c) gezeigt ist.
Es wird bevorzugt, den Durchmesser des Loches für die Aufnahme
des rohrförmigen Keramikteils oder des Keramikmuffenteils se
lektiv derart festzulegen, daß das rohrförmige Keramikteil oder
das Keramikmuffenteil in das Loch eingesetzt werden kann und
zwischen der Oberfläche des Loches und dem äußeren Umfang des
rohrförmigen Keramikteils oder des Keramikmuffenteils ein fest
gelegter Zwischenraum gebildet wird, wenn das rohrförmige Kera
mikteil oder das Keramikmuffenteil koaxial mit dem Loch ange
ordnet wird. Die Größe des Zwischenraumes wird so eingestellt, daß diese ein
Hineinfließen eines geschmolzenen Verbindungsmaterials in den
Zwischenraum erlaubt, um beim Verbinden des rohrförmigen Kera
mikteils oder des Keramikmuffenteils mit dem Keramikplattenteil
eine Verbindungsschicht, bilden, indem über der Oberfläche
des Keramikplattenteils Deine Paste aus dem Verbindungsmaterial
ausgebreitet bzw. aufgetragen und die Paste erhitzt wird.
Wenn zwei Keramikplattenteile, d. h., ein erstes Keramikplatten
teil und ein zweites Keramikplattenteil, die sich in dem Durch
messer der darin gebildeten Löcher voneinander unterscheiden,
in Kombination verwendet werden, wird der Durchmesser der Lö
cher des ersten Keramikplattenteils ähnlich wie bei der Festle
gung des Durchmessers der Löcher des einzelnen Keramikplatten
teils derart festgelegt, daß das rohrförmige Keramikteil in das
Loch eingesetzt werden kann und zwischen der Oberfläche des Lo
ches und dem äußeren Umfang des rohrförmigen Keramikteils, das
im wesentlichen koaxial mit dem Loch angeordnet wird, eine Ver
bindungsschicht gebildet werden kann. Andererseits werden in
dem zweiten Keramikplattenteil Löcher gebildet, deren Durchmes
ser nicht kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Ke
ramikteils und nicht größer als der Außendurchmesser des rohr
förmigen Keramikteils ist. Das Loch des zweiten Keramikplatten
teils wird vorzugsweise mit einem Durchmesser gebildet, der
gleich dem Innendurchmesser des rohrförmigen Keramikteils ist,
um das Einsetzen des rohrförmigen Keramikteils in das Loch un
möglich zu machen. Wie in Fig. 9(c) gezeigt ist, wird beispiels
weise ein rohrförmiges Keramikteil B derart in ein Loch einge
setzt, das in einem ersten Keramikplattenteil A gebildet ist,
daß sein Ende 3 mit der Oberfläche 2 des ersten Keramikplatten
teils A bündig ist und einer an die Oberfläche 2 des ersten Ke
ramikplattenteils A angrenzenden Oberfläche 7 eines zweiten Ke
ramikplattenteils D benachbart ist, und das zweite Keramikplat
tenteil D wird mit dem ersten Keramikplattenteil A verbunden.
Es ist auch möglich, ein rohrförmiges Keramikteil B', das min
destens an einem seiner Enden mit einem Flansch 8 versehen ist,
wie in Fig. 10(b) gezeigt ist, und ein erstes Keramikplatten
teil A' zu verwenden, das mit Löchern versehen ist, die jeweils
an einem ihrer Enden, das in eine mit einem zweiten Keramikplat
tenteil D zu verbindende Oberfläche des ersten Keramikplatten
teils A' mündet, eine Senkbohrung aufweisen, deren Gestalt mit
dem Flansch 8 übereinstimmt, wobei das rohrförmige Keramikteil
B' derart in das Loch eingesetzt wird, daß der Flansch 8 auf
der Bodenfläche der Senkbohrung aufsitzt, wobei die Endfläche
des Flansches 8 mit der Oberfläche des ersten Keramikplatten
teils A' bündig ist, und das zweite Keramikplattenteil mit der
Oberfläche des ersten Keramikplattenteils zu verbinden, wie in
Fig. 10(c) gezeigt ist. Dieses angeflanschte rohrförmige Kera
mikteil kann an dem ersten Keramikplattenteil mit einer höhen
Dichtungswirkung stabil befestigt werden und kann auf dem er
sten Keramikplattenteil genau angeordnet werden. Für die Größe
des Flansches o. dgl. gibt es keine Einschränkungen.
Die Größe des Zwischenraums bzw. der Abstand zwischen dem äuße
ren Umfang des rohrförmigen Keramikteils oder des Keramikmuffen
teils und der Oberfläche des entsprechenden Lochs liegt
in dem Bereich von 0,05 bis 0,5 mm. Bei einem weniger als
0,05 mm betragenden Zwischenraum wird eine ungleichmäßige Ver
bindungsschicht gebildet oder wird das Hineinfließen des über
der Oberfläche des Keramikplattenteils ausgebreiteten bzw. auf
getragenen und durch Schmelzen verflüssigten Verbindungsmateri
als in den Zwischenraum erschwert und werden die Dichtungswir
kung des Verbindungsmaterials und die Bindefestigkeit der Ver
bindungsschicht verschlechtert. Ein mehr als 0,5 mm betragender
Zwischenraum würde die Lagegenauigkeit des rohrförmigen Keramik
teils bezüglich des Keramikplattenteils verschlechtern und die
Dicke der Verbindungsschicht ungleichmäßig machen.
Wenn beispielsweise beim Verbinden eines rohrförmigen Keramik
teils, das ein geschlossenes Ende hat, wie es in Fig. 2 gezeigt
ist, mit einem Keramikplattenteil durch Ausbreiten bzw. Auf
tragen eines Verbindungsmaterials auf der Oberfläche des Kera
mikplattenteils der Zwischenraum größer als 0,5 mm ist, kann
das rohrförmige Keramikteil zur Oberfläche des Keramikplatten
teils geneigt sein und sich mit einer unbefriedigenden Lagege
nauigkeit erstrecken, und die Dicke der Verbindungsschicht kann
ungleichmäßig sein. Bei der Bildung eines verbundenen Keramik
baus, wie er in Fig. 3(b) gezeigt ist, durch Einsetzen der ent
gegengesetzten offenen Enden eines rohrförmigen Keramikteils B
in ein Keramikplattenteil A bzw. in ein Keramikplattenteil A'
wird zunächst ein Ende des rohrförmigen Keramikteils B mit dem
Keramikplattenteil A verbunden, wie es in Fig. 3(a) gezeigt ist,
und dann wird das andere Ende des rohrförmigen Keramikteils B
mit dem anderen Keramikplattenteil A' verbunden, wie es in Fig.
3(b) gezeigt ist. Wenn der Zwischenraum größer als 0,5 mm ist,
wird das rohrförmige Keramikteil B nicht in der richtigen Lage
mit dem Keramikplattenteil A verbunden, wodurch das Einsetzen
des anderen Endes des rohrförmigen Keramikteils B in das Loch
des anderen Keramikplattenteils A' schwierig gemacht wird. Bei
der Bildung eines verbundenen Keramikbaus, wie er in Fig. 4 ge
zeigt ist, werden die entgegengesetzten offenen Enden eines
rohrförmigen Keramikteils B gleichzeitig mit Keramikplattentei
len A und A' verbunden, die durch eine Bau- bzw. Spannvorrich
tung E gehalten werden. Es ist jedoch wahrscheinlich, daß ein
geschmolzenes Verbindungsmaterial, das sich in der Nähe eines
Bereichs F ausbreitet, nach unten fließt, wenn der Zwischenraum
größer als 0,5 mm ist, wodurch die Verbindungsschicht ungleich
mäßig gemacht wird und die Dichtungswirkung und die Bindefe
stigkeit der Verbindungsschicht verschlechtert werden.
Die Erfindung umfaßt einen verbundenen Keramikbau, der aus meh
reren bzw. vielen Keramikplattenteilen, die parallel zueinander
in gleichen Abständen angeordnet sind, und einer großen Zahl
von rohrförmigen Keramikteilen besteht, die sich quer durch die
mehreren bzw. vielen Keramikplattenteile erstrecken und mit die
sen verbunden sind.
Ein geeignetes Verbindungsmaterial wird unter Berücksichtigung
der funktionellen Eigenschaften der die Keramikplattenteile und
die rohrförmigen Keramikteile bildenden keramischen Werkstoffe
und der Betriebsbedingungen des verbundenen Keramikbaus gewählt.
Zum Verbinden des rohrförmigen Keramikteils mit dem Keramik
plattenteil wird im allgemeinen ein keramischer Werkstoff von
derselben Art wie der, der das Keramikplattenteil oder das rohr
förmige Keramikteil bildet, oder ein anorganisches Verbindungs
material, das schmelzbar ist, wenn es erhitzt wird, wie z. B.
PbO-B2O3-Glas, das allgemein zum Verbinden eines keramischen
Werkstoffs mit einem keramischen Werkstoff eingesetzt wird, ver
wendet.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Bauen eines verbundenen Kera
mikbaus durch Verbinden beschrieben.
Zunächst wird ein Verfahren zum Bauen eines verbundenen Kera
mikbaus beschrieben, bei dem keine Keramikmuffenteile verwendet
werden und der aus einem mit geraden Löchern versehenen Kera
mikplattenteil und geraden rohrförmigen Keramikteilen besteht.
Eine Verbindungsmittelpaste, die hergestellt wird, indem eine
Mischung aus dem Pulver eines Verbindungsmaterials, einem Bin
demittel, wenn es notwendig ist, und einem Lösungsmittel wie z.
B. Wasser oder Alkohol geknetet wird, wird über mindestens ei
ner der Hauptoberflächen des Keramikplattenteils ausgebreitet
bzw. aufgetragen; die rohrförmigen Keramikteile werden in die
Löcher des Keramikplattenteils eingesetzt und in einer festge
legten Lage bezüglich des Keramikplattenteils festgehalten, und
das Lösungsmittel wird entfernt, und/oder die Verbindungsmittel
paste wird durch Erhitzen geschmolzen, und das geschmolzene Ver
bindungsmaterial wird durch Abkühlen verfestigt, wobei eine Ver
bindungsschicht gebildet wird, die kontinuierlich über die Ober
fläche des Keramikplattenteils und die Zwischenräume ausgebrei
tet ist, wie es in Fig. 2, 3(b) und 4 gezeigt ist, und die rohr
förmigen Keramikteile mit dem Keramikplattenteil verbindet. Die
auf der Oberfläche des Keramikplattenteiles ausgebreitete bzw.
aufgetragene Verbindungsmittelpaste wird verflüssigt, wenn sie
durch Erhitzen geschmolzen wird, und das verflüssigte Verbin
dungsmaterial bedeckt die Oberfläche des Keramikplattenteils
vollständig und füllt die Zwischenräume zwischen den Oberflä
chen der Löcher und den äußeren Umfängen der entsprechenden
rohrförmigen Keramikteile aus. Die rohrförmigen Keramikteile
werden auf diese Weise durch die Verbindungsschicht, die konti
nuierlich auf der gesamten Oberfläche des Keramikplattenteils
ausgebreitet ist und die Zwischenräume zwischen den Oberflächen
der Löcher und den äußeren Umfängen der entsprechenden rohrför
migen Keramikteile ausfüllt, fest mit dem Keramikplattenteil
verbunden. Zum Verbinden der rohrförmigen Keramikteile mit dem
Keramikplattenteil kann eine flüssige bzw. fließfähige Verbin
dungsmittelaufschlämmung verwendet werden, die durch Vermischen
eines gewöhnlichen anorganischen Verbindungsmaterials und eines
Lösungsmittels hergestellt wird und dazu befähigt ist, in die
Zwischenräume hineinzufließen. Das Verbindungsmaterial kann vor
oder nach dem Einsetzen der rohrförmigen Keramikteile in die
Löcher des Keramikplattenteils auf der Oberfläche des Keramik
plattenteils ausgebreitet bzw. aufgetragen werden.
Eine bevorzugte Dicke der Verbindungsschicht, die kontinuier
lich über die Oberfläche des Keramikplattenteils und in den
Zwischenräumen ausgebreitet bzw. aufgetragen ist, liegt in dem
Bereich von etwa 0,2 bis 2,5 mm. Wenn eine Verbindungsschicht
mit einer Dicke von weniger als 0,2 mm gebildet wird, ist eine
so dünne Schicht aus dem Verbindungsmaterial nicht dazu befä
higt, ein fließfähiges Verbindungsmaterial zu bilden, wenn sie
geschmolzen wird; es ist deshalb nicht möglich, daß eine aus
reichende Menge des Verbindungsmaterials in die Zwischenräume
hineinfließt, was dazu führt, daß die Verbindungsschicht nicht
fähig ist, die Zwischenräume in ausreichendem Maße abzudichten.
Eine Verbindungsschicht mit einer Dicke von mehr als 2,5 mm bil
det nach dem Verfestigen des geschmolzenen Verbindungsmaterials
durch Abkühlen leicht Risse, wodurch die thermischen Eigenschaf
ten und die Dichtungswirkung der Verbindungsschicht verschlech
tert werden. Die Dicke des über der Oberfläche des Keramikplat
tenteils gebildeten Überzuges aus dem Verbindungsmaterial hängt
von der Größe des Keramikplattenteils, von den Abständen der
zur Aufnahme der rohrförmigen Keramikteile dienenden Löcher,
von der Größe der Zwischenräume zwischen dem Keramikplattenteil
und den rohrförmigen Keramikteilen und von der Art, der Korngrö
ße und der Dichte des Verbindungsmaterials ab, und die Dicke
wird deshalb unter Berücksichtigung der Verbindungsbedingungen
selektiv derart festgelegt, daß eine Verbindungsschicht mit ei
ner gewünschten Dicke gebildet werden kann, wenn das Verbin
dungsmaterial durch Erhitzen geschmolzen und das verflüssigte
Verbindungsmaterial durch Abkühlen verfestigt wird. Eine Ver
bindungsmittelpaste wird im allgemeinen in Form eines Überzuges
mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,5 bis 5,5 mm ausgebreitet
bzw. aufgetragen.
Bei dem vorstehend erwähnten Verfahren kann eine Wand angewen
det werden, um den Fluß des geschmolzenen Verbindungsmaterials
zu begrenzen bzw. abzufangen.
Gemäß der Erfindung kann das Verbindungsmaterial auf beiden
Hauptoberflächen des Keramikplattenteils ausgebreitet bzw. auf
getragen werden, um eine Verbindungsschicht zu bilden, die sich
kontinuierlich über beide Hauptoberflächen des Keramikplatten
teils und die Zwischenräume zwischen den Oberflächen der Löcher
des Keramikplattenteils und den äußeren Umfängen der in die Lö
cher des Keramikplattenteils eingesetzten rohrförmigen Keramik
teile erstreckt und die rohrförmigen Keramikteile mit dem Kera
mikplattenteil verbindet. Wenn jedes der rohrförmigen Keramik
teile derart in das entsprechende Loch des Keramikplattenteils
eingesetzt wird, daß eines seiner Enden mit einer der Hauptober
flächen des Keramikplattenteils bündig ist, wird es bevorzugt,
das Verbindungsmaterial auf der anderen Hauptoberfläche des Ke
ramikplattenteils, aus der das andere Ende von jedem der rohr
förmigen Keramikteile vorsteht, auszubreiten bzw. aufzutragen.
Beim Bauen eines verbundenen Keramikbaus, wie er beispielsweise
in Fig. 8(a), 8(b) oder 8(d) gezeigt ist, durch Kombinieren ei
nes rohrförmigen Keramikteils der in Fig. 5(a) (konisches bzw.
sich verjüngendes Ende), Fig. 5(b) (abgestuftes bzw. abgesetz
tes Ende) oder Fig. 5(d) (mit Außengewinde versehenes Ende) ge
zeigten Art und eines Keramikplattenteils der in Fig. 7(a), 7(b)
oder 7(d) gezeigten Art mit Löchern, deren Gestalt mit der Ge
stalt des Paßendes des entsprechenden rohrförmigen Keramikteils
übereinstimmt, wird ein Verbindungsmaterial auf der Oberfläche
des Loches und/oder des Umfangs des rohrförmigen Keramikteils
ausgebreitet bzw. aufgetragen, und dann wird das rohrförmige Ke
ramikteil derart in das Loch des Keramikplattenteils eingesetzt
oder eingeschraubt, daß das rohrförmige Keramikteil in eine ge
wünschte Lage gebracht wird. Das Verbindungsmaterial bildet in
dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche des Loches und dem Um
fang des rohrförmigen Keramikteils eine Verbindungsschicht und
verbindet das rohrförmige Keramikteil mit dem Keramikplatten
teil. Das Verbindungsmaterial kann über einer Hauptoberfläche
oder über beiden Hauptoberflächen des Keramikplattenteils aus
gebreitet bzw. aufgetragen werden, um eine Verbindungsschicht
zu bilden, die sich kontinuierlich über der Hauptoberfläche
oder über beiden Hauptoberflächen und über den Zwischenraum er
streckt.
Beim Bauen eines verbundenen Keramikbaus, wie er in Fig. 8(a'),
(b'), (c) oder (d') gezeigt ist, durch Kombinieren eines rohr
förmigen Keramikteils der in Fig. 5(c) gezeigten Art, eines Ke
ramikmuffenteils der in Fig. 6(a), 6(b), 6(c) oder 6(d) gezeig
ten Art und eines Keramikplattenteils der in Fig. 7(a), 7(b),
7(c) oder 7(d) gezeigten Art wird das Keramikmuffenteil über
das Ende des rohrförmigen Keramikteils gepaßt; die Anordnung
aus dem Keramikmuffenteil und dem rohrförmigen Keramikteil wird
gebrannt, um das Keramikmuffenteil und das rohrförmige Keramik
teil miteinander zu verbinden; ein Verbindungsmaterial wird auf
dem äußeren Umfang des Keramikmuffenteils und auf der Oberflä
che des Loches ausgebreitet bzw. aufgetragen, und dann wird das
mit dem Muffenteil kombinierte rohrförmige Keramikteil mit dem
Keramikplattenteil verbunden.
Beim Bauen eines verbundenen Keramikbaus, bei dem zwei Keramik
plattenteile in Kombination verwendet werden, wird eine Verbin
dungsmaterialaufschlämmung oder eine Verbindungsmaterialpaste,
die durch Vermischen eines Pulvers aus einem Verbindungsmateri
al und eines Lösungsmittels hergestellt wird, über der Oberflä
che des Loches eines ersten Keramikplattenteils und/oder über
dem äußeren Umfang eines in das Loch einzupassenden Bereiches
des rohrförmigen Keramikteils ausgebreitet bzw. aufgetragen;
das rohrförmige Keramikteil wird derart in das Loch eingesetzt,
daß das Ende des rohrförmigen Keramikteils mit der äußeren Ober
fläche des ersten Keramikplattenteils bündig ist; das Lösungs
mittel wird verdampft; das Verbindungsmaterial wird nötigen
falls durch Erhitzen geschmolzen, und dann wird das geschmolze
ne Verbindungsmaterial durch Abkühlen verfestigt, um in dem Zwi
schenraum zwischen dem ersten Keramikplattenteil und dem rohr
förmigen Keramikteil eine Verbindungsschicht zu bilden. Dann
wird die Verbindungsmaterialaufschlämmung oder die Verbindungs
materialpaste über einer Hauptoberfläche eines zweiten Keramik
plattenteils ausgebreitet bzw. aufgetragen; das zweite Keramik
plattenteil wird mit der äußeren Oberfläche des ersten Keramik
plattenteils verbunden, wobei alle Löcher des zweiten Keramik
plattenteils mit den entsprechenden Löchern des ersten Keramik
plattenteils koaxial sind; das Lösungsmittel wird verdampft;
das Verbindungsmaterial wird nötigenfalls durch Erhitzen ge
schmolzen, und dann wird das geschmolzene Verbindungsmaterial
durch Abkühlen verfestigt, um zwischen dem ersten und dem zwei
ten Keramikplattenteil eine Verbindungsschicht zu bilden, die
sich im rechten Winkel zu der Verbindungsschicht in dem Zwi
schenraum zwischen dem ersten Keramikplattenteil und dem rohr
förmigen Keramikteil erstreckt. Auf diese Weise wird eine
Verbindungsschicht gebildet, die sich kontinuierlich zwischen
dem ersten und dem zweiten Keramikplattenteil und in den Zwi
schenräumen zwischen den rohrförmigen Keramikteilen und dem er
sten Keramikplattenteil erstreckt.
Die in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Keramikplattenteil
und dem rohrförmigen Keramikteil gebildete Verbindungsschicht
kann gebildet werden, indem das Verbindungsmaterial nur über
der Oberfläche des ersten Keramikplattenteils ausgebreitet bzw.
aufgetragen wird und das Verbindungsmaterial geschmolzen wird,
so daß das geschmolzene Verbindungsmaterial in den Zwischenraum
hineinfließt. Das rohrförmige Keramikteil und das zweite Kera
mikplattenteil können gleichzeitig mit dem ersten Keramikplat
tenteil verbunden werden. Im Fall der Verwendung eines rohrför
migen Keramikteils, das an seinem Ende mit einem Flansch verse
hen ist, kann in dem Zwischenraum durch dasselbe Verfahren eine
Verbindungsschicht gebildet werden, wobei jedoch der Flansch
mit seiner Gegen- bzw. Senkbohrung, deren Gestalt mit der Ge
stalt des Flansches übereinstimmt, verbunden wird. Ferner kann
ein verbundener Keramikbau gebildet werden, bei dem mit einem
einzigen Keramikplattenteil sowohl rohrförmige Keramikteile,
die jeweils ein gerades Ende haben, als auch rohrförmige Kera
mikteile, die jeweils ein mit einem Flansch versehenes Ende ha
ben, verbunden sind.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, hat ein
erfindungsgemäßer verbundener Keramikbau, der gebaut wird, in
dem rohrförmige Keramikteile in eine Vielzahl von Löchern, die
in einem Keramikplattenteil gebildet sind, eingesetzt und die
rohrförmigen Keramikteile mit dem Keramikplattenteil verbunden
werden, gleichförmige Verbindungsstellen ohne Mängel und einen
verbesserten fluiddichten Aufbau sowie eine ausgezeichnete Be
ständigkeit gegen Wärmeschock bzw. gegen Abschreckung und gegen
thermische Beanspruchung. Der verbundene Keramikbau ist folg
lich wirksam auf einen Wärmetauscher für eine Gasturbine sowie
auf einen Wärmetauscher für einen Industrieofen anwendbar.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden durch die fol
genden Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun
gen näher erläutert.
Sechs gelochte Keramikplattenteile A, wie sie in Fig. 1 gezeigt
sind, mit einer Größe von 700 mm × 700 mm × 100 mm, von denen
jedes mit vierundsechzig Löchern 1 versehen war, die in einem
Abstand von 80 mm angeordnet waren und deren Achsen senkrecht
zu einer Hauptoberfläche 2' des gelochten Keramikplattenteils A
verliefen, wurden hergestellt, indem ein feines Siliciumnitrid
pulver, das ein Sinterhilfsmittel enthielt, unter Bildung von
Formteilen formgepreßt wurde und die Formteile 1 h lang bei
1700°C gebrannt wurden.
Vierundsechzig rohrförmige Keramikteile B, die die Gestalt ei
nes Rohres mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Außendurch
messer von 50 mm, einem Innendurchmesser von 40 mm und einer
Länge von 1000 mm hatten, wobei jedes Rohr ein mit einem Boden
versehenes Ende aufwies, wurden hergestellt, indem derselbe ke
ramische Werkstoff, der für die Bildung des Keramikplattenteils
A verwendet wurde, unter Bildung von Formteilen stranggepreßt
wurde und die Formteile 1 h lang bei 1700°C gebrannt wurden.
Der Rand von einem Ende jedes Loches 1 war abgeschrägt, wobei
die Abschrägung 1 mm × 45° betrug. Der Durchmesser der Löcher 1
jedes gelochten Keramikplattenteils A wurde derart festgelegt,
daß zwischen der Oberfläche jedes Loches 1 und dem äußeren Um
fang des rohrförmigen Keramikteils B ein Zwischenraum gebildet
wurde, der in Tabelle 1 gezeigt ist.
Dann wurde über der Oberfläche 2' jedes gelochten Keramikplat
tenteils A eine Verbindungsmittelpaste, die durch Vermischen
von 100 Masseteilen zerkleinertem Pyrex®, 2 Masseteilen Bin
demittel und 40 Masseteilen Wasser hergestellt worden war, in
Form eines Überzuges mit einer Dicke, die in Tabelle 1 gezeigt
ist, ausgebreitet bzw. aufgetragen, wie es in Fig. 2 gezeigt
ist. Dann wurden die rohrförmigen Keramikteile B jeweils derart
in die Löcher 1 jedes gelochten Keramikplattenteils A einge
setzt, daß das offene Ende jedes rohrförmigen Keramikteils B
mit der anderen Hauptoberfläche 2 des gelochten Keramikplatten
teils A bündig war. Zwischen der Oberfläche des Loches 1 und
dem äußeren Umfang des rohrförmigen Keramikteils B wurde ein
Zwischenraum mit einer Größe, die in Tabelle 1 gezeigt ist, ge
bildet.
Dann wurde jede Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil
A und den rohrförmigen Keramikteilen B getrocknet (3 h lang bei
110°C); die getrocknete Anordnung wurde in der Atmosphäre 1 h
lang bei 1200°C gebrannt, und dann wurde die gebrannte Anord
nung der Selbstkühlung auf Raumtemperatur überlassen, wobei ein
verbundener Keramikbau erhalten wurde. Die Dicke der Verbin
dungsschicht und die Lagegenauigkeit der rohrförmigen Keramik
teile wurden gemessen, und der Zustand der Oberflächen-Verbin
dungsschicht 4 und der in dem Zwischenraum gebildeten Verbin
dungsschicht 4' wurden beobachtet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Gelochte Keramikplattenteile A für als Vergleichsbeispiele 1
bis 4 dienende verbundene Keramikbauten wurden durch dasselbe
Verfahren, das bei der Herstellung des gelochten Keramikplatten
teils von Beispiel 1 angewandt wurde, hergestellt, und rohrför
mige Keramikteile B wurden durch dasselbe Verfahren, das bei
der Herstellung der rohrförmigen Keramikteile B von Beispiel 1
angewandt wurde, hergestellt. Der Durchmesser der Löcher 1
jedes gelochten Keramikplattenteils A wurde derart festgelegt,
daß zwischen der Oberfläche des Loches 1 und dem äußeren Um
fang des rohrförmigen Keramikteils B ein Zwischenraum gebildet
wurde, der in Tabelle 1 gezeigt ist
Dieselbe Verbindungsmittelpaste, die bei der Herstellung von
Beispiel 1 verwendet wurde, wurde über einer Hauptoberfläche 2'
jedes gelochten Keramikplattenteils A in Form eines Überzuges
mit einer Dicke, die in Tabelle 1 gezeigt ist, ausgebreitet bzw.
aufgetragen, und dann wurden die rohrförmigen Keramikteile B in
die Löcher 1 der gelochten Keramikplattenteile A eingesetzt und
mit dem gelochten Keramikplattenteil A verbunden. Die Anordnun
gen aus den gelochten Keramikplattenteilen und den rohrförmigen
Keramikteilen B wurden durch dasselbe Verfahren, das bei der
Herstellung von Beispiel 1 angewandt wurde, getrocknet und ge
brannt, wodurch als Vergleichsbeispiele 1 bis 4 dienende ver
bundene Keramikbauten erhalten wurden. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Die Angaben bzw. Meßwerte der Beispiele 1 bis 6 beweisen, daß,
wenn die Verbindungsschicht derart gebildet wird, daß sie sich
kontinuierlich über der Oberfläche der gelochten Keramikplat
tenteile A und in dem Zwischenraum zwischen der Oberfläche al
ler Löcher 1 und dem äußeren Umfang des in das entsprechende
Loch 1 eingesetzten rohrförmigen Keramikteils B erstreckt, die
Zwischenräume verhältnismäßig klein sein können, so daß verhält
nismäßig dünne Verbindungsschichten gebildet werden und gleich
mäßige Verbindungsschichten, die frei von Mängeln wie z. B. Ris
sen sind, gebildet werden können, und daß solch eine gleichmä
ßige, verhältnismäßig dünne Verbindungsschicht die Lagegenauig
keit der rohrförmigen Keramikteile B verbessert.
Ein gelochtes Keramikplattenteil A, das dem von Beispiel 1 ähn
lich war, wurde durch dasselbe Verfahren, das zur Herstellung
von Beispiel 1 angewandt wurde, hergestellt, wobei das gelochte
Keramikplattenteil A von Beispiel 7 jedoch mit Löchern 11 ver
sehen war, die in einem Abstand von 75 mm angeordnet waren, und
die Ränder der Löcher 11 nicht abgeschrägt waren. Wie in Fig.
7(a) gezeigt ist, hatte jedes Loch 11 einen zylinderförmigen Be
reich mit einem Durchmesser von 50,2 mm und mit einer Tiefe von
40 mm von der Oberfläche des Keramikplattenteils A ausgehend,
durch die hindurch ein rohrförmiges Keramikteil in das Loch 11
eingesetzt wird, und einen konischen bzw. sich verjüngenden Be
reich mit einer Länge von 60 mm, der sich von dem inneren Ende
des zylinderförmigen Bereichs bis zu der anderen Oberfläche des
Keramikplattenteils A erstreckte und ein größeres Ende mit ei
nem Durchmesser von 50,2 mm und ein kleineres Ende mit einem
Durchmesser von 40,2 mm hatte.
Rohrförmige Keramikteile B mit einem kreisförmigem Querschnitt,
die einen Außendurchmesser von 50 mm, einen Innendurchmesser
von 40 mm und eine Länge von 1000 mm hatten, wurden durch das
selbe Verfahren, das zur Herstellung der rohrförmigen Keramik
teile B von Beispiel 1 angewandt wurde, hergestellt. Wie in
Fig. 5(a) gezeigt ist, war ein Ende jedes rohrförmigen Keramik
teils B konisch bzw. verjüngt und bildete einen konischen bzw.
sich verjüngenden Bereich mit einer Länge von 60 mm, der ein
größeres Ende mit einem Außendurchmesser von 50 mm und ein
kleineres Ende mit einem Außendurchmesser von 40 mm und eine
Gestalt hatte, die mit dem konischen bzw. sich verjüngenden Be
reich des Loches 11 übereinstimmte.
Wie in Fig. 8(a) gezeigt ist, wurde auf der Oberfläche jedes
Loches 11 des Keramikplattenteils A eine Verbindungsmittelauf
schlämmung, die durch Vermischen von 100 Masseteilen zerklei
nertem PbO-B2O3-Glas, 2 Masseteilen Bindemittel und 40 Masse
teilen Wasser hergestellt worden war, in Form einer Verbindungs
schicht 14 ausgebreitet bzw. aufgetragen, und dann wurden die
rohrförmigen Keramikteile B jeweils derart in die Löcher 11 ein
gesetzt, daß das Ende jedes rohrförmigen Keramikteils B mit der
anderen Oberfläche 12 des gelochten Keramikplattenteils A bün
dig war.
Die Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil A und den
rohrförmigen Keramikteilen B wurde in einer Atmosphäre von
Stickstoffgas gebrannt, und die gebrannte Anordnung wurde der
Selbstkühlung auf Raumtemperatur überlassen, wobei ein verbun
dener Keramikbau 30 erhalten wurde.
Die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus 30 wurde mit ei
nem in Fig. 13 gezeigten Dichtheitsprüfgerät geprüft. Bei der
Dichtheitsprüfung wurde der auf eine Einspannvorrichtung 31 auf
gesetzte verbundene Keramikbau 30 in Wasser eingetaucht; dann
wurde auf den Innenraum des Keramikbaus 30 durch ein Rohr 32
ein Druck von 785 kPa ausgeübt. In dem Wasser wurden keine Bla
sen gebildet. Die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus
war zufriedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde einer Biegefestigkeitsprüfung
bei einseitiger Einspannung unterzogen. Die Biegefestigkeit hat
te den hohen Wert von 208 MPa.
Der verbundene Keramikbau von Beispiel 8 war mit dem verbunde
nen Keramikbau von Beispiel 7 identisch, außer daß der verbun
dene Keramikbau von Beispiel 8 ein gelochtes Keramikplattenteil
A hatte, das mit abgestuften bzw. abgesetzten Löchern versehen
war, und daß jedes rohrförmige Keramikteil B ein abgestuftes
bzw. abgesetztes Ende hatte, das mit dem abgestuften bzw. abge
setzten Loch übereinstimmte.
Wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, hatte jedes Loch 11 des gelochten
Keramikplattenteils A einen größeren Bereich mit einem Durch
messer von 50,1 mm und mit einer Länge von 40 mm von der Ober
fläche des gelochten Keramikplattenteils A ausgehend, durch die
hindurch das rohrförmige Keramikteil B in das Loch 11 einge
setzt wird, und einen kleineren Bereich mit einem Durchmesser
von 45,1 mm und einer Länge von 60 mm, der sich von dem inneren
Ende des größeren Bereichs bis zu der anderen Oberfläche des
gelochten Keramikplattenteils A erstreckte. Das rohrförmige Ke
ramikteil B mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einem In
nendurchmesser von 40 mm war mit dem von Beispiel 7 identisch,
außer daß das rohrförmige Keramikteil B von Beispiel 8 einen
abgestuften bzw. abgesetzten Endbereich mit einer Länge von 60
mm und einem Außendurchmesser von 45 mm hatte, der eine abge
stufte bzw. abgesetzte äußere Gestalt hatte, die mit dem abge
stuften bzw. abgesetzten Loch 11 übereinstimmte, wie in Fig.
5(b) gezeigt ist.
Die rohrförmigen Keramikteile B wurden durch dasselbe Verfah
ren mit dem gelochten Keramikplattenteil A verbunden, das bei
der Bildung des verbundenen Keramikbaus von Beispiel 7 ange
wandt wurde, wodurch ein verbundener Keramikbau hergestellt
wurde, wie er in Fig. 8(b) gezeigt ist.
Die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus wurde in dersel
ben Weise geprüft, die bei der Prüfung des verbundenen Keramik
baus von Beispiel 7 angewandt wurde.
In dem Wasser wurden keine Blasen gebildet, wodurch bewiesen
wurde, daß die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus zu
friedenstellend war.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen, die bei der Prü
fung des verbundenen Keramikbaus von Beispiel 7 angewandt wur
de. Die Biegefestigkeit hatte den hohen Wert von 190 MPa.
Ein bekannter verbundener Keramikbau wird nachstehend als Ver
gleichsbeispiel beschrieben.
Ein gelochtes Keramikplattenteil A wurde durch dasselbe Verfah
ren hergestellt, das in Beispiel 7 angewandt wurde, außer daß
das gelochte Keramikplattenteil A mit Löchern 11 versehen war,
die einen Durchmesser von 50,1 mm hatten. Durch dasselbe Ver
fahren wie in Beispiel 7 wurden gerade rohrförmige Keramikteile
B, die einen Außendurchmesser von 50 mm, einen Innendurchmesser
von 40 mm und eine Länge von 1000 mm hatten, hergestellt, wie
sie in Fig. 5(c) gezeigt sind.
Dieselbe Verbindungsmittelaufschlämmung, die zur Herstellung
des verbundenen Keramikbaus von Beispiel 7 verwendet wurde, wur
de auf dem Umfang von einem in ein Loch 11 des gelochten Kera
mikplattenteils A aufzunehmenden Endbereich jedes rohrförmigen
Keramikteils B ausgebreitet bzw. aufgetragen, um eine Verbin
dungsschicht 14' zu bilden (Fig. 11), und dann wurden die rohr
förmigen Keramikteile B jeweils derart in die Löcher des geloch
ten Keramikplattenteils A eingesetzt, daß das Ende 13 jedes
rohrförmigen Keramikteils B mit der Oberfläche 14 des gelochten
Keramikplattenteils A bündig war.
Die Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil A und den
rohrförmigen Keramikteilen B wurde in derselben Weise, die bei
der Herstellung von Beispiel 7 angewandt wurde, gebrannt, wobei
ein verbundener Keramikbau erhalten wurde. Die Fluiddichtheit
des verbundenen Keramikbaus wurde mit dem in Fig. 13 gezeigten
Dichtheitsprüfgerät in derselben Weise, die bei der Prüfung von
Beispiel 7 angewandt wurde, geprüft. Es wurden Blasen gebildet,
und die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus war nicht zu
friedenstellend.
Die Bindefestigkeit des verbundenen Keramikbaus wurde durch das
selbe Verfahren, das zum Prüfen von Beispiel 7 angewandt wurde,
gemessen. Die Festigkeit hatte den niedrigen Wert von 110 MPa.
Wie aus den Ergebnissen der Bewertung der Beispiele 7 und 8 her
vorgeht, zeigen ein verbundener Keramikbau, der aus einem ge
lochten Keramikplattenteil, das mit konischen bzw. sich verjün
genden Löchern versehen ist, und aus rohrförmigen Keramikteilen
besteht, die jeweils ein konisches bzw. sich verjüngendes Ende
haben, dessen Gestalt mit dem konischen bzw. sich verjüngenden
Loch übereinstimmt, und ein verbundener Keramikbau, der aus ei
nem gelochten Keramikplattenteil, das mit abgestuften bzw. ab
gesetzten Löchern versehen ist, und aus rohrförmigen Keramik
teilen besteht, die jeweils einen abgestuften bzw. abgesetzten
Endbereich haben, dessen Gestalt mit dem abgestuften bzw. abge
setzten Loch übereinstimmt, eine ausgezeichnete Fluiddichtheit
und eine hohe Bindefestigkeit.
Ein gelochtes Keramikplattenteil A wurde durch dasselbe Verfah
ren, das zur Herstellung des gelochten Keramikplattenteils von
Beispiel 7 angewandt wurde, hergestellt. Das gelochte Keramik
plattenteil A war mit Löchern 11 versehen, die jeweils aus ei
nem zylinderförmigen Bereich mit einem Durchmesser von 52,1 mm
und mit einer Länge von 50 mm von der Oberfläche des gelochen
Keramikplattenteils A ausgehend, durch die hindurch ein Keramik
muffenteil und ein rohrförmiges Keramikteil in das Loch 11 ein
gesetzt werden, und aus einem konischen bzw. sich verjüngenden
Bereich mit einer Länge von 50 mm bestanden, der sich von dem
inneren Ende des zylinderförmigen Bereichs bis zu der anderen
Oberfläche des gelochten Keramikplattenteils A erstreckte und
ein größeres Ende mit einem Durchmesser von 52,1 mm und ein
kleineres Ende mit einem Durchmesser von 50,1 mm hatte.
Rohrförmige Keramikteile B mit einem Außendurchmesser von 50 mm,
einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 1000 mm,
die die Gestalt eines runden Rohres hatten, wie es in Fig. 5(c)
gezeigt ist, wurden aus einem feinem Pulver gebildet, und zwar
aus demselben keramischen Werkstoff (Siliciumnitrid ), aus
dem das gelochte Keramikplattenteil A gebildet wurde.
Keramikmuffenteile C mit einer Länge von 100 mm und einem In
nendurchmesser von 50 mm, die dem in Fig. 6(a) gezeigten Kera
mikmuffenteil ähnlich waren, wurden hergestellt. Jedes Keramik
muffenteil C hatte einen zylinderförmigen Bereich mit einem Au
ßendurchmesser von 52 mm und einer Länge von 50 mm und einen
konischen bzw. sich verjüngenden Bereich mit einer Länge von 50
mm, der ein größeres Ende mit einem Außendurchmesser von 52 mm
und ein kleineres Ende mit einem Außendurchmesser von 50 mm und
eine Gestalt hatte, die mit dem konischen bzw. sich verjüngen
den Bereich des Loches 11 übereinstimmte.
Jedes Keramikmuffenteil C wurde über das rohrförmige Keramik
teil B gepaßt, und die Anordnung aus dem Keramikmuffenteil C
und dem rohrförmigen Keramikteil B wurde gebrannt, um das Kera
mikmuffenteil C und das rohrförmige Keramikteil B zu verbinden.
Wie in Fig. 8(a') gezeigt ist, wurde die bei der Herstellung
des verbundenen Keramikbaus von Beispiel 7 verwendete Verbin
dungsmaterialaufschlämmung auf der Oberfläche der Löcher 11 des
gelochten Keramikplattenteils A ausgebreitet bzw. aufgetragen,
um eine Verbindungsschicht 14 zu bilden, und dann wurde das Ke
ramikmuffenteil C, das mit einem Ende von einem der rohrförmi
gen Keramikteile B verbunden war, derart in das Loch 11 einge
setzt, daß die Enden 13 und 15 des rohrförmigen Keramikteils B
bzw. des Keramikmuffenteils C mit der anderen Oberfläche 12 des
gelochten Keramikplattenteils A bündig waren.
Dann wurde die Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil A,
dem rohrförmigen Keramikteil B und dem Keramikmuffenteil C ähn
lich wie die Anordnung von Beispiel 7 in einer Atmosphäre aus
Stickstoffgas gebrannt und auf Raumtemperatur abgekühlt, wo
durch ein verbundener Keramikbau fertiggestellt wurde. Der auf
diese Weise hergestellte verbundene Keramikbau wurde ähnlich
wie in Beispiel 7 einer Dichtheitsprüfung unterzogen, um seine
Fluiddichtheit zu prüfen. Es wurden keine Blasen gebildet, und
die Fluiddichtheit des verbundenen Keramikbaus war zufrieden
stellend.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen, die in Beispiel 7
angewandt wurde. Die Festigkeit des verbundenen Keramikbaus hat
te den hohen Wert von 200 MPa. Der verbundene Keramikbau wurde
einer Ermüdungsprüfung unterzogen, bei der auf den verbundenen
Keramikbau wiederholt mit einer Frequenz von 10 Hz 1000 h lang
eine Belastung von 100 MPa ausgeübt wurde. Der verbundene Kera
mikbau hielt der Ermüdungsprüfung stand.
Die Angaben bzw. Meßwerte von Beispiel 9 und die Prüfungsergeb
nisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Der verbundene Keramikbau von Beispiel 10 war mit dem verbunde
nen Keramikbau von Beispiel 9 identisch, wobei jedoch in Bei
spiel 10 ein gelochtes Keramikplattenteil A, das mit abgestuf
ten bzw. abgesetzten Löchern 11 versehen war, und Keramikmuf
fenteile C mit einer äußeren Gestalt, die mit der Gestalt der
abgestuften bzw. abgesetzten Löcher 11 des gelochten Keramik
plattenteils A übereinstimmte, verwendet wurden.
Wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, hatte jedes abgestufte bzw. abge
setzte Loch 11 des gelochten Keramikplattenteils A einen größe
ren Bereich mit einem Durchmesser von 50,2 mm und mit einer Län
ge von 50 mm von der Oberfläche des gelochten Keramikplatten
teils ausgehend, durch die hindurch das Keramikmuffenteil C in
das abgestufte bzw. abgesetzte Loch 11 eingesetzt wird, und ei
nen kleineren Bereich mit einem Durchmesser von 45,2 mm und ei
ner Länge von 50 mm. Das Keramikmuffenteil C hatte einen Innen
durchmesser von 40 mm und eine äußere Gestalt, die mit der Ge
stalt des abgestuften bzw. abgesetzten Loches 11 übereinstimmte,
und bestand aus einem größeren Bereich mit einem Außendurchmes
ser von 50 mm und einer Länge von 50 mm und einem kleineren Be
reich mit einem Außendurchmesser von 45 mm und einer Länge von
50 mm, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist.
Der auf diese Weise erhaltene verbundene Keramikbau, der in Fig.
8(b) gezeigt ist, wurde derselben Dichtheitsprüfung unterzogen,
die in Beispiel 7 angewandt wurde. Es wurden keine Blasen gebil
det, und die Fluiddichtheit war zufriedenstellend. Der verbunde
ne Keramikbau wurde auch derselben Biegefestigkeitsprüfung mit
einseitiger Einspannung unterzogen, die bei der Prüfung von Bei
spiel 7 angewandt wurde. Die Festigkeit hatte den hohen Wert
von 230 MPa. Der verbundene Keramikbau hielt einer Ermüdungs
prüfung stand, bei der auf den verbundenen Keramikbau wieder
holt mit einer Frequenz von 10 Hz 1000 h lang eine Belastung
von 100 MPa ausgeübt wurde.
Die Angaben bzw. Meßwerte von Beispiel 10 und die Prüfungser
gebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Der verbundene Keramikbau von Beispiel 11 war mit dem verbunde
nen Keramikbau von Beispiel 9 identisch, wobei jedoch in Bei
spiel 11 ein gelochtes Keramikplattenteil A verwendet wurde,
das mit Löchern 11 versehen war, die jeweils eine Gegen- bzw.
Senkbohrung 16 aufwiesen, d. h., eine Art von abgestufter bzw.
abgesetzer Form hatten.
Wie in Fig. 7(c) gezeigt ist, hatte jedes Loch 11 des gelochten
Keramikplattenteils A einen Bereich mit einem Durchmesser von
50,4 mm und mit einer Länge von 80 mm von der Oberfläche des
gelochten Keramikplattenteils A ausgehend, durch die hindurch
ein rohrförmiges Keramikteil B und ein Keramikmuffenteil C in
das Loch 11 eingesetzt werden, und eine in der anderen Oberflä
che des gelochten Keramikplattenteils A gebildete Gegen- bzw.
Senkbohrung 16 mit einem Durchmesser von 60,4 mm und einer Län
ge von 20 mm. Wie in Fig. 6(c) gezeigt ist, hatte das Keramik
muffenteil C einen Außendurchmesser von 60 mm, einen Innendurch
messer von 50 mm und eine Länge (Dicke) von 20 mm. Die Gestalt
des Keramikmuffenteils C stimmte mit der Gestalt der Gegen- bzw.
Senkbohrung 16 überein.
Der verbundene Keramikbau, der in einer in Fig. 8(c) gezeigten
Gestalt gebildet wurde, wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die bei der Prüfung von Beispiel 7 angewandt wurde.
Es wurden keine Blasen gebildet, und die Fluiddichtheit war zu
friedenstellend. Der verbundene Keramikbau wurde auch einer
Biegefestigkeitsprüfung mit einseitiger Einspannung unterzogen.
Die Festigkeit hatte den hohen Wert von 190 MPa. Der verbundene
Keramikbau hielt einer Ermüdungsprüfung stand, bei der auf den
verbundenen Keramikbau wiederholt mit einer Frequenz von 10 Hz
1000 h lang eine Belastung von 100 MPa ausgeübt wurde.
Die Angaben bzw. Meßwerte von Beispiel 11 und die Prüfungser
gebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Der verbundene Keramikbau von Beispiel 12 war Beispiel 9 ähn
lich, jedoch wurden bei dem verbundenen Keramikbau von Beispiel
12 ein gelochtes Keramikplattenteil A, das aus dem in Beispiel
9 verwendeten Siliciumnitrid gebildet worden war, rohrför
mige Keramikteile B, die aus einem Siliciumnitrid mit einem
von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Siliciumnitrids
verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet worden wa
ren, und Keramikmuffenteile C, die aus einem Siliciumnitrid
gebildet worden waren, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zwi
schen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Siliciumnitrids ,
das zur Bildung des Keramikplattenteils A verwendet wurde, und
dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Siliciumnitrids , das
zur Bildung der rohrförmigen Keramikteile B verwendet wurde,
lag, verwendet. Das gelochte Keramikplattenteil A, die rohrför
migen Keramikteile B und die Keramikmuffenteile C wurden durch
dasselbe Verfahren, das zur Herstellung von Beispiel 9 ange
wandt wurde, miteinander verbunden, wobei der in Fig. 8(a') ge
zeigte verbundene Keramikbau erhalten wurde. Der verbundene Ke
ramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung unterzogen, die in
Beispiel 9 angewandt wurde. Es wurden keine Blasen gebildet,
und die Fluiddichtheit war zufriedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde auch einer Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen. Die Festigkeit hat
te den hohen Wert von 220 MPa. Der verbundene Keramikbau hielt
einer Ermüdungsprüfung stand, bei der auf den verbundenen Kera
mikbau wiederholt mit einer Frequenz von 10 Hz 1000 h lang eine
Belastung von 100 MPa ausgeübt wurde. Der verbundene Keramikbau
hielt auch einer Wärmezyklusprüfung stand, bei der der verbun
dene Keramikbau 1000 h lang zyklisch zwischen der Raumtempera
tur und 800°C erhitzt und abgekühlt wurde.
Die Angaben bzw. Meßwerte von Beispiel 12 und die Prüfungser
gebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Der verbundene Keramikbau von Vergleichsbeispiel 6 war mit dem
von Vergleichsbeispiel 5 identisch, jedoch wurde bei dem ver
bundenen Keramikbau von Vergleichsbeispiel 6 ein gelochtes Kera
mikplattenteil verwendet, das mit Löchern 11 versehen war, die
einen Durchmesser von 50,2 mm hatten.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die in Beispiel 9 angewandt wurde. Es wurden Blasen
gebildet, und die Fluiddichtheit war nicht zufriedenstellend.
Die Festigkeit des verbundenen Keramikbaus, die durch eine Bie
gefestigkeitsprüfung mit einseitiger Einspannung gemessen wur
de, hatte den niedrigen Wert von 100 MPa. Die rohrförmigen Ke
ramikteile zerbrachen, als auf den verbundenen Keramikbau bei
einer Ermüdungsprüfung wiederholt mit einer Frequenz von 10 Hz
200 h lang eine Belastung von 100 MPa ausgeübt wurde.
Die Angaben bzw. Meßwerte von Vergleichsbeispiel 6 und die Prü
fungsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus der Prüfung der Beispiele 9 bis 12 hervorgeht, haben
die verbundenen Keramikbauten, die jeweils aus einem gelochten
Keramikplattenteil, aus Keramikmuffenteilen, die in die Löcher
des gelochten Keramikplattenteils eingesetzt sind, und aus rohr
förmigen Keramikteilen, die in die Keramikmuffenteile einge
setzt sind, bestehen, eine ausgezeichnete Fluiddichtheit und
eine hohe Festigkeit; und durch das indirekte Verbinden der
rohrförmigen Keramikteile mit dem gelochten Keramikplattenteil
durch Keramikmuffenteile werden die Spannungen abgebaut, die in
dem verbundenen Keramikbau erzeugt werden, und die verbundenen
Keramikbauten sind allem Anschein nach haltbar.
Ein gelochtes Keramikplattenteil A, das mit Löchern 11 versehen
war, die jeweils ein Innengewinde 17 hatten, wie in Fig. 7(d)
gezeigt ist, wurde aus einem Werkstoff und durch ein Verfahren
hergestellt, die den bei der Herstellung des gelochten Keramik
plattenteils von Beispiel 7 angewandten ähnlich waren.
Aus demselben Werkstoff, der für das gelochte Keramikplatten
teil A verwendet wurde, wurden rohrförmige Keramikteile B mit
einem Außendurchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von 40
mm und einer Länge von 1000 mm gebildet, die ein mit Gewinde
versehenes Ende hatten, wie in Fig. 5(d) gezeigt ist. Jedes
rohrförmige Keramikteil B war in dem äußeren Umfang des Endes
13 in einer Länge von 100 mm mit einem Gewinde 18 versehen, das
dem Innengewinde 17 entsprach bzw. damit in Eingriff gebracht
werden konnte.
Dieselbe Verbindungsmaterialaufschlämmung, die in Beispiel 7
verwendet wurde, wurde auf der Oberfläche der Löcher 11 des ge
lochten Keramikplattenteils A unter Bildung einer Verbindungs
schicht 14 ausgebreitet bzw. aufgetragen; dann wurden die rohr
förmigen Keramikteile B derart in die Löcher 11 eingeschraubt,
daß das Ende 13 jedes rohrförmigen Keramikteils B mit der äuße
ren Oberfläche 12 des gelochten Keramikplattenteils A bündig
war, wie in Fig. 8(d) gezeigt ist.
Die Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil A und den
rohrförmigen Keramikteilen B wurde in einer Atmosphäre aus
Stickstoffgas gebrannt, und dann wurde die gebrannte Anordnung
der Selbstkühlung auf Raumtemperatur überlassen, wodurch ein
verbundener Keramikbau fertiggestellt wurde.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die bei der Prüfung von Beispiel 7 angewandt wurde.
Es wurden keine Blasen gebildet, und die Fluiddichtheit war zu
friedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen, die in Beispiel 7
angewandt wurde. Die Festigkeit hatte den hohen Wert von 250
MPa. Die Neigung der rohrförmigen Keramikteile zu dem gelochten
Keramikplattenteil war sehr gering, und ihre Lagegenauigkeit
war zufriedenstellend.
Ein gelochtes Keramikplattenteil A mit einer Größe von 700 mm ×
700 mm × 100 mm, das mit Löchern 11 versehen war, die einen
Durchmesser von 60 mm hatten, jeweils ein Innengewinde auf
wiesen und in einem Abstand von 75 mm angeordnet waren, wurde
durch dasselbe Verfahren, das bei der Herstellung von Beispiel
7 angewandt wurde, hergestellt, indem ein feines Siliciumni
tridpulver, das ein Sinterhilfsmittel enthielt, unter Bildung
eines Formteils formgepreßt und das Formteil gebrannt wurde.
Rohrförmige Keramikteile B mit einem Außendurchmesser von 50 mm,
einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 1000 mm,
wie sie in Fig. 5(c) gezeigt sind, wurden aus demselben Werk
stoff gebildet, aus dem das gelochte Keramikplattenteil A ge
bildet wurde.
Es wurden Keramikmuffenteile C mit einem Außendurchmesser von
60 mm, einem Innendurchmesser von 50 mm und einer Länge von 100
mm hergestellt, wie sie in Fig. 6(d) gezeigt sind. Jedes Kera
mikmuffenteil C war in seinem äußeren Umfang mit einem Außenge
winde 18' versehen, das dem Innengewinde 17 des Loches 11 des
gelochten Keramikplattenteils A entsprach bzw. damit in Ein
griff gebracht werden konnte.
Die Keramikmuffenteile C wurden über die rohrförmigen Keramik
teile B gepaßt; dann wurden die Anordnungen aus den Keramikmuf
fenteilen C und den rohrförmigen Keramikteilen B gebrannt, um
die Keramikmuffenteile C und die rohrförmigen Keramikteile B zu
verbinden.
Nachdem dieselbe Verbindungsmaterialaufschlämmung, die in Bei
spiel 7 verwendet wurde, auf der Oberfläche der Löcher 11 des
gelochten Keramikplattenteils A ausgebreitet bzw. aufgetragen
worden war, um eine Verbindungsschicht 14 zu bilden, wie es in
Fig. 8(d') gezeigt ist, wurden die mit den rohrförmigen Kera
mikteilen B verbundenen Keramikmuffenteile C derart in die Lö
cher 11 eingeschraubt, daß die Enden 13 und 15 der rohrförmigen
Keramikteile B bzw. der Keramikmuffenteile C mit der äußeren
Oberfläche 12 des gelochten Keramikplattenteils A bündig waren.
Die Anordnung aus dem gelochten Keramikplattenteil A, den rohr
förmigen Keramikteilen B und den Keramikmuffenteilen C wurde in
einer Atmosphäre aus Stickstoffgas gebrannt, wodurch ein ver
bundener Keramikbau fertiggestellt wurde.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die in Beispiel 7 angewandt wurde. Es wurden keine
Blasen gebildet, und die Fluiddichtheit war zufriedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde auch einer Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen. Die Festigkeit hat
te den hohen Wert von 230 MPa. Die Neigung der rohrförmigen Ke
ramikteile B zu dem gelochten Keramikplattenteil A war sehr ge
ring, und ihre Lagegenauigkeit war zufriedenstellend. Der ver
bundene Keramikbau hielt einer Ermüdungsprüfung stand, bei der
auf den verbundenen Keramikbau wiederholt mit einer Frequenz
von 10 Hz 1000 h lang eine Belastung von 100 MPa ausgeübt wurde.
Wie aus den Prüfungen der Beispiele 13 und 14 hervorgeht, hat
die geschraubte Verbindungsstelle bzw. Schraubverbindung eine
zufriedenstellende Dichtungswirkung, und sie verbessert die Bin
defestigkeit und ermöglicht das Verbinden einer Vielzahl von in
derselben Längenrichtung angeordneten rohrförmigen Keramiktei
len mit dem gelochten Keramikplattenteil unter Erzielung einer
hohen Lagegenauigkeit.
Ein erstes gelochtes Keramikplattenteil A, wie es in Fig. 9(a)
gezeigt ist, mit einer Größe von 700 mm × 700 mm × 100 mm, das
mit Löchern 11 versehen war, die einen Durchmesser von 50,1 mm
hatten und in einem Abstand von 75 mm angeordnet waren, wurde
durch dasselbe Verfahren, das in Beispiel 7 angewandt wurde, ge
bildet. Desgleichen wurde ein zweites gelochtes Keramikplatten
teil D, wie es in Fig. 9(b) gezeigt ist, gebildet, das mit dem
ersten gelochten Keramikplattenteil A identisch war, wobei je
doch in dem zweiten gelochten Keramikplattenteil D Löcher 11'
gebildet waren, die einen Durchmesser von 40 mm hatten.
Rohrförmige Keramikteile B mit einem Außendurchmesser von 50 mm,
einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 1000 mm,
die einen kreisförmigen Querschnitt hatten, wie sie in Fig. 5(c)
gezeigt sind, wurden durch dasselbe Verfahren gebildet, das
zur Bildung der rohrförmigen Keramikteile von Beispiel 9 ange
wandt wurde.
Dann wurde, wie es in Fig. 9(c) gezeigt ist, dieselbe Verbin
dungsmaterialpaste, die in Beispiel 1 verwendet wurde, in Form
eines Überzuges mit einer Dicke von etwa 0,05 mm auf den Ober
flächen der Löcher 11 des gelochten Keramikplattenteils A
ausgebreitet bzw. aufgetragen, und die Verbindungsmaterialpaste
wurde auf dem äußeren Umfang eines Endbereichs von jedem rohr
förmigen Keramikteil B, der eine der Dicke des Keramikplatten
teils entsprechende Länge von 100 mm hatte, ausgebreitet bzw.
aufgetragen. Die mit der Verbindungsmaterialpaste überzogenen
Endbereiche der rohrförmigen Keramikteile B wurden jeweils der
art in die Löcher 11 des ersten gelochten Keramikplattenteils A
eingesetzt, daß die Enden 3 der rohrförmigen Keramikteile B mit
der äußeren Oberfläche 2 des ersten gelochten Keramikplatten
teils A bündig waren. Dann wurde die Anordnung aus dem ersten
gelochten Keramikplattenteil A und den durch die Verbindungs
schichten 4a mit dem ersten gelochten Keramikplattenteil A ver
bundenen rohrförmigen Keramikteilen B in einer Atmosphäre aus
Stickstoffgas gebrannt, wodurch eine verbundene Unteranordnung
erhalten wurde. Die Verbindungsmaterialpaste wurde in Form ei
nes Überzuges mit einer Dicke von etwa 0,1 mm über der Oberflä
che 7 des zweiten gelochten Keramikplattenteils D ausgebreitet
bzw. aufgetragen, und dann wurde das zweite gelochte Keramik
plattenteil D derart mit der Oberfläche 2 des ersten gelochten
Keramikplattenteils A verbunden, daß die Löcher 11' des zweiten
gelochten Keramikplattenteils D jeweils mit den entsprechenden
Löchern 11 des ersten gelochten Keramikplattenteils A koaxial
waren. Die Anordnung aus der verbundenen Unteranordnung und dem
zweiten gelochten Keramikplattenteil D wurde in einer Atmosphä
re aus Stickstoffgas gebrannt, und dann wurde die gebrannte An
ordnung der Selbstkühlung auf Raumtemperatur überlassen, wo
durch ein verbundener Keramikbau mit den Verbindungsschichten
4a und 4b erhalten wurde, wie er in Fig. 9(c) gezeigt ist.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die in Beispiel 7 angewandt wurde.
Es wurden keine Blasen gebildet, und die Fluiddichtheit war zu
friedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde auch derselben Biegefestig
keitsprüfung mit einseitiger Einspannung, die in Beispiel 7 an
gewandt wurde, unterzogen. Die Festigkeit hatte den hohen Wert
von 190 MPa.
Ein erstes gelochtes Keramikplattenteil A, das in Beispiel 16
verwendet wurde, war mit dem von Beispiel 15 identisch, außer
daß seine Löcher 11 einen Durchmesser von 50,4 mm hatten. Ein
zweites gelochtes Keramikplattenteil D, das in Beispiel 16 ver
wendet wurde, war mit dem von Beispiel 15 identisch, außer daß
seine Löcher 11' einen Durchmesser von 40 mm hatten.
Die rohrförmigen Keramikteile B, die in Beispiel 16 verwendet
wurden, waren mit denen von Beispiel 15 identisch. Das erste
gelochte Keramikplattenteil A, das zweite gelochte Keramikplat
tenteil D und die rohrförmigen Keramikteile B wurden durch die
selben Verfahren, die in Beispiel 15 angewandt wurden, zusam
mengebaut und miteinander verbunden, wobei jedoch die Dicke der
Verbindungsschichten etwa 0,2 mm betrug.
Der auf diese Weise hergestellte verbundene Keramikbau wurde
derselben Dichtheitsprüfung und derselben Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen, die in Beispiel 15
angewandt wurden.
Es wurden keine Blasen gebildet; die Fluiddichtheit war zufrie
denstellend, und die Festigkeit hatte den hohen Wert von 200
MPa.
Ein erstes gelochtes Keramikplattenteil A' mit einer Größe von
700 mm × 700 mm × 100 mm, wie es in Fig. 10(a) gezeigt ist, war
mit dem ersten gelochten Keramikplattenteil A von Beispiel 15
identisch, außer daß das erste gelochte Keramikplattenteil A'
mit Löchern 21 versehen war, die einen Durchmesser von 50,1 mm
hatten, jeweils eine Gegen- bzw. Senkbohrung mit einem Durch
messer von 60,1 mm und einer Tiefe von 5,1 mm aufwiesen und in
einem Abstand von 75 mm angeordnet waren.
Ein zweites gelochtes Keramikplattenteil D war mit dem von Bei
spiel 15 identisch. Es wurden mit einem Flansch versehene rohr
förmige Keramikteile B', die einen Außendurchmesser von 50 mm,
einen Innendurchmesser von 40 mm und eine Länge von 1000 mm hat
ten, verwendet. Jedes rohrförmige Keramikteil B' war an einem
seiner Enden mit einem Flansch 8 versehen, der einen Außendurch
messer von 60 mm, einen Innendurchmesser von 40 mm und eine
Dicke von 5 mm hatte.
Dann wurde, wie es in Fig. 10(c) gezeigt ist, dieselbe Verbin
dungsmaterialpaste, die in Beispiel 15 verwendet wurde, in Form
eines Überzuges mit einer Dicke von etwa 0,05 mm über einer
Oberfläche 7 des zweiten gelochten Keramikplattenteils D ausge
breitet bzw. aufgetragen, und die Verbindungsmaterialpaste wur
de auf der Oberfläche und dem äußeren Umfang des Flansches 8
und auf einem in das Loch 21 aufzunehmenden Bereich jedes mit
einem Flansch versehenen rohrförmigen Keramikteiles B' ausge
breitet bzw. aufgetragen. Die mit einem Flansch versehenen rohr
förmigen Keramikteile B' wurden derart in die Löcher 21 einge
setzt, daß ihre Flansche 8 auf den Bodenflächen der Gegen- bzw.
Senkbohrungen 25 aufsaßen, und das zweite gelochte Keramikplat
tenteil D wurde an der Oberfläche des ersten gelochten Keramik
plattenteils A', in der die Flansche 8 frei lagen, angebracht,
und dann wurde die Anordnung aus dem ersten gelochten Keramik
plattenteil A', dem zweiten gelochten Keramikplattenteil D und
den mit einem Flansch versehenen rohrförmigen Keramikteilen B'
in einer Atmosphäre aus Stickstoffgas gebrannt, wodurch ein
verbundener Keramikbau erhalten wurde, wie er in Fig. 10(c) ge
zeigt ist.
Der auf diese Weise hergestellte verbundene Keramikbau wurde
derselben Dichtheitsprüfung und derselben Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen, die in Beispiel 7
angewandt wurden.
Es wurden keine Blasen gebildet; die Fluiddichtheit war zufrie
denstellend, und die Festigkeit hatte den hohen Wert von 220
MPa.
Ein in Vergleichsbeispiel 7 verwendetes gelochtes Keramikplat
tenteil A war mit dem von Beispiel 15 identisch, außer daß die
in dem gelochten Keramikplattenteil A gebildeten Löcher 11 ei
nen Durchmesser von 51,4 mm hatten.
Es wurden dieselben rohrförmigen Keramikteile B wie in Beispiel
15 verwendet.
Ein verbundener Keramikbau, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, wurde
durch dasselbe Verfahren hergestellt, das in Vergleichsbeispiel
1 angewandt wurde.
Da der Zwischenraum zwischen dem gelochten Keramikplattenteil
A und den rohrförmigen Keramikteilen B den großen Wert von 0,7
mm hatte, waren die Neigungen der rohrförmigen Keramikteile B
zu dem gelochten Keramikplattenteil A groß, und die Lagegenau
igkeit der rohrförmigen Keramikteile B war sehr niedrig.
Der verbundene Keramikbau wurde derselben Dichtheitsprüfung un
terzogen, die in Beispiel 15 angewandt wurde. Es wurden Blasen
gebildet, und die Fluiddichtheit war nicht zufriedenstellend.
Der verbundene Keramikbau wurde auch der Biegefestigkeitsprü
fung mit einseitiger Einspannung unterzogen. Die Festigkeit hat
te den niedrigen Wert von 90 MPa.
Wie aus der Prüfung der Beispiele 15 bis 17 ersichtlich ist,
weist ein verbundener Keramikbau, der aus einem ersten geloch
ten Keramikplattenteil, das mit Löchern versehen ist, aus rohr
förmigen Keramikteilen, die in die Löcher des ersten gelochten
Keramikplattenteils eingesetzt sind, und aus einem zweiten ge
lochten Keramikplattenteil besteht, das an der äußeren Oberflä
che des ersten gelochten Keramikplattenteils angebracht ist und
mit Löchern versehen ist, die jeweils mit den entsprechenden Lö
chern des ersten gelochten Keramikplattenteils koaxial sind, ei
ne gleichmäßige bzw. gleichförmige Verbindungsschicht auf, die
sich kontinuierlich zwischen dem ersten und dem zweiten geloch
ten Keramikplattenteil und in den Zwischenräumen zwischen dem
ersten gelochten Keramikplattenteil und den rohrförmigen Kera
mikteilen erstreckt, wodurch ein verbundener Keramikbau erhal
ten wird, der eine ausgezeichnete Fluiddichtheit und eine hohe
Bindefestigkeit hat und das Verbinden einer Vielzahl von in der
selben Längenrichtung angeordneten rohrförmigen Keramikteilen
mit dem ersten gelochten Keramikplattenteil unter Erzielung ei
ner hohen Lagegenauigkeit ermöglicht.
Claims (9)
1. Keramik-Verbundaufbau, der ein gelochtes
Keramikplattenteil mit einer Vielzahl von Löchern und
rohrförmige Keramikteile umfasst, wobei ein Ende jedes
rohrförmigen Keramikteils in ein Loch so eingesetzt ist,
dass sich zwischen dem äußeren Umfang jedes rohrförmigen
Keramikteils und der Oberfläche des entsprechenden Loches
ein festgelegter Zwischenraum im Bereich von 0,05 mm bis
0,5 mm befindet, wobei mindestens eine Hauptoberfläche des
Plattenteils und alle Zwischenräume zusammenhängend mit
einem Material in Form einer Verbindungsschicht versehen
sind, so dass die rohrförmigen Keramikteile mit dem
Plattenteil fest verbunden sind.
2. Keramik-Verbundaufbau, bestehend aus einem
Keramikplattenteil mit einer Vielzahl von Löchern, in die
Löcher eingepassten Keramikmuffen und in die Muffen
eingesetzten, rohrförmigen Keramikteilen, wobei sich
zwischen den Keramikmuffenteilen und den entsprechenden
Löchern Zwischenräume von jeweils 0,05 bis 0,5 mm Breite
befinden, und mindestens eine Hauptoberfläche des
Plattenteils und alle Zwischenräume zusammenhängend mit
einem Material in Form einer Verbindungsschicht versehen
sind, so dass die rohrförmigen Keramikteile indirekt durch
Keramikmuffenteile mit dem Plattenteil fest verbunden sind.
3. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Löcher des Plattenteils sich
verjüngende Löcher und/oder abgestufte Löcher sind und dass
das in das Loch einzusetzende Ende von jedem der
rohrförmigen Keramikteile in einer sich verjüngenden
Gestalt und/oder in einer abgestuften Gestalt geformt ist,
die mit den sich verjüngenden Löchern und/oder mit den
abgestuften Löchern übereinstimmt.
4. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Löcher des Plattenteils sich
verjüngende Löcher und/oder abgestufte Löcher sind und dass
die äußere Oberfläche von jedem der in das Loch
einzupassenden Muffenteile in einer sich verjüngenden
Gestalt und/oder in einer abgestuften Gestalt geformt ist,
die mit den sich verjüngenden Löchern und/oder mit den
abgestuften Löchern übereinstimmt.
5. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Keramikmuffenteil in eine Aussparung
eingepasst ist, die in einem Ende des Loches gebildet ist.
6. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche jedes Loches
des Plattenteils ein Innengewinde gebildet ist und in dem
äußeren Umfang des Endbereiches von jedem rohrförmigen
Keramikteil oder von jedem Muffenteil, das in das Loch
einzusetzen oder einzupassen ist, ein Außengewinde gebildet
ist, das mit dem Innengewinde in Eingriff bringbar ist.
7. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass ein zweites gelochtes
Keramikplattenteil, das mit zweiten Löchern versehen ist,
deren Durchmesser nicht kleiner als der Innendurchmesser
der rohrförmigen Keramikteile und nicht größer als der
Außendurchmesser der rohrförmigen Keramikteile ist, an
einer Oberfläche des Plattenteils, die mit den Enden der in
die Löcher eingesetzten rohrförmigen Keramikteile bündig
ist, angebracht ist, wobei die zweiten Löcher des zweiten
Keramikplattenteils mit den Löchern des ersten Plattenteils
jeweils koaxial sind, und dass zwischen dem Plattenteil und
dem zweiten gelochten Keramikplattenteil eine Verbindungs
schicht gebildet ist, die mit den in den Zwischenräumen
gebildeten Schichten zusammenhängt.
8. Keramik-Verbundaufbau nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass in einem Ende von jedem Loch des
Plattenteils eine Aussparung gebildet ist und jedes
rohrförmige Keramikteil an einem seiner Enden mit einem
Flansch versehen ist, der mit der Aussparung übereinstimmt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-
Verbundaufbaus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass ein schmelzbares Verbindungsmaterial in
Form einer Schicht auf mindestens einer sich senkrecht zu
den Achsen der Löcher erstreckenden Hauptoberfläche des
Plattenteils aufgetragen wird, die rohrförmigen Keramik
teile in die Löcher eingesetzt werden und die Schicht aus
dem Verbindungsmaterial geschmolzen wird, so dass ein Teil
des geschmolzenen Verbindungsmaterials in die Zwischenräume
hineinfließt und mit der über der Oberfläche des Platten
teils gebildeten Schicht eine zusammenhängende
Verbindungsschicht bildet.
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