DE4416022A1 - Armierungsanker - Google Patents
ArmierungsankerInfo
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- F27D1/141—Anchors therefor
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Description
Die Erfindung betrifft einen Armierungsanker, wie er zum
Beispiel zur Armierung einer monolithischen, feuerfesten,
keramischen Auskleidung in einem metallurgischen Gefäß,
einer chemischen Anlage oder einer Verbrennungskammer
Verwendung findet.
Ohne den Anwendungsbereich der Erfindung zu beschränken,
werden der Stand der Technik und die Erfindung nachstehend
anhand eines Armierungsankers (Armierungsmittels) zur
Armierung einer Verbrennungskammer im Bereich der Petro
chemie näher beschrieben.
Feuerfeste monolithische Auskleidungen haben gegenüber einer
Zustellung mittels Formatsteinen den Vorteil, daß sie
schnell und leicht aufbringbar sind, und zwar weitestgehend
unabhängig von den lokalen geometrischen Vorgaben. Ebenso
können schadhafte Stellen leicht ausgebessert werden.
Nachteilig ist, daß die Haftung zur Gefäß-Außenwand ein
großes Problem darstellt. Insbesondere unter Temperatur
belastung kommt es zu unterschiedlichen Wärmedehnungen des
meist metallischen Gehäuses und der feuerfesten Auskleidung
und damit zu Bewegungen im Kontaktbereich Feuerfest/Gehäuse.
Die Folge sind Scherspannungen, die so groß werden können,
daß die feuerfeste Auskleidung zusammenbricht.
Insbesondere dann, wenn zwischen dem Gehäuse und der feuer
festen Auskleidung eine Isolierschicht (zum Beispiel Faser
matte) angeordnet wird, ergeben sich Probleme hinsichtlich
der Stabilität der feuerfesten Auskleidung.
Entsprechend hat es nicht an Versuchen gefehlt, die feuer
feste Auskleidung über entsprechende Armierungen zu stabi
lisieren.
Bekannt sind wabenartige Roste, die auf der Innenwand des
Gehäuses zum Beispiel durch Schweißung befestigt werden,
wobei die Waben mit dem Feuerfestmaterial gefüllt werden.
Nachteilig bei diesem System ist, daß sich mechanische
Spannungen durch den ganzen Rost fortpflanzen.
Man ist deshalb dazu übergegangen, anstelle großflächiger
Roste diskrete Armierungsanker einzusetzen. Im einfachsten
Fall sind diese nach Art von "Flügelschrauben" aufgebaut und
werden an der Innenwand des Gehäuses angeschweißt.
Es sind zahlreiche andere Systeme bekannt, beispielsweise
das nach der EP 0 530 895 A1.
Ein anderes System beschreibt die GB 2 164 132 A (Plibrico).
Hierbei handelt es sich im wesentlichen um Ringsegmente, die
ebenfalls auf die zu beschichtende Innenwand aufgeschweißt
werden.
Die Didier-Werke AG, Wiesbaden, bieten einen Armierungsanker
an, der einen U-förmigen Basisschenkel aufweist. Dieser
Basisschenkel wird auf einem Metallträger befestigt, der aus
zwei Platten besteht, die durch einen Bolzen im Abstand
zueinander gehalten werden (Doppel-T). Zur Konfektionierung
wird der U-förmige Schenkel auf den Bolzen geschoben und
zwischen den Platten fixiert. Die gesamte Einrichtung kann
über einen umfangsseitigen Kunststoffring abgedeckt werden.
Alle vorgenannten Systeme haben den Nachteil, daß die Anker
entweder gar nicht oder nur bedingt beweglich sind. Entweder
werden sie direkt starr auf der Gefäßwand montiert oder -
wie der Didier-Anker - zwischen zwei Metallplatten arretiert.
Thermische Dehnungen/Kontraktionen können dabei allenfalls
in einer Ebene kompensiert werden.
Gerade bei Hochtemperaturanwendungen kommt es jedoch - wie
dargestellt - zu erheblichen Relativverschiebungen zwischen
dem Gehäuse und der feuerfesten Ausmauerung aufgrund
thermischer Längenänderungen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und einen Armie
rungsanker zur Verfügung stellen, der in weiten Bereichen
und vorzugsweise allen Richtungen des Koordinatensystems
eine Beweglichkeit erlaubt, ohne die Armierungsfunktion zu
beeinträchtigen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß der
Armierungsanker (einschließlich seiner Haltemittel) so ge
staltet sein muß, daß er zur Positionierung (bei der Mon
tage) sicher in der gewünschten Ausrichtung in den Halte
mitteln gehalten beziehungsweise geführt wird. Dabei sind
die Haltemittel jedoch so gestaltet, daß sie unter Tempera
tureinfluß ausbrennen und somit für den Armierungsanker
einen "Bewegungsraum" schaffen, entlang dem der Anker im
Fall thermischer/mechanischer Spannungen "wandern" kann.
Da das Ausbrennen einzelner Abschnitte der Haltemittel erst
nach Aufbringen der monolithischen Auskleidung erfolgen
kann, sieht der Erfindungsgedanke ferner vor, die Halte
mittel nach der Montage des Ankers mit einer Kappe abzu
decken, so daß der Haltebereich für den Anker frei von
Feuerfestmaterial bleibt, wodurch gleichzeitig ein weiterer
"Bewegungsraum" für den Anker geschaffen werden kann.
Demzufolge ist der Anker - nach dem Ausbrennen der genannten
Teile - im Bereich der Haltemittel frei bewegbar, wobei die
Haltemittel auf einem Bolzen befestigt sind, der seinerseits
auf beliebige Art und Weise an der Gehäusewand befestigt
werden kann, beispielsweise durch Schweißen, Schrauben oder
dergleichen.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfin
dung einen Armierungsanker mit folgenden Merkmalen:
- - einem Bolzen mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei
- - das erste Ende mit Mitteln zur Befestigung an einer Wand, und
- - das zweite Ende mit Haltemitteln zur Aufnahme eines U-förmig gestalteten Abschnitts des Ankers um den Bolzen herum ausgebildet ist,
- - die freien Endes des Ankers verlaufen, ausgehend vom U-förmigen Abschnitt, nach einer Umbiegung in Richtung von der Wand weg,
- - die Haltemittel zur Aufnahme des U-förmig gestalteten Abschnitts des Ankers sind mittels einer Kappe abdeckbar,
- - und bestehen, wie die Kappe, in ihrem, den Anker wand seitig abstützenden Teil, zumindest teilweise aus einem ausbrennbaren Material.
Je nachdem, ob der Anker unmittelbar wandseitig oder im Ab
stand zur Wand mit seinem U-förmigen Schenkel befestigt
werden soll, ergeben sich nicht nur unterschiedliche Längen
für den Bolzen, sondern gegebenenfalls auch unterschiedliche
Ausführungsformen für die Haltemittel.
Im Fall einer unmittelbaren wandseitigen Montage kann
nämlich der wandseitige Abschnitt der Haltemittel von der
Wand selbst gebildet werden. In diesem Fall ist es nur noch
notwendig, den ausbrennbaren Teil, vorzugsweise unmittelbar
auf der Wand und im Abstand dazu ein weiteres (nicht aus
brennbares) Haltemittel auf dem Bolzen vorzusehen, so daß
der Anker mit seinem U-förmigen Schenkel zwischen dem aus
brennbaren Teil und dem weiteren Haltemittel positioniert
werden kann.
Nach der Montage wird nur noch die Kappe aufgesetzt, die
selbstverständlich im Bereich der Ankerschenkel entsprechen
de Aussparungen aufweist.
Für den Fall, daß die Haltemittel beabstandet zur wandsei
tigen Befestigung des Bolzens angeordnet werden sollen, wer
den zwei, nicht ausbrennbare Haltemittel im Abstand zuein
ander angeordnet und ein weiteres, ausbrennbares Teil zwi
schen beide gelegt, so daß der Anker mit seinem U-förmigen
Schenkel wiederum zwischen dem ausbrennbaren Teil und einer
korrespondierenden Halteplatte fixiert werden kann. Auch in
diesem Fall wird anschließend die Gesamtheit der Haltemittel
wieder über eine Kappe abgedeckt.
Die Kappe und das (vorzugsweise wandseitig abstützende)
ausbrennbare Teil können aus demselben Material,
beispielsweise einem Kunststoff bestehen. Da beide Teile nur
temporäre Funktionen zu erfüllen haben, können preiswerte
und/oder recycelte Qualitäten Anwendung finden.
Vorzugsweise bestehen beide Teile aus demselben Material und
sind materialschlüssig miteinander verbunden. Im einfachsten
Fall ist die Kappe dazu über einen entsprechenden Steg mit
dem ausbrennbaren Teil der Haltemittel verbunden. Dies hat
den Vorteil, daß die Kappe bei der Montage nicht verloren
gehen kann. Der Monteur kann die Kappe nach der Montage
leicht auf die Haltemittel aufsetzen.
Die Form, Größe und Materialauswahl für die Haltemittel ist
grundsätzlich im Rahmen der eingangs genannten Vorgaben
beliebig. Soweit nachstehend von "Scheiben" gesprochen wird,
so umfaßt dieser Begriff alle Arten von "plattenförmigen"
Haltemitteln, aber auch rohr- oder buchsenartige Körper,
soweit diese zur Aufnahme und Festlegung des Ankers bei der
Montage geeignet sind.
Im einfachsten Fall wird es sich um runde Scheiben handeln.
Die untere (wandseitige) Scheibe kann dabei auf einem
radialen Außenkragen des Bolzens oder radial vorstehenden
Stiften aufliegen. Anschließend wird der ausbrennbare Teil
der Haltemittel, der beispielsweise nach Art eines "Kragens"
gestaltet sein kann, auf die wandseitige Scheibe aufgesetzt,
danach der U-förmige Schenkel des Ankers auf den Bolzen auf
geschoben und schließlich eine weitere Scheibe und eine
Mutter aufgesetzt, wozu der Bolzen am freien Ende ein Außen
gewinde aufweist. Mit Hilfe der Mutter kann die gesamte
Einrichtung so verspannt werden, daß der Anker sicher zwi
schen den Scheiben beziehungsweise dem ausbrennbaren Kragen
einliegt und gehalten wird.
Ebenso ist es aber auch möglich, die Scheiben mit einem
radialen Schlitz auszubilden und über entsprechende Schlitze
am Außenumfang des Bolzens auf den Bolzen aufzuschieben.
Die Erfindung ist weder auf die eine noch die andere Aus
führungsform beschränkt. Vielmehr stehen dem Fachmann aus
dem allgemeinen Maschinenbau eine Vielzahl weiterer Ver
bindungsmöglichkeiten zur Verfügung, ohne den Erfindungs
gedanken zu verlassen.
Die Positionierung des Ankers wird weiter optimiert, wenn
insbesondere der ausbrennbare Teil der Haltemittel eine
korrespondierende U-förmige Vertiefung auf seiner Oberfläche
aufweist, so daß der U-förmige Schenkel des Ankers hier ein
gelegt und ausgerichtet werden kann.
Ganz wesentlich für den Erfindungsgedanken ist, daß der
gesamte Verbindungsbereich zwischen Anker und Haltemitteln
mit Hilfe der genannten Kappe vor dem Vergießen mit Masse
abgedeckt werden kann und diese Kappe, zusammen mit dem
ausbrennbaren Haltemittel, anschließend durch Temperatur
erhöhung entfernt wird, so daß zwischen den Haltemitteln ein
von feuerfester Masse oder anderen Materialien freier Raum
entsteht, in dem der Anker eine freie Bewegbarkeit im Fall
thermischer oder mechanischer Spannungen in allen Richtungen
des Koordinatensystems ausüben kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk
malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs
unterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs
beispieles näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 - in schematisierter Darstellung - einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Armierungsanker und
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ankers.
Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Wand eines Gefäßes darge
stellt, auf die innenseitig (Innenfläche 10i) eine kera
mische feuerfeste Masse als Schutzschicht aufgebracht werden
soll.
Ein Bolzen 12 ist auf die Innenfläche 10i der Wand 10 auf
geschweißt (Schweißnaht 14). Der Bolzen 12 weist an seinem
freien Ende ein Außengewinde 12a auf.
Bei der Montage wird nach der Befestigung des Bolzens 12
zunächst ein Kunststoffkragen 16 auf den Bolzen 12 aufge
schoben, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außen
durchmesser des Bolzens 12 ist und der an seinem wandseiti
gen Ende einen umlaufenden Flansch 16f aufweist. Wie die
Figur zeigt, liegt der Kragen 16 mit dem Flansch 16f auf der
Innenfläche 10i der Wand 10 auf.
Die Breite des Flansches 10f ist so gewählt, daß der Flansch
10f ohne weiteres einen U-förmigen Schenkel 18u eines Ankers
18 aufnehmen kann, der als nächstes seitlich (also senkrecht
zur Mittenlängsachse M des Bolzens 12) auf den Kragen 16
aufgeschoben wird.
Die Figuren zeigen, daß die beiden freien Enden 18e des
Ankers 18, ausgehend vom U-förmigen Schenkel 18u, nach oben
abgewinkelt sind, so daß sie später in der feuerfesten Masse
einliegen.
Als nächstes wird eine metallische Kreisringscheibe 20 auf
den Bolzen 12 aufgesetzt, die auf der oberen Stirnfläche 16s
des Kragens 16 aufliegt und danach mit Hilfe einer Mutter 22
in Richtung auf die Wand 10 verschoben wird, bis der U-för
mige Schenkel 18u des Ankers 18 sicher und ortsfest zwischen
der Scheibe 20 und dem Flansch 16f des Kragens 16 festgelegt
ist.
In jeder Position ist der Anker 18 nur mit Gewalt zu
bewegen.
An einem Ende des Flansches 16f des Kragens 16 ist ein
Streifen 24s angeformt, an dessen anderem Ende eine Kunst
stoffkappe 24 materialschlüssig befestigt ist.
Nach der zuvor beschriebenen Montage wird die Kappe 24 auf
die gesamte Einrichtung gestülpt, wie dies in der Figur
dargestellt ist. Selbstverständlich weist die Kappe 24 dazu
zwei "torartige" Aussparungen 24a auf, korrespondierend zu
den Armen 18e des Ankers 18.
In der aufgesteckten Position deckt die Kappe 24 - wie die
Figur zeigt - den Bolzen 12, die Mutter 22, die Scheibe 20,
den U-förmigen Abschnitt 18u des Ankers 18 und den Kragen 16
vollständig ab.
Nachdem eine Vielzahl von Ankern der beschriebenen Art auf
die genannte Art und Weise an der Wand 10 befestigt worden
sind, kann die monolithische feuerfeste Beschichtung aufge
bracht werden. Durch die Kappe 24 bleibt der Bereich unter
der Kappe 24 frei von Feuerfestmaterial.
Kommt es nach der Inbetriebnahme zu einer thermischen
Belastung des Feuerfestmaterials, so führt dies zu einem
entsprechenden Temperaturgefälle von der Innenseite zur
Außenseite (Wand 10). Sobald im Bereich der Kappe 24
beziehungsweise des Kragens 16 die Temperatur oberhalb der
Schmelztemperatur dieser Teile liegt, schmelzen diese auf.
Gleichzeitig verliert der U-förmige Abschnitt 18u des Ankers
18 seine Unterstützung durch den Kragen 16. Es ist offen
sichtlich, daß der Anker 18 anschließend innerhalb des
Raumes zwischen der Scheibe 20 und der Wand 10 Bewegungen in
allen Richtungen des Koordinatensystems innerhalb des ge
bildeten Freiraums 30 folgen kann, so daß thermische/
mechanische Spannungen zwischen feuerfester Auskleidung und
Wand 10 nunmehr durch die Anker 18 kompensiert werden können
und nicht mehr zu einer Rißbildung innerhalb des Feuerfest
materials führen.
Durch die Kappe 24 wird sichergestellt, daß der Anker 18
auch umfangsseitig im Bereich des U-förmigen Schenkels 18u
nicht mit Feuerfestmasse in Kontakt kommt und insoweit der
gesamte Bereich unterhalb der Kappe von Feuerfestmaterial
frei bleibt.
Der beschriebene Armierungsanker läßt sich selbstverständ
lich nicht nur als Armierungsanker für feuerfeste Ausklei
dungen einsetzen. Er kann ebenso im konventionellen Hoch-
und Tiefbau Anwendung finden, wobei in diesem Fall aller
dings für eine entsprechende Erwärmung der ausbrennbaren
Teile getrennt zu sorgen ist, beispielsweise über Brenner
oder dergleichen.
Claims (10)
1. Armierungsanker mit folgenden Merkmalen:
- 1.1 einem Bolzen (12) mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei
- 1.1.1 das erste Ende mit Mitteln (14) zur Befestigung an einer Wand (10) und
- 1.1.2 das zweite Ende mit Haltemitteln (16, 20) zur Aufnahme eines U-förmig gestalteten Abschnitts (18u) des Ankers (18) um den Bolzen (12) herum ausgebildet ist,
- 1.2 die freien Enden (18e) des Ankers verlaufen, ausgehend vom U-förmigen Abschnitt (18u), nach einer Umbiegung in Richtung von der Wand weg,
- 1.3 die Haltemittel (16, 20) zur Aufnahme des U-förmig gestalteten Abschnitts (18u) des Ankers (18) sind mittels einer Kappe (24) abdeckbar und
- 1.4 bestehen, wie die Kappe (24), in ihrem, den Anker (18) wandseitig abstützenden Teil (16) zumindest teilweise aus einem ausbrennbaren Material.
2. Armierungsanker nach Anspruch 1, bei dem die Kappe (24) und das
den Anker (18) wandseitig abstützende ausbrennbare Teil (16) aus
demselben Material bestehen.
3. Armierungsanker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kappe (24)
an das den Anker (18) wandseitig abstützende ausbrennbare Teil
(16) angelenkt ist.
4. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die
Kappe (24) und das den Anker (18) wandseitig abstützende Teil (16)
aus Kunststoff bestehen.
5. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die
Haltemittel (20) im übrigen aus temperaturbeständigen Scheiben
bestehen, die den U-förmigen Abschnitt (18u) des Ankers (18)
zwischen sich aufnehmen.
6. Armierungsanker nach Anspruch 5, bei dem mindestens eine
Scheibe (20) auf dem Bolzen (12) festlegbar ist.
7. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der
ausbrennbare Teil (16) aus einem, den Bolzen (12) umgreifenden
und den U-förmigen Ankerabschnitt (18u) untergreifenden Kragen
besteht.
8. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die
Scheiben geschlitzt ausgebildet und entlang korrespondierender
Nuten auf gegenüberliegenden Abschnitten des Bolzens auf diesen
aufsteckbar sind.
9. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die
Scheiben (20) auf den Bolzen (12) aufschraubbar oder durch
auf schraubbare Muttern positionierbar sind.
10. Armierungsanker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der nicht
ausbrennbare, wandseitige Teil der Haltemittel von der Wand (10)
selbst gebildet wird.
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