EP1288601B1

EP1288601B1 - Heat shield brick and its use in a combustion chamber

Info

Publication number: EP1288601B1
Application number: EP01120506A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Dr. Bast; Uwe Dr. Rettig; Christine Dr. Taut
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: US20030056515A1; JP2003176986A; CN1407281A; CN1328546C; DE50111316D1; JP4087665B2; EP1288601A1; US6711899B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschildstein, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand, bestehend aus einem Grundmaterial und einer einem heißen Medium aussetzbaren Heißseite, einer der Heißseite gegenüberliegenden Wandseite und einer an die Heißseite und die Wandseite angrenzenden Umfangsseite. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Hitzeschildsteins, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand.The invention relates to a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall, consisting of a base material and a hot medium exposable hot side, a hot side opposite wall side and adjacent to the hot side and the wall side peripheral side. The invention further relates to the use of a heat shield block, in particular for lining a combustion chamber wall.

Ein thermisch und/oder thermomechanisch hochbelasteter Brennraum, wie beispielsweise ein Brennofen, ein Heißgaskanal oder eine Brennkammer einer Gasturbine, in dem ein heißes Medium erzeugt und/oder geführt wird, ist zum Schutz vor zu hoher thermischer Beanspruchung mit einer entsprechenden Auskleidung versehen. Die Auskleidung besteht üblicherweise aus hitzeresistentem Material und schützt eine Wandung des Brennraums vor dem direkten Kontakt mit dem heißen Medium und der damit verbundenen starken thermischen Belastung.A thermally and / or thermomechanically highly loaded combustion chamber, such as a kiln, a hot gas duct or a combustion chamber of a gas turbine, in which a hot medium is generated and / or guided, is provided to protect against excessive thermal stress with a corresponding lining. The lining is usually made of heat-resistant material and protects a wall of the combustion chamber from direct contact with the hot medium and the associated high thermal load.

Die ältere EP-A-1 191 285 beschreibt einen Hitzeschildstein bei dem ein in Umfangsrichtung vorgespanntes Zugelement vorgesehen ist, so dass Druckspannungen normal zur Umfangsseitenfläche erzeugt werden.The prior EP-A-1 191 285 discloses a heat shield brick in which a tension member biased in the circumferential direction is provided so that compressive stresses normal to the peripheral side surface are generated.

Die US-Patentschrift 4,840,131 betrifft eine Befestigung von keramischen Auskleidungselementen an einer Wand eines Ofens. Hierbei ist ein Schienensystem, welches an der Wand befestigt ist und eine Mehrzahl von keramischen Schienenelementen aufweist, vorgesehen. Durch das Schienensystem können die Auskleidungselemente an der Wand gehaltert werden. Zwischen einem Auskleidungselement und der Wand des Ofens können weitere keramische Schichten vorgesehen sein, u.a. eine Schicht aus losen, teilweise komprimierten Keramikfasern, wobei diese Schicht zumindest etwa die selbe Dicke wie die keramischen Auskleidungselemente oder eine größere Dicke aufweist. Die Auskleidungselemente weisen hierbei eine rechteckige Form mit planarer Oberfläche auf und bestehen aus einem wärmeisolierenden, feuerfesten keramischen Fasermaterial.U.S. Patent 4,840,131 relates to attachment of ceramic lining elements to a wall of a furnace. Here, a rail system, which is fixed to the wall and having a plurality of ceramic rail elements, is provided. Through the rail system, the lining elements can be mounted on the wall. Between a lining element and the wall of the furnace further ceramic layers may be provided, including a layer of loose, partially compressed ceramic fibers, this layer having at least about the same thickness as the ceramic lining elements or a greater thickness. The lining elements in this case have a rectangular shape with a planar surface and consist of a heat-insulating, refractory ceramic fiber material.

Die US-Patentschrift 4,835,831 behandelt ebenfalls das Aufbringen einer feuerfesten Auskleidung auf einer Wand eines Ofens, insbesondere auf einer vertikal angeordneten Wand. Auf die metallische Wand des Ofens wird eine aus Glas-, Keramikoder Mineralfasern bestehende Schicht aufgebracht. Diese Schicht wird mittels metallischen Klammern oder durch Kleber an der Wand befestigt. Auf dieser Schicht wird ein Drahtmaschennetz mit wabenförmigen Maschen aufgebracht. Das Maschennetz dient ebenfalls der Sicherung der Schicht aus Keramikfasern gegen ein Herabfallen. Auf die so befestigte Schicht wird mittels eines geeigneten Sprühverfahrens eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche aus feuerfestem Material aufgebracht. Mit dem beschriebenen Verfahren wird weitgehend vermieden, dass während des Aufsprühens auftreffende feuerfeste Partikel zurückgeworfen werden, wie dies bei einem direkten Aufsprühen der feuerfesten Partikel auf die metallische Wand der Fall wäre.U.S. Patent 4,835,831 also deals with the application of a refractory lining to a wall of a furnace, particularly on a vertically disposed wall. On the metallic wall of the furnace, a layer consisting of glass, ceramic or mineral fibers is applied. This layer is attached to the wall by means of metal clips or glue. On this layer, a wire mesh net with honeycomb mesh is applied. The mesh also serves to secure the layer of ceramic fibers against falling. A uniform closed surface of refractory material is applied to the layer thus secured by means of a suitable spraying process. With the method described is largely avoided that incident during the spraying refractory particles are thrown back, as would be the case with a direct spraying of the refractory particles on the metallic wall.

Eine keramische Auskleidung der Wandungen von thermisch hoch beanspruchten Brennräumen, beispielsweise von Gasturbinenbrennkammern, ist in der EP 0 724 116 A2 beschrieben. Die Auskleidung besteht aus Wandelementen aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik, wie z.B. Siliziumkarbid (SiC) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄). Die Wandelemente sind mechanisch mittels eines zentralen Befestigungsbolzens federelastisch an einer metallischen Tragstruktur (Wandung) der Brennkammer befestigt. Zwischen den Wandelement und der Wandung des Brennraumes ist eine dicke thermische Isolationsschicht vorgesehen, sodass das Wandelement von der Wandung der Brennkammer entsprechend beabstandet ist. Die im Verhältnis zum Wandelement etwa dreimal so dicke Isolationsschicht besteht aus einem keramischen Fasermaterial, das in Blöcken vorgefertigt ist. Die Abmessungen und die äußere Form der Wandelemente sind an die Geometrie des auszukleidenden Raums anpassbar.A ceramic lining of the walls of thermally highly stressed combustion chambers, for example of gas turbine combustion chambers, is described in EP 0 724 116 A2. The lining consists of wall elements of high-temperature-resistant structural ceramics, such as silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ). The wall elements are mechanically fixed by means of a central fastening bolt to a metallic support structure (wall) of the combustion chamber. Between the wall element and the wall of the combustion chamber, a thick thermal insulation layer is provided, so that the wall element is spaced from the wall of the combustion chamber accordingly. About three times as thick in relation to the wall element insulation layer consists of a ceramic fiber material, which is prefabricated in blocks. The dimensions and the external shape of the wall elements are adaptable to the geometry of the space to be lined.

Eine andere Art der Auskleidung eines thermisch hoch belasteten Brennraums ist in der EP 0 419 487 B1 angegeben. Die Auskleidung besteht aus Hitzeschildelementen, die mechanisch an einer metallischen Wandung des Brennraums gehaltert sind. Die Hitzeschildelemente berühren die metallische Wandung direkt. Um eine zu starke Erwärmung der Wandung zu vermeiden, z.B. infolge eines direkten Wärmeübergangs vom Hitzeschildelement oder durch Einbringen von heißem Medium in die durch die voneinander angrenzenden Hitzeschildelementen gebildeten Spalte, wird der von der Wandung des Brennraums und dem Hitzeschildelement gebildete Raum mit Kühlluft, der sogenannten Sperrluft beaufschlagt. Die Sperrluft verhindert das Vordringen von heißem Medium bis zur Wandung und kühlt gleichzeitig die Wandung und das Hitzeschildelement.Another type of lining of a thermally highly loaded combustion chamber is given in EP 0 419 487 B1. The lining consists of heat shield elements, which are mechanically supported on a metallic wall of the combustion chamber. The heat shield elements touch the metallic wall directly. To avoid excessive heating of the wall, e.g. As a result of a direct heat transfer from the heat shield element or by introducing hot medium into the gaps formed by the adjacent heat shield elements, the space formed by the wall of the combustion chamber and the heat shield element is supplied with cooling air, the so-called barrier air. The blocking air prevents the penetration of hot medium up to the wall and at the same time cools the wall and the heat shield element.

Die WO 99/47874 betrifft ein Wandsegment für einen Brennraum sowie einen Brennraum einer Gasturbine. Hierbei wird ein Wandsegment für einen Brennraum, welcher mit einem heißen Fluid, z.B. einem Heißgas, beaufschlagbar ist, mit einer metallischen Tragstruktur und einem auf der metallischen Tragstruktur befestigten Hitzeschutzelement angegeben. Zwischen die metallische Tragstruktur und das Hitzeschutzelement wird eine verformbare Trennlage eingefügt, die mögliche Relativbewegungen des Hitzeschutzelements und der Tragstruktur aufnehmen und weitgehend ausgleichen soll. Solche Relativbewegungen können beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbine, insbesondere einer Ringbrennkammer, durch unterschiedliches Wärmedehnverhalten der verwendeten Materialien oder durch Pulsationen im Brennraum, wie sie bei einer unregelmäßigen Verbrennung zur Erzeugung des heißen Arbeitsmittels oder durch Resonanzeffekte entstehen können, hervorgerufen werden. Zugleich bewirkt die Trennschicht, dass das relativ unelastische Hitzeschutzelement insgesamt flächiger auf der Trennschicht und der metallischen Tragstruktur aufliegt, da das Hitzeschutzelement teilweise in die Trennschicht eindringt. Die Trennschicht kann so fertigungsbedingt Unebenheiten an der Tragstruktur und/oder dem Hitzeschutzelement, die lokal zu einem ungünstigen Krafteintrag führen können, ausgleichen.WO 99/47874 relates to a wall segment for a combustion chamber and a combustion chamber of a gas turbine. Here, a wall segment for a combustion chamber, which is acted upon by a hot fluid, for example a hot gas, indicated with a metallic support structure and a mounted on the metallic support structure heat protection element. Between the metallic support structure and the heat protection element, a deformable separation layer is inserted, which is intended to absorb and largely compensate for possible relative movements of the heat protection element and the support structure. Such relative movements can be caused, for example, in the combustion chamber of a gas turbine, in particular an annular combustion chamber, by different thermal expansion behavior of the materials used or by pulsations in the combustion chamber, as may occur in an irregular combustion to produce the hot working medium or by resonance effects. At the same time, the separating layer causes the relatively inelastic heat protection element to lie overall flat on the separating layer and the metallic support structure, since the heat protection element partially penetrates into the separating layer. The release layer can thus production due to bumps the support structure and / or the heat protection element, which can lead locally to an unfavorable force input compensate.

Die Erfindung geht von der Beobachtung aus, dass, insbesondere keramische, Hitzeschildsteine aufgrund ihrer notwendigen Flexibilität hinsichtlich thermischen Ausdehnungen häufig nur unzureichend gegenüber mechanischen Belastungen, wie beispielsweise Stöße oder Vibrationen, gesichert sind.The invention is based on the observation that, in particular ceramic, heat shield bricks are often insufficiently secured against mechanical stresses such as shock or vibration due to their necessary flexibility in terms of thermal expansions.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Hitzeschildstein anzugeben, welcher sowohl hinsichtlich unbeschränkter thermischer Ausdehnung als auch hinsichtlich der Stabilität gegenüber mechanischen, insbesondere stoßartigen, Belastungen eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Verwendung des Hitzeschildsteins, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand.The invention is therefore an object of the invention to provide a heat shield block, which ensures high reliability both in terms of unlimited thermal expansion as well as in terms of stability to mechanical, especially shock-like, loads. Another object of the invention is to specify a use of the heat shield block, in particular for lining a combustion chamber wall.

Die auf einen Hitzeschildstein gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hitzeschildstein, insbesondere zur Auskleidung einer Brennkammerwand, bestehend aus einem Grundmaterial und einer einem heißen Medium aussetzbaren Heißseite, einer der Heißseite gegenüberliegenden Wandseite und einer an die Heißseite und die Wandseite angrenzenden Umfangsseite, wobei an der Umfangsseite ein auf eine Vorspannung vorspannbares Zugelement mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten angebracht ist, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundmaterials des Hitzeschildsteins größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Zugelements ist, so dass durch die Vorspannung des Zugelements ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks verhindert wird.The object directed to a heat shield brick is achieved according to the invention by a heat shield brick, in particular for lining a combustion chamber wall consisting of a base material and a hot medium exposable hot side, a hot side opposite wall side and adjacent to the hot side and the wall side peripheral side, wherein at Circumference side is attached to a prestressing prestressable tension member having a coefficient of thermal expansion, wherein the coefficient of thermal expansion of the base material of the heat shield block is greater than the thermal expansion coefficient of the tension element, so that the bias of the tension element, a leaching of a fragment formed during a fracture is prevented.

Mit der Erfindung wird ein völlig neuer Weg aufgezeigt, Hitzeschildsteine gegenüber hohen Beschleunigungen infolge von Stößen oder Vibrationen dauerhaft zu sichern. Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass Hitzeschildsteine, wie sie üblicherweise zur Auskleidung einer Brennkammerwand verwendet werden, durch stationäre und/oder transiente Schwingungen in der Brennkammerwand zu entsprechenden Schwingungen angeregt werden. Dabei können, insbesondere in einem Resonanzfall, erhebliche Beschleunigungen oberhalb einer Grenzbeschleunigung auftreten, wobei die Hitzeschildsteine von der Brennkammerwand abheben und in der Folge wieder aufschlagen. Ein solcher Aufschlag auf die massive oder auch teilweise gedämpfte Brennkammerwand führt zu sehr hohen Kräften auf die Hitzeschildsteine und kann zu erheblichen Beschädigungen, z.B. Bruch an diesen führen. Hinzu kommt die außerordentlich große thermische Belastung des Hitzeschildsteins aufgrund der Beaufschlagung des Hitzeschildsteins mit einem heißen Medium im Betrieb. Sowohl auf der Wandseite als auch auf der Heißseite des Hitzeschildsteins können somit Anrisse auftreten, wobei bei zunehmendem Risswachstum im weiteren Betrieb auch die Gefahr eines Herauslösens von Material aus dem Hitzeschildstein besteht. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Dauerhaltbarkeit eines Hitzeschildsteins, vor allem weil solche Anrisse zu einem Materialdurchriss und somit zu einem Bruch und völligen Versagen des gesamten Hitzeschildsteins führen können. In der Folge besteht die akute Gefahr, dass Bruchstücke in den Brennraum gelangen und weitere Bauteile der Brennkammer oder, beispielsweise beim Einsatz in der Gasturbine, den empfindlichen Beschaufelungsbereich mit Turbinenschaufeln massiv schädigen können.With the invention, a completely new way is shown to secure heat shield stones against high accelerations due to shock or vibration permanently. The invention is already based on the knowledge that heat shield bricks, as they are usually used for lining a combustion chamber wall, are excited by stationary and / or transient vibrations in the combustion chamber wall to corresponding vibrations. It can, in particular in a resonance case, significant accelerations occur above a limit acceleration, the heat shield stones stand out from the combustion chamber wall and open again in the episode. Such an impact on the massive or partially damped combustion chamber wall leads to very high forces on the heat shield stones and can lead to significant damage, such as breakage on these. In addition, there is the extremely high thermal load of the heat shield stone due to the application of the heat shield stone with a hot medium during operation. Thus, cracks can occur both on the wall side and on the hot side of the heat shield block, with the risk of dislodgement of material from the heat shield brick as the crack growth increases during further operation. This leads to a significant reduction in the durability of a heat shield stone, especially because such cracks can lead to a material tear and thus to a breakage and complete failure of the entire heat shield stone. As a result, there is an acute danger that debris may enter the combustion chamber and massively damage other components of the combustion chamber or, for example, when used in the gas turbine, the sensitive blade area with turbine blades.

Mit dem vorgeschlagenen Hitzeschildstein mit einem an der Umfangsseite auf eine Vorspannung vorspannbares Zugelement, wird erstmals eine äußerst effiziente und langzeitstabile Sicherung für einen Hitzeschildstein angegeben. Hierbei ist das Zugelement vorteilhafterweise in Umfangsrichtung auf eine Vorspannung vorspannbar, wobei eine entsprechende Druckspannung im Inneren des Hitzeschildsteins erzeugt wird, die den Stein zusammenklammert. Somit wird der Hitzeschildstein durch das Zugelement unter Druck-Vorspannung gehalten, so dass auf den Hitzeschildstein wirkende Biege-Zugkräfte verringert und das Risswachstum damit verlangsamt wird. Durch diese Druckspannung, die zumindest teilweise in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins gerichtet ist, wird der Hitzeschildstein bereits bei einer vergleichsweise geringen Vorspannung des Zugelements gesichert. Hierdurch wird einem möglichen Materialanriss, beispielsweise infolge einer Stoßbelastung oder einer thermischen Belastung, wirkungsvoll entgegengetreten. Vorhandene Materialanrisse können sich bei entsprechender geometrischer Ausgestaltung und Anordnung des Zugelements nicht oder nur in eingeschränktem Maße entlang der Heißseite des Hitzeschildstein weiterbilden oder ausdehnen. Das Zugelement hält den Hitzeschildstein sozusagen zusammen und sichert ihn einerseits gegenüber Materialanrissen und andererseits vor allem gegenüber einem vollständigen Materialdurchriss. Neben dieser primären Sicherungsfunktion wird zusätzlich der Gefahr eines Herauslösens oder Herausfallens von kleineren oder größeren Bruchstücken im Falle eines möglichen Materialdurchrisses oder Bruchs wirkungsvoll entgegengetreten. Die durch die Vorspannung des Zugelements bewirkte Druckspannung verhindert ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks.With the proposed heat shield brick with a biased on the peripheral side to a bias tension element, an extremely efficient and long-term stable fuse for a heat shield brick is specified for the first time. Here, the tension element is advantageously biased in the circumferential direction to a bias voltage, wherein a corresponding compressive stress is generated in the interior of the heat shield block, which staples the stone together. Thus, the heat shield brick is held by the tension member under pressure bias, so that acting on the heat shield brick bending tensile forces and crack growth is slowed down. By this compressive stress, which is at least partially directed toward the interior of the heat shield brick, the heat shield brick is already at a comparatively low bias of the Secure tension element. As a result, a possible material tear, for example due to a shock load or a thermal load, effectively counteracted. Existing material cracks can not develop or expand to a limited extent along the hot side of the heat shield brick with appropriate geometric design and arrangement of the tension element. The tension element holds the heat shield brick together, as it were, and secures it, on the one hand, against material cracks and, on the other hand, above all against a complete material tear. In addition to this primary backup function, the risk of leaching or falling out of smaller or larger fragments in the event of a possible material tear or breakage is additionally effectively counteracted. The compressive stress caused by the prestressing of the tension element prevents a detachment of a fragment formed during a fracture.

Von besonderem Vorteil ist eine Erhöhung der passiven Sicherheit des Hitzeschildsteins gegenüber den herkömmlichen Ausgestaltungen. Einem Materialanriss oder -durchriss wird durch das vorgespannte Zugelement entgegengetreten, wobei im Durchrissfall ein Herauslösen eines Bruchstücks des Hitzeschildstein unterbunden wird.Of particular advantage is an increase in the passive safety of the heat shield block over the conventional designs. A material tearing or -durchriss is counteracted by the prestressed tension element, wherein in the case of breakdown, a dissolution of a fragment of the heat shield stone is prevented.

Durch die Ausgestaltung des Hitzeschildsteins mit dem Zugelement ergibt sich weiterhin der Vorteil einer problemlosen Vorfertigbarkeit und einfachen Montierbarkeit des Hitzeschildsteins, beispielsweise zur Montage in einer Brennkammer. Das Zugelement wird einfach an der Umfangsseite angebracht und in Umfangsrichtung je nach Anforderung vorgespannt, wobei eine vorgegebene Zugspannung dem Zugelement aufgeprägt wird. Bei der Montage kann das Zugelement aber auch noch nicht vorgespannt sein (Vorspannung gleich Null); die Vorspannung entsteht während des Betriebes bei hoher Temperatur und zwar durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Zugelement und Stein. Diese hohe Flexibilität einerseits sowie die erreichbare Dauerhaltbarkeit des Hitzeschildsteins andererseits sind auch im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte von besonderem Vorteil. Insbesondere Revisions- oder Wartungsintervalle für den Hitzeschildstein, beispielsweise bei einer Anwendung in einer Brennkammer einer Gasturbine, werden verlängert. Im Falle eines Bruchs des Hitzeschildsteins muss nicht unmittelbar der Betrieb zur Revision der Anlage eingestellt werden, weil aufgrund der erhöhten passiven Sicherheit ein Weiterbetrieb bis zum turnusgemäßen Revisionsintervall und sogar darüber hinaus möglich ist. Der Hitzeschildstein zeichnet sich mithin durch besondere Notlaufeigenschaften aus.The design of the heat shield block with the tension element further results in the advantage of easy prefabrication and easy mounting of the heat shield block, for example for mounting in a combustion chamber. The tension element is simply mounted on the peripheral side and biased in the circumferential direction as required, with a predetermined tension is impressed on the tension element. During assembly, the tension element but also not be biased (bias equal to zero); the bias occurs during operation at high temperature and that by the different thermal expansion coefficients of tension element and stone. This high flexibility on the one hand and the achievable durability the heat shield stone on the other hand are also in view of economic aspects of particular advantage. In particular, inspection or maintenance intervals for the heat shield brick, for example when used in a combustion chamber of a gas turbine, be extended. In the event of a break of the heat shield stone, the operation for the revision of the plant does not have to be set immediately because, due to the increased passive safety, further operation is possible up to the regular inspection interval and even beyond. The heat shield brick is therefore characterized by special emergency running properties.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist bei einer Normaltemperatur das Zugelement spannungsfrei und bei einer Anwendungstemperatur oberhalb der Normaltemperatur steht das Zugelement unter der Vorspannung. Das Zugelement ist dabei vorteilhafter Weise so dimensionierbar, dass eine gezielt vorgesehene Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Hitzeschildstein und Zugelement dazu genutzt wird, im Betrieb, d.h. bei einer Anwendungstemperatur von bis zu 1200 °C des auf die Heißseite des Hitzeschildsteins auftreffenden heißen Mediums, eine hinreichend große, durch die Vorspannung des Zugelements vermittelte Druckspannung auf den Hitzeschildstein aufzubringen. Diese Vorspannung wird zugleich aber günstiger Weise so gering eingestellt, dass sie nicht zu Kriechverformung und Relaxation des Zugelements führt oder gar in die Größe der maximal zulässigen Vorspannung des Zugelements kommt. Die Normaltemperatur bei der das Zugelement spannungsfrei ist, ist dabei vorteilhafter Weise Zimmertemperatur, also ca. 20 °C, was ein besonders einfaches Anbringen des Zugelements an die Umfangsseite des Hitzeschildstein bei einer Montage ermöglicht.In a particularly preferred embodiment, the tension element is stress-free at a normal temperature and at an application temperature above the normal temperature, the tension element is under the bias. The tension element is advantageously dimensioned so that a specifically provided mismatch of the thermal expansion coefficients between the heat shield brick and tension element is used in operation, i. at an application temperature of up to 1200 ° C of the impinging on the hot side of the heat shield stone hot medium, apply a sufficiently large, mediated by the bias of the tension element compressive stress on the heat shield stone. At the same time, however, this preload is set so low that it does not lead to creep deformation and relaxation of the tension element or even to the size of the maximum permissible prestressing of the tension element. The normal temperature at which the tension member is de-energized, it is advantageously room temperature, ie about 20 ° C, which allows a particularly simple attachment of the tension member to the peripheral side of the heat shield brick during assembly.

Vorzugsweise ist die Vorspannung in Umfangsrichtung gerichtet, d.h. die Vorspannung weist zumindest eine Komponente in der Umfangsrichtung des Hitzeschildsteins auf. Die Umfangsrichtung ist dabei im Wesentlichen senkrecht zur Oberflächennormalen der Heißseite oder der Wandseite. Hierdurch werden eventuelle Bruchstücke des Hitzeschildsteins durch eine entsprechende Druckspannung in Umfangsrichtung zusammengedrückt. Ein Herauslösen der Bruchstücke in Richtung der Oberflächennormalen der Heißseite wird infolge eines Verkeilungseffekts der Bruchstücke unterbunden.Preferably, the bias is directed in the circumferential direction, ie, the bias voltage has at least one component in the circumferential direction of the heat shield brick. The circumferential direction is substantially perpendicular to the surface normal the hot side or the wall side. As a result, any fragments of the heat shield block are compressed by a corresponding compressive stress in the circumferential direction. Dissolution of the fragments in the direction of the surface normal of the hot side is prevented due to a wedging effect of the fragments.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Umfangsseite eine Umfangsnut auf, in die das Zugelement eingreift. Die Umfangsnut ist derart ausgestaltet, dass sie das Zugelement weitgehend in den Hitzeschildstein integriert.In a preferred embodiment, the peripheral side has a circumferential groove, in which engages the tension element. The circumferential groove is configured such that it largely integrates the tension element in the heat shield brick.

Im Allgemeinen sind Hitzeschildsteine in Umfangsrichtung durch zwei sogenannte Steinhalterpaare gesichert, so dass bei Bruch in Umfangsrichtung jedes Bruchstück nur noch durch ein jeweiliges Steinhalterpaar gehalten wird. Die Steinhalterpaare sind dabei an der Umfangsseite des Hitzeschildsteins auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet und legen eine erste Achse des Hitzeschildsteins fest. Entlang einer zweiten Achse, die senkrecht zu der ersten Achse gerichtet ist und im Allgemeinen mit der Strömungsrichtung des heißen Mediums entlang der Heißseite des Hitzeschildstein übereinstimmt, weist der Hitzeschildstein auf der Umfangsseite die das Zugelement aufnehmende Umfangsnut auf. Die entlang der zweiten Achse einander gegenüberliegenden Seiten der Umfangsseite werden auch als Stirnseiten des Hitzeschildstein bezeichnet. Jede Stirnseite kann eine jeweilige Umfangsnut aufweisen, in die ein jeweiliges Zugelement eingreift, welches im Betrieb unter Vorspannung steht. Für einen besonders vorteilhaften und sicheren Eingriff des Zugelements in die Umfangsnut kann diese zusätzlich mit Bohrungen, beispielsweise Sacklochbohrungen, an jedem Ende der Umfangsnut versehen sein. Hierdurch kann das Zugelement verdeckt und damit sozusagen voll integriert in den Hitzeschildstein eingesetzt bzw. eingelegt werden und ist vorteilhafter Weise dadurch eventuell einströmendem Heißgas nicht unmittelbar ausgesetzt. Zur Vermeidung von mechanischen oder thermomechanischen Spannungsüberhöhungen ist die Umfangsnut und ggf. die zusätzlichen Bohrungen abgerundet ausgestaltet.In general, heat shield bricks are secured in the circumferential direction by two so-called stone holder pairs, so that when broken in the circumferential direction of each fragment is held only by a respective stone holder pair. The stone holder pairs are arranged on the peripheral side of the heat shield brick on opposite sides and define a first axis of the heat shield brick. Along a second axis, which is directed perpendicular to the first axis and generally coincides with the flow direction of the hot medium along the hot side of the heat shield brick, the heat shield brick on the peripheral side of the tension member receiving circumferential groove. The opposite sides of the peripheral side along the second axis are also referred to as end faces of the heat shield brick. Each end face may have a respective circumferential groove in which a respective tension element engages, which is under pretension during operation. For a particularly advantageous and secure engagement of the tension element in the circumferential groove, this can be additionally provided with holes, for example blind holes, at each end of the circumferential groove. In this way, the tension element can be concealed and thus used, so to speak, fully integrated in the heat shield block or inserted and is advantageously not directly exposed thereby possibly inflowing hot gas. To avoid mechanical or thermomechanical voltage increases is the Circumferential and possibly the additional holes designed rounded.

Vorzugsweise weist die Umfangsseite eine Umfangsseitenfläche auf, wobei das Zugelement derart in die Umfangsnut eingreift, dass das Zugelement gegen die Umfangsseitenfläche zurückversetzt ist oder mit dieser bündig abschließt. Das Zugelement kann hierbei konstruktiv auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein und dabei so gestaltet werden, dass eine günstige Kombination aus spannungsarmem Design und kostengünstiger Herstellung erreicht wird. Der Querschnitt des Zugelements kann sowohl rechteckig als auch rund oder oval ausgestaltet sein. Vorteilhafter Weise werden hier weder an dem Zugelement noch an der Umfangsnut oder ggf. den zusätzlichen Bohrungen im Hitzeschildstein scharfe Ecken oder Kanten erzeugt.Preferably, the peripheral side has a peripheral side surface, wherein the tension element engages in the circumferential groove in such a way that the tension element is recessed against the peripheral side surface or terminates flush therewith. The tension element can in this case be constructed in various ways and designed so that a favorable combination of low-tension design and cost-effective production is achieved. The cross section of the tension element can be designed both rectangular and round or oval. Advantageously, sharp corners or edges are produced here neither on the tension element nor on the circumferential groove or possibly the additional holes in the heat shield block.

In besonders einfacher und bevorzugter geometrischer Ausgestaltung umfasst das Zugelement einen Steg, an dessen axialen Enden jeweils ein im Wesentlichen senkrecht zum Steg sich erstreckender fingerförmiger Anker vorgesehen ist. Steg und Anker weisen hierbei im Wesentlichen die gleiche Form und gleichen Querschnitt auf. Nach dem Anbringen des Zugelements an die Umfangsseite des Hitzeschildsteins ragen die fingerförmigen Anker in jeweilige Bohrungen im Hitzeschildstein hinein, wobei der Steg in die Umfangsnut eingreift. Vorteilhafter Weise schließt hierbei der Steg bündig mit der Umfangsseitenfläche ab, wobei ein gewisses Spiel zwischen Zugelement und der Umfangsnut vorzusehen ist, so dass eine im Allgemeinen im Betrieb auftretende thermische Verwölbung des Hitzeschildsteins in Richtung der Oberflächennormale der Heißseite toleriert wird.In a particularly simple and preferred geometric configuration, the tension element comprises a web, at the axial ends of each of which a substantially perpendicular to the web extending finger-shaped anchor is provided. The web and armature in this case essentially have the same shape and cross section. After attaching the tension member to the peripheral side of the heat shield stone, the finger-shaped anchors protrude into respective holes in the heat shield brick, wherein the web engages in the circumferential groove. Advantageously, in this case, the web terminates flush with the peripheral side surface, wherein a certain clearance between the tension member and the circumferential groove is provided, so that a generally occurring in operation thermal warping of the heat shield brick in the direction of the surface normal of the hot side is tolerated.

Vorzugsweise besteht das Zugelement aus einem keramischen Material, insbesondere aus einer Si₃N₄-Basiskeramik. Diese speziell für Hochtemperaturanwendungen unter Gasturbinenatmosphäre entwickelte, hochwarmfeste, kriech- und korrosionsbeständige Basiskeramik erscheint aufgrund der zu erwartenden hohen Betriebstemperaturen von typischerweise etwa 1000 °C, zeitweise aber auch bis zu 1200 °C für die Anwendung als Zugelement besonders geeignet. Das Zugelement kann dabei aus einer Vollkeramik gefertigt werden, die an den fingerförmigen Ankern, mit denen das Zugelement in das Innere des Hitzeschildsteins eingreift, zusätzlich mit elastischem Faserkeramischem Material umhüllt sein kann. Dadurch ist eine besonders feste und dauerhaltbare Verankerung des Zugelements in dem Hitzeschildstein erreichbar.The tension element preferably consists of a ceramic material, in particular of a Si ₃ N ₄ base ceramic. This high-temperature, creep and corrosion-resistant base ceramic, developed especially for high-temperature applications under a gas turbine atmosphere, appears to be due to the expected high operating temperatures of typically about 1000 ° C, but sometimes up to 1200 ° C for use as a tension element particularly suitable. The tension element can be made of a full ceramic, which can be wrapped on the finger-shaped anchors with which the tension element engages in the interior of the heat shield block, additionally with elastic fiber-ceramic material. As a result, a particularly strong and durable anchoring of the tension element in the heat shield stone is reached.

Vorzugsweise ist das Zugelement mittels eines Klebstoffs befestigt. Das Zugelement ist dabei zumindest teilweise mit dem Hitzeschildstein verklebt, wobei die Klebeverbindung zwischen dem Zugelement und Hitzeschildstein vorzugsweise im Bereich der fingerförmigen Anker vorzusehen ist. Durch die Verklebung wird eine zusätzliche Sicherung des Zugelements gegenüber einem möglichen Herauslösen erreicht und die Dauerhaltbarkeit entsprechend erhöht. Beim Verkleben des Zugelements mit dem Hitzeschildstein kann sowohl ein konventioneller Klebstoff als auch ein hochtemperaturfester Kleber zum Einsatz kommen. Auch können Kleber auf Silikatbasis zum Einsatz kommen, die hervorragende Klebereigenschaften und eine große Temperaturbeständigkeit aufweisen. Als besonders vorteilhaft erweist sich bei der Klebeverbindung die Verwendung eines keramischen Werkstoffs für das Zugelement.Preferably, the tension element is attached by means of an adhesive. The tension element is at least partially bonded to the heat shield brick, wherein the adhesive bond between the tension member and heat shield brick is preferably provided in the region of the finger-shaped armature. By bonding additional securing of the tension element is achieved with respect to a possible leaching and increases the durability in accordance with. When gluing the tension element with the heat shield brick, both a conventional adhesive and a high temperature resistant adhesive can be used. Also, silicate-based adhesives can be used which have excellent adhesive properties and high temperature resistance. Particularly advantageous in the adhesive connection proves the use of a ceramic material for the tension element.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist das Zugelement einen Kanal auf, in den der Klebstoff zur Verankerung des Zugelements einbringbar ist.In a particularly preferred embodiment, the tension element has a channel into which the adhesive for anchoring the tension element can be introduced.

Hierzu kann das Zugelement beispielsweise aus einem sogenannten keramischen Röhrenmaterial gefertigt sein, wodurch ein Kanal oder eine entsprechende Vielzahl von Kanälen für das Zugelement realisierbar ist.For this purpose, the tension element may for example be made of a so-called ceramic tube material, whereby a channel or a corresponding plurality of channels for the tension element can be realized.

Bei einer Ausgestaltung des Zugelements mit einem Steg von dem an einem jeweiligen axialen Ende senkrecht zum Steg ein fingerförmiger Anker abzweigt, sind die fingerförmigen Anker vorzugsweise über die gesamte axiale Erstreckung des fingerförmigen Ankers und den gesamten Umfang des Ankers mit Öffnungen versehen. Daneben ist eine Einfüllöffnung vorgesehen über die der Klebstoff in den Kanal einbringbar ist. Nach Einsetzen des Zugelements in den Hitzeschildstein wird der Klebstoff durch die Einfüllöffnung in den Kanal oder die Vielzahl von Kanälen gespritzt und tritt aus den Öffnungen der fingerförmigen Anker heraus. Nach Abbindung des Klebstoffs kann hierdurch eine großflächige und feste Bindung zwischen dem Hitzeschildstein und dem Zugelement im Bereich der fingerförmigen Anker erzielt werden.In an embodiment of the tension element with a web of which at a respective axial end perpendicular to the web branched finger-shaped anchor, the finger-shaped anchors are preferably provided over the entire axial extent of the finger-shaped armature and the entire circumference of the armature with openings. In addition, a filling opening is provided via which the adhesive can be introduced into the channel. After inserting the tension member into the heat shield brick, the adhesive is injected through the filler opening into the channel or plurality of channels and emerges from the openings of the finger-shaped anchors. After setting of the adhesive, a large-area and firm bond between the heat shield brick and the tension element in the region of the finger-shaped anchors can be achieved.

Vorzugsweise ist ein weiteres Zugelement vorgesehen, welches an der Umfangsseite angebracht ist und dem Zugelement gegenüberliegt.Preferably, a further tension element is provided, which is attached to the peripheral side and opposite to the tension element.

Dabei ist vorteilhafter Weise das Zugelement und das weitere Zugelement an einer jeweiligen Stirnseite des Hitzeschildsteins angebracht, wodurch Risswachstum oder ein Bruch des Hitzeschildsteins in Strömungsrichtung des Heißgases vermieden wird.In this case, the tension element and the further tension element is advantageously attached to a respective end face of the heat shield block, whereby crack growth or breakage of the heat shield block in the flow direction of the hot gas is avoided.

Bevorzugt besteht der Hitzeschildstein aus einem keramischen Grundmaterial, insbesondere aus einer Feuerfestkeramik. Durch die Wahl einer Keramik als Grundmaterial für den Hitzeschildstein ist der Einsatz des Hitzeschildsteins bis zu sehr hohen Temperaturen sicher gewährleistet, wobei zugleich oxidative und/oder korrosive Angriffe, wie sie bei einer Beaufschlagung der Heißseite des Hitzeschildsteins mit einem heißen Medium, z.B. einem Heißgas, auftreten, weitestgehend unschädlich für den Hitzeschildstein sind. Vorteilhafter Weise ist das Zugelement mit dem keramischen Grundmaterial des Hitzeschildsteins dadurch gut verbindbar. Die feste Verbindung kann dabei auch, wie bereits oben angesprochen, als lösbare Verbindung ausgestaltet sein. Infrage kommen neben einer Verklebung auch das Anbringen des Zugelements mittels geeigneten Befestigungselementen an der Umfangsseite, z.B. durch eine geeignete Verklammerung oder durch eine Verschraubung. Durch die Wahl eines Zugelements, welches aber zumindest teilweise aus einem keramischen Material besteht, ist auch eine gute Anpassung an das keramische Grundmaterial des Hitzeschildsteins hinsichtlich der thermomechanischen Eigenschaften erreicht. Durch die feste Verankerung des Zugelements mit dem Grundmaterial ist der Hitzeschildstein vorteilhafter Weise zumindest bei der hohen Anwendungstemperatur in einer Art festen Verbund mit dem Zugelement ausgestaltet. Dadurch ist eine kompakte Bauweise und Struktur des Hitzeschildsteins gegeben, die eine außerordentlich hohe Dauerhaltbarkeit und passive Sicherheit selbst bei großen thermischen und/oder mechanischen Belastungen aufweist. Dies ist von besonders großem Vorteil beim Einsatz des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, weil selbst nach einem Anriss oder Materialdurchriss die Hitzeschildfunktion des Hitzeschildsteins weiterhin gewährleistet ist, insbesondere keine Bruchstücke in den Brennraum gelangen können.The heat shield block preferably consists of a ceramic base material, in particular of a refractory ceramic. The choice of a ceramic as a base material for the heat shield stone, the use of the heat shield brick is guaranteed up to very high temperatures, at the same time oxidative and / or corrosive attacks, such as when exposed to the hot side of the heat shield stone with a hot medium, eg a hot gas, occur, are largely harmless to the heat shield stone. Advantageously, the tension element is easily connectable to the ceramic base material of the heat shield block. The fixed connection can also be designed as a detachable connection, as already mentioned above. In addition come in addition to a bonding and the attachment of the tension element by means of suitable fasteners on the peripheral side, for example by a suitable clamping or by a screw. By choosing a tension element, which, however, at least partially consists of a ceramic material, a good adaptation to the ceramic base material of the heat shield brick is achieved in terms of thermo-mechanical properties. Due to the fixed anchoring of the tension element with the base material of the heat shield block is advantageously designed at least at the high application temperature in a kind of solid composite with the tension element. As a result, a compact construction and structure of the heat shield stone is given, which has an extremely high durability and passive safety even with large thermal and / or mechanical loads. This is of particularly great advantage when using the heat shield brick in a combustion chamber, because even after a crack or material crack the heat shield function of the heat shield brick is still guaranteed, in particular no fragments can get into the combustion chamber.

Wirtschaftlich ergibt sich hieraus einerseits der Vorteil, dass im normalen Betriebsfall keine außerordentliche Wartung und/oder Revision einer den Hitzeschildstein aufweisenden Brennkammer erforderlich ist. Andererseits verfügt der Hitzeschildstein im Fall besonderer Vorkommnisse über Notlaufeigenschaften, sodass Folgeschäden für eine Turbine, beispielsweise die Beschaufelung der Turbine, vermieden werden können. Die Brennkammer kann zumindest mit den üblichen Wartungszyklen betrieben werden, wobei aber zudem eine Verlängerung der Standzeiten aufgrund der mit dem Zugelement erhöhten passiven Sicherheit erzielbar ist.Economically, this results on the one hand the advantage that in normal operation no extraordinary maintenance and / or revision of the heat shield brick having combustion chamber is required. On the other hand, the heat shield brick in the event of special incidents on emergency running properties, so that consequential damage to a turbine, for example, the blading of the turbine can be avoided. The combustion chamber can be operated at least with the usual maintenance cycles, but also an extension of the service life due to the passive safety increased with the tension element can be achieved.

Die auf eine Verwendung eines Hitzeschildsteins gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines Hitzeschildstein gemäß den obigen Ausführungen in einer Brennkammer einer Gasturbine.The object directed to the use of a heat shield stone is achieved according to the invention by the use of a heat shield brick according to the above statements in a combustion chamber of a gas turbine.

Die Vorteile einer Verwendung des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, einer Gasturbine, ergeben sich entsprechend den Ausführungen zu dem Hitzeschildstein.The advantages of using the heat shield brick in a combustion chamber, a gas turbine, arise in accordance with the statements on the heat shield brick.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen hierbei schematisch und teilweise vereinfacht:

FIG 1 und 2: jeweils eine Seitenansicht eines Hitzeschildsteins mit Zugelement,
FIG 3: eine perspektivische Ansicht eines Hitzeschildsteins in einer Explosionsdarstellung,
FIG 4 und 5: jeweils eine Variante der Verklebung des Hitzeschildsteins mit dem Zugelement,
FIG 6: einen Hitzeschildstein,
FIG 7 und 8: eine jeweilige Ansicht des Zugelements des in FIG 6 gezeigten Hitzeschildsteins,
FIG 9: eine Hitzeschildstein mit einer Variante der geometrischen Ausgestaltung von Umfangsnut und Zugelement.
FIG 10 u. 11: eine jeweilige Detailansicht des in FIG 9 gezeigten Zugelements,
FIG 12: einen Hitzeschildstein mit einer weiteren geometrischen Variante des in die Umfangsnut eingreifenden Zugelements,
FIG 13 u. 14: jeweilige detaillierte Darstellungen des in FIG 12 gezeigten Zugelements.

The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows schematically and partially simplified:

1 and 2: each a side view of a heat shield stone with tension element,
FIG. 3: a perspective view of a heat shield stone in an exploded view,
4 and 5: in each case a variant of the bonding of the heat shield block with the tension element,
FIG. 6: a heat shield stone,
FIGS. 7 and 8: a respective view of the tension element of the heat shield block shown in FIG. 6,
FIG. 9: a heat shield brick with a variant of the geometric configuration of circumferential groove and tension element.
FIG. 10 u. 11: a respective detailed view of the tension element shown in FIG 9,
FIG. 12: a heat shield block with a further geometric variant of the tension element engaging in the circumferential groove,
FIG. 13 u. 14: respective detailed representations of the tension element shown in FIG.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.Like reference numerals have the same meaning in the various figures.

FIG 1 zeigt in einer Seitenansicht einen Hitzeschildstein 1. Der Hitzeschildstein 1 weist eine Heißseite 3 und eine der Heißseite 3 gegenüberliegende Wandseite 5 auf. An die Heißseite 3 und die Wandseite 5 grenzt eine Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1 an. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsseitenfläche 9 auf. Die Heißseite 3 ist beim Einsatz des Hitzeschildsteins 1 mit einem heißen Medium M, beispielsweise einem heißen Gas, beaufschlagt. An der Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1 ist ein in Umfangsrichtung 17 vorgespanntes Zugelement 11 vorgesehen. Das Zugelement 11 ist hierbei auf eine Vorspannung F_Z vorgespannt. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsnut 13 auf, in die das Zugelement 11 eingreift. Durch die Vorspannung F_Z des Zugelements 11 wird auf das Material des Hitzeschildsteins 1 eine Druckspannung F_P bewirkt, die beispielsweise auf ein Flächenelement A einwirkt. Das Zugelement 11 ist dabei derart vorgespannt, dass die Druckspannung F_P im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung 17 zum Zentrum des Hitzeschildsteins 1 hin wirkt. Zur Erzeugung einer Vorspannung F_Z in Umfangsrichtung 17 weist das Zugelement 11 eine gewisse Elastizität auf. Durch Materialanpassung des Zugelements 11 und des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 kann erreicht werden, dass bei einer Normaltemperatur das Zugelement 11 spannungsfrei ist, d. h. die Vorspannung F_Z = 0 ist. Die Normaltemperatur ist hierbei vorzugsweise Zimmertemperatur, also etwa 20 °C. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Anbringen des Zugelements 11 an der Umfangsseite 7 des Hitzeschildsteins 1, indem das Zugelement 11 in die Umfangsnut 13 eingeführt wird. Zusätzlich ist hierzu im Einbauzustand ein gewisses Spiel zwischen dem Zugelement 11 und der Umfangsnut 13 vorgesehen, was durch den Spalt 19 erreicht ist.FIG. 1 shows a side view of a heat shield block 1. The heat shield block 1 has a hot side 3 and a wall side 5 opposite the hot side 3. On the hot side 3 and the wall side 5 is adjacent to a peripheral side 7 of the heat shield block 1. The peripheral side 7 has a peripheral side surface 9. When using the heat shield block 1, the hot side 3 is acted upon by a hot medium M, for example a hot gas. On the peripheral side 7 of the heat shield block 1, a tension element 11 pretensioned in the circumferential direction 17 is provided. The tension element 11 is biased to a bias voltage F _Z. The peripheral side 7 has a circumferential groove 13 into which the tension element 11 engages. By the bias voltage F _{Z of} the tension element 11, a compressive stress F _{P is} effected on the material of the heat shield block 1, which acts, for example, on a surface element A. The tension element 11 is prestressed such that the compressive stress F _P acts substantially along the circumferential direction 17 towards the center of the heat shield block 1. To generate a bias voltage F _Z in the circumferential direction 17, the tension element 11 has a certain elasticity. By adjusting the material of the tension member 11 and the base material of the heat shield block 1 can be achieved that at a normal temperature, the tension element 11 is free of stress, ie the bias F _Z = 0. The normal temperature is in this case preferably room temperature, that is about 20 ° C. This allows a particularly simple attachment of the tension member 11 on the peripheral side 7 of the heat shield block 1 by the tension element 11 is inserted into the circumferential groove 13. In addition, a certain clearance between the tension member 11 and the circumferential groove 13 is provided in the installed state, which is achieved by the gap 19.

Durch gezielte Einstellung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 und des Zugelements 11 wird erreicht, dass im Betrieb des Hitzeschildsteins 1 eine hinreichend große Vorspannung F_Z auf den Hitzeschildstein 1 aufbringbar ist. Hierzu wird der thermische Ausdehnungskoeffizient des Grundmaterials des Hitzeschildsteins 1 größer gewählt als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Zugelements 11. Bei einer Anwendungstemperatur oberhalb der Normaltemperatur, welche bei einem Einsatz des Hitzeschildsteins 1 in einer Gasturbine bei bis zu 1200 °C liegen kann, ist erreicht, dass das Zugelement 11 unter der Vorspannung F_Z steht. Dies wird durch die relative thermische Ausdehnung zwischen dem Grundmaterial des Hitzeschildsteins 1 und dem Zugelement 11 herbeigeführt. Das Zugelement 11 ist dabei ähnlich wie eine Klammer in den Hitzeschildstein 1 eingeführt und bewirkt eine zentral gerichtete Druckspannung F_P auf den Hitzeschildstein 1. Durch diese Klammerfunktion des Zugelements 11 wird dieses unter Betriebsbedingungen bei der Anwendungstemperatur fest zusammengeklammert. Mit dem Zugelement 11 ist eine deutliche Erhöhung der passiven Sicherheit und damit Dauerhaltbarkeit des Hitzeschildsteins 1 beim Einsatz in einem Brennraum, beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbine, erreicht. Der Hitzeschildstein 1 ist insbesondere gegenüber der Gefahr einer Rissbildung der Rissausbreitung auf der Heißseite 3, der Wandseite 5 oder der Umfangsseite 7 weitgehend geschützt.By selective adjustment of the thermal expansion coefficients of the base material of the heat shield block 1 and the Tensile element 11 is achieved that during operation of the heat shield block 1, a sufficiently large bias F _Z on the heat shield stone 1 can be applied. For this purpose, the thermal expansion coefficient of the base material of the heat shield block 1 is selected to be greater than the thermal expansion coefficient of the tension element 11. At an application temperature above the normal temperature, which can be up to 1200 ° C when using the heat shield block 1 in a gas turbine, it is achieved that the tension member 11 is under the bias F _Z. This is brought about by the relative thermal expansion between the base material of the heat shield block 1 and the tension element 11. The tension element 11 is similar to a clip introduced into the heat shield block 1 and causes a centrally directed compressive stress F _P on the heat shield stone 1. By this clamping function of the tension member 11 this is firmly clamped under operating conditions at the application temperature. With the tension element 11 is a significant increase in the passive safety and thus durability of the heat shield block 1 when used in a combustion chamber, for example in the combustion chamber of a gas turbine, achieved. The heat shield brick 1 is largely protected in particular against the risk of crack formation of the crack propagation on the hot side 3, the wall side 5 or the peripheral side 7.

Zur Illustration dieses Sachverhalts zeigt FIG 2 einen Hitzeschildstein 1 mit einem Zugelement 11, wobei ein Riss 21 sich von der Heißseite 3 zu der Wandseite 5 vollständig durch das Grundmaterial des Hitzeschildsteins 1 erstreckt. Der Bruch des Hitzeschildsteins 1 dabei in einem mittleren Bereich des Hitzeschildsteins 1 aufgetreten. Infolge der erheblichen thermischen oder mechanischen Belastung, z. B. durch Aufprall auf eine nicht näher dargestellte Brennkammerwand einer Gasturbine, wird ein derartiger Riss 21 des Hitzeschildsteins 1 verursacht. Der Riss 21 führt dazu, dass der Hitzeschildstein 1 in ein erstes Bruchstück 57A und ein zweites Bruchstück 57B geteilt ist. Durch die über das Zugelement 11 vermittelte Druckspannung F_P auf den Hitzeschildstein 1 werden die Bruchstücke 57A,57B entlang der Umfangsrichtung 17 gegeneinander gedrückt. Hierdurch wird ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks 57A,57B sicher verhindert. Ohne das unter Vorspannung F_Z stehenden Zugelements 11 bestünde dagegen die akute Gefahr des Herauslösens eines Bruchstücks 57A,57B aus dem Verbund in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Oberflächennormale der Heißseite 3. Die Gefahr, dass die Bruchstücke 57A,57B in den nicht näher dargestellten Brennraum einer Gasturbine gelangen und weitere Bauteile einer Brennkammer oder, beispielsweise beim Einsatz in einer Gasturbine, den empfindlichen Beschaufelungsbereich der Turbinenschaufeln massiv schädigen, wird durch das Vorsehen des Zugelements 11 wirksam entgegengetreten. Der in FIG 2 dargestellte Hitzeschildstein weist zur Befestigung des Hitzeschildsteins an einer nicht näher dargestellten Brennkammerwand eine Befestigungsnut 15 auf, in die ein Halterungselement 25A eingreift. Ein weiteres Halterungselement 25B greift in die Befestigungsnut 15 und ist entlang der Umfangsrichtung 17 dem Halterungselement 25A gegenüberliegend angeordnet. Die Wandseite 5 ist beim Einbau des Hitzeschildsteins 1 einer entsprechenden nicht näher dargestellten Wandung der Brennkammer zugewandt, sodass der Hitzeschildstein 1 über die Befestigungselemente 25A, 25B federelastisch an der nicht näher dargestellten Wandung befestigbar ist.To illustrate this fact, FIG. 2 shows a heat shield block 1 with a tension element 11, wherein a crack 21 extends completely from the hot side 3 to the wall side 5 through the base material of the heat shield block 1. The breakage of the heat shield block 1 has occurred in a central region of the heat shield block 1. Due to the significant thermal or mechanical stress, z. B. by impact on a combustion chamber wall of a gas turbine, not shown, such a crack 21 of the heat shield stone 1 is caused. The crack 21 results in the heat shield brick 1 being divided into a first fragment 57A and a second fragment 57B. By mediated by the tension element 11 Compressive stress F _P on the heat shield brick 1, the fragments 57 A, 57 B along the circumferential direction 17 are pressed against each other. As a result, a detachment of a fragment formed at a fraction 57A, 57B is reliably prevented. On the other hand, without the tension element 11 under prestressing F _Z , there would be an acute risk of detaching a fragment 57A, 57B from the composite in a direction substantially parallel to the surface normal of the hot side 3. The risk that the fragments 57A, 57B would not be shown in detail Combustor reach a gas turbine and other components of a combustion chamber or, for example when used in a gas turbine, damage the sensitive blade area of the turbine blades massively, is effectively counteracted by the provision of the tension element 11. The heat shield block shown in Figure 2 has for attachment of the heat shield brick to a combustion chamber wall, not shown, a mounting groove 15 into which a support member 25A engages. Another support member 25B engages with the attachment groove 15 and is disposed along the circumferential direction 17 opposite to the support member 25A. When installing the heat shield block 1, the wall side 5 faces a corresponding wall, not shown, of the combustion chamber, so that the heat shield block 1 can be fastened elastically to the wall (not shown) via the fastening elements 25A, 25B.

Eine perspektivische Ansicht in einer Explosionsdarstellung des Hitzeschildsteins 1 ist in FIG 3 gezeigt. Der Hitzeschildstein 1 hat dabei im Wesentlichen eine quaderförmige Geometrie und erstreckt sich entlang einer Strömungsrichtung 27 sowie einer Umfangsrichtung 17. Die Strömungsrichtung 27 bildet beim Einsatz des Hitzeschildsteins 1 in einer Brennkammer einer Gasturbine vorzugsweise zugleich auch die Richtung, in der das heiße Medium M strömt und mit der die Heißseite 3 beaufschlagt ist (vgl. auch FIG 1 und 2). Durch die Befestigungsnut 15 und die Umfangsnut 13 zerfällt die Umfangsseite 7 funktional in verschiedene Bereiche 35A,35B,37A,37B, die Teilbereiche der an die Heißseite 3 und die Wandseite 5 angrenzende Umfangsseite 7 bilden. Der die Befestigungsnut 15 aufweisende Teilbereich der Umfangsseite 7 wird als Befestigungsseite 35A,35B bezeichnet, während der die das Zugelement 11A,11B aufnehmende Umfangsnut 13 aufweisende Teilbereich als Stirnseite 37A,37B bezeichnet wird. In der Explosionsdarstellung der FIG 3 sind zwei Zugelemente 11A,11B gezeigt, die der Verdeutlichung halber nicht in die Umfangsnut 13 eingesetzt, sondern aus dieser herausgenommen sind. Das Zugelement 11A ist dabei einer Umfangsnut 13 in der Stirnseite 37A zugeordnet, während das Zugelement 11B auf der der Stirnseite 37A entlang der Strömungsrichtung 27 gegenüberliegenden Stirnseite 37B vorgesehen ist. Jedes der Zugelemente 11A,11B ist klammerförmig ausgestaltet und weist einen Steg 29 sowie jeweils zwei fingerförmige Anker 31 auf. Der fingerförmige Anker 31 ist dabei an den beiden Längsenden des Stegs 29 angeordnet und ragt im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Stegs 29 in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins 1. Korrespondierend zu den fingerförmigen Ankern 31 weist die Umfangsnut 13 entsprechend der Anzahl der fingerförmigen Anker 31 Bohrungen 33, z.B. Sacklochbohrungen, auf. In jede dieser Bohrungen 33 ist beim Einbau der Zugelemente 11A,11B ein fingerförmiger Anker 31 zur Verankerung des Zugelements 11A,11B an der jeweiligen Stirnseite 37A,37B einführbar.A perspective view in an exploded view of the heat shield block 1 is shown in FIG. The heat shield brick 1 has essentially a cuboid geometry and extends along a flow direction 27 and a circumferential direction 17. The flow direction 27 forms when using the heat shield block 1 in a combustion chamber of a gas turbine preferably at the same time also the direction in which the hot medium M flows and with which the hot side 3 is acted upon (see also Figures 1 and 2). By the fixing groove 15 and the circumferential groove 13, the peripheral side 7 decomposes functionally into different areas 35A, 35B, 37A, 37B, which form portions of the peripheral side 7 adjacent to the hot side 3 and the wall side 5. The partial region of the peripheral side 7 having the fastening groove 15 is referred to as the fastening side 35A, 35B, while the partial region having the tension element 11A, 11B receiving the peripheral groove 13 is referred to as end face 37A, 37B. In the exploded view of FIG 3, two tension members 11A, 11B are shown, which are not used for the sake of clarity in the circumferential groove 13, but are taken out of this. The tension element 11A is assigned to a circumferential groove 13 in the end face 37A, while the tension element 11B is provided on the end face 37B opposite the end face 37A along the flow direction 27. Each of the tension elements 11A, 11B is configured in the shape of a clip and has a web 29 and two finger-shaped anchors 31 each. The finger-shaped armature 31 is arranged at the two longitudinal ends of the web 29 and protrudes substantially perpendicular to the longitudinal extent of the web 29 in the direction of the interior of the heat shield stone 1. Corresponding to the finger-shaped anchors 31, the circumferential groove 13 corresponding to the number of finger-shaped armature 31 holes 33, eg blind holes, on. In each of these holes 33, a finger-shaped anchor 31 for anchoring the tension element 11A, 11B at the respective end face 37A, 37B can be inserted when installing the tension elements 11A, 11B.

Ein möglicher im Wesentlichen mittiger, Riss 21, durch den der Hitzeschildstein in ein erstes Bruchstück 57A und eine zweites Bruchstück 57B zerteilt wird wird mit den Zugelementen 11A,11B überbrückt. Durch die auf das Zugelement 11A,11B aufgebrachte Vorspannung F_Z ist, wie im Zusammenhang mit der Diskussion bei den Figuren 1 und 2 bereits beschrieben, ein Herauslösen der Bruchstücke 57A,57B verhindert.A possible substantially central crack 21, by which the heat shield brick is divided into a first fragment 57A and a second fragment 57B, is bridged by the tension elements 11A, 11B. By the tension F _Z applied to the tension element 11A, 11B, as described in connection with the discussion in FIGS. 1 and 2, a detachment of the fragments 57A, 57B is prevented.

Zur Befestigung oder Verankerung der Zugelemente 11A,11B werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, von denen in den Figuren 4 und 5 beispielhaft zwei bevorzugte Varianten illustriert sind. In beiden Varianten ist eine Verklebung des fingerförmigen Ankers 31 mit dem keramischen Grundmaterial 49 des Hitzeschildsteins 1 vorgesehen. In FIG 4 ist hierfür ein Klebstoff 39 in die Bohrung 33 vor dem Einführen des fingerförmigen Ankers 31 in die Bohrung 33 eingebracht. Zur Befestigung des Zugelements 11A,11B wird der fingerförmige Anker 31 in die mit dem Klebstoff 39 versehene Bohrung 33 eingeführt, wobei der fingerförmige Anker 31 in den Klebstoff 39 hineingedrückt wird. Nach Abbindung des Klebstoffs 39, beispielsweise eines keramischen Klebers, ist eine sichere und dauerhafte Klebeverbindung zwischen dem fingerförmigen Anker 31 und dem keramischen Grundmaterial 49 des Hitzeschildsteins 1 erreicht. Die Umfangsseite 7 weist eine Umfangsseitenfläche 9 auf, wobei das Zugelement 11A,11B, respektive der Steg 29 des Zugelements 11A, 11B, derart in die Umfangsnut 13 eingreift, dass das Zugelement 11A,11B mit der Umfangsseitenfläche 9 bündig abschließt. Es ist auch möglich, dass das Zugelement 11A,11B gegenüber der Umfangsseitenfläche in Richtung des Inneren des Hitzeschildsteins 1 zurückversetzt ist. Durch diese Ausgestaltung ist das Zugelement 11A,11B verdeckt und sozusagen integriert in den Hitzeschildstein 1 eingesetzt und somit einem eventuell einströmenden heißen Medium M nicht unmittelbar ausgesetzt. Das vorgesehene Spiel in Form eines Spalts 19 zwischen dem Zugelement 11A,11B ermöglicht eine weitgehend ungehinderte thermische Aufwölbung des Hitzeschildsteins 1 im Betriebsfall.For fastening or anchoring the tension elements 11A, 11B, various possibilities are proposed, of which in FIGS. 4 and 5 by way of example two preferred variants are illustrated. In both variants, an adhesion of the finger-shaped armature 31 with the ceramic base material 49 of the heat shield block 1 is provided. In FIG. 4, an adhesive 39 is introduced into the bore 33 before insertion of the finger-shaped armature 31 into the bore 33 for this purpose. For fixing the tension member 11A, 11B, the finger-shaped armature 31 is inserted into the hole 33 provided with the adhesive 39, the finger-shaped armature 31 being pressed into the adhesive 39. After setting of the adhesive 39, for example a ceramic adhesive, a secure and permanent adhesive bond between the finger-shaped armature 31 and the ceramic base material 49 of the heat shield block 1 is achieved. The peripheral side 7 has a peripheral side surface 9, wherein the tension element 11A, 11B, respectively the web 29 of the tension element 11A, 11B engages in the circumferential groove 13 such that the tension element 11A, 11B terminates flush with the peripheral side surface 9. It is also possible that the tension member 11A, 11B is recessed from the peripheral side surface toward the interior of the heat shield brick 1. As a result of this embodiment, the tension element 11A, 11B is concealed and, as it were, integrated into the heat shield block 1 and thus not directly exposed to any hot medium M which may flow in. The proposed game in the form of a gap 19 between the tension member 11A, 11B allows a largely unhindered thermal buckling of the heat shield block 1 in the operating case.

FIG 5 zeigt eine gegenüber FIG 4 alternative Variante der Verklebung des Zugelements 11 mit dem keramischen Grundmaterial 49 im Bereich der Bohrung 33. Das Zugelement 11 weist hierzu einen Kanal 41 auf. Der Kanal 41 weist eine Eintrittsöffnung 43 auf, die von der Umfangsseite 7 abgewandt stegseitig an der Außenfläche des Zugelements 11 vorgesehen ist. Der Kanal 41 verzweigt sich und mündet in eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 45 in dem fingerförmigen Anker 31. Das Zugelement 11 mit dem Steg 29 und dem fingerförmigen Anker 31 sind dabei vorzugsweise aus einem keramischen Material, beispielsweise einer Si₃N₄-Basiskeramik. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der FIG 5 besteht das Zugelement 11 aus einem keramischen Röhrenmaterial. Der fingerförmige Anker 31 weist beispielsweise über die gesamte axiale Erstreckung des Ankers 31 und über den gesamten Umfang des Ankers 31 verteilte Austrittsöffnungen 45 auf. Zum Verkleben des Zugelements 11 mit dem Material 49 des Hitzeschildsteins 1 im Bereich der Bohrung 33 wird Klebstoff 39, beispielsweise ein keramischer Kleber, durch die Eintrittsöffnung 39 dem Kanal 41 zugeführt. Der Klebstoff 39 wird vorzugsweise in die Eintrittsöffnung eingespritzt, sodass eine gleichmäßige und vollständige Verteilung des Klebstoffs 39 im gesamten Kanal 41 und ein Austreten des Klebstoffs durch die Austrittsöffnung 45 möglich ist. Eine großflächige Bindung zwischen dem keramischen Material 49 des Hitzeschildsteins 1 und dem fingerförmigen Anker 31 ist somit erreicht. Der fingerförmige Anker 31 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel als Hohlanker, über den der Klebstoff 39 sehr gezielt zu den zu verklebenden Bereichen in der Bohrung 33 gebracht werden kann.FIG. 5 shows a variant of the bonding of the tension element 11 with the ceramic base material 49 in the region of the bore 33, which variant is alternative to FIG. 4. The tension element 11 has a channel 41 for this purpose. The channel 41 has an inlet opening 43 which, facing away from the circumferential side 7, is provided on the outer surface of the tension element 11 on the web side. The channel 41 branches and opens into a plurality of outlet openings 45 in the finger-shaped armature 31. The tension element 11 with the web 29 and the finger-shaped armature 31 are preferably made of a ceramic material, for example a Si ₃ N ₄ base ceramic. In the present embodiment of FIG 5, the tension member 11 consists of a ceramic tube material. The finger-shaped armature 31 has, for example, over the entire axial extent of the armature 31 and over the entire circumference of the armature 31 distributed outlet openings 45. For bonding the tension element 11 with the material 49 of the heat shield block 1 in the region of the bore 33, adhesive 39, for example a ceramic adhesive, is supplied through the inlet opening 39 to the channel 41. The adhesive 39 is preferably injected into the inlet opening, so that a uniform and complete distribution of the adhesive 39 in the entire channel 41 and a leakage of the adhesive through the outlet opening 45 is possible. A large-area bond between the ceramic material 49 of the heat shield block 1 and the finger-shaped armature 31 is thus achieved. The finger-shaped armature 31 acts in this embodiment as a hollow armature, via which the adhesive 39 can be brought very targeted to the areas to be bonded in the bore 33.

Neben der Verwendung eines keramischen Röhrenmaterials für den Zuganker 11 ist aber auch die Verwendung einer Vollkeramik möglich, wie beispielsweise in FIG 4 gezeigt. Zusätzlich zur Verwendung eines Klebstoffs 39 zur Verklebung, kann der fingerförmige Anker 31, mit denen das Zugelement 11 in den Hitzeschildstein 1 eingreift, mit dem elastischen faserkeramischen Material umhüllt werden. Dies verstärkt die Anbindung und die Dauerhaltbarkeit der Klebeverbindung zwischen Anker 31 und dem keramischen Material 49 in der Sackbohrung 33.In addition to the use of a ceramic tube material for the tie rod 11 but also the use of a full ceramic is possible, as shown for example in FIG. In addition to the use of an adhesive 39 for bonding, the finger-shaped armature 31, with which the tension element 11 engages in the heat shield stone 1, can be enveloped with the elastic fiber-ceramic material. This enhances the connection and the durability of the adhesive bond between anchor 31 and the ceramic material 49 in the blind bore 33rd

In den nachfolgenden Figuren 6 bis 14 sind verschiedene konstruktive Varianten eines an einem Hitzeschildstein 1 angebrachten Zugelements 11 graphisch dargestellt. Hierbei ist im Wesentlichen der Querschnitt des Zugelements 11 sowie die das Zugelement 11 aufnehmenden korrespondierenden Umfangsnut 13 geometrisch variiert. Es ist darauf zu achten, dass weder an dem Zugelement 11 noch an der Umfangsnut 13 scharfe Ecken oder Kanten bestehen. Hierzu sind in den kritischen Bereichen Abrundungen 51 am Zugelement 11 und entsprechend an der Umfangsnut 13 vorgesehen. FIG 7 und FIG 8 zeigen zwei Seitenansichten des Zugelements 11, wie es in den Hitzeschildstein 1 gemäß FIG 6 eingesetzt ist. Der fingerförmige Anker 31 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zum Steg 29 und weist einen Schaftbereich 53 sowie einen an den Schaftbereich 53 sich anschließenden Endabschnitt 55 auf. Der Endabschnitt 55 ist in Querschnitt gegenüber dem Schaftbereich 53 etwas vergrößert, sodass eine besonders günstige Verankerung des Ankers 31 in der Bohrung 33 erzielt werden kann.In the following figures 6 to 14 various constructive variants of a mounted on a heat shield stone 1 tension element 11 are shown graphically. In this case, essentially the cross section of the tension element 11 and the tensioning element 11 receiving corresponding circumferential groove 13 is geometrically varied. It is important to ensure that neither on the tension element 11 nor on the circumferential groove 13 sharp corners or Edges exist. For this purpose, rounding 51 on the tension element 11 and correspondingly on the circumferential groove 13 are provided in the critical areas. FIG. 7 and FIG. 8 show two side views of the tension element 11, as it is inserted into the heat shield block 1 according to FIG. The finger-shaped armature 31 extends substantially perpendicularly to the web 29 and has a shank region 53 and an end section 55 adjoining the shank region 53. The end portion 55 is slightly enlarged in cross-section with respect to the shaft portion 53, so that a particularly favorable anchoring of the armature 31 in the bore 33 can be achieved.

FIG 10 und FIG 11 zeigen ein Zugelement 11, wie es gemäß dem Ausführungsbeispiel der FIG 9 an einen Hitzeschildstein 1 angebracht ist. Der Querschnitt des Zugelements ist hierbei im Wesentlichen rechteckig, kann aber auch quadratisch sein. Entsprechend der gewählten Geometrie ist die Umfangsnut 13 unter Vorsehung eines Spalts 19 und einer Abrundung 51 ausgestaltet.. Analog zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis 8 weist das Zugelement 11 einen fingerförmigen Anker 31 auf, welcher einen Schaftbereich 53 und einen Endabschnitt 55 umfasst. In analoger Weise zeigen die Figuren 12 bis 14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das Zugelement 11 eine im Wesentlichen runde oder ovale Querschnittsfläche aufweist.FIG 10 and FIG 11 show a tension element 11, as it is attached to a heat shield block 1 according to the embodiment of FIG 9. The cross section of the tension element here is substantially rectangular, but may also be square. Corresponding to the selected geometry, the circumferential groove 13 is designed to provide a gap 19 and a rounded portion 51. Analogous to the exemplary embodiment of FIGS. 6 to 8, the tension element 11 has a finger-shaped armature 31, which comprises a shaft region 53 and an end section 55. In an analogous manner, Figures 12 to 14 show an embodiment of the invention, in which the tension element 11 has a substantially round or oval cross-sectional area.

In allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Befestigung der Zugelemente an dem Hitzeschildstein 1 vorzugsweise mittels einer Verklebung mit einem Klebstoff 39, z.B. einem keramischen Kleber. Die Verklebung erweist sich als besonders günstig für die Montage des Hitzeschildsteins 1 in eine Brennkammer, wo die Hitzeschildsteine bei einer hohen Anwendungstemperatur zum Einsatz kommen. Die Verklebung des Zugelements 11 verhindert dabei ein Herauslösen des Zugelements 11 aus dem Hitzeschildstein 1 bei einer Normaltemperatur unterhalb der Anwendungstemperatur, also wenn das Zugelement vorzugsweise spannungsfrei ist. Die Verklebung kann dabei so ausgeführt werden, dass nach dem Aushärten ein Formschluss des Zugelements 11 mit dem Hitzeschildstein 1 gebildet ist. Dadurch kann das Zugelement nicht herausfallen, selbst wenn der ausgehärtete Klebstoff 39 brechen sollte, da sich eventuelle Bruchstücke des ausgehärteten Klebstoffs verhaken würden. In einer alternativen Ausgestaltung ist auch eine formschlüssige Verbindung zwischen Zugelement 11 und Hitzeschildstein 1 möglich, wobei auf einen Klebstoff 39 gänzlich verzichtet werden kann. In diesem Falle ist eine gewisse Vorspannung F_Z auf das Zugelement 11 bereits bei einer Normaltemperatur, z.B. Zimmertemperatur, aufzubringen. Diese Vorspannung dient als Haltespannung zur sicheren Verklammerung des Zugelements 11 mit dem Hitzeschildstein 1 bei der Montage.In all embodiments described above, the attachment of the tension elements to the heat shield block 1 is preferably carried out by means of a bond with an adhesive 39, for example a ceramic adhesive. The bond proves to be particularly favorable for the installation of the heat shield stone 1 in a combustion chamber, where the heat shield bricks are used at a high application temperature. The bonding of the tension element 11 prevents a detachment of the tension element 11 from the heat shield block 1 at a normal temperature below the application temperature, ie when the tension element is preferably free of stress. The bonding can be done be executed so that after curing, a positive connection of the tension member 11 is formed with the heat shield stone 1. As a result, the pulling element can not fall out, even if the hardened adhesive 39 breaks, since any fragments of the cured adhesive would get caught. In an alternative embodiment, a positive connection between tension element 11 and heat shield stone 1 is possible, with an adhesive 39 can be dispensed with entirely. In this case, a certain bias F _Z on the tension element 11 already at a normal temperature, for example room temperature, apply. This bias serves as a holding voltage for secure clamping of the tension member 11 with the heat shield stone 1 during assembly.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Hitzeschildsteins liegen in einer deutlichen Erhöhung der Betriebssicherheit beim Einsatz des Hitzeschildsteins in einer Brennkammer, beispielsweise in einer thermisch hochbelasteten Brennkammer einer Gasturbine. Insbesondere werden Maschinenschäden infolge eines Bruches oder Durchrisses des Hitzeschildsteins - was infolge von thermischen und/oder mechanischen Belastungen des Hitzeschildsteins vorkommen kann - mit großer Sicherheit vermeiden, da durch das Zugelement ein Herauslösen eines bei einem Bruch gebildeten Bruchstücks verhindert wird. Damit einher geht eine deutliche Verlängerung der Lebensdauer des Hitzeschildsteins, da einerseits das Risswachstum verlangsamt wird und andererseits eine größere Risslänge bis hin zur Austauschgrenze zugelassen werden kann. Folglich ist eine Reduzierung der Anzahl und der Dauer von Zwangsstillständen der Brennkammer möglich, wodurch sich insbesondere auch die Verfügbarkeit einer Anlage bei Verwendung des Hitzeschildsteins zur Auskleidung einer Brennkammerwand, erhöht.The advantages of the heat shield block according to the invention lie in a significant increase in the operational safety when using the heat shield brick in a combustion chamber, for example in a highly thermally stressed combustion chamber of a gas turbine. In particular, machine damage due to breakage or rupture of the heat shield stone - which may occur as a result of thermal and / or mechanical loads of the heat shield stone - avoid with great certainty, since a detachment of a fragment formed during a break is prevented by the tension element. This is accompanied by a significant extension of the service life of the heat shield block, since on the one hand the crack growth is slowed down and on the other hand a larger crack length up to the exchange limit can be permitted. Consequently, a reduction in the number and duration of forced shutdowns of the combustion chamber is possible, which in particular also increases the availability of a system when using the heat shield block for lining a combustion chamber wall.

Claims

Heat shield block (1), in particular for lining a combustion chamber wall, consisting of a parent material and a hot side (3) which can be subjected to a hot medium (M), a wall side (5) opposite the hot side (3), and a peripheral side (7) adjoining the hot side (3) and the wall side (5), characterized in that a tension element (11, 11A, 11B), having a coefficient of thermal expansion, which can be prestressed to a prestress (F_Z) is attached to the peripheral side (7), the coefficient of thermal expansion of the parent material of the heat shield block being greater than the coefficient of thermal expansion of the tension element (11, 11A, 11B), so that release of a fragment (57A, 57B) formed during a fracture is prevented by the prestress (F_Z) of the tension element (11, 11A, 11B).
Heat shield block (1) according to Claim 1, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) is stress-free at a normal temperature, and in that the tension element (11, 11A, 11B) is under the prestress (F_Z) at an application temperature above the normal temperature.
Heat shield block (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the prestress (F_Z) is directed in the peripheral direction (17).
Heat shield block (1) according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the peripheral side (7) has a peripheral groove (13), in which the tension element (11, 11A, 11B) engages.
Heat shield block (1) according to Claim 4, characterized in that the peripheral side (7) has a peripheral-side surface (9), the tension element (11, 11A, 11B) engaging in the peripheral groove (13) in such a way that the tension element (11, 11A, 11B) is set back from the peripheral-side surface (9) or terminates flush with the latter.
Heat shield block (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) is made of a ceramic material (47), in particular an Si₃N₄-based ceramic.
Heat shield block (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) is fastened by means of an adhesive (39).
Heat shield block (1) according to Claim 7, characterized in that the tension element (11, 11A, 11B) has a passage (41) into which the adhesive (39) for anchoring the tension element (11, 11A, 11B) can be introduced.
Heat shield block according to one of the preceding claims, characterized in that a further tension element (11B) is provided, this further tension element (11B) being attached to the peripheral side (7) and being opposite the tension element (11A).
Heat shield block (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it is made of a ceramic parent material (49), in particular a refractory ceramic.
Use of a heat shield block (1) according to one of the preceding claims in a combustion chamber of a gas turbine.