Die Erfindung betrifft einen keramischen Hitzeschild an einer Tragstruktur, welcher Hitzeschild eine Vielzahl von Steinen aufweist, die im wesentlichen flächendeckend nebeneinander angeordnet und mit metallischen Haltern an der Tragstruktur befestigt sind.

Derartige hitzeschildbewehrte Tragstrukturen finden viel- fältige Verwendung, beispielsweise als Flammrohre oder Hei߬ gaskanäle in Verbrennungsanlagen wie z. B. Gasturbinenanlagen. Entsprechende hitzeschildbewehrte Tragstrukturen gehen hervor aus der DE-B 11 73 734, der DE 25 23 449 C3 und der DE 36 25 056 AI. Gemäß der DE-B 11 73 734 besteht der Hitzeschild aus profilierten Steinen, die mit Nuten versehene Flanken aufweisen und wobei jeder Stein zwischen mindestens zwei Haltern, die in die Nuten eingreifen, festgeklemmt ist. Die Halter weisen Laschen auf, die unter dem befestigten Stein auf der Trag¬ struktur aufliegen und mit dieser fest verbunden sind. Gemäß der DE 36 25 056 AI sind die Steine mit abgeschrägten Flanken versehen und liegen unmittelbar auf der vor thermischer Be¬ lastung zu schützenden Tragstruktur auf. Sie sind befestigt mit metallischen Klammern von jeweils trapezförmigem Querschnitt, die in V-förmige Spalte zwischen jeweils zwei Steinen einge- legt und mittels Schrauben o. dgl. gegen die Tragstruktur verspannt werden.

Als unter Umständen nachteilig an dem Hitzeschild gemäß der DE-B 11 73 734 ist hervorzuheben, daß ein von der Tragstruktur fernzuhaltendes heißes Fluid den Hitzeschild unterströmen kann, weil die Steine notwendigerweise beabstandet von der Trag¬ struktur angeordnet werden müssen, und daß außerdem den durch thermische Belastung hervorgerufenen Änderungen der Federkraft der Halter nicht in ausreichendem Maße Rechnung getragen werden kann. Eine Unterströmung des Hitzeschildes mit

heißem Fluid kann möglicherweise zu Beschädigungen der Trag¬ struktur führen. Eine unvollständige Berücksichtigung der Veränderungen der Federkraft der Halter unter thermischer Be¬ anspruchung kann zum Lösen der Steine bei hoher thermischer Belastung oder zu übermäßiger mechanischer Beanspruchung der Steine bei niedriger thermischer Belastung führen. Der Hitzeschild gemäß der DE 3625 056 AI beinhaltet zwar keine Gefahr durch Unterströmung, da die den Hitzeschild bildenden Steine unmittelbar auf der Tragstruktur aufliegen; die metallischen Befestigungselemente des Hitzeschildes sind allerdings unmittelbar dem heißen Fluid ausgesetzt und be¬ grenzen die thermische Belastbarkeit des Hitzeschildes, bzw. sie erfordern besondere Kühlmaßnahmen.

Entsprechend soll mit der vorliegenden Erfindung ein kerami¬ scher Hitzeschild an einer Tragstruktur geschaffen werden, bei dem eine Beeinträchtigung der Tragstruktur durch heißes Fluid weitestgehend vermieden wird und bei dem die Halter der Steine so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie ohne aufwendige Kühlung oder dergleichen über einen möglichst großen Temperaturbereich die Steine sicher und ohne übermäßige Bean¬ spruchungen fixieren.

Erfindungsgemäß wird ein Hitzeschild an einer Tragstruktur an- gegeben, welcher Hitzeschild eine Vielzahl von Steinen auf¬ weist, die im wesentlichen flächendeckend nebeneinander ange¬ ordnet und mit metallischen Haltern an der Tragstruktur be¬ festigt sind, wobei a) die Tragstruktur mit Nuten versehen ist, deren jede zwei einander gegenüberliegende Nutwände, einen Nutboden und eine Nutöffnung hat; b) jeder Stein eine auf der Tragstruktur aufliegende Kaltseite, eine der Tragstruktur abgewandte Heißseite und zumindest zwei Flanken aufweist, deren jede die Kaltseite mit der Heißseite verbindet; c) jeder Flanke zumindest ein Halter zugeordnet ist, der die Flanke mit einer Greiflasche zumindest teilweise übergreift; d) jeder Halter an einer Befestigungslasche, die etwa recht-

winklig zu der Greiflasche ausgerichtet ist, in einer Nut befestigt ist.

Erfindungsgemäß sind in der Tragstruktur Nuten vorgesehen, in denen die zur Befestigung der Steine dienenden Halter fixiert sind. Damit können die Steine direkt auf die Trag¬ struktur aufgelegt werden, und die Gefahr der Unterströmung wird vermieden. Zwar verbleiben Kanäle zwischen Steinen und Tragstruktur in Form der mit den Steinen bedeckten Nuten, jedoch kann durch geeignete Dimensionierung und räumliche

Ausrichtung der Nuten sowie ggf. weitere Maßnahmen verhindert werden, daß ein die Heißseiten der Steine überströmendes hei¬ ßes Fluid in die Nuten eindringt. Auch gestattet die Erfindung einen vollständigen Verzicht auf metallische Befestigungs- elemente, die auf den Heißseiten der Steine angeordnet sind. Schließlich sind die von den Haltern auf die Steine ausgeübten Belastungen im wesentlichen Druckbeanspruchuπgen, die im Hin¬ blick auf die Sprödigkeit von Keramik unkritisch sind. Gefah¬ renträchtige Scher- und Zugbelastungen werden nahezu vollstän- dig vermieden.

Die Erfindung gestattet auch eine beträchtliche Vereinfachung der Befestigung der Halter in der Tragstruktur; so kann in günstiger Weiterbildung der Erfindung jede Nutwand jeder Nut im Bereich des Nutbodens mit einer etwa parallel zum Nutboden verlaufenden Haltenut versehen werden, in die ein Halter mit einer an der Befestigungslasche beabstandet von der Greiflasche befindlichen Haltefeder eingreift. Es ist nicht mehr erforder¬ lich, die Halter mit Schrauben o. dgl. zu befestigen. Das An- bringen eines Halters beschränkt sich auf das Einschieben der Haltefedern in die Haltenuten der Nutwände. Die Lagefixierung des Halters in der Nut wird bewirkt durch die Haftreibung der Kaltseite des umklammerten Steins auf der Tragstruktur; diese Haftreibung ist in der Regel aufgrund der Oberflächenrauhig- keit der üblicherweise unglasierten Keramikmasse der Steine mehr als ausreichend hoch.

Im Rahmen der Erfindung kann außerdem die Federwirkung der metallischen Halter geschützt und der Gefahr der plastischen Verformung beim Einbau und beim Betrieb begegnet werden, so daß ein gewisser Schutz gegen das Lösen von Steinen erzielt wird. Im Sinne einer Weiterbildung der Erfindung wird hierzu jede Nut im Bereich der Nutöffnung an jeder Nutwand mit einer Anschlag¬ leiste versehen, wodurch die Breite der Nut im Bereich der Nutöffnung etwas verringert wird. Jeder Halter erhält zudem an der Befestigungslasche zwei Anschlagkanten, deren jede einer Anschlagleiste zugeordnet istj und wobei die Anschlagkanten die zugeordneten Anschlagleisten überkragen. Damit stößt jede An¬ schlagkante an die zugehörige Anschlagleiste, wenn die Greif¬ lasche des Halters entsprechend weit aus der Nut herausgebogen wird. Derart wird die Deformation des Halters begrenzt, und zu plastischen Verformungen führende Verbiegungen können ausge¬ schlossen werden.

Günstig ist es weiterhin, im Falle strukturierter Nutwände jede Nut mit einer Einführöffnung zu versehen, in die die Halter einlegbar und aus der sie in die Nut einführbar sind. Dies ist gleichermaßen wichtig und vorteilhaft für Nuten, deren Nutwände Haltenuten und/oder Anschlagleisten aufweisen.

Die Positionierung der Halter in den Nuten kann gesichert und verbessert werden, indem zwischen jeweils zwei Haltern ein Distanzstück in Form einer Platte o. dgl. in der Nut angeordnet wird. Ein solches Distanzstück kann beispielsweise auf dem Nutboden befestigt, insbesondere angeschraubt oder mittels Haltefedern in Haltenuten eingeführt, werden. Die Einfügung eines Distanzstückes ist besonders vorteilhaft zwischen zwei benachbarten Haltern, die verschiedenen Steinen zugeordnet sind, da die Distanzierung zweier demselben Stein zugeordneter Halter bereits durch den Stein gegeben ist.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung im Rah¬ men jedweder Ausgestaltung ist jeder Stein an jeder Flanke mit einer Greifnut versehen, und jeder dem Stein zugeordnete Halter übergreift die Flanke lediglich zwischen Greifnut und Kalt- seite. Auf diese Weise liegen metallische Halteelemente voll¬ ständig hinter den Heißseiten der Steine, und die thermische Beeinträchtigung dieser Halteelemente wird auf ein Minimum reduziert.

Besondere Bedeutung hat die Erfindung für Hitzeschilde an Tragstrukturen, die bezüglich einer Achse axialsymmetrisch, beispielsweise zylindrisch oder kegelig, sind. In solchen Fällen wird günstigerweise jede Nut kreisförmig um die Achse angeordnet. So verlaufen die Nuten senkrecht zu der Richtung, entlang derer ein heißes Fluid an dem Hitzeschild vorbeiströmen kann. Damit kann eine Unterströmung des Hitzeschildes mit heißem Fluid, das in die Nuten eindringt, im wesentlichen ausgeschlossen werden. Um die thermische Belastung der metalli¬ schen Halter weiter zu reduzieren, was im Rahmen ausgesproche- ner Hochtemperaturanwendungen wie z. B. in Brennkammern von Gasturbinenanlagen erforderlich sein kann, kann die Tragstruk¬ tur mit Kanälen zur Zustellung eines Fluids durch die Trag¬ struktur in die Nuten versehen werden. Vorteilhaft ist es dabei, jedem Halter mindestens einen Kanal zuzuordnen, so daß der Halter durch das durch den Kanal zugestellte Fluid gekühlt werden kann. Da das Fluid zwischen den Steinen herauströmt, sperrt es auch die Spalte zwischen den Steinen sowie die Nuten der Tragstruktur gegen das heiße Fluid ab; neben der Kühlung bewirkt es auch eine vorteilhafte "Sperrung".

In weiterer günstiger Ausbildung der Erfindung im Rahmen jed¬ weder Gestaltung sind die Nuten an die Tragstruktur ange¬ formt, beispielsweise eingedreht oder eingefräst. Derart kann, im Gegensatz zum gleichfalls möglichen Aufbau der Nuten durch das Aufbringen zusätzlicher Bauteile auf die Tragstruktur, der Fertigungsaufwand signifikant reduziert werden.

Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele.

Wo zur Herausstellung der spezifischen Vorteile der Erfindung dienlich, ist die Zeichnung schematisiert und/oder leicht verzerrt gehalten. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel mit mehreren Ausführungsmöglichkeiten für einen keramischen Hitzeschild an einer Tragstruktur gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Beispiel zur Verklammerung eines Steines nach der Erfindung;

Fig. 3, 4, und 5 verschiedene Ansichten eines metallischen

Halters für einen erfindungsgemäßen keramischen Hitzeschild an einer Tragstruktur;

Fig. 6 eine Darstellung von metallischen Haltern für einen kegeligen Hitzeschild an einer Tragstruktur nach der

Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Tragstruktur 1, die bezüglich einer Achse 20 axialsymmetrisch ist, an der im Sinne der Erfindung Steine 2 zur Bildung eines keramischen Hitzeschildes mittels Haltern 31, 32 befestigt sind. Jeder Halter 31, 32 befindet sich in einer Nut 4 ^' , die in die Tragstruktur 1 eingearbeitet ist und zwei Nutwände 5, einen Nutboden 6 und eine Nutöffnung 7 besitzt. Ein Stein 2 weist eine auf der Tragstruktur 1 aufliegende Kaltseite 8 und eine der Tragstruktur 1 abgewandte Heißseite 9 auf. Darüber hinaus verfügt jeder Stein 2 über zwei Flanken 10, die Kaltseite 8 und Heißseite 9 miteinander verbinden und je¬ weils teilweise von der Greiflasche 11 eines zugeordneten Halters 31, 32 übergriffen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Flanke 10 mit einer Greiflasche 11 vollstän¬ dig, also bis zur Heißseite 9, zu übergreifen. Auf diese Weise aber wird der Halter 31, 32 teilweise ungeschützt dem heißen Fluid, das entlang einer zur Achse 20 im wesentlichen parallelen Strömungsrichtung durch die Tragstruktur 1 geführt wird, ausge¬ setzt, wodurch die Belastbarkeit des Hitzeschildes u. U. be¬ schränkt wird. Besonders günstig ist es daher, in jede Flanke 10 eine Greifnut 19 einzubringen, in die die Greiflasche 11 des

zugeordneten Halters 31, 32 unter Wahrung eines gewissen Abstan- des von der Heißseite 9 eingreifen kann. Die Kaltseite 8 jedes Steines 2 liegt im wesentlichen flach auf der Tragstruktur 1 auf und wird durch die Halter 31, 32 auf diese aufgepreßt, so daß der Stein 2 aufgrund der Haftreibung der keramischen Kalt¬ seite 8 auf der metallischen Tragstruktur 1 hinreichend in seiner Lage fixiert ist. In Fig. 1 sind zwei Ausführungsmög¬ lichkeiten für Halter 31, 32 und Nut 4 dargestellt. Im einfach¬ sten Fall, wie dargestellt auf der rechten Seite von Fig. 1, hat die Nut 4 ungefähr rechteckigen Querschnitt, und die Be¬ festigungslasche 12 jedes Halters 31 liegt auf dem Nutboden 6 auf und ist dort, z. B. mittels Schrauben o. dgl., befestigt. Eine Weiterbildung von Halter 32 und Nut 4 ist auf der linken Seite von Fig. 1 dargestellt. Der Halter 32 weist an seiner Befestigungslasche 12 Haltefedern 14, die in Halteπuten 13 eingreifen, die in die Nutwände 5 eingearbeitet sind. Auf diese Weise kann der Halter 32 hinreichend in der Nut 4 verankert werden. Weiterhin ist die Nutöffnung 7 auf der linken Seite von Fig. 1 durch Anschlagleisten 15 auf beiden Nutwänden 5 verengt, so daß jede Nutwand 5 eine etwa treppenformige Gestalt erhält. Zu den Anschlagleisten 15 korrespondieren Anschlagkanten 16 an dem Halter 32. Wird der Halter 32 an der Greiflasche 11 ausrei¬ chend weit aus der Nut 4 herausgebogen, was beim Einbau wie auch beim Betrieb geschehen kann, so stoßen die Anschlagkanten 16 an die Anschlagleisten 15 und verhindern eine weitere Bewe¬ gung der Greiflasche 11 aus der Nut heraus. Plastischen Verfor¬ mungen des Halters 32 wird somit wirksam begegnet. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die in Fig. 1 dargestellte Tragstruktur 1 versehen mit Kanälen 21 zur Zustel- lung eines Fluides auf die Halter 31, 32. Mit dieser Maßnahme kann, insbesondere bei ausgesprochenen Hochtemperaturanwendun¬ gen, wie sie in Brennkammern von Gasturbinenanlagen vorkommen, die Belastung des Hitzeschildes weiter gesteigert werden.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Verklammerung eines Steines 2 auf einer Tragstruktur 1. Der Stein 2 weist zwei einander gegenüberliegende Flanken 10 zwischen Heißseite 9 und Kaltseite

8 auf, die mit Greifnuten 19 versehen sind, in die jeweils eine Greiflasche 11 eines im wesentlichen L-förmigen Halters 3 ein¬ greift. Erfindu.ngsgemäß sind die Halter 3 in einer Nut 4 der Tragstruktur 1 an Befestigungslaschen 12, die auf dem Nutboden 6 aufliegen, verankert - Befestigungsmittel, deren Auswahl und Anwendung im Ermessen des einschlägig tätigen Fachmanns liegt, sind nicht dargestellt. Beide Befestigungslaschen 12 sind so angeordnet, daß sie unter den Stein 2 ragen und dementsprechend von diesem gegen übermäßige thermische Beanspruchung geschützt werden. In Fig. 2 ist weiterhin ein Distanzstück 18 auf dem Nutboden 6 schematisch angedeutet, welches zur Distanzierung von Haltern 3, die verschiedenen Steinen 2 zugeordnet sind, dienen kann.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ansichten eines Halters 3. Zur Erläuterung wird nunmehr auf diese drei Fig. gemeinsam Bezug genommen. Jeder Halter 3 weist eine Befestigungslasche 12 auf, an der er auf dem Nutboden 6 befestigt wird. Diese Be¬ festigung kann mittels einer Schraube erfolgen, die durch eine Bohrung 22 gesteckt wird. Günstigerweise erfolgt jedoch die Be¬ festigung des Halters mittels Haltefedern 14, die in Halte¬ nuten 13 (siehe Fig. 1) einzuschieben sind. In jedem Falle er¬ folgt die Befestigung des Halters 3 beabstandet von der Greif¬ lasche 11, die etwa rechtwinklig von der Befestigungslasche 12 absteht, um zur Befestigung des Steines 2 (vgl. Fig. 1) eine ausreichende Elastizität zu wahren. Um den Halter 3 beim Ein¬ bau und/oder beim Betrieb nicht übermäßigen Verbiegungen zu unterwerfen, ist die Befestigungslasche 12 ausgestattet mit Anschlagkanten 16, die - vgl. Fig. 1 - in der entsprechend aus- gebildeten Nut 4 bei übermäßigen Verbiegungen an zugehörige Anschlagleisten 15 stoßen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für Halter 3 im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen keramischen Hitzeschilden an Tragstrukturen. Wie bereits ausgeführt, gestattet die Er¬ findung nicht nur die Auskleidung ebener oder zylindrischer Strukturen, sondern sie ermöglicht auch die Bewehrung kompli¬ zierter, beispielsweise kegelig geformter, Tragstrukturen.

Soweit eine Tragstruktur eine Axialsymmetrie aufweist, können die Nuten aus der um die durch die Axialsymmetrie bestimmte Achse gedrehten Tragstruktur herausgestochen werden. In der¬ artigen Nuten können u. U. allerdings die in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Halter 3 mit im wesentlichen geraden Be¬ festigungslaschen 12 nicht mehr eingesetzt werden. Die Befe¬ stigungslaschen 12 müssen, wie dargestellt in Fig. 6, durch bogen- oder parallelogrammartige Ausformung der Form der Nut angepaßt werden. Für Nuten in kegeligen Tragstrukturen können dazu die Befestigungslaschen 12 entlang zweier Leitlinien 23, die im konkreten Fall konzentrische Kreise sind, gebogen sein. Für Befestigungslaschen 12, die jeweils unter dem zu befesti¬ genden Stein zu liegen kommen, ist für jede Flanke des Steins ein anders gestalteter Halter 3 erforderlich. In Fig. 6 ist dies angedeutet. Die Leitlinien 23 sind im wesentlichen

Abwicklungen der die Nut 4 beschreibenden Kurven in die Ebene. In gewissem Sinne deuten sie also den Verlauf der Nut 4 an. Der Vollständigkeit halber ist eine Erweiterung der Nut 4, eine Einführöffnung 17 zum Einführen der Halter 3, angedeutet. Halter 3, die in der Einführöffnung 17 zu liegen kommen, müssen unabhängig von der Art der Befestigung der übrigen Halter 3 mittels Schrauben o. dgl., die z. B. durch entsprechende Bohrun¬ gen 22 geführt werden, befestigt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein keramischer Hitze¬ schild an einer Tragstruktur geschaffen, der eine Vielzahl von Steinen aufweist, die mit metallischen Haltern an der Tragstruk¬ tur befestigt sind, wobei die mechanische und thermische Belast¬ barkeit des Hitzeschildes außerordentlich hoch ist. Die Er- findung ist besonders zugeschnitten auf ausgesprochene Hoch¬ temperatur-Anwendungen, wie sie z. B. in modernen Gasturbinen¬ anlagen vorliegen.