EP3971476B1

EP3971476B1 - Herstellungsverfahren für eine stabilisierte brennerelektrode

Info

Publication number: EP3971476B1
Application number: EP21191478.3A
Authority: EP
Inventors: Ralf Drechsel
Original assignee: Paul Rauschert Steinbach GmbH
Current assignee: Paul Rauschert Steinbach GmbH
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2025-10-01
Anticipated expiration: 2041-08-16
Also published as: EP3971476A1; EP3971476C0; DE102020124558A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Brennerelektrode mit den Schritten Herstellen eines stabförmigen metallischen Stabes, Bereitstellen eines Isolators und Montieren des Stabes in oder an dem Isolator.
Im Betrieb einer Heizung sind solche Elektroden den heißen Flammen und Abgasen des Brennstoffs ausgesetzt und werden somit thermisch hoch belastet. Brennerelektroden werden deshalb aus möglichst wärmebeständigen Material hergestellt, haben aber dennoch nur eine begrenzte Lebensdauer. Insbesondere wenn die stabförmigen metallischen Elektroden aus praktischen Gründen in horizontaler Ausrichtung in einen Brenner eingebaut sind, erzeugt die Schwerkraft ein Biegemoment, dem die im Wechsel immer wieder hohen Temperaturen ausgesetzten metallischen Elektroden im Laufe der Zeit nachgeben weil das metallische Elektrodenmaterial bei hohen Temperaturen zunehmend weicher wird.
Durch das Verbiegen verändert sich die Position der Elektrodenspitze, sodass die Elektrode die ihr zugedachte Funktion, zum Beispiel einen Zündfunken gegenüber einem Massepunkt zu erzeugen oder einen messbaren Strom zu generieren, unter Umständen nicht mehr erfüllen kann.
Zwar werden die metallischen Teile derartiger Elektroden oder zumindest deren Teile, die den hohen Temperaturen ausgesetzt sind, typischerweise aus wärmebeständigen Legierungen hergestellt, es lässt sich aber dennoch nicht vermeiden, dass das Material im Laufe der Zeit und bei großer Wärmeeinwirkung weich wird und sich verbiegt. Auch bei vertikal montierten Elektroden kann es leicht zu einem Verbiegen und damit zum Ausfall der elektrisch leitenden Stäbe der Elektroden kommen, da diese in der Regel zumindest eine abgeknickte Spitze aufweisen, die ebenfalls hohen Temperaturen und auch der Schwerkraft in Querrichtung ausgesetzt ist. Abgebogene Spitzen solcher Elektroden können sich daher ebenfalls zunehmend neigen und schließlich ihre Funktion nicht mehr ordnungsgemäß erfüllen.
Die EP 3 617 598 A1 offenbart eine Brennerelektrode mit einem unteren Schaftteil, einem mit einem Ende an das Schaftteil anschließenden Mittelteil, und einer am anderen Ende des Mittelteils anschließenden Elektrodenspitze, wobei mindestens die Elektrodenspitze und mindestens ein an die Elektrodenspitze anschließender Abschnitt des Mittelteils aus einem hochtemperaturbeständigen Material bestehen. Um eine Brennerelektrode zu schaffen, welche eine deutlich verbesserte Haltbarkeit aufweist und gleichzeitig zu ihrer Herstellung möglichst wenig von dem relativ teuren, feuerfesten Material benötigt, wird vorgeschlagen, dass das Mittelteil zumindest entlang des an die Elektrodenspitze anschließenden Abschnittes Hohlräume aufweist und in diesem Abschnitt durch Zwischenwände oder Streben zwischen den Hohlräumen strukturell stabilisiert ist.
Die FR 2 951 590 A offenbart einen Stab einer Brennerelektrode mit Längsrippen. D.h. geometrisch geformte Rippen sind auf der Oberfläche des Stabs ausgebildet . Die Rippen sind regelmäßig am Umfang des Stabs verteilt. Die Rippen werden durch Rändeln des Stabes gebildet. Die Dicke der Rippen beträgt zwischen drei und zwanzig Prozent des Durchmessers des Stabes. Die Rippen bestehen aus einer verformbaren Metalllegierung, die gegen die Korrosion von Kesselverbrennungsgasen beständig ist und zweiundzwanzig Prozent Chrom, fünf Prozent Aluminium und dreiundsiebzig Prozent Eisen enthält.
Die DE 10 2006058 284 A1 offenbart eine Elektrode für einen Heizkesselbrenner, bestehend aus einem Elektrodendraht mit einer Querschnittsfläche, wobei der Elektrodendraht einen ersten und einen zweiten Längenabschnitt aufweist, wobei der erste Längenabschnitt mit einem Halter am Brenner befestigt ist und wobei der sich an den ersten Längenabschnitt anschließende zweite Längenabschnitt frei auskragend, unter Eigenlast stehend ausgebildet und mit seinem freien Ende dem Wirkbereich des Brenners zugewandt ist. Es ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche mindestens des zweiten Längenabschnittes eine in Bezug auf eine gedachte Kreisquerschnittsfläche unrunde Form und in Vertikalrichtung ihr größtes Widerstandsmoment gegen Biegung aufweist.
Die IT MI20 091 540 A1 offenbart eine elektrische Entladungszündvorrichtung für einen Heizkessel für die Raumheizung und die Erzeugung von Warmwasser, insbesondere einen Brennwertkessel, wobei die Vorrichtung ein Paar von Elektroden umfasst, die nebeneinander angeordnet und mit einem gemeinsamen Trägerelement verbunden, jedoch voneinander isoliert sind. Dabei ist die erste Elektrode mit einer Stromversorgungsleitung und die zweite Elektrode ist mit der Erde verbunden. Die erste Elektrode weist einen Körper, der mit einem Isolierelement fest verbunden ist, das mit dem Trägerelement verbunden ist, und einen ersten Abschnitt auf, der mit diesem Isolierelement fest verbunden ist. Die erste Elektrode weist ferner einen zweiten Abschnitt und einen dritten äußersten Abschnitt, der in Bezug auf den zweiten Abschnitt (10) abgewinkelt ist, auf, wobei der dritte Abschnitt der zweiten Elektrode gegenüberliegt und in der Nähe eines freien Endes der letzteren angeordnet ist. Die zweite Elektrode weist einen ersten Abschnitt, der mit dem Trägerorgan verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der auf den ersten folgt, auf.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Brennerelektrode zu schaffen, die trotz großer Wärmeeinwirkungen und des Einflusses der Schwerkraft formstabil bleibt.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1gelöst.
Der metallische Stab der Brennerelektrode weist einen Stabilisierungsabschnitt auf, der durch ein von einem kreisförmigen Querschnitt abweichendes und von einem rechteckigen Querschnitt abweichendes Querschnittsprofil gegenüber Biegemomenten versteift ist.
Das Abweichen von einem kreisförmigen Querschnittsprofil in dem Bereich des Stabilisierungsabschnitts ermöglicht es, eine erhöhte Stabilität mit einem reduzierten Materialeinsatz zu erreichen. Durch die Reduzierung des Materialeinsatzes werden auch das Gewicht und damit der Einfluss der Schwerkraft auf dem Stab reduziert. Mit anderen Worten ausgedrückt ermöglicht es der Stabilisrungsabschnitt, eine höhere Stabilität gegen über einer durch die Schwerkraft bewirkten Verformung unter thermischer Einwirkung bei gleichzeitig reduziertem Materialaufwand zu realisieren.
Solche Querschnittprofile, die eine Versteifung gegenüber Biegemomenten bewirken, sind im Stand der Technik bekannt und umfassen eine Vielfalt von Profilen, bei denen die Querschnittsfläche deutlich vom Querschnitt des Kleinsten, das Profil umfassenden Kreises abweicht und nur einen Bruchteil der betreffenden Kreisfläche beträgt, oder die ein Aspektverhältnis größer als 1 haben, das heißt eine in einer Richtung gemessene maximale Länge des Profils, die größer ist als das zur Länge senkrecht gemessene Maß des Querschnitts.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der Querschnitt des Profils im Vergleich zu dem kleinsten, das Profil umfassenden Kreis ein Flächenverhältnis von weniger als 3/4, besser weniger als 1/2, vorzugsweise weniger als ein Drittel und insbesondere weniger als ein Viertel.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt das Aspektverhältnis des Querschnittsprofils mindestens 1,2, vorzugsweise mindestens 1,5
Zur Vermeidung von Missverständnissen soll das Aspektverhältnis hier in eindeutiger Weise folgendermaßen definiert werden. Für spiegelsymmetrische Profile, die (mindestens) zwei zueinander senkrechte Symmetrieebenen haben, bestimmt man das längere Maß des Profils entlang einer der Symmetrieebenen, das dann durch das kürzere Maß senkrecht hierzu zu dividieren ist.
Für alle anderen symmetrischen oder asymmetrischen Profile lässt sich ein mit der Definition für symmetrische Profile konsistentes Aspektverhältnis definieren als das Länge-zu-Breite-Verhältnis eines das Profil umfassenden und mit allen 4 Seiten berührenden Rechtecks, dessen kurze Seite man als die kürzeste Projektion des Profilquerschnitts auf eine gerade Linie bestimmt.
Ein Beispiel für ein derartiges Profil ist ein T- oder Doppel-T-Profil, wobei letzteres aus zwei Parallelen, in der Draufsicht horizontal verlaufenden Stegen oder Flanschen und einem vertikalen Verbindungsteg besteht. Auch ein Kreuzprofil, aus einem vertikalen und einem diesen kreuzenden horizontalen Steg weist in der Regel eine höhere Steifigkeit auf als ein Rundstab mit einem Querschnitt gleichen Flächeninhalts.
Es versteht sich, dass T-, Doppel-T- und Kreuz-Profile lediglich Beispiele für zahlreiche Profilformen sind, die effektiv eine Versteifung gegenüber Biegemomenten bewirken, wobei die meisten derartigen Profile jeweils eine bestimmte Ebene aufweisen, in der ihre Biegesteifigkeit maximal ist, während die Biegesteifigkeit in allen anderen Ebenen geringer ist. Alle diese Profile können so gestaltet werden und sind bei Standardquerschnitten auch so gestaltet und bemessen, dass sie mindestens eine der obigen Bedingungen für das Flächenverhältnis oder für das Aspektverhältnis erfüllen.
Bei einem aus Stegen zusammengesetzten Profil der vorstehend beschriebenen Art, welche auch Dreieck- oder Rechteckprofile bilden können, können die einzelnen Stege jeweils auch Aussparungen aufweisen oder aber aus einem Gitterwerk oder Fachwerk bestehen, ohne dass dies die Biegesteifigkeit nennenswert beeinträchtigt. Diese Steifigkeit gegenüber Biegemoment ist auch aus zahlreichen Fachwerkkonstruktionen, insbesondere auch aus Stahlkonstruktionen für Brücken bekannt, deren Tragfähigkeit maßgeblich durch Stahlfachwerke und entsprechende Verstrebungen bestimmt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Querschnittsprofil des Stabilisierungsabschnitts ein von einem aus zwei Kreisquerschnitten zusammengesetztes Querschnittsprofil auf. Ein solches Querschnittsprofil könnte beispielsweise aus zwei kreisförmigen Querschnittsprofilen gebildet oder zusammengesetzt sein, in dem zwei parallel verlaufende Drähte oder Stäbe mit kreisförmigem Querschnitt miteinander verschweißt sind. Demgegenüber ist jedoch die zuvor beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stabes mit deutlich verringertem Aufwand herstellbar.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht zumindest der Stabilisierungsabschnitt aus einer AlCrFe-Legierung.
Der Stab weist einen Montageabschnitt und einen freien Abschnitt auf, wobei der Montageabschnitt mit dem Isolator in Eingriff ist, wobei der freie Abschnitt nicht mit dem Isolator in Eingriff ist und wobei der freie Abschnitt außer in dem Stabilisierungsabschnitt ein kreisförmiges oder rechteckiges Querschnittsprofil aufweist. Der Stabes einer solchen Brennerelektrode ist auf sehr einfache Weise herstellbar. Als Ausgangsmaterial kann in einer Ausführungsform ein Halbzeug mit einem kreisförmigen Querschnittsprofil verwendet werden, d. h. ein Draht. Dieser muss dann nur im Bereich des Stabilisierungsabschnitts entsprechend verformt werden, sodass er dort einen stabilisierenden, von der Kreisform abweichenden Profilquerschnitt aufweist.
Der freie Abschnitt des Stabes weist eine Längserstreckung auf. Die Längserstreckung ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung gemessen zwischen dem Isolator und einem dem Isolator abgewandten Ende des Stabes. Die Längserstreckung ist in einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Stab durch Umformen und Biegen eines Halbzeugs in Form eines Drahtes hergestellt ist, die Länge des Halbzeugs vor dem Biegen und Umformen. Dabei weist in einer Ausführungsform der Stabilisierungsabschnitt von dem Isolator einen in Längsrichtung des Stabes gemessenen Abstand auf, der größer als 10 %, vorzugsweise größer als 30 % und besonders bevorzugt größer als 50 % der Längserstreckung des freien Abschnitts ist. Die Wahl der genauen Position des Stabilisierungsabschnitts hängt von der Länge, der Masse und dem Anwendungszweck der Elektrode ab. Ein Abstand des Stabilisierungsabschnitts von dem Isolator, der größer als 30 % und vorzugsweise größer als 50 % der Längserstreckung des freien Abschnitts hat sich dabei als optimal erwiesen. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand des Stabilisierungsabschnitts in Längsrichtung des Stabes gemessen von dem Isolator höchstens 80 % und vorzugsweise höchstens 75 % der Längserstreckung des freien Abschnitts.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Stabilisierungsabschnitt eine Längserstreckung von 16 cm oder weniger, vorzugsweise von 10 cm oder weniger und besonders bevorzugt von 7 cm oder weniger auf. In einer Ausführungsform weist der Stabilisierungsabschnitt gar eine Längserstreckung von 5 cm oder weniger auf. Auf diese Weise ist der Herstellungsaufwand für den Stab reduziert. So muss beispielweise bei der Herstellung durch Umformen eines Halbzeuges mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt nur ein kleiner Teil des Halbzeugs umgeformt, beispielsweise gequetscht werden. In einer Ausführungsform weist der Stabilisierungsabschnitt eine Längserstreckung von 1 cm oder mehr und vorzugsweise von 1,5 cm oder mehr auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist der freie Abschnitt des metallischen Stabes mindestens zwei zueinander abgewinkelte Segmente auf, wobei der Übergang zwischen den beiden Segmenten, in dem Stabilisierungsabschnitt angeordnet ist. Dabei weist der freie Abschnitt in einer Ausführungsform genau zwei Segmente auf. Vorzugsweise sind die einzelnen Segmente gerade. Liegt der Stabilisierungsabschnitt mit dem nicht kreisförmigen Querschnitt im Bereich der Abwinklung, d.h. dem Übergang zwischen den beiden zueinander abgewinkelten Segmenten, so kann auf einfache Weise eine Stabilisierung des metallischen Stabes der Brennerelektrode erzielt werden.
Der metallische Stab der Brennerelektrode wird durch Umformung eines Halbzeugs mit einem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnittsprofil hergestellt. Dabei erfolgt das Umformen ausschließlich in dem Stabilisierungsabschnitt.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Stab aus einer AlCrFe-Legierung.
Derartige Legierungen sind besonders hitzebeständig und lassen sich noch mit vertretbarem Aufwand plastisch verformen.
In einer Ausführungsform erfolgt das Umformen durch Prägen, Quetschen oder Gesenkschmieden. Dies setzt selbstverständlich ein Material voraus, welches hinreichend plastisch verformbar ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Brennerelektrode in einem Metall-Spritzverfahren hergestellt.
Schließlich ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Stab der Brennerelektrode mindestens einen Abschnitt aufweist, entlang dessen der Stab teilweise gekrümmt ist. Diese Krümmung teilt den Stab dann in zwei Segmente. Der gekrümmte Abschnitt muss dabei nicht zwingend den Stabilisierungsabschnitt aufweisen, auch wenn dies bevorzugt ist. Vorzugsweise ist die Krümmung auf eine Krümmungsebene beschränkt.
Es versteht sich, dass eine entsprechende Elektrode generell so eingebaut wird, dass die Ebene maximaler Biegesteifigkeit, d.h. die Ebene, in welcher der metallische Stab in der Regel seine größte Ausdehnung hat, parallel zur Richtung der Schwerkraft verläuft, d.h. das durch die Schwerkraft erzeugte Biegemoment wirkt in einer Richtung, in welcher eine Elektrode mit dem erfindungsgemäßen Querschnittsprofil ihre maximale Steifigkeit aufweist. Auf diese Weise gibt der Stab den jeweils auftretenden Biegeelementen weniger leicht nach und die Lebensdauer der Elektrode, soweit sie durch das Verbiegen in Folge von Schwerkrafteinwirkung begrenzt ist, wird deutlich erhöht.
Die erfindungsgemäß hergestellte Elektrode hat den Vorteil, dass der metallische Stab den aufgrund der Schwerkraft auftretenden Biegemomenten einen erheblich größeren Widerstand entgegenstellt, als dies mit herkömmlichen Elektroden in Form eines Rundstabes möglich ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass durch die spezielle von einem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt abweichende Profilform, insbesondere die oben genannten bevorzugten Profilformen eines T oder Doppel-T oder auch einer Kreuzform, die Biegesteifigkeit zumindest in einer Richtung deutlich erhöht werden kann.
Diese Effekte verstärken sich noch mehr, wenn einzelne Abschnitte oder Stegelektrode durch Streben, ein Fachwerk oder dergleichen gebildet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der zugehörigen Figuren. In den Figuren sind gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht des Metallstabes einer Brennerelektrode,
Figur 2: mehrere Schnittansichten und die Lage der Schnitte des in Figur 1 Metallstabes,
Figur 3: eine perspektivische Ansicht des Metallstabes einer weiteren Brennerelektrode,
Figur 4: mehrere Schnittansichten und die Lage der Schnitte des in Figur 3 dargestellten Metallstabes
Figuren 5 -7: drei Varianten einer weiteren Ausführungsform eines Metallstabes
Figur 8: mehrere Schnittansichten und die Lage der Schnitte des in Figur 5 dargestellten Metallstabes,
Figuren 9 und 10: weitere Varianten eines Metallstabes einer Brennerelektrode,
Figur 11: mehrere Schnittansichten und die Lage der Schnitte des in Figur 10 dargestellten Metallstabes,
Figur 12: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Brennerelektrode und
Figur 13: eine Seitenansicht eines Stabes einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Brennerelektrode und
Figur 14: eine Querschnittsansicht durch den Stab aus Figur 13.

Die Ausführungsformen der Figuren 1-11 sind nicht Teil der Erfindung.
Die Brennerelektrode gemäß Figur 1, genauer gesagt der Elektrodenstab einer solchen Brennerelektrode, hat im unteren Bereich einen mit 5 bezeichneten Schaft, während der obere Abschnitt mit 6 bezeichnet ist, und bei den hier dargestellten Ausführungsformen gekrümmt oder abgewinkelt ist. Der Schaft 5 dient als Montageabschnitt und ist bei der fertig montierten Brennerelektrode in einen Keramikisolator eingebracht. Der der metallische Stab besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere aus Metall. Der Stab hat in der dargestellten Ausführungsform in seinem oberen Abschnitt 6 ein angedeutetes Doppel-T-Profil, das in den Schnittansichten der Figur 2 genauer dargestellt ist.
Die Spitze 4 des Stabes ist dafür ausgelegt, bei Beaufschlagung mit einem entsprechend hohen Spannungsimpuls einen Zündfunken zur erzeugen, der den Brennstoff eines Brenners, d.h. Gas oder Öl, entzündet. Der Schaft 5 der Brennerelektrode in Figur 1 und 2 hat einen quadratischen Querschnitt. Der Querschnitt des Stabes ist in einem oberen Abschnitt 6 durch Pressen oder Schmieden abgeflacht und seitlich eingedrückt.
Die Einschnürung bzw. Abflachung wird hier in Anlehnung an ein Doppel-T-Profil als Längssteg 1 bezeichnet.
In dem Schaftbereich, der weniger hohen Temperaturen ausgesetzt ist als die Spitze 4 und dem an die Spitze 4 angrenzenden oberen Bereich ist das Querschnittsprofil kompakt mit einem Aspektverhältnis von 1.
Das Verhältnis der Fläche des Querschnittsprofils in diesen Abschnitten zu der Fläche des kleinsten, das Profil einschließenden Kreises liegt etwas unter ½. Der Metallstab 5 hat somit eine deutlich erhöhte Biegesteifigkeit in der Ebene, in welcher der obere Abschnitt der Elektrode auch gegenüber dem unteren Schaftbereich abgeknickt bzw. gekrümmt ist.
Die Krümmung bzw. das Abknicken des oberen Abschnittes des Stabes gegenüber dem unteren Schaftteil 5 ist deshalb vorgesehen, weil die Elektrode für eine vertikale Anordnung neben einer Brennerfläche vorgesehen ist, sodass der Schaft 5 einen größeren Abstand zu der Brennerfläche einhalten kann.
In anderen Varianten, bei welchen die Elektrode in horizontaler Ausrichtung montiert wird, ist eine entsprechende Krümmung des oberen Abschnittes gegenüber dem Schaft nicht vorgesehen.
Figur 3 und die Querschnittansichten gemäß Figur 4 zeigen einen weiteren Metallstab der, ausgehend von einem kreisförmigen Querschnitt im Schaftbereich 5, im oberen Abschnitt umgeformt wurde zu einem Querschnitt, der in etwa einer "8" entspricht. Dies erhöht ähnlich wie das angedeutete Doppel-T-Profil der ausführungsform nach Figur 1 und 2 die Biegesteifigkeit in einer Ebene, die der Längsmittelebene des "8"-Profils entspricht.
Im Gegensatz zu den ausführungsformen der Figuren 1 -4, die aus massiven Stäben gepresst bzw. geschmiedet sind, sind in den Figuren 5 - 11 Ausführungsformen dargestellt, wie sie pulvermetallurgisch hergestellt werden können.
Figur 5 zeigt eine solche Ausführungsform mit einem Doppel-T-Profil des Elektrodenstabes, mit zwei Querstegen 2, 3 und einem die Querstege verbindenden Längssteg 1a, 1b. Anhand der in Figur 6 dargestellten Querschnittansichten erkennt man, dass der Längssteg 1b im oberen Abschnitt gegenüber dem Längssteg 1a im Bereich des Schaftes 5 deutlich länger bzw. höher ist, so dass das Aspektverhältnis H/B im oberen Abschnitt doppelt so groß ist wie im Schaftbereich.
Auch das in Anspruch 2 definierte Querschnittsverhältnis beträgt im oberen Abschnitt des Elektrodenstabes weniger als 30% und über 40% im Bereich des Schaftes 5, wobei auch dies bereits eine gegenüber einem quadratischen Massivprofil verbesserte Biegesteifigkeit bedeuten würde.
Die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils einen Elektrodenstab mit der gleichen Grundform wie in Figur 5, wobei lediglich der Längssteg zwecks Material- und Gewichtsersparnis ausgedünnt wurde, wobei im Falle der Figur 6 der Längssteg des Doppel-T-Profils im Oberen Abschnitt 6 kreisförmige Aussparungen aufweist und im Falle der Figur 7 durch eine kurzen, stabförmigen Längssteg ersetzt wurde. Figur 8 zeigt wieder die Querschnitte der Ausführungsformen der Figuren 5 - 7, wobei der Querschnitt B-Bim Falle der Figuren 7 und 6 nur auf eine bzw. wenige Positionen entlang des oberen Abschnitts beschränkt ist.
Der Längssteg hat im unteren Teil eine geringere Höhe a und ist dort mit 1a bezeichnet, während die Höhe h im oberen Teil des Elektrodenabschnitts 6 etwa das Doppelte der Höhe a beträgt und der Verbindungssteg dort mit 1b bezeichnet ist.
Weitere Ausführungsformen pulvermetallurgisch hergestellter Elektrodenstäbe sind in den Figuren 9 - 11 wiedergegeben. Auch hier ist das Profil Doppel-T-förmig, jedoch über die gesamte Länge des Elektrodenstabes einschließlich Schaft und oberem Abschnitt und mit Ausnahme der Elektrodenspitze konstant
Bei der Variante in Figur 10 ist der Längssteg bzw. Verbindungssteg des Doppel-T-Profils durch ein Fachwerk aus Stäben ersetzt der zwischen den oberen und unteren Flanschen bzw. Querstegen 2, 3 einen im Zick-Zack verläuft. In diesem Fall sind die Außenmaße des Profils über die gesamte Länge des dargestellten Abschnittes 10 bis zur Spitze 4 konstant.
In der Seitenansicht gemäß Figur 11c ergibt sich hieraus eine Fachwerk- oder Gitterkonstruktion zwischen den Querstegen 2, 3. Der Querschnitt gemäß der Linie A-A in Figur 11c ist in Figur 11a dargestellt und der Querschnitt gemäß der Linie B-B in Figur 11c ist in Figur 11b dargestellt. Da das Fachwerkband an jedem Punkt des dargestellten Abschnittes einen kleineren Querschnitt hat als bei der Ausführungsform der Figuren 1 - 4, ist das Flächenverhältnis zu dem kleinsten umschriebenen Kreis des Profils deutlich kleiner als ½ während das Aspektverhältnis etwa 1 beträgt.
Das Profil könnte alternativ auch einfach T-förmig oder kreuzförmig sein, wobei auch diese Profilformen für eine erhöhte Biegesteifigkeit sorgen, wenn sie so eingebaut werden, dass die Schwerkraft in Richtung der größten Querschnittsausdehnung wirkt.
Bei den entsprechenden vollständigen Elektroden ist der untere Bereich eines Schaftes 5 jeweils in einer Keramikhülse als Isolator aufgenommen und die Elektrode weist zusätzlich einen elektrischen Kontakt am unteren Ende auf. Der obere Bereich der Elektroden ist jeweils unterschiedlich gestaltet wie in den obigen Figuren dargestellt. Die Aussparungen in den Längsstegen einiger Ausführungsformen sind dafür vorgesehen, das Gewicht und das erforderliche Material für die Elektrode zu reduzieren und dennoch eine auch bei starker Erwärmung eine stabile und Biegekräften besser widerstehende Elektrode zu ergeben.
Figur 12 zeigt eine Brennerelektrode 20 mit einem elektrischen Keramikisolator 21 und einem länglich ausgedehnten Stab 22 aus einer AlCrFe-Legierung. In der Variante aus Figur 14 ist nur der metallische Stab 22 gezeigt und der Keramikisolator 21 ist in dieser Darstellung weggelassen. Der Stab 22 ist in beiden Varianten hergestellt aus einem Halbzeug mit einem kreisförmigen Querschnittsprofil, d.h. einem Draht. Dieser Draht ist in einem Übergangsabschnitt 23 gekrümmt, sodass zwei gerade Abschnitte 24, 25 des Drahtes von dem Übergangsabschnitt 23 verbunden sind und durch den Übergangsabschnitt 23 eine Abwinklung zueinander erfahren.
Stellt man sich vor, dass die Brennerelektrode 20 mit ihrem Segment 25 vertikal ausgerichtet eingebaut ist, so ist unmittelbar klar, dass die auf das Segment 24 wirkende Schwerkraft versucht, den Stab 22 zu verformen, d.h. gerade zu strecken. Um den Stab 22 gegenüber den Einflüssen der Schwerkraft stabiler zu machen, weist der Stab einen Stabilisierungsabschnitt 29 auf. In der Variante aus Figur 12 fällt der Stabilisierungsabschnitt 29 mit dem Übergangsabschnitt 23 zusammen, d.h. der Übergangsabschnitt 23 ist umgeformt. In der Variante aus Figur 13 ist der Stabilisierungsabschnitt innerhalb des geraden Segments 25 des Stabes 22 angeordnet.
In dem Stabilisierungsabschnitt 29 ist der Stab 22 derart umgeformt, dass das Querschnittsprofil in diesem Bereich von der Kreisform des ursprünglichen als Halbzeug verwendeten Drahts abweicht. Figur 14 zeigt zur Verdeutlichung beispielhaft eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A des Stabes 22 aus Figur 13. Durch Prägung ist der Draht derart verformt, dass er in dem Stabilisierungsabschnitt 29 ein Querschnittsprofil aufweist, dass dem aus Figur 8a) angenähert ist. Dazu ist der Stab so geprägt worden, dass er einen Obergurt 26 und einen Untergurt 27 aufweist und eine Vertiefung 28 zwischen diesen beiden Gurten.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Brennerelektrode (20) mit den Schritten Herstellen eines stabförmigen metallischen Stabes (22), Bereitstellen eines Isolators (21) und Montieren des Stabes in oder an dem Isolator,
wobei der Stab einen Montageabschnitt und einen freien Abschnitt aufweist, wobei der Montageabschnitt mit dem Isolator in Eingriff ist, wobei der freie Abschnitt nicht mit dem Isolator in Eingriff ist dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abschnitt außer in einem Stabilisierungsabschnitt (29) ein kreisförmiges oder rechteckiges Querschnittsprofil aufweist,

wobei das Herstellen des Stabes erfolgt entweder
a) mit den Schritten
Bereitstellen eines stabförmigen metallischen Halbzeugs mit einem kreisförmigen oder einem rechteckigen Querschnittsprofil und Umformen des Halbzeugs zu dem Stab in dem Stabilisierungsabschnitt, so dass in dem Stabilisierungsabschnitt das Querschnittsprofil von dem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnittsprofil des Halbzeugs abweicht und gegenüber Biegemomenten versteift ist, oder

b) mit dem Schritt
Metall-Spritzen des Stabes, so dass dieser in dem Stabilisierungsabschnitt ein von einem kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt abweichendes Querschnittsprofil aufweist und gegenüber Biegemomenten versteift ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen ein Prägen, Quetschen oder Gesenkschmieden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abschnitt eine Längserstreckung aufweist, wobei Stabilisierungsabschnitt (29) von dem Isolator (21) einen Abstand aufweist, der größer als 10 %, vorzugsweise größer als 30 % und besonders bevorzugt größer als 50 % der Längserstreckung des freien Abschnitts ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsabschnitt (29) eine Längserstreckung von 16 cm oder weniger, vorzugsweise vor 10 cm oder weniger und besonders bevorzugt von 7 cm oder weniger aufweist.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Abschnitt zwei zueinander abgewinkelte, vorzugsweise gerade, Segmente (24, 25) aufweist, wobei eir Übergang zwischen den beiden Segmenten vorzugsweise in dem Stabilisierungsabschnitt angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Querschnittsprofils des Stabilisierungsabschnitts weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Drittel und insbesondere weniger als ein Viertel der Fläche eines Kreisquerschnitts beträgt, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser des kleinsten, das Profil umfassenden Kreises ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil des Stabilisierungsabschnitts von einem aus zwei Kreisquerschnitten zusammengesetzten Querschnittsprofil abweicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Querschnittsprofils des Stabilisierungsabschnitts ein Aspektverhältnis von mindestens 1,2, vorzugsweise von mindestens 1,5 hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil des Stabilisierungsabschnitts bezüglich einer durch den größten Durchmesser definierten Spiegelebene symmetrisch ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil des Stabilisierungsabschnitts ein T- oder Doppel-T-Profil ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil des Stabilisierungsabschnitts ein Doppel-T-Profil mit zwei Querstegen und einem Verbindungssteg ist, wobei der Abstand der Querstege und damit die Höhe des Verbindungssteges in Längsrichtung des Stabes variiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Stabilisierungsabschnitt aus einer AlCrFe-Legierung besteht.