Der Ofen, der selbst Messgerät ist

In einem Schmelzofen schützt die Auskleidung den Stahl. Sie soll lange halten, dem Angriff standhalten und möglichst wenig Wärme nach außen lassen. Geht sie langsam zurück, merkt es zuerst die Energierechnung.

In einem Brandversuchsofen ist die Auskleidung etwas anderes: Sie ist Teil des Messgeräts. Ein solcher Ofen prüft, wie lange ein Bauteil einem Brand standhält — eine Tür, eine Fassade, eine Verglasung. Der Probekörper wird in einen Prüfrahmen eingespannt, dann fährt der Ofen die Einheits-Temperaturzeitkurve ab: eine genormte Kurve, die den Verlauf eines Zimmerbrands nachbildet. Nach dreißig, sechzig oder neunzig Minuten steht fest, ob das Bauteil seine Klasse erreicht.

Damit dieses Ergebnis etwas wert ist, muss die Kurve reproduzierbar sein. Und sie hängt nicht nur an den Brennern, sondern an der Wand dahinter: wie schnell der Ofen aufheizt, wie viel Wärme die Auskleidung schluckt, wie gleichmäßig die Strahlung auf den Probekörper trifft. Verändert sich die Auskleidung, verändert sich die Messung.

Was wir vorgefunden haben

Der Auftrag umfasste zwei Öfen bei einem Hersteller von Brandschutzglas — einen kleinen und einen großen Prüfofen. Beide waren an denselben Stellen verschlissen, und das ist kein Zufall: Es sind die Stellen, an denen die Geometrie unterbrochen ist.

• Die Schaufenster. Durch sie wird der Probekörper während des Versuchs beobachtet. Jede Öffnung ist eine Störung im Wandaufbau: Die Laibung steht schräg im Strahlungsfeld, die Kanten bekommen bei jedem Versuch den vollen Temperatursprung.
• Die Pfeiler. Im kleinen Ofen über die volle Höhe, im großen die oberen Abschnitte. Ein Pfeiler trägt und steht zugleich frei im Feuerraum — er wird von mehr Seiten beansprucht als eine Wand.
• Die unteren Felder des großen Ofens, links und rechts. Dort steht die Strahlung am längsten an derselben Fläche.

Gegossen, nicht gemauert

Schaufenster und Pfeiler wurden ausgebrochen und mit einem Zweikomponenten-Spezialgießbeton neu aufgegossen. Der Grund ist die Maßhaltigkeit: Eine Laibung, die den Blickwinkel und die Dichtung bestimmt, lässt sich gegossen genauer herstellen als gemauert. Und eine monolithische Laibung hat keine Fugen, an denen der Temperatursprung ansetzen könnte.

Isolierschicht und Anker wurden dabei vollständig erneuert. Das ist der Punkt, an dem bei Prüföfen am häufigsten gespart wird — und der Grund, warum dieselbe Stelle nach zwei Jahren wieder auf dem Plan steht. Wer nur die sichtbare Schicht erneuert, setzt neue Masse auf alte, versprödete Dämmung.

Leichtsteine statt dichter Masse

In den unteren Feldern haben wir Feuerleichtsteine der Gruppe 26 vermauert. Das wirkt wie ein Rückschritt gegenüber dem Guss, ist aber die richtige Wahl: Leichtsteine haben eine geringe Rohdichte und damit eine geringe Wärmespeicherung.

Und genau darauf kommt es bei einem Prüfofen an. Er soll der Normkurve folgen, nicht gegen seine eigene Masse anheizen. Jedes Kilogramm Auskleidung, das mit aufgeheizt werden muss, macht die Kurve träger. Ein dichter, schwerer Werkstoff hielte länger — und würde die Messung verfälschen.

Der Wandaufbau dahinter

• Keramikfasermatte, 1260 °C, 13 Millimeter — nimmt die Dehnung auf.
• Mikroporöse Platten, 25 Millimeter — die eigentliche Dämmung, bei sehr geringer Dicke.
• Kalziumsilikatplatten, 25 Millimeter — tragend und maßhaltig zum Stahl hin.

Diese Staffelung ist kein Zufall. Sie hält die Hülle kühl, ohne dick aufzutragen — und in einem Prüfofen ist jeder Zentimeter Wandstärke ein Zentimeter weniger Prüfraum.

Die Prüfrahmen

Dazu kam die Sanierung der beiden Rahmen, in denen der Probekörper sitzt. Sie bekamen Keramikfaserpapier in zwei Lagen und einen nadelbewehrten Feuerbeton — Stahlnadeln aus hitzebeständigem Werkstoff, zwei bis drei Prozent. Die Nadeln halten die Masse zusammen, wenn der Rahmen beim Versuch schlagartig aufgeheizt wird. Ohne sie reißt ein so dünnes Bauteil beim ersten Zyklus. Gearbeitet wurde liegend: Die Rahmen müssen für die Zustellung waagerecht auf Bodenniveau liegen, sonst läuft die Masse aus der Schalung.

Der Rahmen des Einsatzes

Fünf Monteure in Tagschicht, beide Öfen parallel, rund fünf bis sechs Tage. Der Vorlauf betrug drei bis vier Wochen — nicht wegen der Montage, sondern wegen des Materials: Spezialgießbeton und Leichtsteine dieser Güte liegen nicht am Lager.

Was am Ende über die Standzeit entscheidet

Nicht der Einbau, sondern das erste Aufheizen. Frisch gegossener Feuerbeton enthält Wasser. Wird zu schnell geheizt, dehnt es sich als Dampf um ein Vielfaches aus und sprengt die Zustellung von innen — bei den dünnen Querschnitten eines Prüfrahmens schneller als anderswo. Deshalb gehört zu jeder Zustellung ein Trockenheizdiagramm: eine Kurve mit Haltezeiten, abgestimmt auf Werkstoff und Bauteildicke. Bei diesem Auftrag haben wir das Diagramm geliefert, das Trockenheizen führte der Betreiber selbst durch — der übliche Weg, wenn die Anlage ihre eigene Steuerung hat.

• Die Auskleidung gehört in die Messkette. In dieselbe Prüfroutine wie Thermoelemente und Brennersteuerung, nicht in die Instandhaltung bei Gelegenheit.
• Schwerer ist hier nicht besser. Wer einen Prüfofen mit dichtem Werkstoff zustellt, kauft Standzeit mit Trägheit. Die Normkurve verzeiht das nicht.
• Die Dämmung hinter der heißen Schicht mit erneuern. Neue Masse auf alter Dämmung bringt dieselbe Stelle in zwei Jahren wieder auf den Plan.
• Das Trockenheizen vorher vereinbaren. Wer trocknet, nach welcher Kurve, mit welcher Messung — das ist der Unterschied zwischen einer Zustellung, die hält, und einer, die beim ersten Versuch reißt.

Verwandte Artikel