Kuppelofen: Die optimale Form

[FloF]

Hallo Liebe Ofenbesitzer,

Aus gegebenem Anlass möchte ich hier die optimale Ofengeometrie bei Kuppelöfen / Holzbacköfen herausfinden.
Es geht mir nicht darum, ob 40cm für Pizza am Besten ist, sondern viel mehr um die Verhältnisse Tunnel / Kuppel damit der Ofen für seinen jeweiligen Zweck optimal funktioniert.
Bei meinem Ofenbauthread gehen die Meinungen der Experten an dieser Stelle nämlich auseinander.
Ziel wäre es, ein breites Steuband über Stärken bzw. Schwächen von Öfen zu erhalten, die in der Praxis über Jahre erprobt sind.
Also eine Statistik wenn genügen Leute Lust haben hier mitzumachen.


Grob gesagt geht es um 2 Kernpunkte.

1. Es steht eine Verhältniss zur optimalen Geometrie im Raum. (36% / 64%)
These: Zieht gut, effiziente Verbrennung
Ist hier vielleicht schon mal jemand drüber gestolpert?
Wie gut passt das Verhältnis zu Euren Öfen?

2. Niveaunterschied innerer Bogen / äußerer Bogen. Im Raum steht:

- Äußerer Bogen (2) sollte ca 5cm niedriger sein als innerer Bogen (1).
These: es entweicht dadurch tendenziell weniger Rauch nach vorne.

- Äußerer Bogen (2) darf ruhig 15% größer sein als innerer Bogen (1).
These: Bei richtiger Bedienung raucht es vone nicht raus. Vorteil: größere Öffnung, damit komfortabler.

- Beim Bild sind beide Bögen gleich - könnte auch ein durchgehender tunnel sein.

Hier ist man sich einig:
Eine 2-teilige Türe ist immer zu empfehlen, damit das Rausqualmen nach vorn bei der Anheizphase verrigert werden kann.

Mein Ofen soll diese Maße bekommen (siehe auch 2. Bild oben):

Durchmesser Kuppel: 90cm
Höhe Kuppel: 40cm
Birnenform: Ja
Höhe Bogen innen (1): noch unklar
Höhe Bogen aussen (2): noch unklar
Tunnelbreite: 55cm
Tunnellänge: ergibt sich aus Höhe innerer Bogen
Kamin Durchmesser: 20cm
Kamin Länge: ~6m
2-teilige Türe: ja

So jetzt würden mich Eure (groben) Maße interessieren.
Vor allem aber was ihr beim nächsten Mal unbedingt genau so oder viellecht doch anders machen würdet.

z.B. ...qualmt ständig vorne raus, ...qualmt nur bei ungünstigen Wetterverhältnissen vorne raus, ...Öffnung zum Bedienen zu klein, ...zieht schlecht, ...rundum perfekt , ...usw

Ich freue mich auf Eure Erfahrungsberichte

Grüße
Flo

 

[Rooster]

Hallo Flo,
bei mir war geplant 42 cm Kuppelhöhe über Backboden und 13 cm über Oberkante Tür. Geworden ist es 1 cm höher. In Prozent darfst Du selber rechnen.

 

[Porsche junior]

Ich habe das Thema mal hier mit rüber genommen damit wir den Bauthread von @Rooster nich so vollmüllen. Danke @FloF

Die Ausdehnung der Kuppel ist ja ein interessantes Thema für zukünftige Bauvorhaben und die Analyse von Rissen.
Nachdem hier dann eine Berechnung (offensichtlich fehlerhaft) präsentiert wurde, habe ich mich informiert und zusammen mit einem Konstrukteur nachgerechnet.
Daher möchte ich das nochmal richtig stellen.

puhh - hier werden Einheiten durcheinandergeworfen und aneinander vorbei geredet.

Ich hatte im Ausgangsthread ja bereits erklärt wo der Rechenfehler lag und welche Begriffe "verwechselt" wurden.
Für uns ist nur die Längenausdehnung wichtig.

Ergibt bei einer Kuppel mit 100 cm Innendurchmesser: 1000mm x 3,14 x 0,5 x 0,004 = 6,28 mm Ausdehnung des Innendurchmessers.
Die Kuppel hebt sich somit um ca. 3 mm an. Bei Industrieschamotte kann das aber auch gut das doppelte sein.

Diese Berechnung bezieht sich auf einen Kreis bzw. Halbkreis.
Eine Ofenkuppel ist aber im Querschnitt kein Halbkreis sonder nur ein Ring.
Daher sind die Ausdehnungen in der Stärke des Materials nicht vorrangig zu berücksichtigen.
Die Ausdehnung des Radius muß aber über den Umfang berechnet werden:

Die korrekte Berechnung (unter Annahme der o.g. Werte lautet also (gerundet):
Kuppeldurchmesser 1000mm ≙ U 3141,593 x ɑ 0,004 = U 3154,16
Das ergibt einen Durchmesser von 1004mm.
Die Kuppel dehnt sich also seitlich je ~ 2mm, in der Höhe 1,5mm aus.

So ist die Berechnung richtig. Ob der Faktor 0,004 bei ca. 600°C erreicht wird ist eine bloße Annahme und noch nicht bewiesen.

Axel hat also die Werte vertauscht und jeweils zwei Nullen zu viel reingemacht, also um den Faktor 100 falsch.

Das Axel @Rooster sich um 2 Nullen verrechnet hat, ändert nichts daran das er im Bezug auf die Ausdehnung recht hat, nämlich das sich ein Stein ausdehnt und keine massive Kuppel.

Natürlich dehnt sich jeder einzelne Stein aus, aber der ganze Kuppelbogen besteht ja aus etwa 12-13 Steinen bei einem Durchmesser von 1m. Und die Ausdehnung summiert sich natürlich auf (hier dann ~ 6mm) und wenn sie nicht seitlich weg kann, drückt es den Bogen/die Kuppel natürlich nach oben weg.

Siehe oben. Umfang berechnen und auf den Durchmesser beziehen.

. Für die konkrete Berechnung der Ausdehnung des Kuppelbogens zählt die hier vereinfacht die Längenausdehnung. Und dann auf die Kupelhöhe bezogen

So wie oben beschrieben

Eisen liegt im Vergleich bei 12·10^−6 1/K - also gar nicht so weit weg

Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Metall und Schamott ist zwar ähnlich, aber die Ausdehnungskurven weichen stark voneinander ab. Daher wird auch i.d R auf Metallbewehrung beim Kuppelbau verzichtet (siehe Kuppelbau mit Feuerzement).

Ich hoffe ich konnte die Berechnung verständlich erklären. Sonst einfach nochmal fragen.

Wenn man sich Dimensionen der Ausdehnung aber mal anschaut wird klar warum die Hersteller von Rath oder Monolith so explizit auf gleichmäßige und vor allem dünne Fugen hinweisen und warum manche Öfen so sehr zur Rißbildung neigen.

Gruß Matthias

 

[Porsche junior]

dass der vordere Bogen der Brennkammer (innerer Bogen) niedriger sein muss als der Rauchabzug/Kamineingang, damit die Abgase nicht hingehen wo sie nicht sollen

Wenn der Kamin mal zieht, wird er den Rauch schon weg ziehen, so meine Theorie.

Das größte Problem beim HBO ist das der Schornstein zum einen zu kurz ist um einen natürlichen Zug aufzubauen.
Zum anderen steht dem Zug der große Querschnitt entgegen, den wir aber benötigen um bei Volllast die Abgase abzutransportieren. Das ist auch der Grund warum Schornsteinfeger oft der Meinung sind das so ein Ofen grundsätzlich nicht funktionieren kann, weil sich der Zug nicht nach dem Tripple berechnen lässt.
Die Abgase wollen, solange sie nicht richtig heiß sind, nicht durch den Schornstein durch. Sie suchen sich den Weg des geringsten Widerstandes und das geht dann auch schon mal vorne aus der Tür raus wenn da genug Platz ist.
Ich glaube die Höhe bzw. Der Versatz der Bögen ist nachrangig gegenüber einer vernünftigen Tür/Anheizklappe um die Zuluft zu regulieren. Ob nun als waagerecht geteilt oder gerastet.
Ist der innere Bogen aber etwas höher, kann das mMn kein Nachteil sein.
Lg Matthias

 

[WolfsFac3]

Moin Flo,

Danke!
Grappaschlucker, vielen Dank für die Erklärung. Ich glaube, ich habe mich vielleicht irgendwie missverständlich ausgedrückt. Das Bild, was ich bei meiner Ausführung im Kopf hatte, war folgendes (etwas rudimentär, ich bin kein Zeichengenie):

Vielleicht hab ich auch Begriffe falsch benutzt, so ist es denke ich etwas verständlicher.

Dass man den Höhenunterschied der Bögen bei manchen Öfen von außen nicht sehen kann, mag daran liegen, dass beide Bögen gleich hoch gemacht wurden - das weiß ich nicht.

Im Brandschutz zum Beispiel nutzt man bei der Ortswahl von Brandmeldern ebendieses Prinzip: Rauch steigt immer nach oben. Diesem Prinzip folgend würde man bei der Bauweise soweit ich das begreife dem Rauch nur seinen natürlichen Weg öffnen.
Klar, Wasser und Rauch haben unterschiedliche Eigenschaften, aber der zum Vergleich genutzte Punkt ist bei beiden ähnlich: Es gibt eine Flussrichtung, und so wie Wasser der Schwerkraft folgt, folgt Rauch der Thermik. Beide Prinzipien sind dem Wesen nach vergleichbar, zumindest ausreichend, um die Funktionsweise zu verdeutlichen.

Kaminzug verstärkt das nochmals, aber dafür braucht es Wärme und (idealerweise) eine gewisse Abzugslänge. Fehlt eine der Komponenten, oder gibt es zu viel Rauch (weil beispielsweise viel Holz brennen will, aber die Wärme eben noch nicht da ist), ist das immer wie eine Art Barriere; und wie eine Barriere in einem Fluss, da suchen sich dann eben Wasser und auch Rauch alternative Wege (beispielsweise zur Vordertüre hinaus).

Meiner Erfahrung nach qualmt ein Feuer ohnehin nur, wenn die Temperatur fehlt (entweder weil gerade erst entzündet, falsch entzündet (Flamme darunter statt oben drauf / Flamme an großen Stücken statt an kleinem Holz) oder weil beispielsweise zu viel auf einmal nachgelegt wurde); ein bisschen kann man das vielleicht vergleichen mit dem Betrieb eines Smokers - da will man ja auch keinen Rauch, und umgeht das, indem man am Anfang vorsichtig mit kleinem Holz feuert, und beim Nachlegen nicht so viel nimmt, dafür regelmäßiger.

Wann bauen wir unser Exemplar: Derzeit sind wir beide noch mitten in der Ideenphase, da bin ich also selbst noch gespannt (und die Frauen überrumpeln wir dann einfach)
Mache ich ein Thema auf dafür: Vielleicht. Das hängt stark davon ab, ob ich mich der Kritik der Öffentlichkeit stellen will
Mal sehen. Das entscheide ich spontan

Sonnige Grüße

ℳ

 

[Rooster]

Hallo @WolfsFac3,
Du erliegst gerade einem Missverständnis.
Der innere Bogen ist rot eingekreist.

Deine Beschriftung ist jeweils ein äußerer Bogen.

 

[WolfsFac3]

Moin @Rooster

*hust*
Danke.

Sonnige Grüße
Micha