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Verfahren zur Befestigung von Stehbolzen in den zu verankernden Kesselwänden.
Es ist bekannt, die Befestigung von Stehbolzen in den zu verankernden Wänden in der Weise vorzunehmen, dass die Stehbolzen in die Kesselwände eingeschweisst werden. Das geschieht, wie beim autogenen Kupferschweissen allgemein üblich, z. B. derart, dass die Bohrungen der Kesselwände nach aussen koniseh erweitert werden und dass in diese Erweiterungen und die zylindrischen Bolzen das Schweissmetall in bekannter Weise eingebracht wird. Auch wurden schon diese mit Schweissmetall auszufüllenden im Querschnitt keilförmigen Öffnungen zwischen Bolzenkopf und Wandung der Bohrung dadurch geschaffen, dass die Bohrungen der Wandungen zylindrisch gestaltet und die Bolzenköpfe nach ihrem Ende zu konisch verjüngt wurden.
In beiden Fällen wurde die Schweissung so ausgeführt, dass die Öffnungen zwischen den miteinander zu verschweissenden Bolzenköpfen und der Bohrung in der Fererbuchswand breit gehalten und die Schweissmetallschieht in Stärke von mehreren Millimetern in die Öffnung eingebracht wurde. Daraus ergaben sich schwerwiegende Nachteile. Einerseits wurde an die empfindlichste Stelle der Feuerbuchse, nämlich an die Verbindung zwischen Bolzen und zu verankernde Wandung eine ziemlich starke Schicht Fremdmetall gebracht. Dieses hatte infolge des Umschmelzens Gussgefüge und eine entsprechend geringere Festigkeit und Härte als das mechanisch bearbeitete Metall der Bolzen und Feuerbuchswandungen.
Anderseits war eine derartige Sehweissung verhältnismässig schwierig, da das Schweissmetall, wenn es zähflüssig ist, schlecht mit dem Bolzen und Feuerbuchsmetall verschweisst und, wenn es zu dünnflüssig ist, leicht aus der immerhin grossen Öffnung herausläuft.
Diese Nachteile der eingeschweissten Stehbolzen werden durch die Erfindung beseitigt. Das gelingt dadurch, dass der Durchmesser des zweckmässig mit Gewinden versehenen Bolzenkopfes so bemessen ist, dass noch ein geringes Spiel von beispielsweise 0-5 mm zwischen Bolzengewinde und Gewinde der Bohrung vorhanden ist, das auf seiner ganzen Länge annähernd gleich weit gehalten ist, und dass die Verbindung des Bolzens mit der Feuerbuchswandung durch Schweissen oder Löten in der Weise erfolgt, dass der Spielraum zwischen den Gewindeoberflächen durch das Löt- oder Schweissmetall ausgefüllt wird, z. B. dadurch, dass man das Lötmetall von oben in die Gewindefuge einlaufen lässt. Statt Gewinde können auch andere Vorsprünge und Einschnitte in den Bolzenköpfen und in den Bohrungen der zu verankernden Wände vorgesehen sein.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass-geeignete Wahl des Löt- oder Schweissmetal1s vorausgesetzt- bei Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung das Lot infolge Kapillarwirkung das ganze Gewinde durchdringt, so dass sich eine absolut feste und vor allem völlig dampfdichte Verlötung oder Verschweissung des ganzen Gewindes ergibt. Die Schicht des Löt-oder Sehweissmetalls zwisehen den Gewinden ist sehr dünn und es findet das Löt- oder Schweissmeta1l an den Gewinden eine gute Abstützung, so dass es allen vorkommenden Beanspruchungen gewachsen ist. Das Verfahren ist einfach und billig und es brauchen derartige Bolzen niemals nachgedichtet oder in ihrer Befestigung verbessert zu werden. Sie halten für alle Zeiten dicht und benötigen eine Erneuerung nur, wenn sie abreissen.
Ein weiterer Vorteil dieser Art der Stehbolzenverbindung liegt darin, dass sowohl die Kesselwände als auch die Stehbolzenköpfe durch Eindrehungen u. dgl. nicht geschwächt zu werden brauchen. Die Gewinde oder sonstigen Vorsprünge und Einschnitte des Stehbolzens brauchen nicht mehr wie bisher durch Dreharbeit als Präzisionsgewinde ausgebildet werden. Da sie ohnehin mit einem gewissen Unter-
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mass herzustellen sind, genügt es vielmehr vollkommen, wenn sie durch mechanische Bearbeitung wie warmes oder kaltes Walzen, Pressen, Hämmern u. dgl. gefertigt werden. Dieser Herstellungsweise der Gewinde ist sogar der Vorzug zu geben, da sich gezeigt hat, dass eine rauhe Oberfläche der Gewinde für die Befestigung durch Schweissen oder Löten wesentliche Vorteile bietet.
Anderseits behält die Ober- fläche die von der Bearbeitung herrührende feste Haut, die für derartige Werkstücke besonders vorteilhaft ist, so z. B. das Material gegen korrosive Angriffe widerstandsfähiger macht.
Man kann bei dem Verfahren gemäss der Erfindung auch in der Weise vorgehen, dass der Stehbolzenkopf nur auf einem Teil seiner Länge mit Gewinde ausgestattet ist, das dicht in den Bohrungen der zu verankernden Wände sitzt. Der übrige Teil des Stehbolzenkopfes ist z. B. mit Untermassgewinde ausgebildet oder rund abgedreht. Er wird erfindungsgemäss mit dem Material der zu verankernden Wände durch Schweissen oder Löten verbunden. Der dichtpassende Teil des Gewindes kann entweder am äusseren oder inneren Ende oder auch in der Mitte des Stehbolzenkopfes angeordnet sein. Je nach der Lage des dichtpassenden Gewindeteils wird dann die Schweissung oder Lötung an der Innenseite oder der Aussenseite oder an beiden Seiten der Kesselwand vorgenommen.
Wie bereits betont, kommt es mehr oder weniger darauf an, dass ein geeignetes Lot-oder Schweiss- metall verwendet wird. Als besonders brauchbar für diese Zwecke haben sich Messinglote erwiesen, vorzugsweise solche mit Nickel-und Siliziumzusatz. Dieses Lot ist verhältnismässig niedrigschmelzend, ergibt eine unbedingt dichte Verbindung, sowie völlig blasenfreie Schweissstellen und der Lötarbeiter wird bei der Verwendung dieses Lotes durch Dämpfe in keiner Weise belästigt. Es vereinigt also in sich eine Reihe von Eigenschaften, die für das Verfahren gemäss der Erfindung besonders wertvoll sind.
Bei geeigneter Wahl des Lotes ist es möglich, bei den hin und wieder notwendig werdenden Auswechseln schadhaft gewordener Stehbolzen, diese durch solche mit gleicher Stärke zu ersetzen. Wird nämlich ein vorzugsweise mit Gewinde od. dgl. Vorsprüngen und Einschnitten versehener Stehbolzen in die zu verankernden Wände eingeschweisst oder eingelötet, so kommen die Druck-und Zugbeanspru- chungen, die während des Betriebes entstehen, nicht mehr allein auf die Löt-oder Schweissnaht zur Auswirkung, sondern es nimmt das Material des Gewindes des Bolzens und der Wände'diese Beanspruchun- gen gewissermassen wie ein homogener Körper auf.
Auf Grund dieser Erkenntnis wird beim Auswechseln schadhaft gewordener Stehbolzen erfindungsgemäss so vorgegangen, dass die Ausbohrungen der Bolzen ohne Rücksicht darauf geschieht, ob Stehbolzen- oder Löt- bzw. Schweissmetallteile noch in den Wänden
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bolzenverbindung in keiner Weise beeinträchtigen.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Löt- oder Schweissmetall, das zur Verbindung des Stehbolzens mit der zu verankernden Wand dient, dieselbe Bearbeitbarkeit aufweist wie das Metall des Bolzens und der Wände. Hiedureh wird das genaue Ausbohren wesentlich erleichtert und es wird insbesondere vermieden, dass das zum Ausbohren benutzte Werkzeug infolge ungleichen Materials aus der vorgeschriebenen genauen Richtung abweicht. Es kommt, wie schon bemerkt, hiebei nur auf die Bearbeitbarkeit und nicht etwa auf die Härte und Festigkeit des Lötmetal1s/In. Letztere werden im Gegenteil vorteilhaft sehr hoch gewählt, z. B. höher als die Festigkeit des Kupfers, aus dem Bolzen und Wand bestehen.
Denn hiedurch wird erreicht, dass die Löt- oder Schweissstel1e, die an der Bolzenseite immerhin noch stark beansprucht wird, besonders brauchbar und zuverlässig ausfällt. Gute Eigenschaften in dieser Beziehung zeigen Lötmetalle mit Zinn-bzw. Zinkgehalt. So besitzt z. B. ein Zusatzdraht aus Kupfer mit 40% Zink und geringen Gehalten von Nickel und Silizium bei normaler
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Lötmaterialien eine dreifach so hohe Härte wie normales Feuerbuchskupfer. Eine weitere Erleichterung des Ausbohrens kann dadurch erreicht werden, dass die Enden des Stehbolzens mit einer grösseren Öffnung beispielsweise einer solchen von 10 bis 16 mm versehen werden, da dann beim Ausbohren entsprechend weniger Material zu entfernen ist und das zum Ausbohren benutzte Werkzeug besser angreift.
Auch in den Fällen, wo z ; B. wie an der Feuerseite die Stehbolzenenden zu Nietköpfen umgeformt werden, kann diese grössere Öffnung bedenkenlos gewählt werden, da bei dem eingeschweissten oder eingelöteten Steh- bolzen die Nietköpfe nicht mehr wie bei nur mit Gewinde eingezogenen Stehbolzen den Zweck haben, die Abdichtung zu verbessern, sondern in der Hauptsache dazu dienen, die Schweiss-oder Lötstelle gegen den Angriff des Feuers zu schützen, aus welchem Grunde auch z. B. auf der Aussenseite der Feuerbücl1se die Nietköpfe überhaupt fortfallen können.
Trotz der grösseren Bohrung wird das bei Stehbolzen mit axialem Kanal übliche Verschliessen des Kanals auf der Aussenseite der Feuerbüchse nicht erschwert, wenn man statt des bisher angewendeten Eintreibens von Kupferstiften in den Kanal, den Abschluss dadurch bewirkt, dass man während der Löt- oder Schweissarbeit einen Tropfen Lötmaterial in den axialen Kanal einlaufen lässt. Diese Art des Abschliessen ist bei Einschweiss- und andern Stehbolzen grundsätzlich zu empfehlen, da sie fast kostenlos ausgeführt werden kann und eine besonders zuverlässige Abdichtung
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darstellt. Durch die Erfindung wird beim Auswechseln der Stehbolzen erheblich an Arbeit gespart.
Vor allem aber wird die Lebensdauer der kostspieligen Feuerbüchse ausserordentlich verlängert.
Ferner kann man nun in den Reperaturwerkstätten, was von allergrösster Bedeutung ist, mit einem einzigen normalen Stehbolzen auskommen und kann die kostspielige Lagerhaltung der Reparaturbolzen mit wachsendem Kopfdurchmesser vermeiden.
Mit demselben Vorteil wie für Stehbolzen lässt sich das Verfahren auch für das Auswechseln anderer langgestreckter Körper wie Stangen, Röhren (Kondensator-, Siederauehröhren u. dgl.) anwenden, die
Platten, Böden, Wänden u. dgl. eingeschweisst oder eingelötet sind.
Sollten langgestreckte Körper, wie Stehbolzen, Stangen, Röhren für Wasserrohr-Rauehrohr-
Kessel, Economiser, Kondensatoren, Vorwärmer, Überhitzer u. dgl. mit den Bohrungen der Wände (Feuerbuchswände, Rohrböden), durch die sie geführt sind, gemäss der Erfindung durch Schweissen oder
Löten verbunden werden, so muss dafür Sorge getragen werden, dass der meist nur sehr feine Zwischen- raum zwischen der Oberfläche der langgestreckten Körper und der Wandung der Bohrung gut mit dem Lot-oder Schweissmetall ausgefüllt wird, da hievon die Güte und Dauerhaftigkeit der Verbindung abhängt.
Eine sichere Verbindung wird man in allen den Fällen erhalten, in denen die Schweissung oder
Lötung in einer solchen Lage der zu verbindenden Körper ausgeführt werden kann, dass das Schweiss- oder Lötmetall von oben in den Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Körpern einlaufen kann, so z. B. beim Einschweissen der Stehbolzen in der Türwände oder beim Einschweissen der Rauchrohre in die Rohrwände, wenn die Tür bzw. Türwände waagrecht und die Stehbolzen bzw. Rohre senkrecht gestellt werden können und das Löt-oder Sehweissmetall in nächster Nähe des oben liegenden Austritts- ende des Bolzens bzw. Rohres aus der Wand zum Schmelzen gebracht werden kann.
Es tropft dann auf den Spalt zwischen Bolzen oder Rohr und Wand nieder und fliesst in die Gewindegänge ein, wobei, damit es nicht vorzeitig erstarrt, die ganze Lötstelle auf geeignete Temperatur erhitzt wird. Stehen die Wände, in die die Stehbolzen od. dgl. eingelötet werden sollen, indessen nicht waagrecht oder annähernd waag- recht, so kann man sich in der Weise helfen, dass zwischen dem Stehbolzen od. dgl. und der Wand, mit der sie verbunden werden sollen, ein oder mehrere Hohlräume vorgesehen werden, in die das Löt-oder Sehweissmetall eingeführt, z. B. hineingezogen oder hineingedrückt werden kann.
Bei der Einführung kann es entweder schon schmelzflüssig sein oder es wird im erhitzten aber noch festen Zustande ein- geführt und im Hohlraum selbst zum Schmelzen gebracht, so dass es sich auf die ganze Lot-oder Schweiss- stelle verteilen kann. Der Hohlraum kann entweder in dem langgestreckten Körper oder in der Wand oder in beiden Teilen vorgesehen werden.
Sollen z. B. Stehbolzen in die zu verankernden Wände eingelötet werden, so werden an den Steh- bolzenköpfen eine oder mehrere Längsnuten angebracht. Wird nur eine Nut vorgesehen, so wird der
Stehbolzen vor dem Einlöten zweckmässig so eingesetzt, dass die Nute an der höchsten Stelle der Fuge zwischen Bolzen und Wand liegt. Nachdem die Lötstelle auf Schmelztemperatur des Lötmetalls gebracht ist, wird ein Zusatzdraht von entsprechender Stärke in die Nute eingeführt. Es ist zweckmässig, die
Nute nicht völlig durch den Stehbolzenkopf hindurchzuführen, sondern, wenn der Kopf mit einem Gewinde versehen ist, beispielsweise nur bis zum letzten Gewindegang. Dadurch kann ein übermässiges Ablaufen des Lötmaterial verhindert werden.
Es braucht das in der Nute schmelzende Lot nur den Gewinde- gängen entlang durchzulaufen und sich gleichmässig in diesen zu verteilen, was durch geeignete Auswahl des Lötmeta1ls erreicht wird. Nachdem das in die Nute eingeführte Stück des Lötdrahtes abgeschmolzen und in die Gewindegänge abgeflossen ist, wird der Draht allmählich in die Nute nachgeschoben und dort von neuem nach und nach abgeschmolzen, bis die Gewindegänge überall mit Lötmittel ausgekleidet sind und die Lötung beendigt ist. Alsdann wird die Nute selbst mit Lötmaterial angefüllt, wobei man zweckmässig die Temperatur der Lötstelle etwas zurückgehen lässt, damit das Lötmittel in der Nute zum Erstarren kommt.
Natürlich kann statt der Nute irgendwelche Vertiefung anderer Art gewählt werden, ebenso wie die Gewindegänge durch andere Vertiefungen oder Erhöhungen ersetzt werden oder bei zylindrischen Köpfen ganz zum Fortfall kommen können. Statt eine oder mehrere Nuten im Steh- bolzen anzubringen, kann man auch den für die Zuführung des Lötmetalls bestimmten Kanal in der
Wand der Feuerbüchse oder des Kessels anbringen. Die Höhlung bzw. Nute kann natürlich auch zum
Teil im Stehbolzen und zum andern Teil in der Kesselwand liegen. Eine Verschwächung infolge Kerbung u. dgl. durch die Anbringung derartiger Aussparungen kann nicht eintreten, weil dieselben durch das Lötmetall völlig haftend ausgefüllt werden.
Der Einlötvorgang wird dadurch verbessert, dass man das zur
Lötung erforderliche Flussmittel (Borax) zunächst in den Hohlraum bringt und nach dessen Abschmelzen den Lötstab nachschiebt. Natürlich kann dieselbe Lötung oder Schweissung gemäss der Erfindung
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völlige Dichte und durch die ganzen Querschnitte hindurchreichende einwandfreie Lötung oder Schweissung wie solche, die in vertikaler Lage eingeschweisst sind.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen :
Fig. 1-3 zeigen den Stehbolzen 1 mit dem Stehbolzenkopf 2 in der Kesselwand 3 durch Eindrehen so eingesetzt, dass zwischen Gewinde und Kesselwand ein Spielraum 4 zur Aufnahme des Lot-oder Schweiss-
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metalles besteht. Zur Ausführung der Lötungen oder Schweissungen ist in dem äusseren Ende des Stehbolzenkopfes eine ringförmige Ausdrehung 5 in der Kesselwand vorgesehen, durch die das Lot in die Fuge zwischen Kesselwand und Gewinde eindringt (Fig. 1). Das überstehende Ende 6 des Stehbolzenkopfes ist in Fig. 2 zum Schutz der Lötfuge gegen Feuergase zu einem Nietkopf ausgebildet. Fig. 3 zeigt die Ausführungsform gemäss der das Löt-oder Schweissmetall zweckmässig in Form eines z.
B. mit Gewinde versehenen dünnwandigen Rohres ?, das zwischen Bohrung und Kopf eingelegt ist, verwendet wird und das durch eine Höhlung 8 mittels elektrischen Stromes durch Einführung einer Elektrode oder auf andere Weise zum Schmelzen gebracht wird. Die Hülse wird zweckmässig so in den Zwischenraum zwischen Stehbolzenkopf und Wandung der Bohrung eingebracht, dass sie diesen Zwischenraum möglichst dicht ausfüllt. Soll die Verschweissung durch elektrische Widerstandserhitzung erfolgen, so wird dem Stehbolzen, z. B. in der Mitte des Schaftes, elektrische Energie zugeführt. Beim Durchgang des Stroms werden infolge des höheren elektrischen Widerstandes an den Übergangsstellen vom Stehbolzenkopf zur Hülse und von der Hülse zur Feuerbuchswand, die Schweissstellen am stärksten erhitzt.
Ausserdem kann durch Zusatz von Metallen, die bei ganz geringen Prozentsätzen (0'1-0'2%) die elektrische Leitfähigkeit des Kupfers schon stark herabsetzen, zu dem Metall der Hülse, die Entwicklung der elektrischen Stromwärme in der Hülse noch in bekannter Weise begünstigt werden. Ist die gewünschte Temperatur erreicht, so verbindet sich das Material der Hülse mit dem der Kesselwandung einerseits und dem Stehbolzenmaterial anderseits, und es wird eine besonders zuverlässige Abdichtung erzielt. Die Schweissarbeit kann noch dadurch gefördert und in ihrem Ergebnis verbessert werden, dass die Stehbolzen mit einer gewissen Spannung während des Schweissprozesses in die Feuerbuchswandung hineingezogen oder hineingedrückt werden.
Hiezu kann eine zangenartige Vorrichtung gewählt werden, die derart wirkt, dass die die Enden des Stehbolzens festhaltenden beiden Klemmbacken durch Hebel nach aussen gedrückt werden. Beim Einschweissen der Bolzen hat es sich als zweckmässig gezeigt, das Einschweissen nicht der Reihe nach vorzunehmen, sondern in der Weise, dass die Wärmeausdehnung durch symmetrisches Arbeiten in der Reihenfolge der Stehbolzen möglichst gleichmässig wird bzw. sich gegenseitig aufheben. Als Beispiel diene Fig. 4, nach der in die dort gezeichnete Feuerkiste die Bolzen beispielsweise in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f, einzuschweissen sind. Die Fig. 5 zeigt einen Stehbolzen, bei dem der Kopfdurchmesser annähernd gleich dem Schaftdurchmesser ist.
Die Stehbolzenköpfe 2 werden durch Einwalzen von Gewinden in die als Ausgangsmaterial verwendete Stange, z. B. mit axialer Bohrung 15, hergestellt. Der Durchmesser des Schaftes 1 ist durch Abdrehen soweit verringert, dass der Stehbolzen durch dieJEiohrung-der-Kessel- wand hindurchgeführt werden kann. In den Fig. 6 und 10 sind Ausführungsformen dargestellt, bei denen die Lötmittel durch Nuten dem Zwischenraum zwischen Gewinde und Bohrung zugeführt werden. Fig. 6 zeigt einen normalen Stehbolzen 1 in einer Kesselwand 3, Fig. 7 zeigt denselben Stehbolzen, versehen mit einer Nut 12, in die das Löt- oder Schweissmaterial eingeführt wird und von der aus es sich durch Kapillarwirkung in den Gewinden verteilen kann. Aus Fig. 8 ist ein Stehbolzen ersichtlich, der mehre. e solcher Nuten trägt.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt eines in horizontaler Lage eingeschweissten Stehbolzens. Fig. 10 zeigt eine Ausführuugsform, bei der sich die Nut 16 in der Feuerbuchswand oder Kesselwand befindet. Fig. 11 zeigt die Befestigungsart durch Eindrehen und Verschweissen des Gewindes angewandt auf Rohre. Das Rohr 13 ist in eine Wand 14 mit geringem Spielraum eingeschraubt, durch Einführung von Lötmitteln in den Spielraum mit der Wand verschweisst und sodann das überstehende Ende 17 zum Schutz der Lot-und Schweissstelle umgebördelt. Das Befestigen von Rohren in dieser Art geht natürlich gemäss der Erfindung auch ohne Verwendung von Gewinden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Befestigen von Stehbolzen in den zu verankernden Kesselwänden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem gegebenenfalls mit Gewinde oder andern Vorsprüngen oder Einschnitten versehenen Stehbolzenkopf und der Bohrung der Kesselwandung ein geringes auf seiner ganzen Länge ungefähr gleiches Spiel gelassen wird und dass die Verbindung des Stehbolzenkopfes mit der Wand der Bohrung in der Kesselwand dadurch erfolgt, dass Löt- oder Schweissmaterial zwischen diese Teile eingeführt und hier zur Wirkung gebracht wird.