AT147015B - Stehbolzen-Verbindung mit hohen Warmfestigkeitseigenschaften für kupferne Feuerbuchskessel, insbesondere für Lokomotiven. - Google Patents

Description

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  Stehbolzen-Verbindung mit hohen   Warmfestiglieitseigenschaften   für kupferne   Feuerbuchskessel,   insbesondere für Lokomotiven. 



    Die hauptsächlichen Anstände im Betriebe von Lokomotivfeuerbuchsen u. dgl. sind das Undichtwerden von Stehbolzen und das Auftreten von Brüchen oder Rissen an den Bolzen und im Feuerbuchsblech. Sie sind besonders unangenehm deshalb, weil sie die Lokomotiven unerwartet ausser Betrieb setzen. 



  Zur Beseitigung der Übelstände sind die verschiedensten Wege beschritten worden, ohne dass eine wirkliehe und dauerhafte Abhilfe geschaffen wurde. 



  Der Stehbolzen hat die Aufgabe, den äusseren Stehkessel mit dem Feuerraum zu verbinden und die Wände beider bei ungleicher Erwärmung gegen den zwischen ihnen wirksamen Flüssigkeitsdruck nach aussen abzudichten. Zu den Zugbeanspruchungen kommen also grosse Druck- und Biegekräfte in der Wandeinspannung und im Bolzen, die daher rühren, dass die Feuerbuchse einer höheren Temperatur und damit einer stärkeren Ausdehnung unterworfen ist als der Stehkesselmantel. Infolge der starren Verbindung der Mantelblech am Boden-und Feuerlochring und der höheren Wärmewirkung im Bereich der Feuerzone des Feuerraumes werden nun die Wandgewinde in der Feuerzone stärker auf Druck, die im kälteren und vom Bodenring am weitesten entfernten Teile der Feuerbuchse gelegenen Stehbolzen dagegen am meisten auf Biegung beansprucht.

   Daher sind die stark auf Biegung beanspruchten äusseren Rundbolzen und die Wandkrümmungen der Feuerbuchse vornehmlich der Bruch-und Rissbildungsgefahr ausgesetzt, wogegen die in der Feuerzone gelegenen Stehbolzen und Wandteile infolge des allseitig starken Lochleibungsdruekes im Gewinde leicht plastisch verformt und dadurch undicht werden. 



  Der Hauptgrund für diese Anstände ist darin zu suchen, dass die bislang für Feuerbuchszwecke verwendeten Baustoffe mit zunehmender Temperatur in den für die besondere Art der Beanspruchung massgeblichen physikalischen Wertziffern zu stark absinken und dass daher die bisherige Prüfung nach Festigkeit und Dehnung bei Raumtemperatur keinen brauchbaren Massstab für die voraussichtliche Bewährung der Feuerbuchsbleche und der Stehbolzen in der im Betriebe herrschenden Temperatur bildet. 



  Man hat zwar versucht, in den unteren Teil der Feuerbuchse Stehbolzen von höherer Warmfestigkeit einzubauen, um plastische Verformungen des Stehbolzengewindes zu vermeiden und damit die Ursachen der Undichtigkeiten zu beheben. Dabei entstanden aber um so stärkere verbleibende Verformungen im Muttergewinde der Feuerbuchswände. Man ist dann weiter dazu übergegangen, die Feuerbuchse und gegebenenfalls auch die Stehbolzen aus einer Silber-Kupfer-Legierung herzustellen, deren Warmfestigkeit lediglich durch das beilegierte Silber ohne besondere Wärmebehandlung um etwa 10% höher liegt als die des normalen Feuerbuchs-und Stehbolzenkupfers. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Massnahmen die Behebung der Anstände nur sehr unvollkommen erreichen und dass sie namentlich dann ganz unzulänglich sind, wenn der Dampfdruck und damit die Feuerbuchstemperatur weiter erhöht wird. 



  Auch die Verwendung von Mangankupfer für Stehbolzen ist zur Vermeidung von Stehbolzenbrüchen in den äusseren Reihen vorgeschlagen worden ; ferner auch die Verwendung binärer, geringlegierter Kupferbaustoffe und von Nickelflussstählen. 



  Die Erfindung schlägt auf Grund umfangreicher praktischer Versuche vor, den Stehkessel, insbesondere für Lokomotiven, auf folgende Weise mit demFeuerraum zu verbinden und dadurch die Lebensdauer von Feuerbuchse und Stehbolzen erheblich zu erhöhen sowie die bestehenden Anstände restlos zu beseitigen :   

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Die Feuerbuchswände werden, je nach der Beanspruchung der Lokomotive, ganz oder teilweise aus einem kupfernen Baustoff hergestellt, der in den für die Betriebsbeanspruchung massgeblichen Wertziffern durch entsprechende Legierung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer anschliessenden Wärmebehandlung, wesentlich, u. zw. mindestens auf die doppelten Werte, erhöht wird.

   Als solche massgebliche Wertziffer kommt in Frage die 0'01-Grenze bei 3500 C, d. h. also die Belastung, bei der der Baustoff nach mehreren Stunden eine im   Höchstfalle     O'Ol %   betragende, bleibende Verformung erfährt. Im Zusammenhang damit sollen auch möglichst die Stehbolzen aus einem warmfesten Baustoff bestehen, d. h. einer warmfesten Kupferlegierung oder einem an sich bekannten warmfesten Baustoff (Kupferlegierung oder Stahl).

Claims (1)

1. Von den kupferreichen Baustoffen sind vor allem für die Stehbolzenverbindung nach Anspruch 1 das vergütbare"Kuprodur"mit rund 98% Cu, 0'6-1'5% Ni, 0'7-0'4% Si, Rest Fe geeignet ; des weiteren die sogenannten kupferreichen Mehrstofflegierungen mit einem Kupfergehalt von mindestens 95% und Beigaben von mindestens zwei der folgenden Elemente : Fe, Si, Sn, Cr, Be, AI, Ni.

   Diese kupferreichen Baustoffe werden durch Ausglühen und Abschrecken von hoher Temperatur (zirka 750-950 C) und durch nachträgliches Wiedererwärmen (Anlassen) auf eine niedere Temperatur (zirka 300-500 C) in der massgeblichen Wertziffer, d. h. der 0'01-Grenze, bei 3500 C wesentlich erhöht, so dass der Widerstand gegen plastische Verformung ausserordentlich hoch ist.

   Man kann nun so vorgehen, dass man die Feuerbuehsteile und die Stehbolzen vor ihrem Einbau in den Stehkessel ganz oder teilweise vergütet. Stimmt die bei der Vergütung anzuwendende Anlasstemperatur für einen Baustoff mit der Temperatur der Teile im Betriebe nahezu überein, wie z. B. bei kupferreichen Mehrstofflegierungen, so kann es zum Zwecke der leichteren Bearbeitung, z. B. beim Biegen der Bleche, beim Köpfen der Stehbolzen usw., nützlich sein, das Anlassen und damit die Erhöhung der Warmelastizität erst durch die Betriebstemperatur nach erfolgtem Einbau geschehen zu lassen.

   Es vergüten sich dann selbsttätig gerade diejenigen Wand-oder Stehbolzenteile, die am leichtesten Stehbolzenundichtigkeiten ausgesetzt sind, während die Stellen am Stehbolzen und an der Wand, die besonders nachgiebig sein müssen, weich bleiben und ihre besonders hohe Deckung behalten. Es ergibt sich dabei also durch die Betriebsbedingungen selbst eine teilweise Vergütung.

   Bei solchen Feuerbuchsen, die infolge ihrer Konstruktion zu Brüchen und Rissen in den Krempen neigen, ist es zweckmässig, nur die unteren Teile der Feuerbuchswände aus dem hochwertigeren Baustoff zu wählen, dagegen die durch Krempenrisse gefährdeten Teile aus einem normalen Baustoff. Auch kann es, besonders für schon eingebaute und reparaturbedürftige Feuerbuchsen, wirtschaftlicher und vollkommen ausreichend sein, nur die schadhaft gewordenen Wandteile und gegebenenfalls auch die zugehörigen Stehbolzen durch solche aus Baustoff hoher Warmelastizität zu ersetzen, die noch brauchbaren oder wenig beanspruchten Teile dagegen aus dem bisherigen geringwertigeren Baustoff zu belassen.

   Für diese Ausführung ist es nicht erforderlich, dass der hochwertige Baustoff wärmevergütbar ist.

   PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Stehbolzenverbindung mit hohen Warmfestigkeitseigenschaften für kupferne Feuerbuehs- kessel, insbesondere für Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, dass als Baustoffe Kupferlegierungen mit mindestens zwei der Elemente Fe, Si, Sn, Cr, Be, AI, Ni im Gesamtbetrag von nicht mehr als 5% in ganz oder teilweise wärmevergütetem Zustande verwendet werden.

   2. Stehbolzenverbindung, insbesondere für Lokomotiven, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile und die zugehörigen Stehbolzen in der von der Brennstoffwärme unmittelbar betroffenen Feuerzone aus Baustoffen besonders hoher Warmelastizität, u. zw. die Wandteile insbesondere aus solchen nach Anspruch 1, bestehen, die übrigen Teile dagegen aus einem normalen Baustoff und dass die Teile verschiedener Baustoffbeschaffenheit durch Nieten, Schweissen, Löten od. dgl. verbunden sind.

   3. Verfahren zur Herstellung von Feuerbuchsen und Stehbolzen nach Anspuch 1 oder 2 aus aus- scheidungshärtefähigen Kupferlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Wärmebehandlung zu vergütenden, legierten Teile im ausgeglühten und abgeschreckten, also weichen Zustande eingebaut und erst während des Betriebes durch die Anlasswirkung der in der Feuerzone der Lokomotive herrschenden Temperatur in ihrer Warmelastizität und Warmhärte entsprechend erhöht werden.