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Zwei-oder mehrteiliger Stehbolzen.
Starre Stehbolzen, aus einem Stück hergestellt, führen oft zu Betriebsstörungen zweierlei Arten.
Durch die raschere Wärmeaufnahme der Feuerbüchsenwände (besonders der kupfernen bei Lokomotiven) werden diese früher der Dehnung unterworfen als der Aussenkessel, wodurch die Gewinde der Stehbolzen der seitlichen unteren Partien in der Feuerbüchsenwand, u. zw. an jenen Stellen, die der Hitze am stärksten ausgesetzt sind, das Gewinde in der Wand aufweiten, so dass dieses undicht wird und die üblen Folgen des Wasseraustrittes in die Feuerseite zeitigen, was erklärlich ist durch die verminderte Festigkeit des kupfernen Wandmaterials bei höheren Temperaturen, wogegen die Gewinde in den oberen Stehbolzenreihen nicht unter diesen Erscheinungen leiden, weil dort die Temperaturen niederer und gleichmässiger sind.
Diese Undiehtheiten werden nun durch Verstemmen der feuerseitig gelegenen Stehbolzenkopfränder oder durch das kranzförmige Andrücken des Wandmaterials zu den Stehbolzenköpfen teilweise behoben. Auch durch Nachstauchen der Stehbolzenköpfe suchte man diesem Übel des Rinnens abzuhelfen, das aber wieder zu Sternrissen in der Wand führte, wenn diese Köpfestauehungen nicht mit besonderer Sorgfalt vorgenommen wurden, aber auch in diesem Falle wurde das Rinnen nur auf einige Betriebstage gebannt, weil das Übel, die Aufweitung des wasser- seitigen Gewindes in der Feuerbüehsenwand, nicht behoben werden konnte, da diese Stellen nicht zugänglich sind.
Dieses nutzlose Verstemmen und Stauchen der feuerseitigen Stehbolzenköpfe hat man im letzten Jahrzehnt als sehr schädlich erkannt und deshalb die Aufdornstehbolzen geschaffen, wodurch es ermöglicht wurde, das Gewinde des Stehbolzens in seiner ganzen Länge gleichmässig mittels Dorns aufzuweiten, also radial an das Wandmaterial zu pressen, was aber auf jeden Fall eine Verformung des Gewindes bewirkt. Aber auch diese Aufdornstehbolzen haben nicht befriedigt, obwohl zugegeben werden muss, dass das Rinnen der Stehbolzen dadurch auf ein erträgliches Mass herabgemindert wurde, was auch der besonderen Sorgfalt zugeschrieben werden muss, mit der diese Aufdornstehbolzen (laut der damit hinausgegebenen Erzeugungs-und Einbauvorsehriften) angefertigt, eingebaut und schliesslich doch nachbehandelt werden müssen.
Bei den flussstählernen Feuerbüehswänden führte das Nachstauchen der Stehbolzenköpfe erwiesenermassen zu Sprengungen ganzer Wände vom Schlussring bis zu den oberen Stehbolzenreihen. Bei den kupfernen und flussstählernen Wänden hatte der Wasseraustritt noch zur Folge, dass das Material um die Köpfe und diese selbst vom frei werdenden Wasserstoff und Sauerstoff im Verein mit den Feuergasen verzehrt werden, so dass z. B. die ursprünglich 26 mm starken Stehbolzen durch solche mit 28,30 und 33 mm Gewindedurchmesser ersetzt werden mussten, was wieder eine Menge von Werkzeugen erforderlich machte und die Lagerhaltung von vielen Stehbolzengrössen bedingte.
Die zweite Art der Betriebsstörung infolge Stehbolzendefekten tritt auf durch das Reissen der Stehbolzen in den oberen Partien waagreehter Reihen und bei den grossen Lokomotiven auch in den vorderen lotrechten Reihen unmittelbar in Rohrwandnähe, welch beide Gruppen nicht so sehr einer arg wechselnden Hitze ausgesetzt sind. Hier liegt die Ursache in der feuerseitigen grösseren Dehnung, die sich summarisch vom Boden- oder Schlussring nach oben und von der Rückwand vorne auswirkt, im zweiten Falle kommt noch die ungeheure Schub-und Zugkraft des Rohrbündels beim Dehnen und Schrumpfen der Rohre hinzu, die die erste lotrechte Stehbolzenreihe seitlich aufzunehmen hat.
In den
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Fällen reissen diese Stehbolzen knapp an der Wand des Stehkessels wasserseitig, so dass durch die durch die vielen Bewegungen hervorgerufene Stoffmüdigkeit begründet erscheint. Diesen Bewegungen tragen nun Konstrukteure schon lange Rechnung durch bewegliehe Stehbolzen. Ein neuerer Vorschlag ist die
Kombination von gewellten Rohren mit Zugbolzen, bei denen aber die Durchrostung und Zernagung des dünnen Wellrohres aus Eisen oder das Einreissen an der Stehkesselwasserseite durch Bewegung zu befürchten ist. Es gibt noch andere Stehbolzen, die beweglich sind, z.
B. mit aussen liegenden Kugel- gelenken, aber alle diese Ausführungen vermehrten die Dichtflächen zwischen Bolzen und Wand durch
Zwischenschaltung von Büchsen usw., ohne die bestehende Dichtfläche zwischen Bolzen und Wand zu verbessern, zu vergrössern oder zu sichern.
Der Gegenstand vorliegender Erfindung sind Stehbolzen, deren bisherige Dichtflächen zwischen
Bolzen und Wand verbessert, vergrössert oder gesichert werden, u. zw. mehrteilige starre Stehbolzen, die darin ihr besonderes Merkmal tragen, dass sie wasserseitig an der Feuerbüehsenwand mit Bunden versehen sind, um bei Bewegung der Wand (also bei Eintreten der elastischen Beanspruchung und auf
Biegung) das Gewinde in der Feuerbüehse zu entlasten und auf die wasserseitig Wandfläche zu über- tragen, oder auch auf die Aussenwand, wodurch die Abdichtung wasserseitig an der Feuerbüchse ge- sichert wird.
Weiters Gelenkstehbolzen, die durch Gelenke der Bewegung der Wand Spielraum geben über jenes Mass, dass ausserhalb der Biegungs-und Elastizitätsgrenze fester Stehbolzen liegt, die aber ebenfalls darin ihr besonderes Merkmal haben, dass sie an der Wasserseite der Feuerbüehse durch einen
Bund das Wasser am Eindringen zum Gewinde und in die Feuerbüehse verhindern, ausserdem aber auf einfache Art auswechselbare Gewindepfropfen in der Stehkesselwand, gegebenenfalls auch in der
Feuerbüchsenwand aufweisen.
Diese beiden Ausführungen unterscheiden sich von den bisherigen Arten noch dadurch be- sonders, dass die Gewinde in der Feuerbüehse und in der Aussenwand voneinander unabhängig werden, wodurch die langen Reibahlen und langen Gewindebohrer erspart und durch kurze, präzise schneidende
Reibahlen und Gewindebohrer ersetzt werden können, wodurch bedeutend reinere Gewinde erzielt werden, in denen die Bolzen aufzusitzen haben. Auch kann die Herstellung kurzer Bolzengewinde mit grösserer Genauigkeit erfolgen.
Die im Wasserraum liegenden Gewinde korrespondieren wohl axial und hinsichtlich gleicher Gewindesteigung mit den Gewinden im Aussenkessel, sie haben aber nicht dampfdieht zu halten, weshalb diese für alle Bolzen in gleicher Gewindedurchmessergrösse ge- halten werden können, und roh gepresstes zylindrisches Gewinde genau genug ist, wenn es die gleiche
Gewindesteigung besitzt.
Dadurch wird nun erreicht, dass einerseits das Wasser sicher vom Eindringen in die Feuerbüchse ferngehalten wird, wo es bisher die Zerstörung verursachte, anderseits, wenn die Pfropfen durch Stoff- müdigkeit an der Aussenwand reissen sollten, so können diese infolge des immer gleich bleibenden Innen- gewindes und des unversehrt bleibenden konisehen Gewindes in der Aussenwand, ohne Ausbohren, ohne Beschädigung des Wandgewindes und ohne Vergrösserung desselben, durch Bolzenpfropfen gleicher
Grösse ersetzt werden, wodurch sich mengen-und grössenmässig eine geringere Lagerhaltung ergibt.
Diese Ausführung hat noch den Vorteil, dass man auch, ohne das Reissen der Bolzen an den bekannt gefährdeten Stellen abzuwarten, ganze Bolzenreihen periodisch, etwa dreijährig, kontrollieren kann, indem man sie einfach herausschraubt, reinigt, untersucht und schon erkennbar anbrüehige Bolzen durch neue ersetzt.
In Fig. 1 ist ein Stehbolzen gemäss vorliegender Erfindung dargestellt, der aus mehreren Teilen besteht, jedoch starrverbunden ist. MitF ist dieFeuerbüehsenwand und mitL die Aussenwand bezeichnet.
An der wasserseitigen Feuerbüchsenwand liegt eine ringförmige, zur Achse senkrechte Dichtfläche a des Bundes B auf, die durch das Gewinde b angepresst erhalten bleibt, welches Gewinde feuerseitig entweder durch eine Kappenmutter C abgedichtet erscheint, oder dessen Gewindestummel durch das bekannte Kaltstauchen zu einem runden Kopf geformt werden kann, wodurch sowohl wasserseitig als auch feuerseitig eine sichere Abdichtung erzielt wird. In dem Bund B ist ein zylindrisches Gewinde c eingepresst oder eingeschnitten, in das das Gewinde d des Bolzens A leichtgängig eingeschraubt ist.
Dieses Gewinde muss wohl die gleiche Steigung haben wie das Gewinde in der Aussenwand, muss aber nicht gleichzeitig zum strengen Dichtsitzen gelangen, da dieses Gewinde, im Wasserraum gelegen, nicht dampfdruekdieht sein muss, wogegen dies beim Aufdornstehbolzen unerlässlich und schwer er- reichbar ist.
Das Gewinde e des Bolzenpfropfens A in der Aussenwand ist stark konisch ausgebildet, wo- durch ein rasches und sicheres Sattaufsitzen des Gewindes erreicht wird, wie es bei den Auswaschbolzen (Reinigungssehrauben) im Stehkessel und bei den konischen Schrauben der Chamotte-Gewölbeträger sich schon bestens bewährte. Die Vierkante aussenseitig zum Einziehen der Stehbolzen entfallen bei dieser Konstruktion und sind durch hohle (Innen-) Vierkante t ersetzt, die schon im Rohbolzen mit den modernen Schmiedepressen eingepresst werden können, wodurch wieder das Abhauen der vorstehenden
Vierkante vermieden wird, was in der doppelten Verringerung des Bolzengewichtes als Materialersparnis gewertet werden kann.
Dies hat aber noch den einen Vorteil, dass der Bolzenteil in der Aussenwand jederzeit ohne Gewindebeschädigung herausgenommen werden kann. Selbst dann noch, wenn der
Bolzen schon bis zur Mitte durchgerissen wäre, weil sich das konische Gewinde sofort löst und das Ge-
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winde d in c nicht festsitzt, sondern leichtgängig im Bund B eingeschraubt ist. Auch ein Konus im
Gewindeteil d des Bolzens A4, gemäss Fig. 5 axial im Vierkantkonus 11 liegend, ergibt den Vorteil, dass bei Untersuchungen solcher Bolzen, diese immer zentrisch in der Drehbank eingespannt, das konische
Gewinde und der Schaft reguliert werden können.
Der Bundteil B5 nach Fig. 5 kann schon vor dem
Einbau der Feuerbüchse in den Stehkessel in der Wand befestigt werden, entweder mit Gewinde und
Kappenmutter, oder an Stelle der Mutter durch kalt geformten Kopf, oder bei Verzicht auf das Ge- winde, mit glatten Bolzen und Nietenkopf, kalt oder warm gepresst. Dieserart wird der Bund B5 zu einer Niete mit besonderem Kopf und kann das verlässliche Aufsitzen des Bundes jedes Bolzens vor dem Einbauen der Feuerbüchse kontrolliert werden. Auf jeden Fall bietet Bund mit kurzem Gewinde und gut gepresstem Kopf oder Kappe die grösste Sicherheit.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsart dargestellt, in der der Bolzen mit einem Bund Bi versehen ist und das zylindrische Gewinde d des Bolzens von einer Verlängerung des konischen
Gewindepfropfens i muffenartig umschlossen wird und das konische Gewinde dampfdichten und wasserdichten in der Aussenwand L sitzt. Diese Ausführungsart käme dann in Betracht, wenn die
Gewindekappen C oder der diese ersetzende Kopf feuerseitig samt dem Gewindestummel b abgezehrt wäre und in einer Hilfswerkstätte erneuert werden müsste. Der Durchmesser des Bundes Bi muss in diesem Falle kleiner gehalten sein als der kleinste Durchmesser des konischen Gewindes in der Wand L.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsart wiedergegeben, die es ermöglicht, beide Gewindepfropfen, sowohl in der Feuerbüehsenwand F als auch in der Aussenwand L, auswechselbar auszuführen, zu welchem Zwecke der feuerseitige Gewindepfropfen b mit einem konischen Innenvierkant 12, so wie der aussenseitige, versehen sein muss.
Durch die Teilung des Stehbolzens in mehrere Teile ist erreichbar, dass bei verschiedenen Baustoffen in den Wänden auch derselbe Baustoff im Bolzen oder Pfropfen verwendet werden kann, um so den verschiedenen Wärmedehnungen sich anzupassen, wie z. B. bei Kupfer in der Feuerbüchse und Flussstahl im Aussenkessel. Bei der Verbindung der Bolzenteile im Wasser oder Dampfraum können die Wärmedehnungsdifferenzen zweierlei Baustoffes nicht betriebssehädlich wirken.
Die Fig. 4 und 5 stellen Gelenkbolzen mit abgeflachten Kugelgelenken dar, die ebenfalls auswechselbar konische Gewindepfropfen in der Aussenwand L aufweisen. In Fig. 4 weist der feuerseitige Teil einen zylindrischen Pfropfen auf, für den Fall, dass man die Kugelumfassung Beaus einem Stahlrohrstück erzeugen will, wogegen Fig. 5 Kugelumfassungen darstellt, wie sie auf modernen
Schmiedepresse aus vollem Stahlmaterial erzeugt werden können, u. zw. der Gelenkteil B5 wieder mit dem abdichtenden Bund bei a wasserseitig an der Feuerbüchse, der festgeschraubt oder vernietet werden kann, hingegen der zweite Gelenkteil B6 beweglich bleibt, bis er von dem Pfropfenbolzen A axial fixiert wird. Solche Gelenkstehbolzen können nur dort angebracht werden (z.
B. bei obersten waagrechten Reihen seitlich und vordersten seitlichen lotrechten Reihen, oder als Deekenanker), wo man vor dem Einbau der Feuerrohre die beweglichen Bunde B4 beim Einschrauben der Gewindepfropfen Ara 4 mit einer Rohrzange gegen Verdrehen halten kann. Will man diese Gelenke jedoch allgemein verwenden, so müssten die Gelenkumfassungen B5 und B6 konische Lappen mit rechteckigen
Querschnitten q und ql naeh Fig. 5 und 6 angepresst erhalten, denen entsprechend auch in den Halbkugelgelenken Ausnehmungen u und Mi mit genügendem Spielraum vorgesehen sein müssen. Auf diese Weise sind die Umfassungen B6 hinreichend gegen Verdrehung gesichert.
Durch die Dehnung der Feuerbüchse bei der ersten Wärmeaufnahme strebt die Wand F gegen die Aussenwand L zu drücken und wächst in die Höhe, wodurch das Kugelgelenk zuerst in die Hohlräume h und k ausweicht, somit die Wand F ungehindert in die Höhe wachsen kann und die Gelenkumfassung B mitnimmt und die Achse der Gelenkskugeln vorübergehend exaxial zur Bolzenachse zu liegen kommt, bis die Temperatur des Wassers und Dampfes sich auch auf die Aussenwand übertragen hat und auch diese der Wärmedehnung entsprechend anwächst und schliesslich die erreichte volle Betriebsspannung das gesamte Gelenk straffzieht.
Für diese Dehnungsspiele ist bei den Gelenken der Raum m vorgesehen und es ist dieser Zwischenraum so bemessen, dass bei Entfernung des Bolzens Aa, A4 das bewegliche Stück B6 nur so viel exaxial zu liegen kommt, dass bei dem Einführen des Pfropfenbolzens Aa, A4 in die Wand L das abgerundete Ende n des zylindrischen Gewindeteiles des Bolzens die Gelenkumfassung B6 wieder in die axiale Lage bringt und das leichtgängige Gewinde in diese Umfassung eingeschraubt werden kann.
Gemeinsam haben diese zwei Ausführungen nach den Fig. 4 und 5, dass die Gelenke, ohne den Aussenbolzen, schon nach dem Zusammenbau der Feuerbüchse, jedoch vor dem fixen Einbau in den Kessel, angebracht werden können, um das wasserseitige Aufsitzen und sichere Abdichten an der Feuerbüchse kontrollieren zu können, weiters die bund-und flansehenartige Abdiehtung an der Wasserseite, um das Eindringen von Wasser in die Feuerseite schon im Ursprung zu verhindern, ferner die Abdichtung in der Aussenwand mit auswechselbaren konischen Pfropfenbolzen mit Innenvierkant und die Beweglichkeit, weshalb sie dort Anwendung finden sollen, wo das Reissen der Stehbolzen bereits wahrgenommen wurde, und als Deckenbolzen.
Die ersten drei Eigenschaften haben auch die Ausführungen nach Fig. 1, 2 und 3 gemeinsam mit Fig. 4 und 5, wogegen alle Konstruktionen ihr besonderes Merkmal darin haben, dass jedes Gewinde in den Wänden F und L einzeln für sich wasser-und dampfdicht abgedichtet
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werden kann und die im Bereiche zwischen den Wänden liegenden Gewinde nicht dichten, sondern leichtgängig sein müssen.
Die Gewindestummel b mit auswechselbaren Kappenmuttern aus feuerbeständigerem Material herzustellen und anzubringen ist dem Kaltverformen der Gewindestummel, von Hand aus oder pneumatisch, vorzuziehen, wenn es nicht mittels gleichmässigem hydraulischem Druck bewirkt werden kann, besonders bei Flussstahlfeuerbüchsen, da sich die dadurch entstehenden Spannungen, bei nachherige Erwärmen der Wände und der gestauchten Bolzen oder Gewindestummel, auf die Wände ungünstig auswirken und bei mehreren Anlässen schon zu Sprengungen der Wände führte.
Bei der Ausführung mit Kappenmuttern können alle Stehbolzen, ohne einen Hammerschlag zu führen, eingebaut und ausgewechselt werden.
Die Innenvierkant sind den Aussenvierkanten vorzuziehen, weil durch das Abmeisseln der Aussenvierkante die Gewinde der Stehbolzen verzogen werden und durch Mehrgewicht und Mehrarbeit die Ausführung verteuert wird. Durch Einpressen der Innenvierkante auf den modernen Schmiedepressen erhält der hohle Vierkant noch eine harte Aussenhaut und wirkt sich dies noch in einer Gewichtsverminderung (Materialersparnis) aus.
Durch die Teilung der Stehbolzen in mehrere Stücke und das leichtgängige Gewinde im Wasserbzw. Dampfraum wird auch der Elastizität des Gesamtbolzens mehr Spielraum gewährt.
Durch Eindrehen oder Einsehleifen einer Rille von etwa 2 mm Radius im Bolzen ¯1 knapp an der Aussenwand wird die eventuell nach mehreren Betriebsjahren zu gewärtigende Bruchstelle der Bolzen zufolge herabgeminderter Elastizität und Schwingungsfestigkeit in diese Rille gelenkt, wodurch der schon bis zur Mitte vorgeschrittene Riss oder Bruch sieh im Ausblasen von Dampf oder Wasser durch die bekannte Sicherheitsbohrung t bemerkbar macht. Die Sicherheitsbohrung t braucht nur bis in den Bereich der Rille r zu reichen, siehe y und in den Fig. 1, 3,4, 5,7, 8 und 9.
Um das Rosten der konischen Gewinde der Pfropfenbolzen in der Aussenwand zu verhindern, ist es vorteilhaft, das Gewinde mit einem weichen, nicht rostenden Metall zu überziehen, jedoch nicht mit reinem Blei oder reinem Kupfer, das wieder auf die Eisenumgebung zerstörend wirken würde, sondern mit einem neutralen Metall, wodurch noch erreicht werden soll, dass durch festes Anziehen des konisehen Pfropfengewindes dieser weiche dünne Metallbelag als Dichtmasse dient und ein Festrosten zwischen Stahl und Stahl verhindert.
Mit diesen Neuerungen ist die Feuerbüchse gegen Schäden bei den Stehbolzen von der Wasserseite her gesichert und das Kaltformen der Köpfe, durch das nur eine schädliche Spannung im Wandmaterial und Verformung des Gewindes eintritt, vermeidbar und auch zur Lärmverminderung ist beigetragen.
Schliesslich sei erwähnt, dass Kappenmuttern der normalen Verbrennung besser standhalten und umgetauscht werden können.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Zwei-oder mehrteiliger Stehbolzen, dessen feuerseitig vorstehendes Gewinde mit Hilfe einer Schutzkappe gegen Abbrand geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (B, BJ des Stehbolzens, der das feuerbüchsenseitige Gewinde (b) trägt, mit einem ringförmigen Bund versehen ist, der an der Feuerbüchsenwand (F) wasserseitig abdichtend anliegt, so dass ein Wasseraustritt sicher verhindert wird, wobei ein zweiter Teil (A) des Stehbolzens, der zur Verbindung mit der Aussenwand (L) mit einem konischen Gewinde (e) versehen ist, an seinem andern Ende ein zylindrisches Gewinde trägt, das in ein im ersten Teil (B) vorhandenes Gegengewinde (c) einschraubbar ist.