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Die Erfindung betrifft ein Druckgerät mit mindestens zwei einen Druckraum begrenzenden Druckraumwänden, wobei eine erste Druckraumwand und eine zweite Druckraumwand jeweils zueinander fluchtende Öffnungen zur Aufnahme eines beide Druckraumwände gegeneinander fixierenden Verbindungselements aufweisen, sowie ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Druckkessel.
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Gattungsgemäße Druckgeräte sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise auf dem Gebiet des Dampfkesselbaus. Dort bildet die erste Druckraumwand eine Außenwand des Kessels aus, welche den Wasser- bzw. Dampfraum gegenüber der Umgebung abtrennt (sog. „Kesselwand“). Die zweite Druckraumwand trennt den Dampfraum gegen den Feuerraum ab (sog. „Feuerbuchswand“). Kessel- und Feuerbuchswand sind zwar Bestandteile eines gemeinsamen Dampfkessels, allerdings treten zwischen diesen beiden, bedingt durch deren verschiedene und sehr ungleichmäßige Erwärmung, beträchtliche gegenseitige Verschiebungen auf. Es ist deshalb insbesondere bei größeren Dampfgeräten, wie z.B. Dampflokomotivkesseln, üblich, daß Kessel- und Feuerbuchswand bzw. die ebenen Wände des Druckkessels mittels Stehbolzen gegeneinander fixiert und gegen Ausbeulungen stabilisiert werden. Derartige Stehbolzen werden von außen durch eine Bohrung der Kesselwand und durch den Wasser- bzw. Dampfraum hindurch in eine Bohrung der Feuerbuchswand eingeführt. Zur Abdichtung der Bohrungen und zur Übertragung auftretender Kräfte werden die Schaftenden der Stehbolzen gegen die jeweilige Wand verschweißt.
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Allerdings erfahren diese Stehbolzen durch die Temperaturdifferenzen beider Wände zueinander sehr starke Verbiegungen. Zur Vermeidung des hierdurch bedingten häufigen Brechens der Bolzen wurde zum einen eine gelenkige Verankerung von Stehbolzen in der Wand entwickelt, bei der ein Stehbolzen mit einem angeschmiedeten Kugelkopf sich in eine der Kugelfläche entsprechend angefräste Bohrung in der Wand legt und durch eine übergestülpte sowie mit der Wand verschweißte Kappe abgedeckt wird. Ferner wurden die Bolzen mit einer taillierten Form versehen, derart daß der Bolzen im Bereich des am höchsten beanspruchten und in der Feuerbuchswand eingeschweißten Schaftendes einen Zentrierbund mit großem Durchmesser (d.h. höherer Steifigkeit) und im freien Bereich zwischen den Wänden bzw. Einspannpunkten einen Schaft mit geringerem Durchmesser (d.h. geringerer Steifigkeit) aufweist. Auf diese Weise soll der Bolzen im Bereich zwischen den Einspann-Punkten bzw. zwischen den beiden Wänden eine höhere Flexibilität und somit eine geringere Bruchanfälligkeit aufweisen. Ein derartiger Stehbolzen ist beispielsweise aus
DE 885 849 B bekannt.
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Allerdings ist die Herstellung solcher taillierter Stehbolzen teuer und erfordert eine große Lagerhaltung, da für jede geometrische Ausprägung des Druckraums, d.h. insbesondere für jeden möglichen Abstand der beiden Druckraumwände zueinander, ein individueller Stehbolzen hergestellt und für eine spätere Auswechslung von Stehbolzen bevorratet werden muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckgerät mit mindestens zwei einen Druckraum begrenzenden Druckraumwänden bereitzustellen, wobei eine erste Druckraumwand und eine zweite Druckraumwand jeweils zueinander fluchtende Öffnungen zur Aufnahme eines beide Druckraumwände gegeneinander fixierenden Verbindungselements aufweisen, das zu geringeren Kosten hergestellt und instandgehalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass mindestens eine der Öffnungen in der ersten oder zweiten Druckraumwand einen sich in Richtung auf den Druckraum hin erweiternden Innendurchmesser aufweist. Auf diese Weise verlängert sich die freie Einspannlänge des Verbindungselementes zwischen den Einspannstellen an erster und zweiter Druckraumwand deutlich. Es wird somit - bei unverändertem Abstand beider Druckraumwände zueinander - eine größere Flexibilität des Verbindungselementes ermöglicht, ohne zu diesem Zweck dessen Kontur bzw. Querschnitt in diesem freien Einspannbereich zu verjüngen bzw. künstlich zu schwächen. Zudem werden die Kerbwirkungen an der Kante der in den Druckraumwänden eingebrachten Öffnungen auf ein unter Biegebeanspruchung stehendes Verbindungselement erheblich reduziert oder sogar ganz vermieden, ohne dass es einer speziellen Formgebung bzw. Außenkontur des Verbindungselementes in diesem Bereich bedarf. Somit können die Verbindungselemente in besonders einfacher Weise an Einbausituationen in Druckkesseln mit verschiedenen Wandabständen angepasst und durch Ablängen von normiertem Halbzeug, wie z.B. Stäben bzw. Stangenprofilen, hergestellt werden. Dies reduziert die Kosten bei der Herstellung und Bevorratung von Verbindungselementen deutlich. In besonders bevorzugter Weise handelt es sich dabei um jeweils eine konusförmige Aufweitung der Öffnung in der mindestens einen Druckraumwand mit einem über die gesamte Wanddicke gleichbleibenden Öffnungswinkel. Es kann dabei ferner von Vorteil sein, wenn die Öffnungen in beiden Druckraumwänden unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise an der zweiten Druckraumwand eine größere Auslenkung des Verbindungselementes unter Biegebeanspruchung als an der ersten Druckraumwand ermöglicht werden. Das ist beispielsweise sinnvoll, wenn die Beanspruchung an der Einspannstelle der zweiten Druckraumwand größer als an der Einspannstelle der ersten Druckraumwand ist.
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Gemäß einer sinnvollen Ausgestaltung des erfinderischen Grundkonzepts weist mindestens eine der Öffnungen in der ersten oder zweiten Druckraumwand in ihrem vom Druckraum entfernt liegenden Bereich einen zylindrischen Abschnitt auf. Dies ermöglicht eine bessere Zentrierung und Führung des Verbindungselements in der jeweiligen Druckraumwand durch einen zylindrischen Zentrierbund. Dabei versteht es sich für den Fachmann von selbst, daß die Längserstreckung dieses zylindrischen Abschnitts entlang einer beide Öffnungen verbindenden gemeinsamen Längsachse geringer als die jeweilige Wanddicke der jeweiligen Wand ist; die konische Öffnung der Öffnung zum Druckraum hin bleibt unverändert erhalten. Es ist dabei für den Fachmann ersichtlich, die Längserstreckung des zylindrischen Abschnitts auf ein solches geringes Maß zu beschränken, daß die erfinderische Grundidee nicht neutralisiert bzw. wirkungslos wird.
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Ferner erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Druckgerät. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Dampflokomotive mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Druckkessel.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1: zwei Druckraumwände eines erfindungsgemäßen Druckgeräts mit rein zylindrischem Stehbolzen
- 2: zwei Druckraumwände eines erfindungsgemäßen Druckgeräts mit Kopfstehbolzen
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In 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem rein zylindrischen Stehbolzen (4) dargestellt. Dieser ist in an sich bekannter Weise durch zwei Öffnungen (11, 12) in zwei einen Druckraum (3) begrenzenden Druckraumwänden (1, 2) hindurch geführt und auf deren in Bezug auf den Druckraum (3) außenliegenden Seiten gegen die Druckraumwände verschweißt. Die Verschweißung dient sowohl der Abdichtung der Öffnungen (11, 12) als auch der Übertragung von Kräften über den Stehbolzen. Beide Öffnungen sind in einem thermisch unbelasteten Zustand, d.h. in einem Zustand ohne Temperaturgradienten zwischen erster und zweiter Druckraumwand, zueinander längs einer Achse (B) fluchtend. Beispielsweise handelt es sich beim Druckraum (3) um den Dampfraum eines Dampflokomotivkessels und bei der ersten Druckraumwand (1) um dessen Kesselaußenwand, die den Dampfraum gegen die äußere Umgebung abgrenzt. Die zweite Druckraumwand (2) bildet die Feuerbuchswand aus, welche die Feuerbüchse gegen den Dampfraum abgrenzt. Die Öffnung (11) in der ersten Druckraumwand (1) bzw. Kesselaußenwand weist einen ersten Bereich mit einem über die Längserstreckung (a) dieses ersten Bereichs entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden Innendurchmesser auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. In hierzu inverser Ausrichtung weist auch die Öffnung (12) der zweiten Druckraumwand (2) bzw. Feuerbuchswand einen ersten Bereich mit einem über die Längserstreckung (a) dieses ersten Bereichs entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden Innendurchmesser auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. Beide Öffnungen (11, 12) weisen unterschiedliche Öffnungswinkel Ω1, Ω2 auf. Die Öffnungswinkel (Ω1, Ω2) können individuell in Abhängigkeit von den im Bereich der jeweiligen Druckraumwand zu erwartenden Temperaturgradienten und damit in Abhängigkeit von den zu erwartenden Verformungen des Stehbolzens eingestellt werden.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem konischen Stehbolzen (5) dargestellt. Analog zur vorgenannten ersten Ausführungsform ist dieser in an sich bekannter Weise durch zwei Öffnungen (11, 12) in zwei einen Druckraum (3) begrenzenden Druckraumwänden (1, 2) hindurch geführt. Abweichend zur ersten Ausführungsform ist der konische Stehbolzen (5) jedoch nur an seiner dem konusförmigen Stehbolzenkopf gegenüberliegenden Seite gegen die zweite Druckraumwand verschweißt. Der Stehbolzenkopf ist an der Außenseite der ersten Druckraumwand mit einer Schutzkappe überdeckt. Die Öffnung (11) in der ersten Druckraumwand (1) bzw. Kesselaußenwand weist einen ersten Bereich mit einer ringförmigen Auflage für die konische Unterseite des Stehbolzenkopfes auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. In hierzu inverser Ausrichtung weist die Öffnung (12) der zweiten Druckraumwand (2) bzw. Feuerbuchswand einen ersten Bereich mit einem über die Längserstreckung (a) dieses ersten Bereichs entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden Innendurchmesser auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. Beide Öffnungen (11, 12) weisen unterschiedliche Öffnungswinkel Ω1, Ω2 auf. Die Öffnungswinkel (Ω1, Ω2) können individuell in Abhängigkeit von den im Bereich der jeweiligen Druckraumwand zu erwartenden Temperaturgradienten und damit in Abhängigkeit von den zu erwartenden Verformungen des Stehbolzens eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- Druckraumwände
- 3
- Druckraum
- 4
- zylindrischer Stehbolzen
- 5
- konischer Stehbolzen
- 11, 12
- Öffnung
- a
- zylindrischer Abschnitt
- A
- äußerer Wandabstand
- B
- Achse
- Ω1, Ω2
- Öffnungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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