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Brenner zum Anwärmen eines zu schrumpfenden Maschinenteils Die Erfindung
bezieht sich auf einen Brenner zum Anwärmen eines zu schrumpfenden Maschinenteils
mit einer Längsbohrung, in die der Brenner eingeführt ist. Ein solcher Brenner ist
als Schweißbrenner bekannt, der durch einen Bedienungsmann in der Längsbohrung axial
hin- und herbewegt wird. Diese Bewegung ist notwendig, um eine auf der ganzen Länge
des Maschinenteils gleichmäßige Temperatur zu erhalten und vor allem eine zu hohe
örtliche Erhitzung der Längsbohrungsober$äche zu vermeiden, die zu einer unerwünschten
Gefügeveränderung des Maschinenteilwerkstoffes mit ihren bekannten Folgen führen
kann. Die Geschicklichkeit des Bedienungsmannes ist aber nicht so groß, daß er das
immer erreichen kann. Es treten also öfter ungleichmäßige Erwärmungen und örtliche
Überhitzungen auf; das können auch entsprechende Flammeneinstellungen nicht verhindern.
Diese Nachteile treten insbesondere dann auf, wenn das Maschinenteil auf eine relativ
hohe Temperatur angewärmt werden muß. Soll das dazu noch in möglichst kurzer Zeit
geschehen, so treten diese Nachteile noch öfter auf. Andererseits wird der Schweißbrenner
während des Anwärmens oft mehrere Male *aus der Längsbohrung gezogen und gekühlt.
Das ergibt aber eine lange Anwärmzeit, was z. B. bei einer Flanschschraube als genannten
Maschinenteil, die vorgespannt werden soll, höchst unerwünscht ist, da es dann zu
schwierig wird, die vorgeschriebene Vorspannung praktisch genau zu erzielen, denn
der Flansch dehnt sich wegen der langen Anwärmzeit mit aus. Ferner ist im Falle
eines Maschinenteils, z. B. einer Schraube, insbesondere Stiftschraube, das bzw.
die sich im eingebauten Zustand nahe an überkragenden Gehäuseteilen befindet, vielfach
der Nachteil zu verzeichnen, daß nicht genügend Platz vorhanden ist, um eine ausreichende
Hin- und Herbewegung des Schweißbrenners zu ermöglichen.
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Aufgabe gemäß der Erfindung ist die Verminderung oder Verhinderung
der genannten Nachteile. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung der Brenner
in der Längsbohrung von einem in Einführrichtung weisenden Kühlmittelaustritt umgeben
und in bezug auf die Längsbohrung feststehend angeordnet. Zwar ist bekannt, die
Düse eines Unterwasserschneidbrenners mit einer in Richtung dieser Düse weisenden
Preßluft- oder Sauerstoffdüse zu umgeben. Die Preßluft oder der Sauerstoff dient
dort aber nur zur Wasserverdrängung. Dieser Brenner ist auch nicht in eine Bohrung
eines Maschinenteils eingeführt (Paul S c h i m p k e . Technologie der Maschinenbaustoffe,
11. Auflage, 1951, S. 274, 281, 292). Es ist auch bekannt, zum Schrumpfen einen-Luft-Gas-Mischkopf
außerhalb eines eine Längsbohrung aufweisenden Maschinenteils in bezug auf die Längsbohrung
feststehend anzuordnen. Dort wird aber das Maschinenteil nicht angewärmt, sondern
gekühlt, und zwar durch ein Gas-Luft-Gemisch,. das vom Mischkopf kommt und dabei
expandiert, sich abkühlt und so auf die Längsbohrungsoberfläche trifft. Das Gemisch
wird zu »Trockeneis«. Es soll hier auch nicht die -erfindungsgemäße Aufgabe ge-.
löst werden (USA.-Patentschrift 2 038 592). Bei der Erfindung umhüllt das den Kühlmittelaustritt
verlassende Kühlmittel als Kühlmittelmantel oder -schleier die Flamme, wodurch diese
»weich« ist. Die Gefahr einer örtlichen Überhitzung der Längsbohrungsoberfläche
ist dadurch stark vermindert oder beseitigt. Der Kühlinittehnantel oder -schleier
kühlt außerdem den Brennerkopf bzw. die Brennerdüse. Zum Anwärmen der Längsbohrungsoberfläche
wird nicht die Flamme selbst. verwendet, sondern werden die der Flamme entweichenden
Abgase verwendet. Diese Abgase und das Kühlmittel vermischen sich zunehmend mit
wachsender Entfernung von der Flamme und heizen die Längsbohrungsoberfläche und
damit das Maschinenteil gleichmäßig auf. An dem dem Brenner fernen Ende der Längsbohrung
verlassen sie diese. Ein mehrmaliges Herausziehen des Brenners aus der Längsbohrung
und Kühlen des Brenners sind nicht notwendig, so daß demgegenüber eine kürzere Anwärmzeit
erzielt wird. Dadurch wird unter anderem der Vorteil erreicht,
daß
sich bei eingebautem Maschinenteil, z. B. eingebauter Schraube, die Erwärmung im
wesentlichen auf das Maschinenteil bzw. die Schraube beschränkt; eine Wärmeisolierung
des Maschinenteils ist mit großen Schwierigkeiten verbunden. Durch die kürzere Anwärmzeit
kann die vorgeschriebene Schraubenvorspannung praktisch genau erzielt werden. Durch
die Erfindung kann das Maschinenteil in relativ kurzer Zeit auf eine relativ hohe
Temperatur erwärmt werden. Durch die Erfindung ist man von der Geschicklichkeit
eines Bedienungsmannes unabhängig; z. B. treten keine Schrägstellungen des Brenners
in der Längsbohrung auf. Auch ist es durch den Wegfall der Hin- und Herbewegung
des Brenners möglich, bei genanntem Platzmangel zum Anwärmen überhaupt einen Brenner
zu verwenden.
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Die Einfuhrtiefe des Brenners ist insbesondere von der Länge der Längsbohrung
abhängig. Durch die Einfuhrtiefe ist die hauptsächliche Länge bestimmt, auf der
die Wärme in das Maschinenteil dringt. Die Festlegung der Einfuhrtiefe wirkt mit
zur Erzielung der Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Maschinenteils und zur starken
Verminderung oder Beseitigung der Gefahr genannter örtlicher Überhitzungen. Es ist
erwünscht, daß die Einfuhrtiefe einstellbar und der Brenner in der eingestellten
Einfuhrtiefe in bezug auf die Längsbohrung feststellbar ist. In Ausgestaltung der
Erfindung ist daher auf dem Brenner ein längseinstellbarer Stellring für die Begrenzung
der Einfuhrtiefe angebracht. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Brenner erfindungsgemäß
in der Längsbohrung von Führungsstücken umgeben ist, die axialen Abstand voneinander
haben und durch die der Brenner etwa gleichachsig in der Längsbohrung führbar ist.
Diese Führungsstücke sind ein einfaches Mittel, um den Kühlmittelaustritt und den
Kühlmittelmantel oder -schleier koaxial zu halten und somit zur starken Verminderung
oder Beseitigung der Gefahr der örtlichen Überhitzungen beizutragen.
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Die Erfindung wird insbesondere bei Schrauben angewendet, z. B. bei
solchen, die Gehäuseteile, insbesondere einer Dampfturbine, miteinander verbindne.
Dabei handelt es sich besonders um hochwarmfeste Schrauben, die mit großem Schrumpf
eingebaut werden. Die Schrauben werden insbesondere auf etwa 200 bis 300° C erwärmt.
Die zur Dichtung erforderliche Flächenpressung zwischen den Gehäuseteilen wird durch
die Schrumpfspannung der Schrauben erzeugt. Die Erfindung kann auch z. B. bei Zugankern,
Nieten und Naben zwecks Erzeugens einer Schrumpfspannung angewendet werden.
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In der Zeichnung ist in F i g.1 und 2 ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt in Ansicht einen in eine Längsbohrung einer Schraube
eingeführten Brenner; die Schraube ist im Längsschnitt angedeutet dargestellt; F
i g. 2 zeigt einen Querschnitt A-A gemäß F i g. 1; F i g. 3 zeigt eine Einzelheit
einer in einer Sackbohrung eines Gehäuseflansches sitzenden Stiftschraube mit Längsbohrung.
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Gemäß F i g. 1 ist der Brenner in Einfuhrrichtung 29 in die Längsbohrung
1.2 der Schraube 13 eingeführt. Ein Gasgemisch, bestehend aus Propan, Leuchtgas
od. dgl. und Sauerstoff und durch einen entsprechenden Vordruck und durch in den
Zuleitungen eingebaute Ventile oder Blenden reguliert, wird durch ein Rohr 10 und
die Brennerspitze 11 in die Längsböhrung 12 eingeführt und an der Brennerspitze
11 gezündet. Vier um 90° versetzte, das Rohr 10 umschließende Rohre
14, gespeist aus einem Rohr 15, dienen zum Zuführen eines Kühlmittels, z.
B. Preßluft. Der Kühlmittelgesamtaustritt 22 liegt in Einfuhrrichtung 29 gesehen
vor der Brennerspitze 11. Die Pfeile 25 geben die Strömungsrichtung des aus diesem
Gesamtaustritt kommenden Kühlmittels an. Der Pfeil 26 gibt die Richtung der
Flamme an. Die Flamme ist mantel- oder schleierförmig von dem ausgetretenen Kühlmittel
umgeben. Ein Stellring 16 begrenzt die Einfuhrtiefe des Brenners. Eine Blende
18 verschließt teilweise den dem Brenner fernen Austrittsquerschnitt derLängsbohrung
12, wodurch diese zu einer Art Brennkammer wird. Hierdurch ergeben sich ein besseres
Vermischen, ein Durchwirbeln und ein längeres Verbleiben der Abgase und des Kühlmittels
im Heizbereich, was eine weitere Verkürzung der Anwärmzeit bei sehr gleichmäßiger
Erwärmung des Maschinenteils zur Folge hat. Die Abgase und das Kühlmittel verlassen
die Längsbohrung 12 durch die Öffnung 27 der Blende 18.
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Die Achse des Rohres 10 ist die Brennerachse 28. Der Brenner ist von
zwei Führungsstücken 23 und 24 umgeben, deren Achsen mit der Brennerachse zusammenfallen.
Da, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, die Umfänge der Führungsstücke 23 und 24 an
der Oberfläche der Längsbohrung 12 fast anliegen, ist der Brenner in bezug auf die
Längsbohrung 12 etwa .gleichachsig angeordnet.
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Bei der Ausführung nach F i g. 3 ist 19 eine Sackbohrung eines Gehäuseflansches.
Eine im Durchmesser kleinere Bohrung 20 übernimmt die Aufgabe der Blende. Eine solche
Bohrung kann auch z. B. schräg zur Längsrichtung angebracht werden, wie gestrichelt
angedeutet ist (Bohrung 21). Es können auch mehrere kleinere Bohrungen an Stelle
dieser Bohrung 20 oder 21 vorgesehen sein. .
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Es werden in der Längsbohrung nur die heißen Abgase der Flamme in
Verbindung mit dem Kühlmittel zum Anwärmen der Längsbohrung verwendet. Die Flamme
selbst wird nicht dazu verwendet. Der Brenner kann daher mit gezündetem genanntem
Gasgemisch bis zu einer bestimmten Tiefe in die Längsbohrung eingeführt werden und
wird ohne axiales Hin- und Herbewegen bis zur Beendigung des Anwärmvorganges an
dieser Stelle belassen. Durch Verwendung des Gasgemisches ist die Flammentemperatur
niedriger als bei Verwendung von Azetylen und Sauerstoff. Vorzugsweise zu kleineren
Längsbohrungsdurchmessern hin ist die Anwendung dieses Mittels im Sinne der Lösung
der Erfindungsaufgabe angebracht. Andererseits ist die Flammentemperatur auch nicht
zu niedrig, was die Anwärmzeit in unerwünschter Weise verlängern würde. Es ist insbesondere
bei Platzmangel zweckmäßig, die Leitungsverbindung (10, 14, 15) des Brenners
mit der Gasgemisch- und der Kühlmittelzuführung flexibel auszubilden. Die Größe
des Austrittsquerschnitts der Brennkammer (Längsbohrung) ist abhängig vom Durchmesser
der Längsbohrung. Zur Regelung des Erwärmungsvorganges kann das Maß der Einengung
des Austrittsquerschnitts veränderbar sein.