-
Lösbare Verbindung zweier zapfenartig ineinandergreifender Teile,
insbesondere für die Befestigung der Achsstummel in Absperrklappen Die Erfindung
bezieht sich auf eine lösbare Verbindung zweier zapfenartig ineinandergreifender
Teile, insbesondere für die Befestigung der Achsstummel in Absperrklappen, die durch
einen oder mehrere Querbolzen miteinander verspannt sind.
-
Bei Absperrklappen ist es bekannt, die beiden Achsstummel, die zur
schwenkbaren Lagerung des Klappenkörpers im Klappengehäuse dienen, in eine in der
Schwenkachse liegende zylin drische Bohrung des Klappenkörpers einzupassen und durch
eingetriebene konische Querbolzen zu sichern. Nachteilig bei dieser Verbindung zwischen
Klappenkörper und Achsstummel ist Jedoch, daß die Achestummel bei geschlossener
Klappe auch bei geringen Toleranzen zwischen Zapfen und Bohrung unter dem einseitig
auf die Verbindungsstelle wirkenden Leitungsdruck in der Klappenkörperbohrung ecken,
so daß sie sich nur an zwei Punkten, nämlich an der Eintrittskante der Bohrung auf
der Druckseite und am Achsetummelende im Innern der Bohrung auf der vom Druck abgewandten
Bohrungseeite am Klappenkörper abstützen. Dadurch treten besonders an der Eintrittekante
der Bohrung infolge der Punktberhhrung eo hohe J?lächenpressungen am Klappenkörper
auf, daß die Belastung des Klappenkörpers an dieser Stelle zu groß werden und der
Klappenkörper dadurch reißen kann.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese durch
Ecken des Zapfens an der Verbindungsetelle auftretenden Überbeanspruchungen zu vermeiden.
-
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gesehen,
daß der die Bohrung für die Aufnahme des Zapfens tragende Verbindungsteil zwei von
seiner Stirnfläche beiderseits in Kraftangriffsebene nach außen zurückspringende
Schrägachultern aufweist, an denen sich der Zapfen mit entsprechend ausgebildeten,
nach außen vorspringenden Gegenschrägechultern abstützt und die Längsachse des oder
der konischen Querbolzen zur Verbindungsquerachse in Eintreibrichtung gesehen, von
den Schrägschultern abgewandt geneigt ist.
-
Durch diese Anordnung von Schrägschulterpaaren werden Anlageflächen
gebildet, über die sich die beiden Verbindungsteile großflächig aufeinander abstützen
können. Die Neigung der Querbolzen bewirkt beim Eintreiben derselben infolge der
Keilwirkung ein zugkräftiges Ineinanderziehen des Zapfens in den Bohrungsteil, wodurch
die Schrägechulterflächen mit hoher Vorspannung fest aufeinandergepreßt werden und
eine steife Verbindung ergeben. Bei einseitiger Belastung der Verbindungsstelle
von außen werden die auftretenden Kräfte dadurch nicht mehr punktförmig, sondern
auf eine verhältnismäßig große Fläche, nämlich auf die gesamte Berührungsfläche
zwischen den beiden Schrägschultern übertragen, und zwar nicht nur als Druckkräfte
auf die auf der Druckseite liegenden Schrägschultern, sondern in überraschender
Weise auch als Druckkräfte auf die auf der druckabgewandten Seite liegenden Schrägechultern.
-
Diese Umwandlung der von außen auf die Verbindung einwirkenden Querkräfte
in die Anpressung der beiden gegenüberliegenden Schrägschulterpaare erhöhenden Druckkräfte
hat ihre Ursache in den am Bohrungsteil nach außen zurückspringenden und am Zapfen
nach außen vorspringenden Schrägachultern, die zahnartig ineinandergreifen. Dadurch
wird die durch die Querkräfte verursachte Biegebeanspruchung auf der Druckangriffeseite
als
innere Biegedruckspannung auf die inneren Schrägschulterflächen übertragen. Auf
der Außenseite der Verbindungestelle versuchen die äußeren Schrägschulterflächen,
da das nichteingespannte Ende des Zapfens sich unter der Belastung um den Querbolzen
zu verbiegen versucht, sich in Außereingriffsrichtung zu verlagern, wodurch infolge
des Keilauflaufens eine erhebliche Erhöhung der Zugspannung im eingespannten Zapfenende
erzielt und damit ein wesentlich erhöhter Anpreßdruck auch auf die äußeren Schrägechulterflächen
übertragen wird, Die auf die Verbindung von außen einwirkenden Kräfte werden dadurch
gleichmäßig als Druckkräfte auf die gesamte Fläche der beiden gegenberliegenden
Schragachulterpaare übertragen, so daß auch bei sehr hohen Belastungen keine örtlichen
Uberbeanspruchungen mehr an den Verbindungsteilens z.B. am gegossenen Klappenkörper,
auftreten könnens Zweckmäßigerweise werden die gegenüberliegenden Schrägschultern
jeweils durch eine hinterdrehte, umlaufende Ringfläche an dem Zapfenaufnahmeteil
und an einem Vorsprung des Zapfens gebildet. Durch diese Ringschultern stützen sich
die beiden Verbindungsteile über konzentrisch ineinanderliegende Kegelflächen aufeinander
ab, so daß sie in Verbindung mit der in Achsrichtung wirkenden Vorspannung mittels
der geneigten Querbolzen eine genau zentrische und feste Verspannung der beiden
Verbindungsteile gewährleisten. Diese Ringachultern lassen sich leicht in die Verbindungsteile
eindrehen und gewährleisten stets eine einwandfreie Abstützung an den Schrägschulterflächen,
ganz gleich, aus welcher Richtung die Kraft von außen auf die Verbindung einwirkt.
-
Beträgt der Neigungswinkel der aufeinanderliegenden Schrägschultern
200 bis 700, vorzugsweise Jedoch 450, 5o erfolgt bei dieser Neigung eine günstige
Umlenkung der von außen auf die Verbindungestelle einwirkenden Kräfte auf das in
Achßrichtung des Zapfens wirkende Einspannende.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, den oder die Querbolzen als Kegelpaßbolzen
auszubilden, die einen Neigungswinkel zur Verbindungsquerachse von vorzugsweise
5° besitzen. Bei dieser Neigung ergibt sich eine günstige Vorspannung im Zapfeneinspannende
und eine feste Anpressung der Schrägringflächen.
-
Außerdem wird dadurch, daß die kegligen Paßbolzen auf ihrer gesamten
Mantelfläche stramm an der Bohrungswandung im Zapfen und im Zapfenaufnahmekörper
anliegen und mittragen, eine starrere Verbindung und gleichzeitig eine absolute
Dichtigkeit der Verbindungsstelle erreicht. Die Stabilität der Verbindung ist dann
besonders hoch, wenn die Längsachse der Querbolzen in etwa in Richtung der von außen
auf die Verbindungsstelle einwirkenden Kraft verläuft, da dann die Kegelpaßbolzen
das Einspannende des Zapfens verkantungssicher im Zapfenaufnahmekörper halten.
-
Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung werden anhand eines
Ausführungsbeispieles näher erläutert, das die Zeichnung erkennen läßt, und zwar
zeigt: Fig. 1 eine Absperrklappe im Querschnitt mit der erfindungsgemäßen Zapfenverbindung
zwischen Absperrkörper und Achsstummel und Fig. 2 die Zapfenverbindung nach Fig.
1 in vergrössertem Maßstab.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Absperrklappe 1 besteht aus dem Klappengehäuse
2, in dem der Klappenkörper 3 schwenkbar gelagert ist, den die Zeichnung in Offenstellung,
d.h. in horizontaler Stellung zeigt. Die Lagerung des Klappenkörpers 3 im Gehäuse
2 erfolgt über die beiden Achsstummel 4 und 5, die mit dem Klappenkbrper 3 über
die erfindungsgemäße Verbindung verbunden sind. Der Achsstwnmel 4 liegt auf der
Antriebsseite der Abeperrklappe und ist mit einem nicht näher dargestellten Klappengetriebe
zum Schwenken des Klappenkörpers
aus der Offen- in die Schließstellung
verbunden, während der Achsstummel 5 durch einen Achslagerdeckel 6 nach außen abgeschlossen
ist. Für die Lagerung der Achsstummel 4 und 5 im Klappengehäuse 2 sind die Lagerbuchsen
7 und 8 vorgesehen.
-
Für die Aufnahme der Achsstummelenden besitzt der Klappenkörper 3
an den Verbindungsstellen Aufbauchungen 9, in die die Bohrungen 10 für die Aufnahme
der Einspannenden 11 der Achsstummel 4 und 5 eingedreht sind. Erfindungsgemäß ist
der Klappenkörper 3 an der Stirnseite 12 der Zapfenbohrung 10 mit einer nach außen
zurückspringenden Schrägringschulter 13 versehen und die Achsstummel 4 und 5 besitzen
einen Ringansatz 14, der eine entsprechende, nach außen vorspringende Gegenschrägringschulter
15 aufweist, die sich satt an der Schrägringschulter 13 anlegt. Zur Verspannung
der Achsstummel 4 und 5 mit dem Klappenkörper 3 dienen Kegelpaßbolzen 16, die in
konische, die ineinandergreifenden Teile 9 und 11 der Verbindung durchdringende
Querbohrungen eingetrieben sind.
-
Der Neigungswinkel d der Schrägschulterringflächen 13 und 15 zur Verbindungslängsachse
17 beträgt 450 und die Paßbolzen 16 sind um einen Winkel /3 von 50 zur Verbindungsquerachse
18 in Keilanzugsrichtung gesehen von den Schrägsohultern weg geneigt. Zur Sicherung
der Paßbolzen 16 gegen Lockern dienen die Haltemuttern 19, die mit Gewindeenden
20 der Paßbolzen zusammenwirken.
-
Da beim Aufreiben der Querbohrungen für die Kegelpaßbolzen 16 die
Achsstummel 4 und 5 fest in die Bohrungen 10 gepreßt und damit die Schrägringflächen
13, 15 aufeinandergedrückt werden, wird beim Eintreiben der geneigten Paßbolzen
eine Keilanzugswirkung erzielt, die das Einspannende 11 der Achsstummel 4 und 5
mit hoher Zugspannung in den Klappenkörper 3 hineinzieht. Dadurch stützen sich die
Schrägringschultern 13
und 15 mit hoher Vorspannung fest aufeinander
ab und gewährleisten eine starre Verbindung der beiden Teile. Bei einseitig von
außen auf den geschlossenen Klappenkörper 3 einwirkendem Strömungsdruck wird die
Verbindungsstelle auf Biegung beansprucht, wodurch auf der Druckinnenseite die inneren
Schrägschulterflächen 13 und 15 noch fester aufeinandergepreßt werden und dadurch
die Querkräfte durch die große Be rührungsfläche sicher aufnehmen können. Auf der
druckabgewandten Außenseite der Verbindung versuchen die Kräfte das in der Buchse
7 bzw. 5 gelagerte freie Ende der Achsstummel bzw. 5 gegenüber dem Paßbolzeneinspannende
11 zu verbiegen, wodurch die Schrägringschultern 13 und 15 auf dieser Seite aufeinander
zu gleiten versuchen und dadurch ebenfalls infolge des Keilanzugs der Schrägschultern
mit erhöhter Anpressung aufeinandergedrückt werden. Die von außen auf die Verbindungsstelle
einwirkenden Kräfte werden somit auf beiden Umfangsseiten als Druckkräfte von den
Schrägschultern 13 und 15 aufgenommen, so daß eine großflächige Abstützung erfolgt
und tiberbeanspruchungen an der Zapfenaufnahmekammer 9 des Klappenkörpers 3 vermieden
werden. Durch die konischen Paßbohrungen mit den hierin eingetriebenen Kegelpaßbolzen
16 sind die Einspannenden 11 der Achsstummel 4 und 5 außerdem allseitig fest eingespannt
und lassen keinerlei Verkantungen der Achastummel zu, wodurch die Steifigkeit der
Verbindungsstelle noch erhöht wird.