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Hydraulisch beaufschlagbare Spannvorrichtung für Stehbolzen von Großmotoren
und anderen hochbeanspruchten Itaschinen Die Erfindung betrifft eine hydraulisch
beaufschlagbare Spannvorrichtung für Stehbolzen von Großmotoren und anderen hochbeanspruchten
Maschinen, z. 13. Groß-Pressen, Turbinen, Reaktor-Gehäuse. Die Erfindung geht aus
von einer Spannvorrichtung, welche einen oberhalb der anzuziehenden Mutter auf den
Stehbolzen axial aufsohiebbaren, rückseitig gegen eine Widerlagermutter abstützbaren
Hohlkolben aufweist, der mit einer stufenförmig abgesetzten äußeren Mantelfläche
in einem innenseitig entgegengesetzt zum Kolben abgestuften, auf dem Maschinengehäuse
- gegebenenfalls mittelbar - abgestützten Druckzylinder geführt ist, in welchem
die an eine Zuleitung anschließbare Druckkammer oben von einem Ringbund des Kolbens
und unten von einem Ringbund des Zylinders begrenzt ist, wobei diese beiden Ringbunde
ringförmige Ausnehmungen für die Anordnung verformbarer Dichtungsringe besitzen
Es sind Hydro-Spannvorrichtungen bekannt, die entweder Ringkolben oder Stufenkolben
mit entsprechenden Druckzylindern besitzen. Bekannt ist auch eine Spannvorrichtung,
die einen dünnwandigen, trichterförmig gestalteten IIohlkolben und einen minbestens
an der Innenseite trichterförmig ausgebildeten Druckzylinder aufweist. Auch dieser
trichterförmige Kolben entspricht in der grundsätzlichen Ausbildung einem Stufenkolben.
Die obere Dichtung ist bei Stufenkolben in dem den konischen Durchmesser aufweisenden
Teil des Hohlkolbens in einer Ringnut eingesetzt.
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Der untere Dichtungsring befindet sich in dem den kleinsten
Durchmesser
aufweisenden Teil des Druckzylinders in einer dort vorgesehenen Ringnut. Bekannt
ist die mittelbare Abstützung des Gehäuses des Druckzylinders der Spannvorrichtung
über eine Hülse oder einen Ringfuß mit Seitenausnehmungen auf dem Maschinengehause,
z, i3. der Zylinderkopf. Die bekannten Spannvorrichtungen erfordern einen großen
Fertigungsaufwand, da sie bei in der Druckkammer aufzun@hmenden Drücken von 1.000
kp/cm2 außerordentlich feine Passungen zwischen dem Kolben und dem Zylinder benötigen.
Die in Nuten angeordneten elastisch bzw. plastisch verformbaren Dichtungsringe,
z. B. O-Rinbe, sind aucji bei den feinen Passungen noch erheblichen Beanspruchungen
ausgesetzt. Auch die Herstellung der Nuten ist fertigungstechnisch kompliziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannvorrichtung in
der Weise zu verbessern, daß bei ihrer Herstellung trotz der erforderlichen Diohtung
ein größeres Spiel zwischen Kolben und Zylinder zugelassen und dennoch mit besonders
hohem Druck gefahren werden kann.
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Die Spannvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmungen in don Ringbunden des Kolbens und des Zylinders als stirnseitig
der Druckkammer neben Je einem kragenförmigen Stützabsatz vorgesehene, gegeneinander
radial versetzte, verschließbare Dichtungskammern ausgebildet sind, in welchen die
elastisch bzw. plastisch verformbaren Dichtungsringe zwischen als vorgesetzte Druckkammerwände
augebildeten und auf den kragenförmigen Stützabsätzen abstützbaren breiteren Druckscheiben
und radial verspannbaren Stützringen eingespannt sind, die eine größere Härte als
die Dichtungsringe besitzen: Vorzugsweise sind die Druckscheiben mit axialem Bewegungsspiel
an den Stützabsätzen des Kolbens und des Zylinders mittels Schrauben bcfestigt.
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Aufgrund der Verwendung der als vorgesetzte Druckkammerwände ausgebildeten
Druckscheiberl zur Belastung der Dichtungsringe und der hinter den Dichtungsringen
angeordneten Stützringe werden für die Dichtungsringe besonders wirksame Einfassungen
gebildet,
die auch bei sehr hohen Belastungen des Dichtungsmaterials kein Verdrängen oder
Abfließen der Masse erlauben.
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Dies führt dazu, daß zwischen dem Ilohikolben und dein Druelzylinder
ein größeres Spiel belassen werden Laiin. Es ist kein ßinschleifen des Kolbens in
den Zylinder notwendig. Der Fertigungsaufwand läßt sich auf diese Weise erheblich
verringern. Die besondere Einfassung der Dichtung zwischen als Druckkammerwände
ausgebildeten Scheiben und dem harten, jedoch noch verpreßbaren Stützring erlaubt
die Beaufschlagung der Druckkammer mit besonders hochgespanntem Hydrauliköl. Diese
Belastbarkeit trägt dazu bei, daß jetzt die Spannvorrichtung verhältnismäßig I;lein
gebaut werden kann. Ein geringer Platzbedarf auf einem Zylinder kopf oder einem
Turbinengehäuse schließt eine nachträgliche Anderung der Konstruktion solcher Zylinderköpfe
oder der riurbinengehäuse aus.
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Vorteilhaft ist es bei der Bauart nach der Erfindung, wenn Jeder
der Stützringe aus einem gegebenenfalls schräg-geschlitzten Außen- und Innenring
besteht, wobei Außen- und Innenring mit konisch gerichteten Stirnseiten aufeinander
abgestützt sind. Diese Ausbildung erlaubt die Verwendung von besonders harten Werkstoffen.
Der Stützring kann aus einem festen Kunststoff oder einem verpreßbaren Metall bzw.
elastischem Stahl bestehen. Bei I;unststoffen, die nicht sehr hart sind, ist es
vorteilhaft, Außen-und innenring ungeschlitzt zu verwenden.
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Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der Spannvorrichtung bestellt
darin, daß die beiden Druckscheiben zu den gegeneinandergerichteten Seiten hin konisch
abgeschrägte Mantel- und/oder Stirnflachen besitzen, durch die zwischen beiden Scheiben
eine im Querschnitt etwa dreieckförmige Ringkammer für das einströmende Medium gebildet
ist. Die Druckscheiben bilden somit beim Zusammenfahren von Kolben und Druckzylinder
Stütz- bzw. Distanzscheiben, die einen begrenzten Einlaßquerschnitt für das Druckmedium
zu Be@inn der Beaufschlagung sicherstellen und bereits vor Beaufschlagung das Spannen
der Dichtungen erlauben.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung erhält mindestens eine Druckscheibe
im Anschluß an die konische Plache in der restlichen ringförmigen Stirnfläche mehrere,
in Umfangsrichtung in Abstanden voneinander angeordnete, etwa radial gerichtete
Schlitze, Rillen oder sonstige Ausnehmungen, die bis zur Mantelfläche des Hohlkolbens
reichen. Mit diesen geschlitzten Rillen od. dgl. wird erreicht, daß das einströmende
Drucköl ohne größeren Widerstand auf die innere Seite der Druckseheiben gelangt,
d.h. auf die dem Außenmantel des Hohlkolbens benachbarten Bereiche. Es erfolgt hierdurch
-eine sichere, verkantungsfreie Belastung der Druckscheiben und eine gleichmäßige
Beanspruchung der radial versetzten, im Durchmesser ungleich großen Dichtungsringe.
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Die Ausbildung der Spannvorrichtung gemäß der Erfindung schafft eine
gute Voraussetzung dafür, daß mehrere Spannrorrichtungen in Reihe hintereinandergeschaltet,
d.h. durch Druckleitungen miteinander verbunden werden können. Die Gehäuse der Druckzylinder
erhalten in diesem Fall mindestens zwei AnschluB-stellen für die Druckleitungen,
wobei im Falle der Einzelverwendung der Spannvorrichtung eine Anschlußstelle durch
Verschlußstopfen geschlossen wird. Mit den in Reihe hintereinander verbundenen Spannvorrichtnngen
nach der Erfindung lassen sich gleichzeitig mehrere benachbarte Stehbolzen gleichmäßig
vorspannen.
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In der Zeiehnung ist die Spannvorrichtung nach der Erfindung unter
Verwendung unterschiedlicher, auf dem Maschinengehäuse aufzusetzender Abstützmittel
veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt im vertikalen Längsschnitt eine auf einem Stehbolzen
aufgesteckte Spannvorrichtung mit festem Fuß, Fig. 2 zeigt in weitestgehender ubereinstinnung
mit Fig. 1 die Spannrorrichtung unter Verwendung eines lose untergesetzten Ringfußes,
Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab Ausbildung und Anordnung der Dichtungselemente
genes dem Ausschnitt
A in Fig. 1 und 2, Fig. 4 zeigt die Ausbildung
eines zweiteiligen Stützringes, Fig. 5 und 6 zeigen eine Seitenansicht und eine
Draufsicht zu Fig. 1, Fig. 7 und 8 zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht
zu Fig. 2.
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7ig. Fig. ;1. dritte Ausführungsform Die hydraulisch beaufschlagbare
Spannvorrichtung besteht im wesentlichen aus dem als Vorrichtungsgehäuse ausgebildeten
Druckzylinder 1 und dem Hohlkolben 2, ferner den nachstehend beschriebenen Mitteln
bzw. Elementen zur Abdichtung der durch ein hochgespanntes Hydrauliköl beaufschlagbaren
Druckkammer 5. Der Druckzylinder 1 besitzt an zwei z.B. diametral gegenüberliegenden
Umfangsbereichen die Anschlußstutzen 4 für einen einzuschraubenden Nippel einer
nicht dargestellten Zuleitung. Bei der Einzelverwendung der Spannvorrichtung wird
der eine Anschlußstutzen durch einen Stopfen 5 verschlossen.
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Zum Zwecke des Spannens des Stehbolzens 6 wird die Spannvorrichtung
auf den nach oben verlängerten Gewindeschaft des Stehbolzens oberhalb der anzuziehenden
Mutter 7 axial aufgeschoben. Anschließend wird auf das Stehbolzenende die Widerlagermutter
8 aufgeschraubt, gegen die sich die obere Stirnseite des Hohlkolbens abstützt. Der
Hohlkolben besitzt eine stufenförmig abgesetzte äußere Mantelfläche. Die Innenseite
des Druckzylinders ist in entsprechender entgegengesetzter Weise abgestuft. Die
Druckkammer 3 wird dadurch grundsätzlich gesehen oben von einem Ringbund 9 des Kolbens
und unten von einem Ringbund 10 des Zylinders begrenzt.
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Bei Zuführung des hochgespannten Hydrauliköls über den einen Anschlußstutzen
4 wird die Druckkammer 3 beaufschlagt und der Hohlkolben 2 in dem Druckzylinder
1 angehoben. Dabei wird
mit Hilfe der Widerlagermutter 8 der Stehbolzen
6 in die vorgespannte Lage gezogen. Die Vorspannung und Längung des Stehbolzens
kann über das Druckmedium eingestellt werden. Nachdem die gewünschte Längung bzw.
Vorspannung des Stehbolzens erreicht ist, wird von Hand ohne große Kraftaufwendung
die Futter 7 angezogen. Nach dem Absinken des Druckes des hydraulischen Mediums
auf den Wert "O" übernimmt die Mutter 7 die Vorspannkraft im Stehbolzen.
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Die Spannvorrichtung wird nun abgenommen und es können nun in einer
-gewünschten Reihenfolge weitere Stehbolzen in der beschriebenen Weise vorgespannt
werden.
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Eine vorteilhafte Arbeitsweise besteht darin, beispielsweise alle
Stehbolzen, die aus dem Zylinderkopf eines Groß-Dieselmotors herausragen - gegebenenfalls
auch bei einer anderen Maschine - mit Je einer Spannvorrichtung zu versehen und
diese in der schon erwähnten Weise untereinander zu verbinden. Bei der nun folgenden
Zuführung des hochgespannten Hydrauliköls werden alle Spannvorrichtungen gleichzeitig
beaufschlagt und damit sämtliche Stehbolzen gleichzeitig und gleichmäßig vorgespannt.
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In den Ringbunden 9 und 10 des Kolbens und des Zylinders sind stirnseitig
der Druckkammer neben kragenPörmigen Stützabsätzen 11 Dichtungskammern 12 vorgesehen.
Die Druckkammer ) ist somit einerseits in den Druckzylinder 1 hinein und andererseits
in den Hohlkolben 2 hinein durch gegeneinander radial versetzte Dichtungskammern
verlängert. In den Dichtungskammern sind die elastisch bzw. plastisch verformbaren
Dichtungsringe, insbesondere O-Ringe, 13 zwischen Druckscheiben 14 und Stützringen
15 eingespannt. Die Druckscheiben 14 entsprechen in radialer Breite den Abmessungen
der ausschließlich vom Hohlkolben und von dem Druckzylinder begrenzten Druckkammer
5. Die -Druckscheiben bilden den abgesetzten
Stirnwandbereichen,
und zwar den Sützabsatzen 11, vorgesetzte Druckkammerwände. Die vorzugsweise verwendeten
Stützringe 15 weisen eine größere Härte als die Dichtungsringe 15 auf und sind in
geringem Maße derart deformierbar, daß unter dem Druck ein dichter Abschluß in radialer
Richtung gegenüber den Mantelflächen des Kolbens und des Zylinders erzielt wird.
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Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel bestehen die Stützringe aus
einem schräggeschlitzten Außenring 16 und einem gegebenenfalls ungeschlitzten Innenring
17. Außen- und Innenring sind mit konisch gerichteten Stirnseiten 18 aufeinander
abgestützt.
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Die beiden Druckscheiben 14 sind zu den gegeneinandergerichteten
Seiten hin bezüglich ihrer Mantel- oder der Stirnflächen mit konischen Abschrägungen
19 versehen. Auf diese Weise wird eine etwa dreieckig profilierte verkleinerte Ringkammer
innerhalb der vom Kolben und Zylinder begrenzten Druckkammer sichergestellt, während
sich die Druckscheiben etwa auf der Hälfte ihrer radialen Breite unmittelbar aufeinander
abstützen können.
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In diesen Restflächen der ringförmigen Stirnseiten der Druckscheiben
können mehrere, in Umfangsrichtung in Abständen voneinander angeordnete, etwa radial
gerichtete Schlitze 20 vorgesehen sein, die bis zur Mantelfläche des Hohlkolbens
reichen.
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Der Querschnitt der Dichtungsringe 13 ist vor seiner Verpressung
derart groß bemessen, daß die Druckscheiben an ihren äußeren Stirnseiten noch keine
Abstützung zeigen. Erst nach dem nachstehend beschriebenen Einbau der Spannvorrichtung
erfolgt durch die Druckscheiben gegen die als Verschlußscheiben ausgebildeten Stützringe
15 die Verpressung, wobei sich der absolut dichte Verschluß bildet, der höchsten
Drücken des Mediums standhält.
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Nach dem Aufsetzen der Spannvorrichtung auf den StehtJolzen und AbstUtzung
des Druckzylinders 1 mittels eines festen
oder losen Ringfußes 21
auf dem Maschinengehause 22 wird die Widerlagermutter 8 derart angezogen, daß die
Druckscheiben 14 unter Zusammenpressung der Dichtungsringe 13 auf den Stützabsätzen
11 satt aufliegen. Durch diesen seitens der Druckseiieiben erfolgenden Verschluß
werden die mit Dichtring und Stützring versehenen Dichtungskammern 12 voll wirksam.
Es tritt damit beim Anziehen der Widerlagermuttor 8 eine Vor-Verspannung in den
Dichtungen ein.
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Beim anschließenden Zuführen des Druckmediums werden die Dichtungsringe
1) von der Druckkammer 5 aus durch den Druck des Mediums belastet. Die Stützringe
beginnen von einem bestimmten Druck an aufgrund ihrer Ausbildung sich nach außen
zur Zylinder wand und nach innen zur kolbenwand zu bewegen. Der fertigungscnisch
zwischen Kolben und Zylinder notwendige Spalt wird hierdurch einwandfrei verschlossen,
so daß die Dichtungsringe auch bei höchsten Drücken keine Möglichkeit zur Extrusion
haben.
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Die vorstehend beschriebene Spannvorrichtung zeichnet sich dadurch
aus, daß sie aur einfache Art und Weise und ohne allzu kleine Passungen herstellbar
ist.
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Die Stützringe 15 können in manchen Fällen auch ungeschlitzt sein,
sofern der verwendete Werkstoff das in kleineren Grenzen gehaltene, radial nach
innen und außen gerichtete Verpressen zuläßt. Bei der Ausbildung der Drucksoheiben
14 mit Schlitzen od. dgl. genügt es, wenn lediglich eine Scheibe diese Schlitze
aufweist. Vorgesehen ist die Anordnung von vier in gleichmäßigen Abständen voneinander
angeordneten Schlitzen. Die Anzahl der Schlitze kann aber auch eine andere sein.
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Bei der in Fig. 9 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der hydraulischen
Spannvorrichtung sind die Kolben- und Zylinderstirnflächen der Druckkammer in radialer
Richtung wesentlich größer bemessen als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Dabei ist die radiale Breite der Stirnfläche der Stützansätze 11 etwa drel bis vier
Mal größer gewählt als die radiale
Breite der anschließenden Dichtungskammern
12. Es wird hierbei »ine erhebliche radiale Versetzung der Dichtungsl.anmem 12 erielt.
Bei dieser itusfLihrungsform erden die Druckscheiben 14 an dem Kolben 2 und an dem
Zylinder 1 Jeweils mit vier bzw. sechs Schrauben 23 festgehalten. Die Schrauben
sind allerdings nur so weit angezogen bz. einschraubbar, daß die Druckscheiben gegenüber
den Stirnseiten der Stützabsätze 11 ein kleines axiales Bewegungsspiel 14 haben.
Dieses Spiel ist vorgesehen, damit die Dichtungsringe 15, und zwar die 0-Ringe,
zunächst spannungsfrei bleiben und ein leichtes Einführen des Kolbens in den Zylinder
erlauben. Ferner wird durch die durch die Schrauben 23 mit Spiel festgehaltenen
Druckscheiben 14 bewirkt, daß beim Aufsetzen der Spannvorrichtung auf einen Stehbolzen
die 0-Ringe 15 und die Stützringe 15 im Falle eines unbeabsichtigten Herausschiebens
des Kolbens aus dem Zylinder nicht aus ihren Dichtungskammern 12 herausfallen können.
Bei dieser Anordnung der Druckscheiben 14 ist sichergestellt, daß sämtliche Elemente
der Dichtung zum Zeitpunkt des Aufsetzens der Spannvorrichtung in einer Vorbereitungsstellung
-gehalten sind und daß beim Anziehen der Widerlagermutter 8 mit Hilfe der sich aufeinander
abstützenden Druckscheiben 14 zunächst die 0-Ringe in erforderlichem Maße vorgespannt
werden und dabei die Abdichtung herbeiführen, die das Fahren mit hohen Betriebsdrücken
erlaubt.