DE658652C - Stehbolzen, insbesondere fuer Lokomotivkessel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einteilige glatte oder mit Gewinde oder Rillen versehene Stehbolzen, insbesondere für Lokomotivkessel, mit durchgehender Bohrung und in der Mitte zylindrischem Schaft, die durch Eintreiben eines oder mehrerer Dorne in die erweiterten Kopfenden in den Kesselwänden abgedichtet werden. Bei derartigen Stehbolzen wurde bislang der Übergangsteil zwisehen dem starken Kopfende und dem schwächeren, meist zylindrischen Schaftteil außen wie innen nach einem konvexen, d. h. balligen Profil gestaltet. Es hat sich nun gezeigt, daß diese Stehbolzen, namentlich wenn sie aus Stahl oder einem sonstigen Baustoff von hohem Biegungswiderstand bestehen, infolge der größeren Wärmeausdehnung der Feuerbuchswände gegenüber den Stehkesselwänden leicht brechen. Die Brüche treten vornehmlieh in den äußeren Stehbolzenreihen der Feuerbuchse bzw. überall dort auf, wo die Verschiebung des einen Bolzenendes gegenüber dem anderen vergleichsweise groß ist. Am Stehbolzen selbst wird der Bruch meist in demjenigen Querschnittsbereich beobachtet, der den Übergang bildet zwischen dem in der Wand eingespannten Bolzenkopf und dem meist zylindrischen Schaftteil von schwächerem Querschnitt.

Um die Bruchgefahr herabzusetzen, hat man bereits versucht, durch Eindrehen oder Einpressen von Rillen in das Außenprofil des Schaftüberganges, sogenannter Entlastungskerben, diesen Teil nachgiebiger zu gestalten, was aber zu einer Überbeanspruchung der so geschwächten Stellen geführt hat. Weiter hat man vorgeschlagen, den Stehbolzenschaft nach der Mitte zu allmählich, u. U. bis über die zulässige Beanspruchung, zu schwächen, so daß der Schaft insgesamt nach einer geschweiften Form verläuft, damit der Stehbolzen der unfreien Wärmeausdehnung der Feuerbuchse gegenüber dem Stehkessel besser zu folgen vermag. Doch führt dies zu sehr starken Verschiebungen der Feuerbuchswand und damit zu starken Krümmungsänderungen in den Umbügen zwischen den Seitenwänden und den Tür- und Rohrwänden, die, wenn die Feuerbuchse aus Stahl oder legierten Baustoffen besteht, ohnedies leicht zu Brüchen oder Anrissen neigen.

Bei Hohlstehbolzen hat man auch versucht, die Bruchsicherheit dadurch zu erhöhen, daß man den Übergang zwischen Kopf und zylindrischem Schaft lediglich außen kegelig gestaltet. Im Zusammenhang damit hat man den Durchmesser der durchgehenden zylindrischen Bohrung vergrößert und außerdem mit steigendem Außendurchmesser des Bolzens anwachsen lassen, in der Meinung, dadurch die Entlastungswirkung des äußeren Schaftprofils zu unterstützen.

Dadurch wird jedoch, da der Mindestquerschnitt durch die Zugbeanspruchung bedingt ist, eine wesentliche Erhöhung des Trägheitsmoments und damit der Bolzensteifigkeit erreicht, die ihrerseits wieder die Biegungshöchstspannungen hinaufsetzt. Es ist kein

Zweifel, daß von zwei Rohren mit gleichem Querschnitt das mit der größeren Innenbohrung die größere Biegungssteifigkeit besitzt Aber ganz abgesehen von den beschriebene» technischen Mangeln der verschiedenen .genannten A^orschläge zur Verhinderung des Bolzenbruches bringt ihre Verwirklichung in den meisten Fällen eine nicht unerhebliche Verteuerung der⁴ Bolzenherstellung mit sich, zo was, da die Stehbolzen, ein Massengut sind, wirtschaftlich sehr ins Gewicht fällt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der Formgebung von Stehbolzen, insbesondere von Höhlstehbolzen mit erweiterter Höhlung in den Kopfenden, der Gestalt tung des Übergangsteils zwischen dem Bol^: zenkopf und der meist zylindrischen Schaftmitte für die Bruchsicherheit des Bolzens eine hohe Bedeutung zukömmt, und daß es nicht nur darauf ankommt, den äußeren, sondern auch den inneren Verlauf des - Schaftteils festigkeitstechnisch besonders günstig zu gestalten. Die vorstehend erwähnte ballige Form des äußeren und inneren Verlaufs im Übergangsteil zwischen Kopf und ■Schaftmitte hat den Nachteil, daß der steife Querschnitt der Kopfenden, die aus Gründen einer : dauerhaften Abdichtung in möglichst senkrechter Stellung zur Wand erhalten werden müssen, sich unnötig .weit in den Wasserraum erstreckt, um dann ziemlich plötzlich in den zylindrischen Schaftteil von geringem Durchmesser überzugehen, der infolgedessen bei der Wärmeverschiebung der · Feuerbuchswand gegenüber dem Stehkesselmantel stark schräg gestellt wi-rd.^: Dies verursacht einerseits hohe Lagerkräfte in- der Wandeinspannung und da-..-mit ein frühzeitiges Undichtwerden des Stehbolzens infolge plastischer Verformung des Gewindes, andererseits aber vor allem hohe Biegekräfte an den/beiderseitigen Übergängen der erweiterten Höhlungen der Kopfenden in ;. die Kontrollbohrung des mittleren Bolzenteils, die besonders bei hochelastischen BoI-zenbaustoffen leicht zum Bruch führen.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch beseitigt und damit eine für hoch-.: elastische wie für dehnbare Baustoffe gleich dauerhafte wie. wirtschaftlich leicht herstellbare Bolzenform geschaffen, daß sowohl der äußere Übergang zwischen Kopfende und zylindrischem Schaftteil als auch'der Übergang von-den erweiterten.Höhlungen,in den· Kopfenden in die enge Höhlung des mittleren Schaftteils kegelförmig gestaltet ■ wird, und zwar derart, daß die Wandstärke in den .Übergangsteilen nahezu gleichbleibt Versuche, die zum Vergleich der balligen mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Übergangsteils bei im übrigen völlig gleich bemessenen Stehbolzen gemacht. wurden; brachten. eine ganz überraschende, in diesem Umfang nicht vorauszusehende Steigerung der Bruchsicherheit der Stehbolzen gemäß der Erfindung. '■;. Gegenüber Stehbolzen mit einer theoretisch errechneten, geschweiften Form des Schaftverlaufes hat die beschriebene neue Formgebung den für die Massenherstellung sehr " stark ins Gewicht fallenden Vorzug, daß die Stehbolzen nicht wie jene auf Schablonendrehbänken aus dem Vollen hergestellt zu werden brauchen, wobei die Form der Schwei-' fung sowohl von der Länge wie von dem Kopfdurchmesser des Bolzens abhängt, was angesichts der rund 40 verschiedenen Bolzenlängen und der 5 verschiedenen Kopfdurchmesser, also der rund 200 verschiedenen Bolzenabmessungen, eine große Verteuerung bedeuten würde. Dabei ist noch zu bemerken, daß die Herstellung der Schaftform mit spanabhebenden Werkzeugen einen Außendurchmesser der Rohstangen voraussetzt, der größer ist als der Durchmesser des fertigen Kopfes. Statt dessen können die Stehbolzen gemäß der Erfindung ebenso wie die bisher übliche, jedoch nicht bruchsichere Form aus Hohlstangen vom Querschnitt des mittleren Schaftteils durch Anstauchen und gleichzeitiges Aufweiten der Stangenenden auf Schmiedemaschinen hergestellt werden, wobei — unabhängig von der Bolzenlänge — für die Bildung von z. B. 5 verschiedenen Kopfstärken nur 5 Gesenkformen benötigt werden. Gegenüber Bolzen mit nur im Außendurchmesser kegeligem Schaftübergang und durchgehender zylindrischer Bohrung ohne Erweiterung in den Bolzenenden besteht der für die Abdichtung wesentliche weitere Vorteil, daß die für eine wirksame Aufweitung der Bolzenenden günstigste Gestaltung der Höhlungen beibehalten werden kann.

Die Übergänge von der kegeligen in die anschließenden Höhlungen von größerem bzw. engerem Durchmesser können erforderlichenfalls abgerundet werden.

In der Patentzeichnung sind in den Abb. 1 bis 4 Stehbolzen gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Die Abb. 1 und 2 zeigen Bolzen gleichen Kopfdurchmessers, aber verschiedener Gesamtlänge, die sich nur durch die Länge des hohlzylindrischen Schaftteils α unterscheiden, während die Kopfenden b und die anschließenden Schaftübergänge c völlig gleiche Abmessungen haben. Abb.-3 zeigt einen mit Abb. 2 in der Länge und im mittleren Schaftquerschnitt übereinstimmenden Stehbolzen, der jedoch starke Kopfenden mit !entsprechenden stärker erweiterten Höhlungen und daher steilerem Verlauf des kegeligen Überganges zwischen der rweiterten stirnseitigen und der engen Kontrollbohrung besitzt. Abb. 4 zeigt die An-

wendung des gleichen Gedankens für einen Stehbolzen aus Doppelmetall, bei welchem ein stählerner Kern e in an sich bekannter Weise ganz oder zum Teil mit einem Mantel aus Nichteisenmetall f umgeben ist. Am linken Kopfende ist der Mantel beispielsweise als durchgehend dargestellt, am rechten Kopfende geht der Mantel nur bis in den Beginn der Bolzeneinspannstelle hinein,
ίο In allen Fällen bleibt die Wandstärke im Übergangsteil zwischen Kopfring und Schaftmitte annähernd gleich.

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Stehbolzen, insbesondere für Lokomotivkessel, mit durchgehender, an den Kopfenden erweiterter Bohrung und mit kegelförmigen äußeren Übergängen dieser Enden nach einem in der Mitte zylindrischen Schaftteil, dadurch gekennzeichnet, daß auch die erweiterten Höhlungen in den Kopfenden kegelförmig in die enge Höhlung des mittleren Schaftteils derart übergehen, daß die Wandstärke in diesen Ubergangsteilen nahezu gleichbleibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen