DE830054C

DE830054C - Side stud bolts, especially for locomotive boilers

Info

Publication number: DE830054C
Application number: DET3662A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Arnold Tross
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1947-11-11
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1952-01-31

Description

Seiten-Stehbolzen, insbesondere für Lokomotivkessel Bei einem Hinterkessel der Stephensonschen Bauart sind der äußere Stehkessel und die innere Feuerbuchse ringsum bzw. oben durch Seiten- bzw. 1)eckeci-.'telilx-)lzeii, unten durch den sog. Bodenring miteinander verbunden. Diese haben die Aufgabe, unter der Wirkung des zwischen Stehkessel und Feuerbuchse vorhandenen hohen Wasser- und Dampfdrucks und der Verbrennungswärme die Form des Ilinterkessels zu erhalten und dabei Undichtigkeite» an den Verbindungsstellen der Teile zu vermeiden. Die Aufgabe ist besonders schwierig, weil die Feuerluchse ungleichmäßig und wesentlich höher erwärmt wird als der äußere Stehkessel und sich daher stärker ausdehnen möchte als dieser.Side stud bolts, especially for locomotive boilers With a rear boiler of the Stephenson design are the outer standing boiler and the inner fire box all around or above by side or 1) eckeci -. 'telilx-) lzeii, below by the so-called. Ground ring connected to each other. These have the task of under the action of the high water and steam pressure between the standing boiler and the fire box and the heat of combustion to maintain the shape of the Ilinter boiler and thereby leaks » to avoid at the connection points of the parts. The task is particularly difficult because the fire lynx is heated unevenly and much higher than the outer one Standing kettle and therefore want to expand more than this one.

Zur Verankerung der Seitenwände wurden lange "Zeit hindurch beiderseits fest eingespannte, in den Bandreihen auch stelikesselseitig gelenkig gelagerte Stehbolzen verwendet, deren feste Enden mit Gewinde in die Kesselwand geschraubt und durch Übermaß oder lufdornen und Bördeln abgedichtet wurden. Das Bördeln wurde später, namentlich bei Mählernen Feuerbuchsen, vielfach,durch sog. Dichtschweißung, d. h. durch Verschmelzung des überstehenden Gewindeendes mit der Feuerbuchswand, ersetzt.For a long time, both sides were used to anchor the side walls Firmly clamped stud bolts, also articulated in the rows of bands on the stelic shell side used, the fixed ends of which are screwed into the boiler wall with thread and through Oversize or air thorns and flanges have been sealed. The flanging was later, especially in the case of Mählernen fire boxes, in many cases by so-called sealing welding, d. H. by merging the protruding thread end with the fire book wall.

Um den Stehbolzeneinbau zu vereinfachen und um Werkzeuge zu sparen, ging man vor einer Reihe von Jahren zum Teil .dazu über, die Stehbolzen ohne Gewinde, entweder als glatte zylindrische Stangen oder mit einem nach dem Kopf hin verstärkten Schaftende, in die Kesselwände einzulegen und die überstehenden Kopfenden mit den Wandoberflächen zu verschweißen. Um bei der im Betriebe auftretenden Bolzenverbiegung die Wandlochlaibung zur Übernahme eines Teils der Biegeheanspruchu ng heranzuziehen und damit die Schweißnähte nicht zu. sehr zu belasten, wurde das Linbauspiel zwischen Bolzenkopf und Wandlochdurchmesser so gering gehalten, wie es aus Gründen der Herstellungsabmaße möglich war. Bei Bolzen mit verstärkten Schaftenden, die auf die von der Schaftmitte nach außen hin zunehmende Biegebeanspruchung Rücksicht nehmen, wurde bislang, unabhängig von der stark wechselnden Bolzenlänge, die Länge des Verjüngungsteils vom Kopf zum mittleren Schaftteil gleichbleibend und ziemlich kurz gehalten.To simplify the stud bolt installation and to save tools, a number of years ago, in part, the stud bolts without thread, either as smooth cylindrical rods or with one reinforced towards the head Shaft end to be inserted into the boiler walls and the protruding head ends with the To weld wall surfaces. To with the bolt bending occurring in the company the wall hole reveal to take over part of the bending stress ng to be used and thus the weld seams are not closed. very burdensome, that became Lin construction clearance between bolt head and wall hole diameter is kept as small as it was possible due to manufacturing dimensions. For bolts with reinforced shank ends, taking into account the bending stress that increases from the center of the shaft towards the outside take, so far, regardless of the strongly changing bolt length, the length of the tapered part from the head to the middle part of the shaft is constant and fairly kept short.

Die genannten Bolzenarten und ihre Verbindung mit der Wand haben sich nicht zufriedenstellend bewährt. Die Mängel bestehen darin, daß schon nach kurzer Betriebszeit, von den feuerbuchsseitigen \\% andlöchern besonders der Feuerzone ausgehend, sog. \Vandlochrisse auftreten, und daß die Stehbolzen, vor allem im Außenbereich der Wände, frühzeitig zu brechen beginnen. Stehbolzenbrüche und Wandlochrisse aber nötigen zu häufigem, in kurzen Zeitabständen wiederkehrendem Ersatz der schadhaften Teile, der mit hohen Nebenkosten für :\l)- und Aufrüstung .des Kessels verbunden ist, und setzen die Lokomotive fier längere Zeit außer Betrieb.The mentioned types of bolts and their connection to the wall have become not satisfactorily proven. The shortcomings are that after a short time Operating time, from the holes on the fire box, especially the fire zone starting, so-called \ Vandloch cracks occur, and that the stud bolts, especially in the outer area the walls begin to break early. Broken stud bolts and cracks in wall holes, however require frequent, recurring replacement of the damaged one at short intervals Parts associated with high additional costs for: \ l) and upgrading the boiler and put the locomotive out of service for a longer period of time.

Die Erfindung beruht nun auf der in umfangreicher) theoretischen Untersuchungen gefundenen und durch Nachmessungen an Reparaturkesseln vollbestätigten. neuen Erkenntnis, daß es bei der bisherigen Bauform der Stehbolzen und der Art der Verbindung der Wände untereinander infolge der \Virkung von Kesseldruck und Wärme unvermeidlich zur Überschreitung der Werkstoffelastizität und damit zu bleibenden Verformungen an den miteinander verbundenen Bauteilen kommt, die in diesem Ausmaß nicht für möglich gehalten .wurden und schließlich zu den beschriebenen Anständen führen müssen.The invention is now based on extensive theoretical investigations found and fully confirmed by follow-up measurements on repair boilers. new knowledge, that with the previous design of the stud bolts and the type of connection of the Walls between each other unavoidable due to the effect of boiler pressure and heat to exceed the material elasticity and thus to permanent deformation comes to the interconnected components, which is not possible to this extent were held and ultimately have to lead to the decency described.

Bis dahin wurde angenommen und itn Fachschrifttum vertreten, daß die infolge der Mehrerwärmung der Feuerbuchse gegenüber dein Stehkessel ausgelöste Stehbolzenverbindung die einzige oder doch hie Hauptursache der vielen Bolzenbrüche sei. Dabei .wurden Verschiebungen der Ilolzeneinspannstellen gegeneinander von im Höchstfall wenigen Millimetern .angenommen bzw. errechnet. Daß diese Auffassung unzutreffend ist, konnte schon dadurch wahrscheinlich gemacht werden, daß eine genaue und umfassende Untersuchung der Rißlage an den Stehbolzen auszubessernder Lokomotivkessel in ;den verschiedensten \Vandbereichen zu der die Fachkreise überraschenden Feststellung führte, daß die Risse meist an Stellen auftreten, die mit der genannten Theorie überhaupt nicht in Einklang zu bringen sind, ja ihr völlig widersprechen.Until then it was accepted and represented in technical literature that the stud bolt connection triggered as a result of the increased heating of the fire box compared to your standing boiler the only or at least the main cause of the many broken bolts. Were Displacements of the Ilolzeneinspannstellen against each other of at most a few Millimeters. Assumed or calculated. It could be that this view is incorrect can be made probable by the fact that a precise and comprehensive investigation Locomotive boilers to be repaired in the most varied of cracks on the stud bolts \ Vandgebiete led to the surprising finding that the Cracks usually occur in places that do not match the theory mentioned at all are to be reconciled, yes, completely contradicting it.

Nach der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis hängen die Stehbolzenbrüche nicht entscheidend mit den durch die @Mehrerwärmung der Feuerbuchse ausgelösten Wandverschiel)ungen zwischen Stehkessel und Feuer-Buchse zusammen, sonderil sind vor allem auch die Folge starker Wandverwölbungen des gesamten Hinterkessels, denen bislang keine genügende Beachtung geschenkt wurde. Genaue i\lessungen an Reparaturkesseln haben ergeben, daß nicht nur der Bodenring, sondern die gesamten Wandflächen trotz der vielfachen Verankerung durch Stehbolzen eine Ausbauchung bzw. Verwölbung, vornehmlich nach außen, erfahren, die im Laufe des Betriebes allmählich zunimmt und von einer zur anderen Hauptausbesserung \Verte bis zu 8o inin und darüber annimmt. Infolge der Verwölbun:g der ursprünglich ebenen Wände nun müssen sich die Stehbolzen, deren Einspannenden in den Wänden feste Abstände voneinander haben und in ihrer zu den Wandoberflächen annähernd senkrechten Lage bleiben wollen, S-föriliig verbiegen, und zwar um so stärker, je weiter entfernt vom Verwölbungszentrum sie eingebaut sind. \Venn auch die muschelförmige Verw ellung der einzelnen \\'andfelder innerhalb der gesamten \\'andflächc einen Teil der Biegeheanspruchung abbaut, so ist doch die verbleibende Bolzenbiegung bei der derzeit verwendeten Bolzenfornl so groß, daß Verschiebungen des einen gegenüber dem anderen Bolzenende von io nun und mehr wiederholt .gemessen wurden. Eine derartige Beailspruchung überschreitet aber weit die Werkstoffelastizität in den Randfasern der am meisten beanspruchten Schaftquerschnitte, vor allein der längeren Stehbolzen in den Randreihen der Wände.According to the knowledge on which the present invention is based the stud bolt breaks do not depend crucially on the excess heating caused by the @ the fire socket triggered wall connection) between the standing boiler and the fire socket together, especially the result of strong wall arching of the whole Hinterkessels, which so far have not received sufficient attention. Exact measurements on repair boilers have shown that not only the bottom ring, but the entire Wall surfaces show a bulge or bulge despite the multiple anchoring by stud bolts. Warping, mainly outward, experienced gradually in the course of operation increases and from one major repair to the other \ Verte up to 8o inin and above accepts. As a result of the curvature of the originally flat walls, the Stud bolts, the clamping ends of which have fixed distances from one another in the walls and want to remain in their position approximately perpendicular to the wall surfaces, S-shaped bend, and the more so the further away from the center of the curvature they are are built in. If so is the shell-shaped distortion of the individual fields reduces part of the bending stress within the entire area, so is the remaining bend in the bolt shape currently in use so great that displacements of the one opposite the other end of the bolt from io now and more repeatedly .measured. Such a requirement exceeds but far the material elasticity in the edge fibers of the most stressed Shaft cross-sections, especially the longer stud bolts in the edge rows of the walls.

Neben dieser Aufdeckung der Ursachen für das Häufige und frühzeitige Brechen der Stehbolzen wurden auch die Zusammenhänge für das Auftreten der sog. Wandlochrisse aufgeklärt. Hier handelt es sich um folgendes: In der höchsterwärmten, von kühleren \Vandteilen und dem kalten Bodenring umgebenen Feuerzone der Feuerbuchse entsteht im Betriebe eine Ausdehnungshemmung, die um so größer ist, je höher der Temperaturunterschied dieses Wandbereiches gegenüber den ihn umgebenden \Vandteilen ist. Diese Dehnungshemmung löst entsprechend Kolle Druckspannungen in der \Van.d aus, die an den Laibungen und Rätiderv der \Vandlöcher zu einer bleibenden Verformung, d. h. Aufweitung dieser Löcher führen, zumal ja auch die Stehbolzenköpfe selbst sich infolge der Erwärmung auszudehnen streben. Kühlt sich nun, .wie :dies bei jeder Kaltstellung und Auswaschung des Kessels gescliielit. die Feuerbuchse ab, so entstehet. in dein am meisten gestauchten Bereich rings um die \Vandlöcher Zugspailnungen, die zu Zerreißungen des \Verkstoffgefüges führen. Die Richtung der Risse, und (las bestätigt eindeutig die gegebene Erklärung. verläuft an jeden. \Vandloch senkrecht zur @ichtun@(ler größten Aus-(Iellnungshen11ntlng.In addition to this uncovering the causes for the frequent and early Breaking the studs were also the connections for the occurrence of the so-called. Wall hole cracks cleared up. Here it is about the following: In the highest warmed, The fire zone of the fire box surrounded by cooler parts of the wall and the cold bottom ring there is an expansion inhibition in the company, which is greater, the higher the Temperature difference between this wall area and the parts surrounding it is. This expansion inhibition releases Kolle compressive stresses in the \ Van.d which lead to permanent deformation on the reveals and Rätiderv of the \ Vandlöcher, d. H. Lead widening of these holes, especially since the stud bolt heads themselves strive to expand as a result of warming. Now cools, like: this for everyone Cooling and washing out of the kettle closed. the fire socket off, so arises. in your most compressed area around the \ Vandlöcher train spailings, which lead to disruption of the material structure. The direction of the cracks, and (read clearly confirms the explanation given. runs to everyone. \ Vandloch vertical to the @ ichtun @ (ler largest exhibition (Iellnungshen11ntlng.

Aus den gewonnenen I?rkenutnisseil über di,° Ursachen der Anstände entwickelt die l;rfind@ung nun ihre _'#l)hilfenlaßilahnieil. Diese bestehen, allgemein gesagt, darin, a) die zulässige Formänderungsärbeit, (las ist diejenige Forinänderungsarbeit, die ein l3nuteil aufnehmen kann, ohne daß eine Überschreitung der Streckgrenze bei der Betriebstemperatur eintritt, durch beanspruchungsgerechte (;estaltung des Schaftverlaufs des Stehbolzens zu erhöhen; b) .die Ausdehnungshemmung und die durch sie ausgelösten Druckspannungen in der Feuerbuchse herabzusetzen bzw. den Spannungen eine Art Ventil zu geben, wo sie sich unschädlich auswirken können.From the knowledge gained about the causes of adversity the l; rfind @ ung is now developing its _ '# l) helfenlaßilahnieil. These exist, generally said, therein, a) the permissible deformation work, (this is the deformation work, which can accommodate a l3nuteil without a Exceeding the Yield point at the operating temperature occurs, through load-appropriate (; design to increase the length of the shank of the stud; b). the expansion restraint and the to reduce the compressive stresses triggered by them in the fire socket or the To give tensions a kind of valve where they can be harmless.

Wie dies erfindungsgemäß geschehen kann, wird im folgenden an Hand der Fig. t bis q,der Zeichnung erläutert, in denen feuerbuchsseitig fest, stehkesselseitig fest oder gelenkig eingespannte Seiten-Stehbolzen mit vorn fest eingespannten Kopf nach der Bolzenmitte zu verjüngtem Schaftteil und die Art ihrer Befestigung in den Kesselwänden, z. T. im Schnitt, dargestellt sind.How this can be done according to the invention is illustrated below with reference to the Fig. t to q, the drawing explains, in which the fire box side is fixed, standing boiler side Fixed or articulated side stud bolts with a firmly clamped head at the front after the center of the bolt to the tapered shaft part and the type of attachment in the Boiler walls, e.g. T. in section, are shown.

Als neue und für alle Stehbolzen der bezeichneten Art geltende erfinderische Grundregel wird gefordert, daß für einen gegebenen, z. B. .vorn l-,'el>ai-attir- oder- :\usgangsdurchniesser des Bolzenkopfes abhängigen Unterschied von Größt- zu hleinstdurchmesser der Verjüngung die Länge des Verjüngungsteils mit der Gesamtscliaftlänge zunimmt. wobei auch für beiderseits fest eingespannte Stehbolzen das Verhältnis von Verjüngungs- zu (@esamtschaftlänge feuerbuchs- und stehkesselseitig verschieden sein katitt und allgemein um so größer ist, je größer der Unterschied zwischen Größt- und Iileinstclurclitnesser der Verjüngung gewählt wird.As new and inventive for all studs of the specified type The basic rule is that for a given, e.g. B. front l -, 'el> ai-attir- or-: \ output diameter of the bolt head dependent difference from largest to The smallest diameter of the taper is the length of the taper part with the total length of the neck increases. where the ratio also applies to stud bolts firmly clamped on both sides from taper to (@ esamtschaft length fire box and standing boiler side different its katitt and generally the greater, the greater the difference between greatest and Iileinstclurclitnesser the rejuvenation is chosen.

Diese Regel bringt zum Ausdruck, daß bei Stehbolzen der bezeichneten Art die Länge des dem fest eingespannten Bolzenende zugeordneten verjüngten Schaftteiles nicht bei allen Bolzen .gleich sein darf, sondern in fester Beziehung stehen muß zu den Durchmessern der Verjüngung und zu der Gesamtscliaftlätige des Stehbolzens, und zwar so. daß sie finit -Zunehmendem Unterschied der Verjüngungsdurchmesser und finit zunehmender Gesamtschaftlänge anwächst.This rule expresses that the designated Type the length of the tapered shaft part assigned to the firmly clamped bolt end must not be the same for all bolts, but must be in a fixed relationship to the diameters of the taper and to the total length of the stud bolt, namely like this. that they are finite -increasing difference in the taper diameter and finitely increasing total shaft length.

Dieses Formprinzip für Stehbolzen war bislang weder bekannt noch verwirklicht; es ist aber die Voraussetzung für eine Bemessung des Bolzenschaftes aus dem Gesichtspunkt möglichst gleichmäßiger Beanspruchung seiner Randfasern im Verjiin#,titigsteil bei der Verbiegung des Bolzens und eines möglichst geringen Werkstoffbedarfs zur tc@cliiii;ch richtigen Aufnahme der entstehenden Spannungen.This principle of form for stud bolts was previously neither known nor realized; but it is the prerequisite for dimensioning the bolt shank from the point of view as evenly as possible stressing its edge fibers in the verjiin #, titigteil the bending of the bolt and the lowest possible material requirement for tc @ cliiii; ch correct absorption of the resulting stresses.

Stehbolzen mit zylindrischem Schaft, also ohne Verjüngungsteile. berücksichtigen nur die vom Kesseldruck herrührenden, über den Schaft Zugbeanspruchungen und lassen die vom \\'enciepunkt der elastischen Biegelinie aus zum festen Einspannende liin anwachsenden Biegenioniente völlig atilier acht. Sie sind daher stets in der Finspanuun.g als <lern Querschnitt größter Iliegel>'eanspruchung gefüllrdet, und zwar gleichgültig. welchen Durchmesser sie besitzen. Sobald ;in Einspann- als (lern gefährlichen Querschnitt die Zttliissi<"c Sparcnun1' überschritten wird. wird hier die kandfaser auf der 7ugseite des Biegequerschnitts bleibend gereckt, ohne daß der übrige Schaft weiter iiciliien;w ert an vier Dehnung der Außenfaser teilnimmt, weil der Werkstoff örtlich ins Fließen gekommen ist. Es ist dies eine ähnliche Erscheinung, wie es bei der Einschnür:ung von Zerreißstäben auftritt und dort innerhalb kürzester Frist zum Durchbruch ,des gesamten Lastquerschnitts führt. Nur ist beim Zerreißversuch beim Beginn der Einschnürung die Belastung über die gesamte Versuchslänge des Stabes gleich, während hier der Einspannquerschnitt zugleich der am meisten beanspruchte ist, was den Durchbruch noch beschleunigt. Auch eine Vergrößerung des zylindrischen Schaftdurchmessers nutzt hier nicht viel, weil mit seiner Zunahme zwar die zulässige Formänderungsarbeit etwas größer wird, die Spannungen in der Randfaser aber ebenfalls mit zunehmendem Durchmesser anwachsen.Studs with a cylindrical shaft, i.e. without tapered parts. consider only the tensile stresses caused by the boiler pressure via the shaft and leave the line from the \\ 'encie point of the elastic bending line to the fixed clamping end increasing bending ionient completely atilier eight. You are therefore always in the finspanuun.g filled as <learning cross-section of the largest hedgehog> 'stress, and that is indifferent. what diameter they have. As soon as; in clamping as (learn dangerous cross-section the Zttliissi <"c Sparcnun1 'is exceeded The side of the bending cross-section is permanently stretched without the rest of the shaft moving further iiciliien; value participates in four elongation of the outer fiber because the material is local has come flowing. This is a phenomenon similar to that of the Constriction of tear bars occurs and there within the shortest possible time Breakthrough, the entire load cross-section leads. Only when trying to tear it is with The beginning of the constriction is the load over the entire length of the test the same, while here the clamping cross-section is also the most stressed is what accelerates the breakthrough. Also an enlargement of the cylindrical one The shaft diameter is not of much use here, because with its increase it is the permissible one The work of deformation becomes somewhat greater, but so does the stresses in the edge fibers grow with increasing diameter.

Aber auch Stehbolzen mit verstärkten Kopfenden sind fehlerhaft geformt, sofern sie, wie bislang üblich, Verjüngungsteile von ,gleichbleibend geringer Länge bei wechselnder Gesamtschaftlänge besitzen. Wird ein derartiger Stehbolzen verbogen, so wird außer bei einer Verjüngungslänge, die gerade im richtigen Verhältnis zur Gesamtschaftlänge steht, die Außenfaser des Verjüngungsteils über ihre Länge nicht gleichmäßig gedehnt bzw. gestaucht, sondern es entsteht eine Spannungsspitze im gefährlichen Querschnitt und dementsprechend eine örtlich stärkere prozentuale Dehnung in .der unmittelbaren Umgebung dieses Querschnitts. Bei der Verbiegung der beiden Bolzenernden gegeneinander sind schon im elastischen Bereich die Spannungen über die Länge der Verjüngungsteile stark unterschiedlich, und zwar um so mehr, je mehr die Verjüngungslänge .vom richtigen Verhältnis zur Gesamtschaftlänge abweicht. Sobald nun im gefährlichen Üuerschnitt des Verjüngungsteils die Elastizitätsgrenze überschritten wird, beginnt die Außenfaser an dieser Stelle zu fließen, ohne daß die diesem Querschnitt benachbarten oder gar die entfernteren Bereiche der Außenfaser überhaupt bis an die Elastizitätsgrenze, d. h. lins an ihre zulässige Belastbarkeit, beansprucht werden können. Dem.gegeniiber ist zu fordern, daß der Verjüngungsteil des Stehbolzens so bemessen wird, daß ,die Außenfaseibei der Verbiegung auf ihrer ganzen Länge annähernd gleichmäßig an der Dehnung teilnimmt. Erst dann ist für alle Bolzen das Höchstmaß der elastischen Verbiegsamkeit und damit das Höchstmaß der Bruchsicherheit erreicht, wobei gleichzeitig der dafür aufgewendete U'erkstoff zu einem Minimum wird.But also studs with reinforced head ends are incorrectly shaped, provided that, as has been customary up to now, they have tapering parts of consistently short length with changing overall shaft length. If such a stud is bent, so will except for a taper length that is just in proportion to the Total shaft length, the outer fiber of the tapered part does not over its length evenly stretched or compressed, but there is a tension peak in the dangerous cross-section and accordingly a locally stronger percentage elongation in the immediate vicinity of this cross-section. When the two of them are bent The tension between the ends of the bolts is already higher in the elastic range the length of the tapering parts varies greatly, and the more the more the taper length. deviates from the correct ratio to the total shaft length. As soon the elastic limit has now been exceeded in the dangerous oversection of the tapered part the outer fiber begins to flow at this point without affecting this cross-section neighboring or even the more distant areas of the outer fiber at all up to the elastic limit, d. H. lins to their permissible load capacity can be. On the other hand, it is to be demanded that the tapered part of the stud bolt is dimensioned in such a way that the outer bevel is approximately along its entire length when it is bent participates evenly in the stretching. Only then is the maximum for all bolts the elastic flexibility and thus the maximum degree of break resistance, at the same time the U'erkstoff used for this is reduced to a minimum.

Die Berechnungen und auch Messungen am Kessel haben gezeigt, daß außer mit normalen S-förmigen Verbiegungen auch mit solchen mit verschobenem Wendepunkt und mit Verbiegungen mit einfach gekrümmter Biegelinie gerechnet werden muß, vor allen Dingen an solchen Kesselstellen, bei denen die Verformungen von Stehkessel und Feuerbuchse nicht übereinstimmen. Es kommt nun darauf an, die Bolzen so zu formen, daß sie für den Durchschnitt der vor allein vorkommenden Belastungsfälle am geringsten beansprucht werden.The calculations and measurements on the boiler have shown that besides with normal S-shaped bends also with those with a shifted turning point and bends with a single curved bending line must be expected all things at those boiler points where the deformations of standing boiler and fire box do not match. It is now a matter of shaping the bolts in such a way that that it is the lowest for the average of the stress cases that occur alone are claimed.

.\uf Grtinc1einer genauenErrechnung der ziemlich komplizierten Verhältnisse wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, für beiderseits fest eingespannte Seiten-Stehbolzen, wie sie in Fig. i und 2 dargestellt sind, den Unterschied zwischen Größtdurchmesser 5 und Kleinstdurchniesser 6 der Verjüngung 4 je nach dem Reparatur- oder Ausgangsdurchmesser des Bolzenkopfes in den Grenzen voll .I bis 8 mm zu halten und mit der Zunahme dieses Unterschiedes das Verhältnis der Verjüngungslänge 7 bzw. 8, y zur Gesamtschaftlänge 3 -zwischen den Werten 0,25 und o,6o anwachsen zti lassen.On the basis of an exact calculation of the rather complicated relationships, the invention now proposes that for side studs firmly clamped on both sides, as shown in FIGS Keep the initial diameter of the bolt head within the limits of .I to 8 mm and, with the increase in this difference , let the ratio of the taper length 7 or 8, y to the total shank length 3 grow between the values 0.25 and o, 6o zti.

In Fig. i ist ein derartiger Stehbolzen niit syninietrisch geformtem Schaft, .d. 1i. beiderseits gleich bemessenen Verjüngungsteilen, und feuerl>uchsseitig kürzerem Kopf i als dem stehkesselseitigen 2 dargestellt. Für diesen Stehbolzen, der in seiner Herstellung besonders einfach ist, soll bei dem Durchmesserunterschied von .t bis 8 inin der Verjüngung das Verhältnis von Verjüngungszu Gesamtschaftlänge zwischen 0,2,5 und 0,50, dem Höchstmaß des bei symmetrischen Bolzen möglichen Wertes, anwachsen. Die beiderseitigen Kopflängen werden nur so groß gewählt, wie dies bei der gegebenen -Einbauart unbedingt notwendig ist, uni die sog. Biegelänge des Stehbolzens, d. h. die freie Länge zwischen den Einspannenden, nicht unnötig zu verkleinern. Bei Stehbolzen mit '@Gewinde wird man daher das Gewinde möglichst mit der wasserseitigen Wandoberfläche abschneiden lasen, während man bei gewindelos einzu.scltweißenden Stehbolzen für Aden gleichen \Vandabstand die Kopflängen erheblich kürzer halten kann. Verschieden lang werden die Stehbolzen gemäß der Erfindung auch bei beiderseits gleicher Einspaniiart deshalb gewählt, weil die Feuerbuchse meist eine geringere Wandstärke besitzt und hier außerdem aus Abbrandgründe.n eine stets gleiche und möglichst geringe, dabei aber ausreichende -Höhe der Schweißnaht erwünscht ist, während stehkesselseitig der Ausgleich der aus wirtschaftlichen Gründengewählten Längenstufung ohne sonstigen Nachteil erfolgen kann.In Fig. I, such a stud bolt with a symmetrically shaped shaft. 1i. Tapering parts with the same dimensions on both sides, and the head i on the fire liner, shorter than the head on the standing boiler side 2. For this stud bolt, which is particularly easy to manufacture, the ratio of taper to total shaft length should increase between 0.2.5 and 0.50, the maximum possible value for symmetrical bolts, with the diameter difference of .t to 8 in . The head lengths on both sides are only chosen to be as large as is absolutely necessary for the given installation type, in order not to unnecessarily reduce the so-called bending length of the stud, ie the free length between the clamping ends. In the case of studs with a thread, the thread should be cut with the wall surface on the water side if possible, while in the case of studs welded without thread, the head lengths can be kept considerably shorter for the same distance from the edge. The stud bolts according to the invention are selected to be of different lengths, even with the same type of Einspaniiiart on both sides, because the fire socket usually has a smaller wall thickness and here, in addition, for reasons of burnup, an always the same and as low as possible, but sufficient height of the weld seam is desired, while the boiler side the compensation of the length graduation chosen for economic reasons can take place without any other disadvantage.

In Fig. 2 ist ein Stehbolzen mit ulisylnnieti-iScli geformtem Schaft, d. 1i. mit Stehkessel- und feuerbuchsseitig verschiedener Verjüngungslänge, bei sonst gleicher Ausbildung gezeichnet'. Diese Bauart nimmt zusätzlich Rücksicht auf die meist verschiedene \Vandstärke .von Stehkessel und Feuerbuchse hinsichtlich ihres Einflusses auf die Lage des \Veridepunktes der elastischen Linie. Hiermit wird angestrebt, nicht nur die Randfasern innerhalb eines Verjüngungsteils über ihre Länge gleichinäßig zu beanspruchen, sondern durch verschieden lange Bemessung der beiden Verjüngungsteile die sonst verschieden hohen Einspannmomente in den beiden Wänden auszugleichen und so einen Stehbolzen gleicher Gestaltfestigkeit zu schaffen. Dazu ist erfindungsgemäß erforderlich, daß die beiden Verjüngungsteile so bemessen sind, .daß zu einer größeren stehkesselseitigen Wandstärke eine kleinere Länge g des stehkesselseitigen Verjüngungsteils gekürt, und claß m-it zunehmendem Unterschied von Größt- und Kleinstdurcliniesser der Verjüngungen das Verhältnis von \"erjüngungs- zu Gesamtschaft- länge stehkessclseitig zwischen 0,25 und o,35# feuerbuchsseitig zwischen 0,35 und o,6o anwächst. In den Fig. 3 ulld .4 sind Seiten-Stehbolzen mit feuerbuchsseitig fester, stelikesselseitig gelenkiger Verbindung mit der Wand dargestellt, und zwar iti Fig. 3 finit Kugelgelenk 13, in Fig. 4 finit Kreuz- gelenk 16, 17. Auch für diese, üblicherweise in den Randreihen vorgesehenen Seiten-Stehbolzen gilt die Grundregel, soweit das fest eingespannte Bolzen- ende in Frage kommt, iedoch mit der Abänderung. claß der Unterschied von Größt- zu Kleinstdurch- inesser der feuerbuchSseitigen Verjüngung erfin- dungsgemäß 3 bis 7 nein betragen tind mit der Zu- nahme dieses Unterschiedes das Verhältnis von Verjüngungs- zu Gesanit;chaftl:iiige zwischen 0,30 und o,6o anwachsen soll. Diese \'ei-jüngulig kaliti, wie in Fig. 3 bei 1o dargestellt. kegelig oder, wie in Fig. 4. bei 15 gezeichnet. parabolisch begrenzt sein. Auch für beiderseits fest eingespannte Seiten- Stehbolzeti kann der Verjüngungsteil selbstver- ständlich kegelig oder parabolisch gestaltet sein oder einer anderen Erzeugenden finit stetiger Durchmesserveränderung entsprechen. Für die Ausführung gemäß Fig. 3 mit stehkessel- seitigein Kugelgelenk 13 wird zur Verbesserung der Reibungsverhältnisse ini Gelenk und damit zur Herabsetzung der Biegespannungen erfiliclungs- gemäß noch vorgeschlagen, daß der Winkel 1.1, den die Stehbolzenlängsachse finit clcni voni l#,-ugellnittel- punkt zum Beriihrkreis zwischen Kugelkopf und Gelenkpfanne gerichteten Radius bildet, 48 bis 52`' beträgt. Das durch die Reiburig verursachte, nicht ganz zu vermeidende geringe lliegeniinnent wird, wie an sich bekannt, durch einen kurzen stellkessel- seitigen Konus i i von für alle Bolzeifängen gleicher .'\binessung berücksichtigt. Für Kugel- wie Kreuzgelenkstehholzen finit # feuerbuchsseitig fest eingespanntem Bolzenende kann ferner erfinclunf;sgeniäß der llrößtdui-clinies.ser des fest eingespannten @telll>olzelikolifes 1 2 größer sein als der kleinste lnnendurchme;ser der Gelenk- auflage, d.li. de; Yfanuetigehätises (nicht gezeich- riet) bei Kugelgeleilkliolzvn lizt\. der Sattelscheibe 17 lief hreuzgelenkli@rlzen. \\eiin rüimlirll, wie weiter vorgeschlagen wird, die lielciil<<tuflage vor dein An.stauchen des zweiten I@olzenkollfe; auf den Schaft aufgeschoben wird. I)ie; ist sehr wichtig. N vel «1 e s auf diese Weise "el* ilillt. tl'()IZ (1r( )lier zu- lässiger Formänderungsarbeit der fest eingespann- ten 13olzenseite das ";telikessel;eitige Gelenk klein zu halten, was aus räumlichen und lief Kugelgelenk- bolzen auch aus Reil)ungsgriinden erwünscht ist. Eine weitere und für alle besprochenen Bolzen- ausfülirungen,soweit cliese getviirdelos eiligescliweißt werden, vorteilhafte \lalinalinie betrifft die unter b) geforderte Herabsetzung der .\usdelinunl;s- hemmung und der durch sie bewirkten Druck- spannungen in der Feuerbuchse. Hierzu wird er- findungsgemäß vorgeschlagen, fetterhuchsseitig den Stehbolzenkopfdurchniesser um wenigstens 0,5 111111 kleiner zti bemessen, als der zugehörige Wand- durchmesser beträgt. Durch diese einfache Maß- nahine, die im Gegensatz steht zu der bisher all- `(,Mein geübten Praxis, halten die im Betriebe in der Feuerbuchse entstehenden Druckspannungen in jedem Wandfeld die Möglichkeit, sich am Wand- lochumfang radial nach ,innen abzubauen, anders ausgedrückt: der Ausdehnungsdrang der Feuer- hilchse, die bislang beim Stehbolzen ohne oder ohne ausreichendes 1?iiibauspiel am Bolzenurnfang Widerstand fand, kann sich nunmehr an jeder Stchl>c@lzeneinsl>annstelle durch Wandlochverkleine- rttttg l,tift verschaffen. Das Spiel muß so grob sein, daß, auch lx i der Größtausdehnung des Steh- holzenkopfdurchinessers infolge der Erwärmung keine überelastische \-erformung zwischen Bolzen iiiid Wandloch eintritt. Die bisherige Nichtbeach- tung dieser wichtigen Forderung war schuld an der l?iitstchung der Wandlochrisse. Dies konnte in- zwischen wiederholt nachgewiesen werden an der nur feuerbuchsseitig auftretenden Zusammen- drückung des Stelibolzenkopfes bei nicht mit Spiel eingebauten Stehbolzen. In Fig. 2 is a stud bolt with ulisylnnieti-iScli shaped shaft, i. 1i. with standing boiler and fire box side of different taper lengths, drawn with otherwise the same design '. This design also takes into account the mostly different wall thicknesses of the standing boiler and fire box with regard to their influence on the position of the \ veridpunkt of the elastic line. The aim here is not only to stress the edge fibers within a tapered part equally over their length, but also to compensate for the otherwise different clamping torques in the two walls by dimensioning the two tapered parts of different lengths and thus to create a stud bolt with the same structural strength. For this purpose, it is necessary according to the invention that the two tapering parts are dimensioned in such a way that, for a larger wall thickness on the vertical bowl side, a smaller length g of the vertical bowl side tapering part is chosen, and with an increasing difference of Biggest and smallest diameter eaters of the rejuvenation the ratio of \ "rejuvenation to overall length on the standing shell side between 0.25 and 0.35 # on the fire box side increases between 0.35 and 0.6o. 3 and 4 are side studs with Firebox side more solid, stelic shell side more articulated Connection to the wall shown, namely iti Fig. 3 finite ball joint 13, in Fig. 4 finite cross joint 16, 17. Also for this, usually in the The side stud bolts provided in the edge rows apply Basic rule, as far as the firmly clamped bolt end comes into question, but with the amendment. the difference between the largest and the smallest in the fire book side rejuvenation invented according to 3 to 7 no tind with the admission this difference assumed the ratio of Rejuvenation to Gesanit; chaftl: iiige between 0.30 and o, 6o should increase. This \ 'egg-young kaliti, as shown in Fig. 3 at 1o. conical or how in Fig. 4 drawn at 15. parabolically limited be. Also for side clamps firmly clamped on both sides The tapered part can be tapered by itself. always be conical or parabolic or another generator finitely continuous Correspond to change in diameter. For the version according to Fig. 3 with standing boiler a ball joint 13 is used to improve the friction conditions in the joint and thus to the Reduction of the bending stresses according to still proposed that the angle 1.1, the the longitudinal axis of the studs finit clcni voni l #, - ugellmittelel- point to the contact circle between the ball head and Joint socket-directed radius forms, 48 to 52`` '' amounts to. That caused by the friction, not very little lying inside is to be avoided, as is known per se, by means of a short lateral cone ii of the same for all bolt catches . '\ binessung taken into account. For ball and universal joint upholstery finite # The end of the bolt is firmly clamped on the fire box side can also be invented according to the llrößtdui-clinies.ser of the firmly clamped @telll> olzelikolife 1 2 larger than the smallest inside diameter; this of the joint edition, d.li. de; Yfanuetigehätises (not drawn advised) at Kugelgeleilkliolzvn lizt \. the saddle disc 17 ran h Universal Joints @ rlzen. \\ eiin rüimlirll, how on it is proposed that the lielciil << tuflage before your Dipping the second olzenkollfe; on the Shaft is pushed on. I) ie; is very important. N vel «1 e s in this way " el * ilillt. Tl '() IZ (1r ( ) lier zu- easy deformation work of the firmly clamped ten bolt side the ";telikessel; side joint small to keep what from spatial and ran ball joint bolt is also desirable for reasons of re) lation. Another bolt- Executions, as far as this is done without a hurry advantageous \ lalinainie concerns the under b) required reduction of the. \ usdelinunl; s- inhibition and the pressure tension in the fire box. For this purpose, proposed according to the invention, the fat huff side Stud head diameter by at least 0.5 111111 smaller zti than the corresponding wall diameter is. This simple measure nahine, which is in contrast to the previously all- `('My practiced practice is to keep those in the company in compressive stresses arising in the fire sleeve each wall field the opportunity to stand on the wall Hole circumference to be reduced radially towards the inside, different expressed: the urge to expand of the fire auxiliary that was previously with the stud bolt without or without Sufficient construction play at the bolt circumference Resistance can now be found at everyone Stchl> c @ lzeneinsl> annstelle through wall hole covering rttttg l, tift procure. The game must be so rough be that, also lx i is the greatest dimension of the standing Wooden head diamers as a result of the warming no over-elastic deformation between bolts iiiid wall hole enters. The previous non-compliance making this important demand was to blame for the Loosening of the cracks in the wall holes. This could in- between being repeatedly demonstrated at the only occurring on the fire box side Pressing the stelibolt head when not with play built-in studs.

Claims

PATENT CLAIMS: t. Side stud bolts, especially for locomotive Incttivkessel, with the head firmly clamped the bolt incisions stuck to the tapered shaft part, characterized in that for a z. B. through the repair or exit inesser of the stud head given under- departed from Gröl.lt- to Kleinstdurchinesser der Taper is the length of the taper part finite of the total shaft length of the bolt z @ u- iiinnnt, Nvobei also for both sides firmly tensioned stud bolts the ratio of jiitigungs- to total length of fire box- and Standkesselseitio = can be different and generally uni s <@ is greater, the greater the differentiated between the largest and smallest diameter the @ 'cr young is chosen. Seitetl -, 'tellliolzell with solid on both sides Finite connection of the wall according to claim i, characterized in that the difference from the largest to the smallest diameter of the jiiilgung .1 to 8 tnm and with the addition this difference assumed the ratio of \ 'mercurial- to health length between 0.2 , 3 and o.6o increases. 3. Side stud bolts according to claim i and 2, characterized in that the rejuvenation parts are designed the same on both sides and that

The ratio of the taper to the total shaft length increases with the difference between the largest and smallest diameters of the tapering between 0.25 and 0.5o. 4. side studs according to claim i and 2, characterized in that .die .die two tapering parts are of unequal, front ratio of the wall thicknesses to each other dependent length, such that a smaller length of the stelikessel-side tapering part belongs to a larger stelikessel-side wall thickness and that with increasing difference .from the smallest diameter of the tapering the \ "obtained from taper to total shaft length on the stelic shell side between 0.25 and 0.35, on the fire box side between 0.35 and 0.6o.;. Side stud bolts according to claims 1 to 4, Ketltizeiclitiet by a shorter head on the fire box side than the side stud bolt on the fire box side with a fixed joint on the fire box side with the wall according to claim 1, characterized in that the difference between the largest and the smallest diameter of the tapering on the fire box side is 3 to 7 mm and the increase this difference the ratio of rejuvenation to Total shaft length increases between 0.30 and 0.6o. 7. Seiteti stud bolts with vertical bowl-side ball joint according to claims i and 6, characterized in that the # .N'winkel that the standing 1> olzenlätigsachse forms with the radius directed from the center of the ball to the circle of contact between the ball head and socket, .18 to 52 °. `. Seiteti stud bolts with universal joint on the vertical bowl side according to claims 1 and 6, characterized in that the largest diameter of the stud bolt head on the fire box side is greater than the smallest diameter of the joint support. d. 1i. of the socket housing with ball joint or. the saddle washer in the case of universal joint bolts, and that the joint support is pushed onto the bolt shank before upsetting the second stud bolt head. cg. Side stud bolts according to claims i to 8, characterized in that with welded stud bolts the stud head diameter on the fire socket side is at least 0.5 mm smaller than the associated wall hole diameter before the bolt is installed.