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Starre Kolben-Kreuzkopfverbindung für einfach wirkende Dampfmotoren
Bei einfach wirkenden Dampfmotoren, bei denen der liolben unmittelbar mit dem Kreuzkopf
verbunden wird, muß auf die Ausbildung der Kolben-Kreuzkopfverbindung bezüglich
ihrer Dichtheit besondere Sorgfalt verwendet werden. Diese Verbindung wird starr
oder beweglich ausgeführt. Die bewegliche kommt nur für Sonderfälle in Frage und
ist schwierig herzustellen. Für starre Kolben-Kreuzkopfverbindungen werden meist
einfache Schrauben mit Zusatzelementen verwendet. Dabei besteht aber der Nachteil,
daß nicht alle Verbindungselemente gleichmäßig beansprucht sind und daher nicht
gleich gut zur Dichtung lierangezo@gen werden. Die Erfindung bezweckt, eine starre
Kolben-Kreuzkopfverbindung für einfach wirkende Dampfmotoren zu schaffen, die in
bezug auf Dichtheit und einfache Konstruktion den höchsten Anforderungen gerecht
wird. Sie besteht darin, daß der Kolben und der Kreuzkopf durch eine Schraubverbindung
aneinander befestigt werden, die aus einer Tellerschraube und einer flachen Mutter
besteht. Hierdurch wird trotz der Einfachheit der Verbindungselemente die Ausübung
einer großen Kraft ermöglicht und infolge der großen anliegenden Flächen eine sehr
gute Dichtung erzielt. Um die Abdichtung der Verbindung bei Hochdruckdampf noch
zu verbessern, kann die Auflagefläche
der Mutter am Kolben bzw.
der Mutter selbst teilweise mit konzentrischen Rillen versehen sein, die vor der
Herstellung der Verbindung um ein geringes Maß über die glatte Auflagefläche hervorstehen.
Diese Rillen drücken sich beim Festziehen der Mutter so weit zusammen, bis alle
Dichtflächen aufeinander aufliegen. Da oft der Kolben und der Kreuzkopf aus verschiedenem
Material bestehen, ist es zweckmäßig, auch die verschiedene Wärmeausdehnung derselben
zu berücksichtigen, um ein Lockerwerden oder eine Überbeanspruchung der Kolben-Kreuzkopfverbindung
auf jeden Fall zu vermeiden. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird daher in
diese Verbindung eine Scheibe eingeschaltet, deren Material und Stärke so gewählt
sind, daß die Vorspannung bei Erwärmung erhalten bleibt oder nur um einen geringen
Betrag ansteigt. Die Herstellung der aus Tellerschraube und flacher Mutter bestehenden
Schraubverbindung ist einfach, ebenso ihre Montage.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i einen senkrechten Längsschnitt durch den Kolben und den Kreuzkopf
eines einfach wirkenden Dampfmotors, die starr miteinander verbunden sind, Fig.
2 einen Schnitt durch die Verbindungsstelle von Kolben und Kreuzkopf in abgeänderter
Ausführung.
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In Fig. i ist i der Kolben, 2 der Kreuzkopf und 3 die Pleuelstange
eines einfach wirkenden Dampfmotors. Der Kolben und der Kreuzkopf sind oben durch
eine Schraubverbindung aneinander befestigt, die aus einer Tellerschraube 4 und
einer flachen Mutter 5 besteht. Die aufliegenden Flächen dieser Verbindungselemente
sind so groß, daß eine ausreichende Vorspannung ausgeübt werden kann und daß genügende
Dichtflächen vorhanden sind. Nach Herstellung der Verbindung wird die Mutter in
geeigneter Weise, beispielsweise durch einen Gewindestift 6 (Fig. 2), gesichert.
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Um eine leichtere Herstellung der Kolben-Kreuzkopfverbindung zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, nach Fig. 2 einen Sicherungsstift zu verwenden, der durch eine
abgesetzte Bohrung 8 im Kreuzkopf vor dem Aufsetzen des Kolbens i auf den Kreuzkopf
2 hindurchgesteckt und mit dem Teller der Schraube 4 verschraubt wird. Dieser Stift
besitzt einen kleinen Bund y, der sich auf den entsprechend ausgebildeten Absatz
der Bohrung 8 auflegt und dadurch ein Nachimtenfallen der Tellerschraube vor Aufschrauben
der Mutter oder nach Lösen derselben verhindert.
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Die Dichtwirkung der Verbindung zwischen Kolben und Kreuzkopf kann
dadurch erhöht werden, daß die Auflagefläche der Mutter 5 oder die des Kolbens i
teilweise mit konzentrischen Rillen io versehen wird, die um ein geringes Maß über
die anschließende glatte Auflagefläche vorstehen. Beim kräftigen Anziehen der Mutter
«erden dann die Spitzen der Rillen zusammengedrückt, bis die Auflageflächen von
Mutter und Kolben satt aufeinanderliegen.
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Durch die besondere Ausbildung der Schraubverbindung zwischen Kolben
und Kreuzkopf und die zusätzlichen Rillen wird eine absolute Dampfdichtheit erreicht,
wenn Kolben, Kreuzkopf und Verschraubung aus dem gleichen Material, z. B. Stahl,
bestehen. Nun ist es aber oft so, daß der Kolben aus Stahl, der Kreuzkopf aber aus
Gußeisen gefertigt wird oder beide aus Gußeisen bestehen. Die Verbindungselemente
selbst sind immer aus Stahl. In diesen Fällen tritt im Betrieb trotz größtmöglicher
Vorspannung der Schraubverbindung durch die unterschiedliche Wärmedehnung der Maschinenteile
ein Lockern und zuletzt Abheben ein, weil die Längendehnung infolge der Vorspannung
geringer ist als die auftretende Wärmedehnung. Die gute Dichtheit und Betriebssicherheit
gehen dadurch wieder verloren. Um bei diesen Verhältnissen Abhilfe zu schaffen,
wird nach der Erfindung zwischen den Kreuzkopf 2 und den Teller der Tellerschraube
4 eine Ringscheibe ri gelegt, deren Material und Stärke so gewählt sind, daß die
Vorspannung der Verbindung bei Erwärmung erhalten bleibt oder nur um einen geringen
Betrag ansteigt. Bestehen also beispielsweise der Kolben aus Stahl und der Kreuzkopf
aus Gußeisen, dann kann eine Ringscheibe aus Bronze verwendet werden. Sind der Kolben
aus Stahl und der Kreuzkopf aus Aluminium gefertigt, dann kann die Ringscheibe aus
Grauguß sein. Im ersteren Falle wird die gegenüber dem Graugußkreuzkopf höhere Wärmedehnung
der aus Stahl bestehenden Verbindung durch den Bronzering so weit ausgeglichen,
daß die der Schraubverbindung gegebene Vorspannung erhalten bleibt. Im letzteren
Falle wird durch den Graugußring die größere Wärmedehnung des Aluminiumkreuzkopfes
so weit kompensiert, daß die Vorspannung in der Schraubverbindung keine unzulässig
hohen Werte erreichen kann. An Stelle einer Bronzeringscheibe kann eine solche aus
austenitischem Stahl verwendet werden, wenn die Temperaturen einen zu hohen Wert
annehmen, etwa über 350° steigen, da austenitischer Stahl bei gleicher Wärmeausdehnung
wesentlich hitzebeständiger ist als Bronze.
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Die die Wärmespannungen ausgleichende Ringscheibe ii kann auch zwischen
Kolben i und Mutter 5 eingelegt werden. Dies ist aber aus verschiedenen Gründen
nicht zu empfehlen. Einmal wird die Schraubverbindung um die Scheibenstärke in den
Zylinderraum hinein höher, und zum anderen wird die Ringscheibe dauernd durch den
Dampfdruck belastet und kann auch korrodieren. In besonderen Fällen kann die Ringscheibe
auch zwischen Kolben und Kreuzkopf eingesetzt werden.