[0001] Die Erfindung betrifft ein Druckgerät mit mindestens zwei einen Druckraum begrenzenden
Druckraumwänden, wobei eine erste Druckraumwand und eine zweite Druckraumwand jeweils
zueinander fluchtende Öffnungen zur Aufnahme eines beide Druckraumwände gegeneinander
fixierenden Verbindungselements aufweisen, sowie ein Schienenfahrzeug mit einem solchen
Druckkessel.
[0002] Gattungsgemäße Druckgeräte sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise auf
dem Gebiet des Dampfkesselbaus. Dort bildet die erste Druckraumwand eine Außenwand
des Kessels aus, welche den Wasser- bzw. Dampfraum gegenüber der Umgebung abtrennt
(sog. "Kesselwand"). Die zweite Druckraumwand trennt den Dampfraum gegen den Feuerraum
ab (sog. "Feuerbuchswand"). Kessel- und Feuerbuchswand sind zwar Bestandteile eines
gemeinsamen Dampfkessels, allerdings treten zwischen diesen beiden, bedingt durch
deren verschiedene und sehr ungleichmäßige Erwärmung, beträchtliche gegenseitige Verschiebungen
auf. Es ist deshalb insbesondere bei größeren Dampfgeräten, wie z.B. Dampflokomotivkesseln,
üblich, daß Kessel- und Feuerbuchswand bzw. die ebenen Wände des Druckkessels mittels
Stehbolzen gegeneinander fixiert und gegen Ausbeulungen stabilisiert werden. Derartige
Stehbolzen werden von außen durch eine Bohrung der Kesselwand und durch den Wasser-
bzw. Dampfraum hindurch in eine Bohrung der Feuerbuchswand eingeführt. Zur Abdichtung
der Bohrungen und zur Übertragung auftretender Kräfte werden die Schaftenden der Stehbolzen
gegen die jeweilige Wand verschweißt.
[0003] Allerdings erfahren diese Stehbolzen durch die Temperaturdifferenzen beider Wände
zueinander sehr starke Verbiegungen. Zur Vermeidung des hierdurch bedingten häufigen
Brechens der Bolzen wurde zum einen eine gelenkige Verankerung von Stehbolzen in der
Wand entwickelt, bei der ein Stehbolzen mit einem angeschmiedeten Kugelkopf sich in
eine der Kugelfläche entsprechend angefräste Bohrung in der Wand legt und durch eine
übergestülpte sowie mit der Wand verschweißte Kappe abgedeckt wird. Ferner wurden
die Bolzen mit einer taillierten Form versehen, derart daß der Bolzen im Bereich des
am höchsten beanspruchten und in der Feuerbuchswand eingeschweißten Schaftendes einen
Zentrierbund mit großem Durchmesser (d.h. höherer Steifigkeit) und im freien Bereich
zwischen den Wänden bzw. Einspannpunkten einen Schaft mit geringerem Durchmesser (d.h.
geringerer Steifigkeit) aufweist. Auf diese Weise soll der Bolzen im Bereich zwischen
den Einspann-Punkten bzw. zwischen den beiden Wänden eine höhere Flexibilität und
somit eine geringere Bruchanfälligkeit aufweisen. Ein derartiger Stehbolzen ist beispielsweise
aus
DE 885 849 B bekannt.
Allerdings ist die Herstellung solcher taillierter Stehbolzen teuer und erfordert
eine große Lagerhaltung, da für jede geometrische Ausprägung des Druckraums, d.h.
insbesondere für jeden möglichen Abstand der beiden Druckraumwände zueinander, ein
individueller Stehbolzen hergestellt und für eine spätere Auswechslung von Stehbolzen
bevorratet werden muß.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckgerät mit mindestens zwei
einen Druckraum begrenzenden Druckraumwänden bereitzustellen, wobei eine erste Druckraumwand
und eine zweite Druckraumwand jeweils zueinander fluchtende Öffnungen zur Aufnahme
eines beide Druckraumwände gegeneinander fixierenden Verbindungselements aufweisen,
das zu geringeren Kosten hergestellt und instandgehalten werden kann.
[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 dadurch gelöst, dass mindestens eine der Öffnungen in der ersten oder zweiten Druckraumwand
einen sich in Richtung auf den Druckraum hin erweiternden Innendurchmesser aufweist.
Auf diese Weise verlängert sich die freie Einspannlänge des Verbindungselementes zwischen
den Einspannstellen an erster und zweiter Druckraumwand deutlich. Es wird somit -
bei unverändertem Abstand beider Druckraumwände zueinander - eine größere Flexibilität
des Verbindungselementes ermöglicht, ohne zu diesem Zweck dessen Kontur bzw. Querschnitt
in diesem freien Einspannbereich zu verjüngen bzw. künstlich zu schwächen. Zudem werden
die Kerbwirkungen an der Kante der in den Druckraumwänden eingebrachten Öffnungen
auf ein unter Biegebeanspruchung stehendes Verbindungselement erheblich reduziert
oder sogar ganz vermieden, ohne dass es einer speziellen Formgebung bzw. Außenkontur
des Verbindungselementes in diesem Bereich bedarf. Somit können die Verbindungselemente
in besonders einfacher Weise an Einbausituationen in Druckkesseln mit verschiedenen
Wandabständen angepasst und durch Ablängen von normiertem Halbzeug, wie z.B. Stäben
bzw. Stangenprofilen, hergestellt werden. Dies reduziert die Kosten bei der Herstellung
und Bevorratung von Verbindungselementen deutlich. In besonders bevorzugter Weise
handelt es sich dabei um jeweils eine konusförmige Aufweitung der Öffnung in der mindestens
einen Druckraumwand mit einem über die gesamte Wanddicke gleichbleibenden Öffnungswinkel.
Es kann dabei ferner von Vorteil sein, wenn die Öffnungen in beiden Druckraumwänden
unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise an
der zweiten Druckraumwand eine größere Auslenkung des Verbindungselementes unter Biegebeanspruchung
als an der ersten Druckraumwand ermöglicht werden. Das ist beispielsweise sinnvoll,
wenn die Beanspruchung an der Einspannstelle der zweiten Druckraumwand größer als
an der Einspannstelle der ersten Druckraumwand ist.
[0006] Gemäß einer sinnvollen Ausgestaltung des erfinderischen Grundkonzepts weist mindestens
eine der Öffnungen in der ersten oder zweiten Druckraumwand in ihrem vom Druckraum
entfernt liegenden Bereich einen zylindrischen Abschnitt auf. Dies ermöglicht eine
bessere Zentrierung und Führung des Verbindungselements in der jeweiligen Druckraumwand
durch einen zylindrischen Zentrierbund. Dabei versteht es sich für den Fachmann von
selbst, daß die Längserstreckung dieses zylindrischen Abschnitts entlang einer beide
Öffnungen verbindenden gemeinsamen Längsachse geringer als die jeweilige Wanddicke
der jeweiligen Wand ist; die konische Öffnung der Öffnung zum Druckraum hin bleibt
unverändert erhalten. Es ist dabei für den Fachmann ersichtlich, die Längserstreckung
des zylindrischen Abschnitts auf ein solches geringes Maß zu beschränken, daß die
erfinderische Grundidee nicht neutralisiert bzw. wirkungslos wird.
[0007] Ferner erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Schienenfahrzeug mit einem erfindungsgemäß
ausgeführten Druckgerät. Hierbei handelt es sich bevorzugt um eine Dampflokomotive
mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Druckkessel.
[0008] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und
dazugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1: zwei Druckraumwände eines erfindungsgemäßen Druckgeräts mit rein zylindrischem
Stehbolzen
Figur 2: zwei Druckraumwände eines erfindungsgemäßen Druckgeräts mit Kopfstehbolzen
[0009] In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem rein zylindrischen
Stehbolzen (4) dargestellt. Dieser ist in an sich bekannter Weise durch zwei Öffnungen
(11, 12) in zwei einen Druckraum (3) begrenzenden Druckraumwänden (1, 2) hindurch
geführt und auf deren in Bezug auf den Druckraum (3) außenliegenden Seiten gegen die
Druckraumwände verschweißt. Die Verschweißung dient sowohl der Abdichtung der Öffnungen
(11, 12) als auch der Übertragung von Kräften über den Stehbolzen. Beide Öffnungen
sind in einem thermisch unbelasteten Zustand, d.h. in einem Zustand ohne Temperaturgradienten
zwischen erster und zweiter Druckraumwand, zueinander längs einer Achse (B) fluchtend.
Beispielsweise handelt es sich beim Druckraum (3) um den Dampfraum eines Dampflokomotivkessels
und bei der ersten Druckraumwand (1) um dessen Kesselaußenwand, die den Dampfraum
gegen die äußere Umgebung abgrenzt. Die zweite Druckraumwand (2) bildet die Feuerbuchswand
aus, welche die Feuerbüchse gegen den Dampfraum abgrenzt. Die Öffnung (11) in der
ersten Druckraumwand (1) bzw. Kesselaußenwand weist einen ersten Bereich mit einem
über die Längserstreckung (a) dieses ersten Bereichs entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden
Innendurchmesser auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse
(B) in Richtung auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser.
In hierzu inverser Ausrichtung weist auch die Öffnung (12) der zweiten Druckraumwand
(2) bzw. Feuerbuchswand einen ersten Bereich mit einem über die Längserstreckung (a)
dieses ersten Bereichs entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden Innendurchmesser
auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung
auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. Beide Öffnungen
(11, 12) weisen unterschiedliche Öffnungswinkel Ω1, Ω2 auf. Die Öffnungswinkel (Ω1,
Ω2) können individuell in Abhängigkeit von den im Bereich der jeweiligen Druckraumwand
zu erwartenden Temperaturgradienten und damit in Abhängigkeit von den zu erwartenden
Verformungen des Stehbolzens eingestellt werden.
[0010] In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem konischen Stehbolzen
(5) dargestellt. Analog zur vorgenannten ersten Ausführungsform ist dieser in an sich
bekannter Weise durch zwei Öffnungen (11, 12) in zwei einen Druckraum (3) begrenzenden
Druckraumwänden (1, 2) hindurch geführt. Abweichend zur ersten Ausführungsform ist
der konische Stehbolzen (5) jedoch nur an seiner dem konusförmigen Stehbolzenkopf
gegenüberliegenden Seite gegen die zweite Druckraumwand verschweißt. Der Stehbolzenkopf
ist an der Außenseite der ersten Druckraumwand mit einer Schutzkappe überdeckt. Die
Öffnung (11) in der ersten Druckraumwand (1) bzw. Kesselaußenwand weist einen ersten
Bereich mit einer ringförmigen Auflage für die konische Unterseite des Stehbolzenkopfes
auf sowie einen zweiten Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung
auf den Druck- bzw. Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. In hierzu inverser
Ausrichtung weist die Öffnung (12) der zweiten Druckraumwand (2) bzw. Feuerbuchswand
einen ersten Bereich mit einem über die Längserstreckung (a) dieses ersten Bereichs
entlang der Längsachse (B) gleichbleibenden Innendurchmesser auf sowie einen zweiten
Bereich mit einem sich entlang der Längsachse (B) in Richtung auf den Druck- bzw.
Dampfraum (3) vergrößernden Innendurchmesser. Beide Öffnungen (11, 12) weisen unterschiedliche
Öffnungswinkel Ω1, Ω2 auf. Die Öffnungswinkel (Ω1, Ω2) können individuell in Abhängigkeit
von den im Bereich der jeweiligen Druckraumwand zu erwartenden Temperaturgradienten
und damit in Abhängigkeit von den zu erwartenden Verformungen des Stehbolzens eingestellt
werden.
Bezugszeichenliste:
[0011]
- 1, 2
- Druckraumwände
- 3
- Druckraum
- 4
- zylindrischer Stehbolzen
- 5
- konischer Stehbolzen
- 11, 12
- Öffnung
- a
- zylindrischer Abschnitt
- A
- äußerer Wandabstand
- B
- Achse
- Ω1, Ω2
- Öffnungswinkel
1. Druckgerät mit mindestens zwei einen Druckraum (3) begrenzenden Druckraumwänden (1,
2), wobei eine erste Druckraumwand (1) und eine zweite Druckraumwand (2) jeweils zueinander
fluchtende Öffnungen (11, 12) zur Aufnahme eines beide Druckraumwände gegeneinander
fixierenden Verbindungselements (4, 5) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine der Öffnungen (11, 12) in der ersten oder zweiten Druckraumwand (1,
2) einen sich in Richtung auf den Druckraum (3) hin erweiternden Innendurchmesser
aufweist.
2. Druckgerät mit mindestens zwei einen Druckraum begrenzenden Druckraumwänden nach Patentanspruch
1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (11, 12) in der ersten oder zweiten Druckraumwand (1,
2) in ihrem vom Druckraum (3) entfernt liegenden Bereich einen zylindrischen Abschnitt
(a) aufweist.
3. Schienenfahrzeug mit einem Druckgerät nach einem der Patentansprüche 1 oder 2.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente