DE975401C - Kolbenstangenverbindung - Google Patents

Description

Die Verbindungen zwischen einer Kolbenstange und einem Kolben oder zwischen den Kolbenstangen zweier hintereinanderliegender Zylinder einer Tandemmaschine werden bisher normalerweise mittels einer Verschraubung ausgeführt, indem auf die Kolbenstange ein Gewinde mit einem gegenüber dem Stangendurchmesser nur etwas verringerten Durchmesser geschnitten ist. Dabei werden die Kolben im allgemeinen durch eine die Stange umfassende Mutter gegen einen festen Bund der Stange verspannt. Bei einer Verbindung von zwei Kolbenstangen wird ebenfalls eine Mutter verwendet, welche meist geteilt ist und die beiden mit Gewinde versehenen Stangenenden kuppelt.

Solche bekannten Kolbenstangenverbindungen haben den Nachteil, daß der Kraftfluß vom hinteren Kolben einer Tandemmaschine in der jeweiligen Richtung und in voller Größe über das eine Stangengewinde in das Muttergewinde und von hier in das andere Stangengewinde geleitet wird. Aber auch wenn es sich um eine ungeteilte Kolbenstange handelt, werden die Kräfte des hinteren Kolbens durch eine Stange geleitet, die an der Befestigungsstelle des vorderen Kolbens mit Gewinde versehen ist. Deshalb müssen die Stangenquerschnitte so bemessen werden, daß die in den Gewindekerben auftretenden Spannungsspitzen nicht unzulässig hoch werden; es darf also die höchste Wechselspannung den für Gewindeverbindungen zulässigen Grenzwert von etwa ±5 kg/mm² nicht überschreiten. Infolgedessen ergeben sich schwere Stangenkonstruktionen mit großen Massenkräften, die einen unruhigen Lauf der Maschine zur Folge haben, obwohl die Stangen bezüglich der Beanspruchung in ihrem gewindefreien Teil erheblich leichter ausgeführt werden könnten.

Zur Beseitigung dieser Mängel geht die Erfindung von dem an sich bekannten Prinzip der Vorspannung aus. Man hat in diesem Zusammenhang zwar schon eine Verbindung von zwei Kolbenstangenenden mit

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teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Gliedern ausgeführt. Dabei müssen aber trotzdem die auf den beiden sich gegenüberliegenden Kolbenstangenenden vorgesehenen Gewinde mindestens in den ersten, nicht verspannten Gängen den vollen Spannungswechsel zwischen der größten Druckkraft und der größten Zugkraft übertragen. Auch haben die Gewinde der Spannbolzen die volle Zugkraft derselben aufzunehmen. Bei einer anderen Ausführung ist eine sich zwischen zwei* Kreuzköpfen erstreckende, im Bereich eines dazwischenliegenden Kolbens nicht unterteilte Kolbenstange mittels zweier Druckhülsen auf Zug vorgespannt, so daß Wechselbeanspruchungen vermieden werden. Immerhin muß von den auf den entgegengesetzten Kolbenstangenenden vorgesehenen Gewinden auch in diesem Falle die vom übrigen Stangenquerschnitt zu übertragende Zugkraft in voller Größe aufgenommen werden. Abgesehen davon ist dort ein Ausbau des Kolbens nur nach Lösen der einen Kreuzkopfverbindung und Verschieben des betreffenden Kreuzkopfes oder der Kolbenstange um mindestens ihre halbe Länge möglich.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbindung zweier sich gegenüberliegender Kolben-. 25 stangenenden mittels mindestens eines teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Systems, das im Bereich der Zugvorspannung eine größere Elastizität hat als im Bereich der Druckvorspannung, wobei jedes auf Zug vorgespannte Teil als Dehnschraube mit gegenüber dem Gewindekerndurchmesser kleinerem Schaftdurchmesser ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist dieses System entweder an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangenenden, die als Dehnschrauben ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen- - zusammenwirken, oder an einem als Hülse, Kolben oder Tragschuhkörper ausgebildeten Verbindungskörper vorgesehen, der durch Dehnschrauben auf Druck vorgespannt ist. An Stelle einer solchen Alternative kann das betreffende System gemäß der Erfindung auch sowohl an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangenenden, die als Dehnschrauben ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen zusammenwirken, als auch an den die Kolbenstangen verbindenden Mitteln vorgesehen sein, die aus Dehnschrauben und mindestens einem auf Druck vorgespannten Verbindungskörper bestehen.

Der Gegenstand der Erfindung und die mit diesem erreichten Vorteile sind in der nachstehenden Be-Schreibung an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele und sonstiger Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Abb. ι bekannte Kolbenstangen-Gewinde-Verbindungen,

Abb. 2 das Zug-Druck-Spannungsdiagramm für Verbindungen nach Abb. 1,

Abb. 3 ein auf Zug bzw. Druck elastisch vorgespanntes System,

Abb. 4 das Zug-Druck-Spannungsdiagramm für ein System nach Abb. 3 und

Abb. 5 bis 7 drei verschiedene Kolbenstangenverbindungen gemäß der Erfindung unter Verwendung von Vorspannungssystemen nach Abb. 3.

In Abb. ι sind zwei hintereinanderliegende Kolbenstangen i, 2 einer Tandemmaschine veranschaulicht, die in der bisher üblichen Weise miteinander durch eine auf ihre mit Gewinde versehenen Enden aufgesetzte, axial geteilte Mutter 3 und mit den zugehörigen beiden Kolben 4 bzw. 5 ebenfalls mittels je einer Mutter 6 bzw. 7 verbunden sind, welche einen anderen Gewindeteil der Stangen umfassen und die Kolben gegen einen Stangenbund verspannen. In diesem Falle werden bei einer Kraft P des doppeltwirkenden hinteren Kolbens 5 die Gewinde auf den beiden durch die Mutter 3 verbundenen Stangenenden und das Stangengewinde im Bereich des vorderen Kolbens 4 mit der vollen Wechselspannung zwischen -j-P und —P im Sinne des Diagramms nach Abb. 2 beansprucht. Demgegenüber liegen die Verhältnisse bei einem System nach Abb. 3 anders; dort ist beispielsweise eine Dehnschraube 8 gegen eine konzentrisch zu ihr angeordnete Ringhülse 9 verspannt. Für dieses System sei nach Abb. 4 eine flachere Federkonstante Fs der Dehnschraube und eine steilere Federkonstante Fs. der Hülse angenommen; dann ergibt sich bei einer Vorspannkraft F eine positive Längenänderung Δ is für die Dehnschraube und eine negative Längenänderung Ath für die Hülse. Wenn nun unter diesen Voraussetzungen das betreffende, auf Zug bzw. Druck vorgespannte System zusätzlich einer abwechselnden Zug- und Druckkraft von der Größe P ausgesetzt wird, so wirkt sich die letztere auf die vorgespannte Dehnschraube nur als überlagerte Wechselspannung von der Größe Pz aus. Gerade die für die Dauerhaltbarkeit eines Bauteiles besonders gefährlichen Wechselbeansprachungen sind dadurch also wesentlich verringert worden und beschränken sich für die Dehnschraube auf den Zugbereich. Das_ Ausmaß der Belastungsschwankungen der Dehnschraube hängt, wie aus dem Diagramm erkennbar ist, von dem Unterschied der durch die Federkonstanten dargestellten Elastizitätseigenschaften der betreffenden, in entgegengesetztem Sinne vorgespannten Körper ab.

Ein solches vorgespanntes System wird nun gemäß der Erfindung an mindestens einer Stelle bei Kolben-Stangenverbindungen benutzt. Nach Abb. 5 geschieht das in der Weise, daß zwei Kolbenstangen an ihren einander zugekehrten Enden abgesetzt und dort selbst als Dehnschrauben 10, 11 ausgebildet sind, wobei auf diesen Enden je eine Hülse 12, 13 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Die betreffenden Hülsen haben einen Flansch, der als Widerlager für die ebenfalls als Dehnschrauben ausgebildeten, durch eine zwischengeschaltete Zentrier- und Abstandshülse 14 hindurchgeführten Verbindungsmittel 15 dient. Bei 1x5 dieser Ausführung sind also drei Verschraubungen dehnbar vorgespannt; obwohl ihre Querschnitte kleiner sind als der Kernquerschnitt eines üblichen Stangengewindes, werden sie doch entsprechend den obigen Darlegungen bei gleichen Zug-Druck-Kräften in viel geringerem Maße durch Wechselspannungen beansprucht.

Die Ausführung nach Abb. 6 unterscheidet sich von der vorhergehenden im wesentlichen nur dadurch, daß an Stelle der Zentrier- und Abstandshülse ein Kolben angeordnet ist. Die übrigen Teile, wie Kolben-

stangen ίο, ii, Spannhülsen 12, 13 und Verbindungsschrauben 15, sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen wie in Abb. 5 versehen. Diese neuartige Kombination von Kolbenbefestigung und Kolbenstangenkupplung hat, abgesehen von der im Sinne des Erfindungsgedankens erreichten geringeren Wechselbeanspruchung der Verschraubungen, auch noch den Vorteil einer erleichterten Montage und Durchführung von Reparaturarbeiten. Der Kolben und die Kolbenringe des vorderen Zylinders können aus- und eingebaut werden, ohne den Kreuzkopf und die Treibstange ausbauen oder den hinteren Zylinder verschieben zu müssen. Außerdem kann das Zwischenstück kürzer als sonst ausgebildet werden, da im Bereich desselben keine Stangenkupplung mehr vorgesehen zu werden braucht.

Schließlich läßt Abb. 7 noch eine weitere Ausführungsform erkennen, die für solche Fälle in Betracht kommt, in denen die Verwendung geteilter Stopfbüchsen möglich ist, so daß auf die Anordnung abnehmbarer Flanschhülsen auf den Kolbenstangenenden verzichtet werden kann. Statt dessen haben die Stangen 17, 18 je einen festen, z. B. angeschmiedeten Bund 19 bzw. 20; diese Bunde dienen als Widerlager für die wieder einen zwischengeschalteten Kolben 21 auf Drück vorspannenden Verbindungs-Dehnschrauben 15.

Mit den beschriebenen und dargestellten Beispielen sind die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung jedoch keineswegs erschöpft. So kann etwa bei Verbindungen nach Abb. 5 und 6 die Kupplung zwischen nur einem Kolbenstangenende und der Buchse bzw. dem Kolben über ein vorgespanntes System erfolgen oder bzw. und auf die zusätzliche Druckvorspannung des betreffenden zwischengeschalteten Körpers verzichtet werden. Der letztere kann übrigens in allen Fällen einschließlich der Ausführung nach Abb.7 nicht nur eine Buchse oder ein Kolben, sondern auch ein sonstiger, in diesem Zusammenhang in Betracht kommender Körper, z. B. ein Tragschuhkörper, sein.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur Verbindung zweier sich gegenüberliegender Kolbenstangenenden mittels mindestens eines teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Systems, das im Bereich der Zugvorspannung eine größere Elastizität hat als im Bereich der Druckvorspannung, wobei jedes auf Zug vorgespannte Teil als Dehnschraube mit gegenüber dem Gewindekerndurchmesser kleinerem Schaftdurchmesser ausgebildet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß dieses System entweder an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangen, die als Dehnschrauben (10, 11) ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen (12, 13) zusammenwirken, oder an einem als Hülse (14), Kolben (16, 21) oder Tragschuhkörper ausgebildeten Verbindungskörper vorgesehen ist, der durch Dehnschrauben (15) auf Druck vorgespannt ist.

2. Anordnung zur Verbindung zweier sich gegenüberliegender Kolbenstangenenden mittels mindestens eines teils auf Zug, teils auf Druck vorgespannten Systems, das im Bereich der Zugvorspannung eine größere Elastizität hat als im Bereich der Druckvorspannung, wobei jedes auf Zug vorgespannte Teil als Dehnschraube mit gegenüber dem Gewindekerndurchmesser kleinerem Schaft ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses System sowohl an den beiden gegenüberliegenden Kolbenstangenenden, die als Dehnschrauben (10, 11) ausgebildet sind und mit auf Druck vorgespannten Hülsen (12, 13) zusammenwirken, als auch an den die Kolbenstangen verbindenden Mitteln vorgesehen ist, die aus Dehnschrauben (15) und aus mindestens einem auf Druck vorgespannten Verbindungskörper (14, 16) bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 161 473.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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